这篇铝合金论文发表了铝合金壳体铸件线性缺陷，论文通过选取具有典型线性缺陷特征的铸件，对其表面的线性缺陷及断口进行了宏微观观察和扫描电镜观察，确定了线性缺陷的性质，并对线性缺陷及氧化夹杂物产生的原因进行了分析，最后提出了预防措施。
关键词：铝合金论文,壳体铸件,线性缺陷,氧化夹杂物
某航空发动机用铝合金壳体铸件要求铸件组织致密，铸件性能、内部品质和表面品质要求高，其结构特点为：外形尺寸为准200mm×180mm，分为内外3层，外层最小壁厚为2.6mm，并分布着多个20～25mm厚的凸台，内层壁厚为5mm，内外层之间是间隙为5.6mm，由30个叶片相连的叶片型腔。结构见图1。生产过程中，某些铸件经X射线、荧光检验合格，加工后荧光检验发现叶片根部存在线性缺陷。
1试验方法
选取具有典型线性缺陷特征的铸件，重新进行荧光检测，然后用体视显微镜进行观察，对有缺陷处，用合理的方法人为打断，断口清洗后放入扫描电镜进行观察。对断口进行分析，断口的不同区域分别进行能谱成分分析，定性分析其化学成分。
2试验结果及分析
2.1宏观观察
选取荧光检验发现在叶背一侧的叶根处有线性缺陷的壳体铸件(见图2)，用体视显微镜对其线性缺陷表面进行观察，叶片根部的缺陷宏观形貌见图3，宏观上，叶片的缺陷较平直。
2.2微观观察
将叶片叶根处的缺陷用合理方法人为打开，断口清洗后放入扫描电镜进行观察。叶片断口低倍形貌见图4，明显分成3个区域。区域1靠近叶根表面的线性缺陷，表面呈类似褶皱的形貌，无断裂特征，其形貌见图5。区域2位于叶片内部，与区域1局部相连，形貌见图6，该区表面特征与区域1基本相同，也呈类似褶皱的形貌。背散射电子像见图7，褶皱呈菊花状，“花芯”位置可见颗粒状夹杂物。区域3表面为韧窝断裂特征，见图8，该区为人为打断断口。对上述3个区域分别进行能谱成分分析，结果见表1。由表1可知，区域1、区域2成分类似，类似褶皱表面的氧含量、镁含量较高，“花芯”位置的颗粒状夹杂物氧含量更高。区域3为人为打断断口，氧含量低。
2.3缺陷形成的判定
壳体的宏观观察结果表明，少数叶片叶根处存在线性缺陷。缺陷表面均呈类似褶皱的形貌，未见明显的断裂特征，表明叶片根部的线性缺陷并非裂纹，而是一种内部微小氧化膜受外力作用后，在叶片表面的显现。MgO等氧化物，这些氧化物是随中间合金、回炉料、铸造辅料带入铝熔体中或在熔炼过程形成的[2]。由于铝与氧的亲和力大，铸造铝合金熔炼是在金属熔融状态的高温下进行的，除真空熔炼外，均与大气接触，必然被氧化，形成Al2O3。
一般来说，金属液体表面被氧化后会形成致密的氧化膜，连续地覆盖在铝熔体表面，起保护作用，防止铝液被继续氧化。但是，在铝合金熔炼过程中，要加入合金元素，并且使合金元素充分、均匀地溶解，因此，在加入中间合金后，必须进行搅拌，如果操作不当，表面氧化膜很容易被搅入铝液中去，浇注时会进入铸件。铸造铝合金中还有其他的合金元素，也会被氧化。如果在合金表面上具有含其他合金元素的氧化膜，要看其氧化膜的分子体积比与铝的原子体积的比，氧化膜的分子体积大于铝的原子体积，膜致密，有保护作用。
相反，则保护作用减少，有可能进一步被氧化[1]。由于这种壳体铸件属于薄壁铸件，叶尖厚度仅有0.5mm，叶片为复杂的曲面结构，这种结构复杂且壁薄的铸件型腔流阻都较大[3]，如果铝液充型速度小，则难以成形，如果铝液充型速度过大，则液体会呈紊流状态，充型时易被氧化，形成氧化膜卷入铸件中，会停留在铸件截面积变化较大的叶片根部。或位于基体内部，其表面呈现一种类似褶皱的形貌特征。而且，能谱成分分析结果表明，线性缺陷表面氧含量较高，且存在颗粒状氧化物，因此，分析认为叶片根部的线性缺陷为氧化膜，该氧化膜产生于熔炼、浇注以及凝固过程。
2.4氧化物形成的原因
由表1可知，区域1、区域2以及夹杂物中，氧含量及镁含量较高，因此,存在氧化物，而且氧化物有可能是Al2O3以及其他元素的氧化物，一般在铸造铝合金中，还有可能存在诸如MgO、SiO2、Al2O3•2.5预防措施为了预防这种线性缺陷的产生，提高壳体铸件合格率，可采取以下措施。(1)确保中间合金、重熔铝锭的纯度，保证炉料以及铸造辅料洁净度，减少回炉料的用量。(2)熔炼搅拌时，尽量不破坏液面氧化膜，充分精炼，使得铝熔体本身得以充分净化。(3)铸件浇注时，要防止液面紊流使金属液翻腾氧化，要使液流尽量平稳。
3结论
(1)铸件内部氧化膜受外力作用后在铸件表面的显现，形成了壳体铸件叶片根部的线性缺陷。(2)可通过采用高纯的金属炉料、高洁净度的铸造辅料、合理的熔炼、合理的浇注工艺等措施预防这种线性缺陷。
参考文献:
[1]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册第二版第3卷，铸造非铁合金[M].北京：机械工业出版社，2002.
[2]中国材料工程大典编委会.中国材料工程大典第四卷，有色金属材料工程(上)[M].北京：化学工业出版社，2006.
[3]洪润洲，周永江，姚惟斌.大尺寸复杂筒状铝合金精铸件浇注系统设计方法研究[J].航空材料学报，2006(4)：43-45.
作者：于海军 左强 周永江 单位：北京航空材料研究院 北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心
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