表面气泡

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表面气泡的宏观组织特征

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。

表面气泡的显微组织特征

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。

表面气泡的形成机理

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。

表面气泡防止措施

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
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表面气泡对性能的影响

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。

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