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      7A04鋁合金產(chǎn)品黑斑原因分析

      2011-01-23 06:52:41
      化學(xué)分析計(jì)量 2011年1期
      關(guān)鍵詞:黑斑譜分析偏析

      (中國(guó)人民解放軍沈陽(yáng)軍事代表局,沈陽(yáng) 110015) (遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司,沈陽(yáng) 110045)

      7A04鋁合金因其具有密度小、耐蝕性好、熱加工性能好等特點(diǎn)而在某飛行器零部件的制造中得以應(yīng)用。為保證該零部件的長(zhǎng)期存儲(chǔ)性能,必須進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理。該零件的具體加工工藝為:下料(?125 mm棒料)→溫?cái)D壓→熱處理(淬火、時(shí)效)→精加工→陽(yáng)極氧化。在陽(yáng)極氧化后發(fā)現(xiàn)個(gè)別零件底部和側(cè)面出現(xiàn)形狀不規(guī)則的黑斑,筆者分別選取底部和側(cè)面有黑斑的零件各一個(gè),見(jiàn)圖1、圖2。通過(guò)理化檢驗(yàn),確定了7A04鋁合金產(chǎn)品產(chǎn)生黑斑的原因。

      圖1 底部黑斑宏觀形貌

      圖2 側(cè)面黑斑宏觀形貌

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 化學(xué)成分分析

      在零件基體取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知,該鋁制產(chǎn)品化學(xué)成分合格。

      1.2 金相檢驗(yàn)

      分別在底部(1#)和側(cè)面(2#)取樣,進(jìn)行金相檢驗(yàn)。1#試樣在顯微鏡下觀察:缺陷處有大塊化合物,邊界清晰,有的化合物已脫落,形成孔洞,見(jiàn)圖3、圖4。2#試樣缺陷縱向呈現(xiàn)團(tuán)絮狀,見(jiàn)圖5;橫向呈不規(guī)則的凹坑,凹坑深0.13 mm,見(jiàn)圖6。

      表1 7A04鋁合金產(chǎn)品化學(xué)成分 %

      注:1)為GB/T 3190-1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》

      圖3 缺陷處的形貌(未侵蝕,100X)

      圖4 缺陷處的形貌(未侵蝕,100X)

      圖5 黑斑處的縱向形貌(未侵蝕,100X)

      圖6 黑斑處的橫向形貌 (未侵蝕,100X)

      1.3 能譜分析

      圖7、圖8分別是1#試樣的掃描圖像和能譜圖,表2為圖7大塊化合物處的能譜分析結(jié)果。由表2可知,化合物以鋁元素為主,占72.68%,其次為鉻元素和錳元素,分別占12.53%和7.06%,還有釩、鋅、鐵、鈦等元素。

      圖7 圖3的掃描圖像

      圖8 大塊化合物處的能譜

      表2 圖7大塊化合物處的能譜分析結(jié)果

      圖9是2#試樣的掃描圖像,能譜分析結(jié)果見(jiàn)表3。

      圖9 圖6的掃描形貌

      表3 凹坑內(nèi)部的能譜分析結(jié)果 %

      由表3可知,從外邊緣到凹坑底部,硅、氧、鈣和硫元素含量逐漸減少,而鋁元素含量逐漸增多,其中外邊緣的硅元素和鈣元素分別達(dá)到了4.60%和11.07%,而凹坑底部硅元素的含量0,鈣元素的含量減到0.26%。

      2 分析與討論

      (1)1#試樣

      由能譜分析可知,化合物的主要元素有鋁、鉻、錳,還存在釩、鋅、鐵、鈦等元素,這些元素化合在一起,形成化合物偏析缺陷[1]。產(chǎn)生化合物偏析的原因主要有兩種:一種是配制合金時(shí)所用中間合金中的粗大化合物,在熔煉過(guò)程中沒(méi)有熔化,隨熔體進(jìn)入鑄錠而被保留下來(lái),形成化合物偏析;另一種原因是在鑄造過(guò)程中由于鑄造溫度、鑄造速度等工藝控制與操作不當(dāng),而形成化合物偏析。化合物偏析在鋁合金中的分布無(wú)規(guī)律。當(dāng)此缺陷暴露在表面時(shí),經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化后,會(huì)形成黑斑。化合物偏析雖然沒(méi)有破壞金屬的連續(xù)性,但是嚴(yán)重破壞了組織的均勻性,會(huì)使材料的疲勞強(qiáng)度和韌性顯著降低,在該零部件中是不允許存在的缺陷。所以一旦發(fā)現(xiàn),整批產(chǎn)品應(yīng)做報(bào)廢處理。

      (2)2#試樣

      鋁合金在存放和使用過(guò)程中易受外界介質(zhì)的影響,產(chǎn)生各種腐蝕破壞。為了減少這種缺陷的發(fā)生,常常進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理。陽(yáng)極氧化是在金屬表面生成一層厚達(dá)幾十到幾百微米的氧化膜,阻礙基體金屬繼續(xù)腐蝕,在正常情況下,氧化膜均勻分布在產(chǎn)品的表面,起到防護(hù)作用[2]。但是,從2#試樣能譜分析可以看出,缺陷表面處含有較多量的硅元素和鈣元素,它是砂石的主要成分。在該產(chǎn)品周轉(zhuǎn)運(yùn)輸過(guò)程中,會(huì)有砂石粘附在產(chǎn)品表面,如果在陽(yáng)極氧化前沒(méi)有清理干凈,它會(huì)阻礙鈍化膜的形成,因此在零件表面,鈍化的區(qū)域與未鈍化的區(qū)域會(huì)形成活化-鈍化腐蝕電池[3],鈍化表面為陰極,而且面積比未形成鈍化膜的活化區(qū)大得多,腐蝕就向深處發(fā)展而形成腐蝕坑,同時(shí)硅元素的電極電位比較高,加速了其周?chē)幕w的腐蝕速度,從而形成局部腐蝕。由于局部腐蝕破壞了基體表層的保護(hù)膜,會(huì)對(duì)產(chǎn)品的存儲(chǔ)性能帶來(lái)不利影響,是不允許的缺陷,但它是在生產(chǎn)操作中形成的,又產(chǎn)生在產(chǎn)品的表面,因此可用外觀檢驗(yàn)的方法進(jìn)行剔除,故不會(huì)對(duì)整批產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

      兩種黑斑雖然外觀基本相同,但是其形成機(jī)理完全不同?;衔锲鍪窃牧显谌蹮掃^(guò)程中形成的,如果裸露在產(chǎn)品表面,在陽(yáng)極氧化過(guò)程中,就會(huì)形成黑斑,屬于冶金缺陷。局部腐蝕是在生產(chǎn)過(guò)程中由于操作不當(dāng)而產(chǎn)生的缺陷。

      對(duì)于有黑斑產(chǎn)品的處理,首先要確定黑斑的成因。一旦確認(rèn)是化合物偏析缺陷,則整批產(chǎn)品要做報(bào)廢處理;如果黑斑是由局部腐蝕引起的,則可利用外觀檢驗(yàn)的方法剔除缺陷產(chǎn)品,以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

      3 結(jié)論

      7A04鋁合金產(chǎn)品底部黑斑是由化合物偏析引起的,側(cè)面黑斑是由局部腐蝕引起的。

      4 建議

      (1)由于化合物偏析的存在可能導(dǎo)致整批產(chǎn)品的報(bào)廢,所以必須對(duì)原材料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

      (2)生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝,在陽(yáng)極氧化前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行清洗,避免引起局部腐蝕。

      [1] GB/T 3246.2-2000 變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法[S].

      [2] 丁惠麟,辛智華.實(shí)用鋁、銅及其合金金相熱處理和失效分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

      [3] 梁成浩.金屬腐蝕學(xué)導(dǎo)論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

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