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徠卡顯微鏡--壓鑄件孔隙率的檢測與等級測定

發布于:2020-04-20T18:04:07 閱讀次數:216

近1年多來,壓鑄件孔隙率的檢測被廣 泛地應用在中國南北大眾汽車零部件開發和工裝樣件的認可中。由于壓鑄工藝的特殊性,壓鑄產品中必然存在氣孔和縮孔等孔洞,而國內絕大多數供應商對孔隙率檢測方法和標準要求不了解,同時也沒有檢測手段,只是使用工業X光探傷設備進行檢測后,將樣品提交一汽大眾和上海大眾進行認可。一汽大眾和上海大眾進行孔隙率檢測后,結果多數情況下因孔隙率不符合產品標準要求而被拒絕認可或只給予讓步認可。有些供應商甚至使用工業CT或醫用CT來挑選樣品,以滿足大眾對孔隙率的認可,極大地增加了檢測成本。


壓鑄件孔隙率標準要求

為了便于檢測分析和對結果的判定,首先對壓鑄件孔隙率標準進行說明: 2.1 適用范圍

僅適用于壓鑄方法以及類似的特殊鑄造方法(如擠壓鑄造和充氧壓鑄等)生產的鋁基、銅基、鎂基和鋅基合金的鑄件內部和外部的體積虧空 – 孔隙的檢測。其它的缺陷,例如縮陷、冷隔、拉傷、毛刺和熱裂紋等不予考慮。 2.2 孔隙率

對于所約定的平面,載荷類型為 G、S 和 D 時,孔隙率參數規定了在一個基準面上所允許的最 大孔隙百分比;載荷類型為 F 時,規定了在一個基準面上所允許的最多的確定孔隙的數量。此時基準面總是正方形、三角形(等腰三角形)或者圓形,其形狀取決于零件的幾何形狀。

孔隙等級的基準面

如果在零件中插入一個任意的平整的截面(孔隙等級為F時觀察功能面),則會得到一個面,這個面可分為正方形、三角形(等腰三角形)、圓形以及任意形狀的分面。選擇這些分面的各自的基準面,使得基準面所覆蓋的面積達到最 大;基準面的形狀與分面的外形盡可能的匹配(如圖)。孔和螺紋周圍的區域,如果孔和螺紋垂直于長軸,則基準面是圍繞孔和螺紋的 大的圓環面。這時圓環的厚度為可行的壁厚。


由此得出, D1到D4的孔隙等級具有下述的必要條件:在各個基準面內,(除了要滿足等級所規定的孔隙率外),在基準面的所有分面上(基準面內任意位置的分面,其大小 = 3 mm × 4 mm),面積孔隙率不允許大于4%。當基準面大小不夠時,則取消這種進行方式。 2.4 孔隙等級標記 通用標記:

A B D Z1 Z2 … Zn

Zn – 附注 n Z2 – 附注 2 Z1 – 附注 1

D - 孔隙直徑--單個孔隙的最 大等效直徑 B - 孔隙率 A – 載荷種類 實例標記1:

F 4 3 A0.5 P0.8

直徑小于 0,8 mm 的孔隙不考慮

兩個孔隙之間的最小距離: 0.5 × 較小孔隙的直徑 允許的單個孔隙的尺寸: 3 mm

每個基準面上最多 4 個確定的孔隙 對功能面有特殊要求的零件 實例標記2: S 5 2 C

結合處和材料堆積處的孔隙窩是允許的 允許的最 大孔隙直徑: 2 mm 允許的最 大孔隙率: 5% 主要承受靜態載荷

2.5 孔隙等級標記中的載荷種類和附注 * 載荷類型參數可以取下述標記 S 用于主要承受靜態載荷的零件 D 用于主要承受動態載荷的零件 F 用于功能面有特殊要求的零件 G 用于沒有較接近的特殊要求的零件 * 附注:

附注 1 到附注 n 的說明是可選的。它們可以單個地注明或者以多個組合的形式注明,注明時可取下列數值:

An---相鄰孔隙的間距。這個參數規定了兩個相鄰孔隙之間的最小邊緣距離。最小邊緣距離等于兩個相鄰孔隙中較小孔隙的直徑乘以因子 n,單位為 mm。 (A = 距離)

M----零件壁的中點。這個參數只能與直徑參數結合起來使用。只有位于零件壁中點(M)的孔隙窩是允許的。孔隙窩是單個孔隙的堆積。孔隙窩存在的必要條件是:

- 孔隙窩的直徑大于所允許的單個孔隙的最 大尺寸。 - 相鄰孔隙間的距離小于這些孔隙中最小孔隙的直徑。

C----材料堆積。這個參數只能與直徑參數結合起來使用。只有在材料堆積中的和結合點處(熱節點 = C)的孔隙窩是允許的。

R----零件壁的核心部位。這個參數 R 只有對于 D10 到 D30 的孔隙等級是允許的。

(例如D10:主要承受動態載荷,所允許的最 大孔隙率是 10%)。給出的孔隙等級只適用于 零件壁的核心部位(R)(所觀察的壁厚的靠里的 1/3 處)。在靠外的兩個 1/3 中,要按照孔隙等級D4。

Pn----孔隙尺寸。這個參數只能與直徑參數結合起來使用。所允許的最 大的孔隙尺寸(通過直徑參數來確定)只適用于零件壁的核心部位(所觀察的壁厚的靠里的 1/3 處)。在靠外的兩個 1/3 中,所允許的單個孔隙的最 大孔隙尺寸 (P) 被限為直徑為 n mm。對于孔隙等級 F,n 規定了可忽略的孔隙的最 大直徑,既小于該直徑的孔隙可以不考慮。

孔隙率的檢測分析與等級測定

對于鑄件孔隙度的評價,有多種不同的檢驗方法。載荷類型不同,評價的準則也不同。因為汽車用壓鑄件多數屬于承受動態載荷的零部件,所以對主要承受靜態載荷的零件、功能面有特殊要求的零件以及沒有較接近的特殊要求的零件的孔隙率的檢測和等級測定不再探討,僅探討主要承受動態載荷的零件的孔隙率的檢測和等級測定。 3.1 樣品的制取

這種檢驗只適用于有較高要求的關鍵的零件部位。如果圖紙標明孔隙檢測部位,按圖紙要求截取鑄件截面;如果圖紙沒有標明孔隙部位,則由產品開發工程師根據產品功能和客戶要求確定孔隙檢測部位,并按要求截取鑄件截面;之后,按金相磨拋面的方法對截取的鑄件截面進行磨拋,磨拋后的鑄件截面要有鏡面光澤的表面,磨面不允許有邊緣倒圓或凸起形成,不腐蝕,在100倍下看不到劃痕和拖尾即為合格。 3.2 樣品分析

如鑄造廠和用戶之間沒有其它的約定,孔隙規定為孔隙等級D時,總是用放大倍數為 25:1 的顯微鏡對金相磨面進行評價。D1到D4的孔隙等級只能用25:1的放大倍數對金相磨面進行評價。如在零件圖紙上對檢驗截面沒有作出特殊的規定,則孔隙等級標記中的數值規定適用于該零件的所有截面。

首先標定標尺并采集圖像(采集圖像時應注意適度的照明。照射過渡的照片顯示出的氣孔率會變小,照明不足的照片顯示的氣孔率會變大)。如果一個視場不能反映所截取鑄件截面的整體形狀,必須進行拼接。然后進行圖像二值化處理,選取基準面,進行第二相面積百分含量測定,其結果即為所選取基準面的孔隙率。 3.3 等級測定

對于簡單截面,孔隙率最 大的基準面的結果作為該取樣部位的孔隙等級;對于復雜截面,可能有多個基準面,需要對所有基準面進行分析評價,并給出每個基準面的孔隙等級。 對孔隙等級D,當孔隙等級大于D4時,從D5開始,每個級別均是5的倍數,例如:

小正方形的孔隙等級:D10(孔隙率9%) 大正方形的孔隙等級:D5(孔隙率4%)

小正方形的孔隙等級:D10(孔隙率8.6%) 大正方形的孔隙等級:D5(孔隙率4.5%) 三角形的孔隙等級:D5(孔隙率4.3%)

大正方形的孔隙等級:D15(孔隙率12%)

小正方形的孔隙等級:D1(孔隙率1%)

金相磨面方法檢測壓鑄件的孔隙率,能夠提供最準確的關于孔隙的來源和形成以及其它

結構雜質的信息,因此它是一種對零件關鍵部位的情況具有最 大說服力的檢驗方法。這種檢驗方法是一種非常耗時的破壞性檢測方法,操作時要求特別地細心。根據經驗,制造出只有一種孔隙等級的復雜零件是很困難的。詳細描述一個零件不同部位的孔隙等級,為技術人員提供數據并通過設計者和鑄造者的合作,可降低孔隙率。

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