铝合金铸锭中的气体和非金属夹杂物

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非金属夹杂(夹渣)

　　混入铸锭中的熔渣或落人铸锭内的其他非金属杂质称非金属夹杂。其断口特征为黑色条状或片状，显微组织特征多为黑色线状、块状、絮状的紊乱组织，与基体色差明显。非金属夹杂是铝加工制品产生分层和许多表面缺陷的重要原因。在热处理和加热过程中，非金属夹杂的存在可促进二次疏松和气泡的形成。在力学性能方面，非金属夹杂是应力集中的场所，使合金的强度---和伸长率降低。-是横向伸长率及动态力学性能(冲击韧度、疲劳强度和断裂韧度)降低更为---。另外，非金属夹杂物还会降低合金的抗应力腐蚀性能。

　　非金属夹杂(夹渣)通常在检查铸锭横向低倍试片时可以发现(2—11—1)。ys67—1993规定，对于全部合金制品，铸锭试片上不得多于两点夹渣，且单个面积小于0．5 mm2，否则就要判废。非金属夹杂(夹渣)是铝合金铸锭中出现频率高的一种废品。据统计，按计算，因夹渣而报废的铸锭占废品总量的10%～25%。

　　夹渣通常都是在铸造过程中随液体金属一起掉入铸锭中的炉渣、炉衬碎块和块度较大的氧化物所造成的。防止夹渣的办法是；

　　1)仔细精炼，-静置时间，并在流盘或漏斗中采用玻璃布过滤；

　　2)尽可能缩短转注距离，建立-的转注条件，封闭流槽、流盘、漏斗中的所有敞露落差，防止金属液面波动，在可能的条件下好采用同水平铸造；

　　3)-烘烤转注工具，适当提高铸造温度，铸造过程中-打渣，铸造结束后仔细清理炉子、流盘和其他工具；

　　4)使用清洁的炉料。

　　2．2氧化膜

　　按照ys/t417.1—1999的定义，氧化膜是铸锭中存在的主要由氧化铝形成的非金属夹杂物和未排除的气体(主要为氢气)。因此，氧化膜是铸锭中一种特有的属于非金属夹杂物类型的缺陷(2—11—2)，但是它又与夹渣不同，在对铸锭的低倍试片和断口组织进行检查时一般不能发现它，只有采用的工艺试样(将铸锭试样镦粗)才能发现。在铸锭工艺试样断口上发现的氧化膜大致可分为三种类型：一类是呈浅黄色、褐色或暗褐色的片状氧化膜；一类是表面形态与片状氧化膜相似但呈白亮色的“亮片”；另一类是带有银白色光泽的呈圆形或椭圆形的“小亮点”。关于氧化膜的本质目前还没有统一的认识。但许多研究者认为：铸锭中三种类型的氧化膜都是熔体被水分、氢和氧所污染而造成的。其中，片状氧化膜是由固态非金属夹杂物或具有氧化表面的气泡疏松所形成的分层，亮片是由未被压合的疏松和气泡所形成的分层，小亮点是由过饱和固溶体中析出的二次氢气泡。

　　2．3疏松、缩孔

　　当熔体结晶时，由于基体树枝晶间液体金属补充不足或由于存在未排除的气体(主要为氢气)，结晶后在枝晶内形成的微孔称疏松。由补缩不足形成的微孔称为收缩疏松；由气体形成的疏松称气体疏松。疏松的宏观组织特征为黑色---，断口组织特征为组织粗糙，不致密，疏松---时断口上有白色小亮点。显微组织特征为有棱角形的黑洞，疏松愈---，黑洞数量愈多，尺寸也愈大。

　　疏松使铸锭密度减小，致密性降低，-是降低高强铝合金的冲击韧度和横向伸长率。此外，有疏松的铸锭在热轧和锻造时会引起裂纹，其半成品在球化退火时将出现气泡。因此，疏松作为铸锭的一个重要组织缺陷，必须设法防止。对于铸锭中已产生的疏松要进行严格控制，当超出标准允许的程度时，铸锭就要判废。铝合金铸锭中疏松的程度一般可以通过测定试样的密度并与该合金的理论密度进行对比来确定。但在生产中，为方便起见，通常都是根据四级标准片(该标准是按低倍试片单位面积上疏松孔洞的大小和数目来制定的，见ys67—1993)对照评级并确定成废的。对一般用途的铝合金铸锭，直径大于290 mm的，允许3级疏松(2—11—3)，直径小于290 mm的，允许2级疏松；但重要制品用的铸锭，则不允许有疏松存在。

　　铝合金连续铸锭中的疏松总是分布在过渡带较宽的等轴晶区，且总是为气体所填充。在通常条件下，扁铸锭的大疏松区发生在宽面表皮层30 mm以内的部位。铸锭的大疏松区发生在铸锭中心，且随结晶器高度增加而向边部发展。供流条件对疏松的分布具有很大影响，并可能破坏上述规律而在局部地区造成大疏松。

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