铸锭均匀化热处理后,有时在表面形成的鼓包称表面气泡。钢板表面气泡是指在钢板表面出现无规律分布的、或大或小的鼓包,外形比较圆滑。气泡开裂后,裂口呈不规则的缝隙或孔隙,裂口周边有明显的胀裂产生的不规则“犬齿”,裂口的末梢有清晰的线状塌陷,裂口内部有肉眼可见的富集夹杂物。
气泡种类
气泡有两种:一种是表面气泡,一种是穿通气泡。气泡一般不是热处理本身造成的,但此种缺陷或废品通过淬火或退火加热才能显现出来。
表面气泡出现在包铝板材上。产生的原因是,在热轧的第一个道次焊合轧制时,由于包铝板与铸锭之间落入润滑剂,结合得不牢,或由于铸锭铣面质量不高,表面上黏有脏物及其他外来的易挥发物质。当轧制成薄板时气体被压人板内,在淬火或退火加热时,使积存于包铝层和铝板夹层中的空气或水蒸气膨胀,而形成了表面气泡。消除这种气泡的办法是,在进行第一道轧制时,不供给乳液,并要认真地消除包铝板和铸锭表面上的脏物。
在空气炉中进行淬火加热时,由于温度过高,加热时间长,制品表面常因吸入气体而形成表面气泡。选用恰当的热处理制度,或改用熔盐炉进行淬火处理可以消除这类表面气泡。
穿通气泡多半产生在薄壁的板材、管材和型材上,气泡贯穿了半制品的壁。产生的原因是合金在熔炼时除气不净,在铸锭中含有较大的气泡。此气泡保留在半制品中,在热处理后表现出来。消除穿通气泡的办法是,加强熔炼时的精炼和除气操作。
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。
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。
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
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;
表面气泡对性能的影响
表面气泡破坏了表皮组织的连续性,铸锭要车皮和铣面,板材和锻件不应超过公差余量之半。