在铸锭表面上为分散的鼓包,鼓包内为空腔,放大倍数观察,空腔内壁呈现闪亮的金属光泽。
气泡空腔附近有疏松和均火后残余的枝晶组织,气泡内壁对应位置的枝晶组织有对应性。用电子显微观察,气泡内壁有梯田花样,表明气泡以疏松为核心形成。
铸锭表面气泡不是铸造后就存在,而是铸锭均匀化退火后才出现,好像这不属于冶金缺陷,其实这正是由于铸锭中氢含量过高所致。
当熔炼过程中,由于除气不彻底,将熔体中残存的过多气体,主要是氢气保留在铸锭内。氢含量过高时在铸锭内形成气泡,氢含量较高时形成疏松。
铸锭的表面气泡除与铸锭内的氢含量有关外,还与铸造时的冷却速度和均匀化温度有关,根据对Al-Mg-Si合金的研究,当铸锭中氢含量相同时,铸造冷却速度愈快,均火温度愈高,在铸锭表面愈容易生成气泡。铸锭中氢含量愈高,不管铸造冷却速度如何,生成表面气泡的均火温度愈低。(见表1)
表1 铸锭氢含量、冷却速度、均火温度与表面气泡的关系 | |||||
均火温度/℃ | 铸锭冷却速度 | 熔体含氢量/mL(100gAl)-1 | |||
0.142 | 0.174 | 0.192 | 0.280 | ||
530 | 慢冷 快冷 | ||||
540 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | |||
550 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | ||
560 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
570 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
580 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
除铸锭外,加工制品如板材和挤压制品等,在热处理时也能在其表面上生成气泡。其原因除铸造生成气泡的原因外,还与热处理炉内湿度过大有关。因为水蒸气与铝表面反应生成原子氢,氢原子半径很小,沿着晶界和晶格间隙扩散进入金属表层内。当炉内温度降低时,由于炉内氢浓度很低,氢又从固溶体内析出,压力大到几个大气压,将表面金属鼓起形成气泡。这种气泡是由环境氢引起的,气泡尺寸较铸锭内部氢引起的气泡尺寸小,一般为0.1mm-1mm,气泡大小均匀。
表1 铸锭氢含量、冷却速度、均火温度与表面气泡的关系 | |||||
均火温度/℃ | 铸锭冷却速度 | 熔体含氢量/mL(100gAl)-1 | |||
0.142 | 0.174 | 0.192 | 0.280 | ||
530 | 慢冷 快冷 | ||||
540 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | |||
550 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | ||
560 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
570 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
580 | 慢冷 快冷 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 | 气泡 气泡 |
1.加强除气精炼,尽量降低铸锭氢的含量;
2.热处理时温度不能太高,时间也不能过长;
3.热处理炉内湿度不能过高;
4.铸造、制品和器具等要干燥。