7A04鋁合金棒材加工開裂缺陷分析

張輝玲，賀文秀，馬 月，白曉霞，祁艷華

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 試樣來源

本次缺陷分析的試樣來源于7A04T6鋁合金棒材，經(jīng)機械加工、陽極氧化等工序制成剎車組件的活塞，活塞在循環(huán)試驗中發(fā)現(xiàn)存在漏油現(xiàn)象，拆卸檢查后發(fā)現(xiàn)存在裂紋缺陷。本次研究即對7A04鋁合金棒材加工件裂紋缺陷進行分析，找出產(chǎn)生缺陷的原因，避免此缺陷在以后的生產(chǎn)中再次產(chǎn)生。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 外觀形貌

活塞外形和“裂紋”缺陷處的外觀形貌見圖1（a、b）所示。

圖1（a、b）顯示，加工后的活塞長度約為50mm，最大外徑38mm，其中心線與棒材的擠壓方向相一致，在活塞一端面（原棒材的橫截面）存在著一條沿徑向分布、類似“裂紋”的線狀缺陷（圖1b箭頭所示）。試樣經(jīng)15%的NaOH水溶液浸蝕去除氧化膜后，此缺陷顯現(xiàn)的更為清晰，見圖2所示，其中圖2（c、d）分別為圖2（a、b）在體式顯微鏡下的局部放大圖。從圖2中可以看出，無論是活塞的外端面還是內(nèi)孔底面及孔壁處均可見這一線性缺陷，并且其外觀形貌相一致，表面該缺陷已貫通活塞試樣，而此線性缺陷同未去除氧化膜之前一樣，是沿線狀缺陷橫截面的徑向分布，并不完全連續(xù)，呈曲折的斷續(xù)狀，局部還存在分叉現(xiàn)象。同時活塞試樣除了線性缺陷外未見其它缺陷。

圖1 活塞和“裂紋”缺陷的外觀形貌

圖2 NaOH水溶液浸蝕后活塞的外觀形貌

2.2 顯微組織

活塞線性缺陷處的顯微組織見圖3（a、b）和圖4（a、b）所示。

從圖3（a、b）和圖4（a、b）中可以看出，在活塞試樣橫截面上的線性缺陷呈曲折狀分布，其上未見開裂區(qū)域，缺陷處的化合物明顯多于其它部位，且該處的化合物與其他部位相比大小和形態(tài)未見明顯差異，而線性缺陷處晶粒的大小與其它部位相比也未見明顯差異，同時活塞試樣顯微組織檢驗未過燒。

圖3 缺陷橫截面的顯微組織（未浸蝕）

圖4 缺陷橫截面的顯微組織（已浸蝕）

由試樣外觀形貌、低倍和顯微組織特征可以判斷活塞端面缺陷為鑄造熱裂紋化合物填充。

2.3 鑄造熱裂紋化合物填充產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

熱裂紋是一種普通又很難完全消除的鑄造缺陷，除Al-Si合金外，幾乎在所有的工業(yè)變形鋁合金中都能發(fā)現(xiàn)。因為在固-液區(qū)內(nèi)的金屬塑性低，熔體結(jié)晶時體積收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過當(dāng)時金屬的強度，或收縮率大于伸長率時則產(chǎn)生裂紋。當(dāng)固液狀態(tài)下，其伸長率低于0.3%時產(chǎn)生熱裂紋。

而低熔點共晶復(fù)熔后在裂紋處形成低熔點共晶填充物，即熱裂紋化合物填充缺陷。

熱裂紋的宏觀組織特征為在鑄錠低倍試片上裂紋曲折而不平直，有時裂紋有分叉。一般在鑄錠中心區(qū)出現(xiàn)。

熱裂紋的顯著組織特征為沿枝晶裂開并沿晶發(fā)展，在裂紋處經(jīng)常有低熔點共晶填充物。熱裂紋比冷裂紋細，沒有冷裂紋好觀察，特別是裂紋處有低熔點共晶填充物時，更要與正常低熔點共晶仔細區(qū)分，一般前者比后者尺寸小而分布致密。

7A04鋁合金棒材形成熱裂紋化合物填充缺陷大都是鑄造溫度、速度、水壓三大參數(shù)匹配不合理，現(xiàn)場在鑄造7A04鋁合金棒材時要注意鑄造溫度、速度、水壓三大參數(shù)的匹配，特別要注意降低鑄造溫度。

3 結(jié)論

（1）活塞上的缺陷為鑄造熱裂紋化合物填充。

（2）分析了鑄造熱裂紋化合物填充的產(chǎn)生原因后，現(xiàn)場在鑄造7A04鋁合金棒材時要注意鑄造溫度、速度、水壓三大參數(shù)的匹配，特別要注意降低鑄造溫度，避免此缺陷在以后的生產(chǎn)中再次產(chǎn)生。