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。