铝材表面裂纹产生原因及措施

造铝合金的热处理裂纹可能产生原因有下面几种：

1．铸件结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊

2．砂型(芯)退让性不良

3．铸型局部过热

4．浇注温度过高

5．自铸型中取出铸件过早

6．热处理过热或过烧，冷却速度过激

详细的如何解决的方法，可参考【铸业网】的《铸造铝合金的缺陷（四）》这一文章。

冷裂常出现在铸件受拉伸的部位，那些壁厚差别大、形状复杂的铸件，尤其是大而薄的铸件易发生冷裂纹。凡是能增加铸造应力、降低铸造强度和塑性的因素都将促使冷裂纹的发展。

热裂纹是一种普通又很难完全消除的铸造缺陷，除Al-Si合金外，几乎在所有的工业变形铝合金中都能发现。关于热裂纹的形成机理主要有强度理论、液膜理论和裂纹形成理论3种。其中，强度理论比较通用，该理论从对合金高温力学性能的研究结果出发，认为所有合金在固相线温度之上的固液区内都存在着一个强度极低、延伸率极小的“脆性温度区间”，合金在这个区间冷却时，当收缩而产生的应力如果超过了此时金属的强度，或者由应力而引起的变形超过了金属的塑性，就会导致热裂纹的产生。

在生产过程中一般不存在纯粹的热裂纹或冷裂纹，大部分都先产生热裂纹，然后在冷却过程中由热裂纹发展成为冷裂纹。

　铸造裂纹产生的本质原因

在凝固末期，铸件绝大部分已凝固成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的收缩受到铸型、型芯和浇注系统等的机械阻碍时，将在铸件内部产生铸造应力，若铸造应力的大小超过了铸件在该温度下的强度极限，即产生热裂纹。而冷裂纹是在铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。总结可知，产生铸造裂纹的本质原因是由于组织内应力与外部机械应力太大，超过材料塑性变形能力，引起金属组织不连续而开裂。

防止铸造裂纹产生的措施

铸造裂纹的影响因素归纳起来主要与熔体质量、铸造设备、铸造工艺条件和晶粒组织有关。因此可从这四个方面入手，采取对应措施来防止铸造裂纹的产生。

　 保证熔体的质量

　 减少熔体中杂质的含量

对7050合金铸造工艺进行了研究，提出对化学成分的优化，可以提高合金的成型性，减少铸锭开裂。

杂质含量高时，合金组织中晶格畸变量增大，内应力增大，抵抗塑性变形能力大大下降，导致合金易于开裂。对于铝及铝合金，Fe、Si是其主要杂质元素。它们主要以FeAl3和游离硅存在。当硅大于铁，形成β-FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3SiAl12)相[6]。当铁和硅的比例不当时，会引起铸件产生裂纹。

此外，其它杂质元素也需相应控制。当合金中存在钠时，在凝固过程中，钠吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶体上的钠形成液态吸附层，产生脆性开裂，即“钠脆”。碱金属钠(除高硅合金外)一般应控制在5×10-4%以下，甚至更低，达2×10-4%以下。像K、Sn等低熔点杂质元素少量存在也会使合金性能变脆，易于开裂。这主要是由于低熔点杂质元素在凝固时后结晶，往往包在晶界周围，导致凝固收缩时受拉应力而沿晶开裂。所以需对铝液中的杂质含量进行合理调配，控制其含量。

　减少熔体的含气量和夹杂物含量

铝及铝合金熔炼、保温时，空气和炉气中的N2、O2、H2O、CO2、H2、CO和CmHn等要与熔体在界面相互作用，产生化合、分解、溶解和扩散等过程，最终使熔体产生氧化和吸气。其氧化生成物有A12O3、SiO2、MnO和MgO等，其中Al2O3是主要的氧化夹杂物[7]。其中，对于非金属夹杂要求其数量少而小，其单个颗粒应少于10μm而对于特殊要求的航空、航天材料、双零箔等制品的非金属夹杂的单个颗粒应小于5μm。

由于熔体吸收的气体中H2占85%以上[8]，且氢在熔体中的溶解度随温度的降低而减小，因而在熔体结晶凝固时有大量气体析出，未及时逸出的便在铸锭中形成气孔。夹杂物和气孔都可削弱晶粒间的联结，造成应力集中，使铸锭的塑性和强度下降，从而导致铸造裂纹。一般来说，普通制品要求的产品氢含量控制在0.15~0.2mL/(100g Al)以下，而对于特殊要求的航空、航天材料、双零箔等氢含量应控制在0.1 mL/(100g Al)以下。

铝合金扁锭铸造表面裂纹是一个比较普遍缺陷问题。铝合金半连续铸造过程中出现的表面裂纹问题应该考虑诸多因素:

1、结晶器锥度

2、铸造温度

3、铸造过程夹渣

4、熔体过热

5、铸造速度过快

6、冷却系统

7、合金化学成分

8、操作技能

铸造温度的恰当控制是减少组织应力、防止裂纹的一项重要措施，必须按合金品种及铸锭规格合理确定铸造温度，否则将造成铸造过程中温度梯度过大，内应力增加，导致开裂。

铝铸件是指是采用铸造的加工方式而得到的纯铝或铝合金的设备器件。

铝型材缺陷的各方面内容： 相信刚入门的铝板企业，对铝板常见的缺陷并不是很了解吧，下面让信义通铝业简单为您介绍几种常见的铝板缺陷，以免因自己的疏忽给企业造成不必要的麻烦哟！ 1、板形方面： （1）错层：带材端面层与层之间不规则错动，造成端面不平。产生原因：坯料不平整；轧机开卷、卷取张力控制不当； 压平辊调整不当等。 （2）塌卷：卷芯严重变形，卷形不圆。产生原因：卷曲过程中张力不当；外力压迫。 （3）侧向弯曲：表现为板形向一边弯曲。产生原因：校平机压力不够。 （4）波浪：铝板、铝带由于不均匀变形而形成的各种不同的不平整现象的总称。板、带边部产生的波浪称为边部波浪，中间产生的波浪称为中间波浪，在中间以及 纸带式过滤机也有缺陷使用需注意哪些方面呢? 1.如果液体中杂质较多且比重非常大，滤纸易出现下陷破裂的现象。 2.平网纸带式过滤机受结构限制，液池较浅。如果液体有一定粘度，或液体中泡沫较多，或者液位开关粘附杂质启动紧急信号失灵都会产生液体外溢的现象。 3.过滤纸是平网纸带式过滤机上的重要附件，也是易耗品，为降低滤纸的消耗。一般建议在平网纸带式过滤机上再增设一套磁性分离器，或采用其他形式。 4.平网纸带式过滤机出渣一端设计不注意会有滴水现象 5.平网纸带式过滤机实际上是一套带过滤装置的水箱，如何方便的清理水箱是个问题。 6.如果大流量过滤采用平网纸带式

铝型材缺陷的各方面内容： 铝型材挤压产品时产生的缺陷如何预防，无锡意美德小编2019年4月11日为您介绍一篇铝型材挤压机技术文章，供您学习和参考！ 怎么样预防铝型材挤压产品时产生的缺陷？总结了以下5点，希望您能从中学习到有用的知识： 1.模具部分，对于平面模，需要加装导流板，以此来缩小进料口。 2.铝型材挤压机的调整，保证挤压杆对中，压饼大小及料胆需定期检测更换。 3.剪完铝棒要用吹干净上面的尘土，减少带人的煤灰量，压余厚度要留够，太薄的压余会导致铝棒死区卷入型材尾端。 4.挤压速度要进行有效控制。 5.每生产一段时间，要进行清缸。 除了铝型材挤压机，其实不管是哪种机器，定期的维护保养很重要，只有这以及 铝型材阳较氧化常见缺陷判断： 1、铝型材表面出现花斑.这种异常一般是由于金属调质不好或材质本身太差所至,处理办法,重新热处理.或更换材质. 2、铝型材表面出现彩虹色.这种异常一般阳较作业失误所致.,上挂时松动, 造成产品导电不良.,处理办法,退电重新阳较处理. 3、铝型材表面碰伤,刮伤严重.这种异常一般是由于运输或加工过程中,作业大意所致,处理办法,退电,打磨再电. 4、铝型材染色时表面出现白点.,这种异常一般是由于阳较作业时,水中有油,或其它杂质所致. 品质标准： 1）膜厚 5-25um，硬度在 200HV以上，封孔实验色变率小于 5% 2）盐雾实验在 36小时

铝合金在高温下很柔软，极易造成变形，大的内应力会造成开裂，常用淬清水方法来消除。对于大锻件和形状复杂的铸件其淬火（固溶）应力特别明显，操作时要特别小心。

铝合金固溶时不发生相变，无组织应力，只有热应力在起作用。零件冷却后，表面因热应力作用造成压应力，心部受断裂应力常常会出现微裂纹。为了减少变形和开裂，应该控制加热速度和冷却方法。目前常用提高淬火温度、用油淬火、改用其他淬火介质或等温淬火等方法来消除。

铝合金淬火在从500℃向250℃转变时为关键性冷却范围，所以新淬火介质以聚醚和聚二醇等聚合物最理想。冷却能力可通过在很大范围内改变浓度来调整，低浓度聚合物水溶液的冷却速度和冷水相当。随浓度提高，冷却能力下降而接近油和热水，聚合物的逆溶性温度(60~80℃)减慢了淬火开始的冷却速度，使热应力明显降低。

装炉方法不当，因自重产生变形，应采用适当的夹具，并保持炉气循环、炉温均匀。正确选择淬火方法会减少畸变。微量的变形可通过淬火后马上校正。

机械加工后零件内残留应力过大也会产生变形，可以进行消除应力退火。消除铝合金的残留应力也可以通过在零件淬火后进行1%~5%的塑性变形，使残留应力因工件变形而松弛。塑性变形后，再进行人工时效则效果更加明显。

工件外形复杂、壁厚不均，容易造成应力集中。应改进设计方案，增大圆角半径。铸铝件应有加强筋，太薄部分淬火时，应用石棉包扎。

另外，热处理炉温均匀性、精确性及淬火转移时间的长短都对变形开裂有影响，操作者应注意。

一、铸造概论铝合金铸造的种类如下：由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。1、铝合金铸造工艺性能铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。(1)流动性流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。(2)收缩性收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。①体收缩体收缩包括液体收缩与凝固收缩。铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶的枝晶间。缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成分散性缩孔，因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。对易产生分散疏松的铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。②线收缩线收缩大小将直接影响铸件的质量。线收缩越大，铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状变化也越大。对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况而定。(3)热裂性铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同，这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整的结晶框架的温度与凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不同。生产中常采用退让性铸型，或改进铸铝合金的浇注系统等措施，使铝铸件避免产生裂纹。通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。(4)气密性铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。铸铝合金的气密性与合金的性质有关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生析出性气孔越小，则合金的气密性就越高。同一种铸铝合金的气密性好坏，还与铸造工艺有关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度以及在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件的气密性提高。也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提高铸件的气密性。(5)铸造应力铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。各种应力产生的原因不尽相同。①热应力热应力是由于铸件不同的几何形状相交处断面厚薄不均，冷却不一致引起的。在薄壁处形成压应力，导致在铸件中残留应力。②相变应力相变应力是由于某些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸变化。主要是铝铸件壁厚不均，不同部位在不同时间内发生相变所致。③收缩应力铝铸件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。这种应力是暂时的，铝铸件开箱是会自动消失。但开箱时间不当，则常常会造成热裂纹，特别是金属型浇注的铝合金往往在这种应力作用下容易产生热裂纹。铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件的残留应力一般较小。(6)吸气性铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多；在700℃时，每100g铝中氢的溶解度为0.5～0.9，温度升高到850℃时，氢的溶解度增加2～3倍。当含碱金属杂质时，氢在铝液中的溶解度显著增加。铸铝合金除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内的液态金属随温度下降，气体的溶解度下降，析出多余的气体，有一部分逸不出的气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称的“针孔”。气体有时会与缩孔结合在一起，铝液中析出的气体留在缩孔内。若气泡受热产生的压力很大，则气孔表面光滑，孔的周围有一圈光亮层；若气泡产生的压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔细观察又具有缩孔的特征。铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生的针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降低了铸件的气密性、耐蚀性，还降低了合金的力学性能。要获得无气孔或少气孔的铝铸件，关键在于熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护，合金的吸气量大为减少。对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中的含氢量。二、砂型铸造采用砂粒、粘土及其他辅助材料制成铸型的铸造方法称为砂型铸造。砂型的材料统称为造型材料。有色金属应用的砂型由砂子、粘土或其他粘结剂和水配制而成。铝铸件成型过程是金属与铸型相互作用的过程。铝合金液注入铸型后将热量传递给铸型，砂模铸型受到液体金属的热作用、机械作用、化学作用。因此要获得优质的铸件除严格掌握熔炼工艺外，还必须正确设计型（芯）砂的配比、造型及浇注等工艺。三、金属型铸造1、简介及工艺流程金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法，铝合金金属型铸造大多采用金属型芯，也可采用砂芯或壳芯等方法，与压力铸造相比，铝合金金属型使用寿命长。2、铸造优点(1)优点金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能比砂型铸造高15%左右。金属型铸造，铸件质量稳定，表面粗糙度优于砂型铸造，废品率低。劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。(2)缺点金属型导热系数大，充型能力差。金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。3、金属型铸件常见缺陷及预防(1)针孔预防产生针孔的措施：严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合物及被严重氧化腐蚀的材料。控制熔炼工艺，加强除气精炼。控制金属型涂料厚度，过厚易产生针孔。模具温度不宜太高，对铸件厚壁部位采用激冷措施，如镶铜块或浇水等。采用砂型时严格控制水分，尽量用干芯。(2)气孔预防气孔产生的措施：修改不合理的浇冒口系统，使液流平稳，避免气体卷入。模具与型芯应预先预热，后上涂料，结束后必须要烘透方可使用。设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。(3)氧化夹渣预防氧化夹渣的措施：严格控制熔炼工艺，快速熔炼，减少氧化，除渣彻底。Al－Mg合金必须在覆盖剂下熔炼。熔炉、工具要清洁，不得有氧化物，并应预热，涂料涂后应烘干使用。设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。采用倾斜浇注系统，使液流稳定，不产生二次氧化。选用的涂料粘附力要强，浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。(4)热裂预防产生热裂的措施：实际浇注系统时应避免局部过热，减少内应力。模具及型芯斜度必须保证在2°以上，浇冒口一经凝固即可抽芯开模，必要时可用砂芯代替金属型芯。控制涂料厚度，使铸件各部分冷却速度一致。根据铸件厚薄情况选择适当的模温。细化合金组织，提高热裂能力。改进铸件结构，消除尖角及壁厚突变，减少热裂倾向。(5)疏松预防产生疏松的措施：合理冒口设置，保证其凝固，且有补缩能力。适当调低金属型模具工作温度。控制涂层厚度，厚壁处减薄。调整金属型各部位冷却速度，使铸件厚壁处有较大的激冷能力。适当降低金属浇注温度。

无论是金属材料还是塑胶材料，在断口形貌观察上，一般来说是先宏观再微观。

对于金属结构件材料，常常由于存在内部残余应力，以及疲劳损伤、存在杂质、表面缺陷等，容易存在微裂纹。微列纹在残余应力或外部应力持续作用下，向两边延展，当达到某一程度，造成整体脆性断裂。因此，一般来说，最初微裂纹的位置由于双边都是刚性的材料，会存在摩擦，形成较其他位置光滑，而最后断裂的位置表面粗糙。

在初步的宏判断之后，更进一步的，应该使用显微镜及扫描电镜SEM做微观断口形貌观察。

从提供的图片上看，可能的薄弱优先断裂位置如下图。

具体的，帆泰检测对于金属、非金属材料的断口形貌分析上是相当专业的，不妨可以电话咨询帆泰检测的专家，可以及早的改进设计，消除隐患。