表面氣泡

表面氣泡

鑄錠均勻化熱處理後,有時在表面形成的鼓包稱表面氣泡。鋼板表面氣泡是指在鋼板表面出現無規律分布的、或大或小的鼓包,外形比較圓滑。氣泡開裂後,裂口呈不規則的縫隙或孔隙,裂口周邊有明顯的脹裂產生的不規則“犬齒”,裂口的末梢有清晰的線狀塌陷,裂口內部有肉眼可見的富集夾雜物。

氣泡種類

氣泡有兩種:一種是表面氣泡,一種是穿通氣泡。氣泡一般不是熱處理本身造成的,但此種缺陷或廢品通過淬火或退火加熱才能顯現出來。

表面氣泡出現在包鋁板材上。產生的原因是,在熱軋的第一個道次焊合軋制時,由於包鋁板與鑄錠之間落入潤滑劑,結合得不牢,或由於鑄錠銑面質量不高,表面上黏有髒物及其他外來的易揮發物質。當軋製成薄板時氣體被壓人板內,在淬火或退火加熱時,使積存於包鋁層和鋁板夾層中的空氣或水蒸氣膨脹,而形成了表面氣泡。消除這種氣泡的辦法是,在進行第一道軋制時,不供給乳液,並要認真地消除包鋁板和鑄錠表面上的髒物。

在空氣爐中進行淬火加熱時,由於溫度過高,加熱時間長,製品表面常因吸入氣體而形成表面氣泡。選用恰當的熱處理制度,或改用熔鹽爐進行淬火處理可以消除這類表面氣泡。

穿通氣泡多半產生在薄壁的板材、管材和型材上,氣泡貫穿了半制品的壁。產生的原因是合金在熔煉時除氣不淨,在鑄錠中含有較大的氣泡。此氣泡保留在半制品中,在熱處理後表現出來。消除穿通氣泡的辦法是,加強熔煉時的精煉和除氣操作。

巨觀組織特徵

在鑄錠表面上為分散的鼓包,鼓包內為空腔,放大倍數觀察,空腔內壁呈現閃亮的金屬光澤。

顯微組織特徵

氣泡空腔附近有疏鬆和均火後殘餘的枝晶組織,氣泡內壁對應位置的枝晶組織有對應性。用電子顯微觀察,氣泡內壁有梯田花樣,表明氣泡以疏鬆為核心形成。

表面氣泡的形成機理

鑄錠表面氣泡不是鑄造後就存在,而是鑄錠均勻化退火後才出現,好像這不屬於冶金缺陷,其實這正是由於鑄錠中氫含量過高所致。

當熔煉過程中,由於除氣不徹底,將熔體中殘存的過多氣體,主要是氫氣保留在鑄錠內。氫含量過高時在鑄錠內形成氣泡,氫含量較高時形成疏鬆。

鑄錠的表面氣泡除與鑄錠內的氫含量有關外,還與鑄造時的冷卻速度和均勻化溫度有關,根據對Al-Mg-Si合金的研究,當鑄錠中氫含量相同時,鑄造冷卻速度愈快,均火溫度愈高,在鑄錠表面愈容易生成氣泡。鑄錠中氫含量愈高,不管鑄造冷卻速度如何,生成表面氣泡的均火溫度愈低。

表1 鑄錠氫含量、冷卻速度、均火溫度與表面氣泡的關係
均火溫度/℃ 鑄錠冷卻速度 熔體含氫量/mL(100gAl)-1
0.142 0.174 0.192 0.280
530 慢冷 快冷
540 慢冷 快冷 氣泡 氣泡
550 慢冷 快冷 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡
560 慢冷 快冷 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡
570 慢冷 快冷 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡
580 慢冷 快冷 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡 氣泡

除鑄錠外,加工製品如板材和擠壓製品等,在熱處理時也能在其表面上生成氣泡。其原因除鑄造生成氣泡的原因外,還與熱處理爐內濕度過大有關。因為水蒸氣與鋁表面反應生成原子氫,氫原子半徑很小,沿著晶界和晶格間隙擴散進入金屬表層內。當爐內溫度降低時,由於爐內氫濃度很低,氫又從固溶體內析出,壓力大到幾個大氣壓,將表面金屬鼓起形成氣泡。這種氣泡是由環境氫引起的,氣泡尺寸較鑄錠內部氫引起的氣泡尺寸小,一般為0.1mm-1mm,氣泡大小均勻。

表面氣泡防止措施

1.加強除氣精煉,儘量降低鑄錠氫的含量;

2.熱處理時溫度不能太高,時間也不能過長;

3.熱處理爐內濕度不能過高;

4.鑄造、製品和器具等要乾燥。

表面氣泡對性能的影響

表面氣泡破壞了表皮組織的連續性,鑄錠要車皮和銑面,板材和鍛件不應超過公差餘量之半。

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