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MB15镁合金模锻件纵梁低倍试样条状缺陷分析

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          MB15镁合金模锻件纵梁低倍试样条状缺陷分析
变形镁合金材料的生产主要通过挤压、轧制和锻造等工艺手段实现,其物理冶金低倍常见缺陷有非金属夹杂(包括溶剂夹渣)、气孔、初晶偏析、锰夹杂、大晶粒、缩尾、成层、光亮环、挤压裂纹、压折、片层状断口、流纹不顺等。某型飞机弹射座椅骨架纵梁(图1)用镁合金MB15模锻件在低倍检验时,发现试样纵向(锻造变形方向)出现条状缺陷,中航工业航宇救生装备有限公司的于新芝对该条状缺陷的性质和产生原因及其危害进行了分析。
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                  图1 MB15纵梁低倍试样

将低倍试样浸入100mL硝酸+3mL盐酸+12mL硫酸+40g柠檬酸+1000mL水的溶液中(化学试剂均为分析纯),在室温(21℃)腐蚀90s,然后用铬酐硝酸钠水溶液光洗,清洗完毕再用酒精清洗,热风吹干后在试样表面纵向出现条状缺陷。该条状缺陷的边界轮廓清晰、呈凸起状,沿零件锻造变形方向分布,色泽比基体稍暗,如图2所示,条状缺陷长约200 mm,约占零件长度方向尺寸的70%,缺陷宽0.3 mm,在试样表面上的面积约为60 mm2。


2.jpg
                   图2 条状缺陷形貌
条状缺陷沿锻造加工变形方向排列分布(锻件流线分布方向),均出现在试样表面的中间部位;其显微形貌为呈块状、颗粒状聚合在一起,颗粒或块状物轮廓分明,抛光态下与基体有明显分界,边缘有凸起现象。

由能谱分析结果可知,堆积的化合物中锆元素峰值较高,锆元素的峰值与锌元素的相近,参照HB 6690—1992《镁合金锻件》,MB15镁合金的主要化学成分(质量分数)为5.0%~6.0%Zn和0.3%~0.9%Zr,由此推断该缺陷应为锆元素偏析。[y1] 结合GB/T 4297—2004《变形镁合金低倍组织检验方法》中缺陷的分类方法,该条状缺陷应属于化合物偏析。该偏析在试样表面上的面积为60 mm2,超过了HB 6690—1992中化合物偏析面积含量不得大于6 mm2的技术要求上限,应判为不合格品。

偏析是指化学成分的不均匀性,是由合金结晶过程的特点所决定的,合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象称为偏析,包括金属组元的偏析和各种杂质的偏析。由于凝固不是在铸锭的整个截面上同时进行,而是与模壁接触的外层先开始结晶,心部后结晶,导致先结晶的外层晶体富含高熔点组元,后结晶的心部晶体富集低熔点组元和非金属杂质,使截面成分不均匀,造成偏析。因此该偏析是在浇注结晶过程中形成的,由原材料带来。

金属在挤压或锻造过程中,由于剧烈的热变形,使金属组织发生定向排列,金属中的非金属夹杂枝晶偏析和第二相质点等沿形变方向延伸呈带状分布,因此该锻件中的锆元素偏聚形成的化合物以及偏析相会沿流线分布方向呈带状分布,在低倍腐蚀条件下即沿流线分布方向暴露出来。

偏析对合金的力学性能、抗裂性能及耐腐蚀性能等有程度不同的危害。如杂质元素一般在晶界偏析,使晶界脆化,产生沿晶裂纹;如果是带状组织偏析,会产生很大的组织应力,很容易产生裂纹。偏析也会成为热处理开裂软点和异常变形的根源,且在偏析带中夹杂或非金属夹杂较多,也可能成为其他缺陷的发源地。偏析造成成分的不均匀,从而使耐腐蚀性能下降,偏析区如成为疲劳裂纹的发源地,将大大降低材料的疲劳性能。

除偏析外,变形镁合金常见的低倍冶金缺陷还有非金属夹杂(包括溶剂夹渣)、气孔、锰夹杂、大晶粒、缩尾、成层、光亮环、挤压裂纹、压折、片层状断口、流纹不顺等。非金属夹杂物呈边界不清的黑色点状或不规则形状的物质,经加工变形后沿金属流动方向伸长,腐蚀后表面凹陷或出现空洞,其分布有规律,显微组织为黑色线状物与块状物组成的紊乱组织和窝纹状组织;溶剂夹渣在腐蚀程度合适的试样上为白色节瘤物,除去节瘤物后为空洞;流纹不顺是金属流线不按制件外形轮廓分布,如穿流,即流线贯穿制件试样的截面;缩尾是在挤压制品横向试样的外层强烈变形区内出现同心圆状或多层环形,凸出表面,严重的颜色发黑或开裂,未破坏金属连续性的称为环状条纹。

来源:节选自《理化检验-物理分册》2015年第3期,版权归原作者所有,如有侵权请联系我们及时处理

济南三木科仪检测技术有限公司
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