夹杂物无损检测优化方法

铝合金中的夹杂物主要是氢和氧化铝夹杂，包括氧化膜、氧化夹渣。

氢是可明显溶解于铝中的唯一气体。铝中含有气体的问题是由于在凝固点，液体与固体金属中氢的溶解度差别很大（约为20∶1）而产生。在金属固化期间，氢脱离溶解状态形成气泡，这可在铸件和铸锭中形成疏松，在薄板上引起泡和在锻件中引起光亮鳞皮。

氧化膜是在高温条件下，处于熔融状态的铝与空气接触后，在表面立即生成的Al₂O₃薄膜。随着温度的增高，厚度逐渐增加而塑性下降，最后碎裂落入熔融液中。Al₂O₃的密度（3.9g/cm³）比铝的密度（2.29g/cm³）大，本可迅速沉降至炉底。但实际上，由于这种悬浮氧化物的大小和所吸附氢含量的不同，有的沉在炉底，有的上浮至表面，有的则悬浮于熔体之中，形成铸锭内部缺陷。这与称之为氧化夹渣的颗粒状氧化物是完全不同的。在热塑性变形过程中，氧化膜可在变形方向上扭转并准确按金属流线分布，如图10.2-4所示。在断口上，氧化膜具有小平台（如图10.2-5所示），因合金成分不同，氧化膜具有不同颜色，可为亮黄色、灰色或深黄色。氧化膜降低短横向的抗拉强度、塑性和疲劳性能，并使疲劳性能数据有很大分散；氧化膜可成为可疲劳断裂的起源。注意：熔体中的氧化膜如果不吸附氢，在加工过程中与基体是可以粘合的，用超声波法难以检测。

图10.2-4 出现在铝合金叶轮上的氧化膜(www.xing528.com)

氧化膜超声波检测的要求及注意事项是：①应在变形（锻造、轧制）之后进行检测，变形量一般需在80%以上；②应在热处理工序之后进行检测，氢的膨胀可使氧化膜更易被发现；③入射方向应与主流线方向垂直；④入射方向必须包括有垂直分模面的方向，分模面处的金属流动往往最剧烈，氧化膜呈现的面积往往也越大。

图10.2-5 断口形貌

此外，在实际生产中，熔融铝通常还会含有以下夹杂物：炉衬、流槽的碎片，操作工具因遭腐蚀而造成的碎片，以及不熔性夹杂沉淀物，如金属硼化物、金属碳化物等。夹杂物的无损检测可用超声波、涡流等方法进行，可参阅本手册相应章节。