铝合金热处理性能的无损检测.pdf

一一 四厂吐川习巳涡流法检测是无损检测方法之一。本文主要从应用方面进 行探讨,通过用涡流导 电仪测定导 电率来检测 铝合金热处理后的硬度、强度及显 微组织过烧。涡流法检测从本世纪四十年代首次用 于批生产以来,得到了广泛应用。目前英、美、苏、德等国都有许多型号的仪器,用于各种金属检测。我 国厦门制造的涡流导 电仪 就是测量非磁性金属材料导 电率的仪器,例如测量铜、铝及其合金的导 电率。涡流法无损检测是建立 在电磁感应基础 上的,它利用 在交变磁场作用下,不同材料会有不同振幅和 相位 的涡流值,测定此 涡流值就可以检测材料的物理性能、组织结构和 冶 金质量。导 电率 与材料组织 状态有关,因为“金属由一种 结晶状态 的转变伴随着其全部性质的突变电阻、热容量、导热性”。库尔纳 阔夫进一步指 出“固溶体的硬度和电阻比形成它 的纯金属的硬度和电阻要大些”。例如含铜一、并加入少 量镁、锰元素的硬 铝合金,从铝铜状态 图可以看到,如果将合金加热到以上,它将属于固溶 体状态。淬火时在水中剧 冷后,合金保持有均一的相,即不稳定的过饱和固溶体。新淬火状态下的铝合金的强度、硬度与退火状 态 的 差不多。但淬火后的硬 铝的各种性能随时间的延续而变化,经二十四小时后其强度、硬度显著增高。随着强度、硬度增高的同时,电阻增大,导电率降低。时效后铝合金 电阻升高、导 电率降低是因航空工艺技术张令中樊世昆为固溶体中形成偏聚区,即形成 了高度弥散的新相粒子,使固溶体晶格发生剧烈的歪扭。晶格畸变阻止了电子的运动,因而 提高了 电阻,降低了导电率。根据以上分析,可以知道退火状态下铝合金硬度低,导 电率较高,经淬火时效后硬度提高,但导电率也随之降低。导 电率低于某一值时,尽管硬度仍然很高,但可能发生过烧现象。所以不能认为导 电率愈低愈好。由此可 知,导电率不但可以检测材料强度、硬度、还可以检测显微组织是否过烧。一、几种变形铝合金强度、硬度和组织过烧的测试众所周知,铝合金强 度、硬度取决于组织状态,而导电率与其组织状态密切相关。所以导 电率与其强度。、硬度存在一定关系。图是合金淬火,人工 时效 后 测得的导电率一频数分布曲线,具有正态分布曲线形式,证明导电率与各性能参数间存在着相关关系的必要条件。基猫导电率之图导电率一频数正态分布曲线五种铝合金导电率和强度、硬度值对照表表材料牌号差冶标要求导电率米欧姆毫米回归 方 程偏、煲、笋乐笋一一一不合格怀疑兰纽翌鱼工全琴卜丝竺垫互一全 旦竺卫超业竺旦鱼。二工丝。竺旦 旦型全里旦【一争些 召一一一一一。、。一二口。二二。口。弓。坛 歼 百一兰,夕或二了。成二隔天 而而毛 百 丽了斤八”,哥甚帅并留仲一的图呱韶产合金一回归直线图芍,尸合金一回归直线竺一沁一一、万万八加辞侧即铸哥介蒜“图合金一、回归直线一一月图合金一回归直线航空工艺技术幼势砂价二一月明肠。粉奋肺图合金一日回归直线图合生一。、回归直线二一扣,弓。辞留价铃钾外图合 金一、回归直 线图合金。一回归直线昔留价。二旧一。匕,一蕊,彝,。昨图合金一回归直线用锻铝、,硬铝、,超硬铝五种铝合金 棒材,先进行强度和 硬度测量,然后对不同强度、硬度的试件进行导电率 测量,取得实测数据。求得材料导 电率与强度之间具有相关关系,且有很好的线性 关系。经数据处理,得出回归方程,求出其标准航空工艺技术脂图合金一回归直线偏差。按合金技术要求,计算出符合强度,硬度要求范围的导电率值对试样进行金相组织检查,定出各种材料发生过烧时的导电率临界值。五种 铝合金 的强度、硬度和对应的导电率改见表,它们的回归直线和回归方程见 图一图。表中所列导 电率值和各种合金导 电率与强度、硬度回归直线方程,可以作为生产中检测热处理零件强度、硬度是 否合格及显微组织过烧与否的依据。因为材料的强度、硬度与导 电率之 间的关系并非函数关系,而是相关关系,即一个变量取一定值时,另一变量并没有确定值相对应,而只对应着一个确定的分布,所以,对于一定的强度、硬度值,导 电率值有一个分布范围。考虑到这种关系,表中也列出了 其 正负偏差。这里取置信度为,偏差为士。导 电率取值范围按偏差上、下 限和过烧时临界值分区,分为不合格区、怀疑区、合格区 和过 烧区,生产中,如果测量零件导 电率值在不合格区,此 时零件硬度低于要求值,应进行返修如果导 电率值在怀疑区,说明零件硬度有可能不合格,应在硬度机上逐个测量硬度值,确定硬度是否符合要求如果导 电率在合格区,零件硬度和显微组织符合要求,可以通过验收如果导 电率在过烧区,说明零件显微组织有可能过烧,应进行显微组织检查,确定 是 否 过烧。在分区时,为了确保航空产品质量和消除误差带来的影响,采取了比较保守的做法。这里将合格区临界上限至下限范围划为怀疑区,零件是否合格,以硬度测试结果确定 同样在确定过烧临界导 电率值时,也采取了较为保守的作法,将显微组织中晶界稍有发毛特征时的导电率值划为过烧临界值。这样做可能把未过烧的零件误判为过烧,但可以避免把不 合格零件当作好的而通过 验收,影响产品质 量。随后将导 电率值等于或低于过烧临界值 的零件挑出来,进行显微组织检查来决定是 否真正过烧。这样做可以保证合格零件在硬度和显微组织两方面 的质量。例如锻铝,导 电率与硬度 的回归方 程为,置 信 度为时,其上下偏差范围的回归方程分别为。一上,将偏差代入则为。一,。,如图所示。图合金导电率与硬度回归方程分区示意图一中锻件硬度要求为,从图可见,当导 电率大于时,落在阴影中的硬度值全部小于,此区为硬度不合格的导 电率区当导 电率在,与之 间时,落在阴影 中的硬度值在一之间,即与之间,此区为硬度可疑的导 电率区当导 电率在与之间时一玩落在阴影 中的 硬度值 在一之间,硬度全部大于,而且显微组织也合格,此区为零件合格的导 电率区导电率在以下时,组 织可 能过烧,此区为组织可能过烧的导电率区。图至 图描出了五种合金强度、硬度与导 电率之间的回归直线,并标出了回归方程。表中五种合金导 电率的四个区就 是根据回归直线和回归方程,利用上述的方法 作 出来的。有了这些数值、方程和直线,就可以很方便地进行计算和查找,根据已知的强度、硬度找 出对应 的导 电率值,或者反过来根据测定的导 电率得出对应的强度、硬度值。二、热处理生产中测试情况在生产中测定合金锻件、模锻件热航空工艺技术处理后的硬度和导电率共十批,每批零件数量在。件不等。用 硬度机逐个测定布 氏硬度值,按要求,全部符合 要求。逐个测定导电率,其中五批零件导电率全部在合格区,其余五批分别有、和的零件导电率值在过烧区临界值附近。取导 电率最低者送金相室检查显微组织,组织正常,没有过烧,全部通过 验收。生产实践证 明,用 正常热处理规范处理 的零件,检验时先用涡流导 电仪测试每个零件的导电率,根据导 电率分选零件。在一切都正常的情 况下,以上的零件,甚至全部零件,其导电率在合格区,这些零件可以不测定硬度而验收。这就 在不损伤零件的情况下,提高检测速度,而保证检测无误。如果生产中炉温有问题,可以由导 电率检查发现,对零件进行分选,决 定部分返修或是全部返修,或者送检显微组织。总之,导 电率检测迅速、方便,但必须与硬度检查和金相分析相结合。三、温度对导 电率检测的影响金属材料的 电阻与温度有关,同样导 电率也随着温度的不同而变化,因此 测试时环境温度、试件温度直接影响到测试的 准确性。一般来说,测试时应 保持试样、标准校 正样块和环境温度一致,避免测试未冷却到室温的热处理零件和试块。这样,由于标准校正样块 与被测零件温度一致,在一定范围内温度变化对 测量值影响不大。经过在范围内测 试数据看,发现一范围内的导 电率值变化较小,在误差范围以内。四、仪器使用情况国产涡流导 电仪测量范围为一米 欧姆毫米“、频率为,被测试件面积不小于直径小毫米的圆面积,厚度不 小于毫米,表面光洁度不应低于甲,测 量误差不大于米欧姆毫米。测 量方法有导电率绝对值测量法、一导电率相对值测 量法和偏转法。这里是使用绝对值测航空工艺技术量法,即把探头放在试件平坦部位,转动导电率分度盘,使电表指针为零,导 电率绝对值就可以从分度盘上读出。了涡流导 电仪与西德仪器相比存在一定差异。其 一,国产仪器标准校正样块为铜合金的,在测试铝合金时差值较大。例如对合金的五个试样进行测试,西德仪器和国产仪器测试对比值见表。表试样号缚拼,一一一更一竺一矍 里国一。竺口竺牡竺。,止一二卫若以西德仪 器测得的最高值与最低值和两试样校正仪器,然后用 国产仪器测得中间三个值分别为、和,与西德仪器测试的值基本相符。这说明使用 国产仪器测试铝合金时,应带上铝合金标准校正样块。其二,国产仪器测量值有“飘移”现象,比不上西德仪器稳定,但开机分钟 后“飘移”就不太显著了。当前,在测试中采取测试数分钟后,用标准校正样块进行校正,分钟后重新校正一次,若不再出现“飘移”时,就可以在较长时间内测试。亡缤矛嗯编、色月、七汽、心编、心月卜出、心多会心矛召补之多补心声矛心多补马出宁心二宁 亡夕心沂矛心几、心分迁月、上接页面光洁,质量稳定,且加热速度快,生产效率高。与目前普遍采用的铸铁屑填封套箱退火处理 比较,加热保温时间可缩短一半,有效容积约大二倍,生产效率提高近三倍,用电量却不足四分之一。在这种装置下进行退火处理 的黄铜外罩不易产生脱锌,且它适用子需在微氧化气氛下处理 的其它金属制件。采用滴自来水产生蒸汽保护退火,不受锅炉房送汽时间等条件的限制,对于远离锅炉房或是无蒸汽汽源的生产单位、车间或试验室尤为经济实用。