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(5)几分钟后,吸附能力极强的吸附剂便能把渗入表面缺陷内的红色渗透液吸出。
观察工件表面,会出现红色彩象,显示出缺陷。
在普通光线下肉眼即可观察到。
荧光和着色这两种方法的基本原理差不多,灵敏度也接近。
着色法明显的好处是可以用肉眼在普通光线下直接观察,不必像萤光法那样,需要在暗室内用紫外光照射。
对大型的工件进行局部检验或现场检修时,着色法具有优越性。
荧光法和着色法不受材料磁性的限制,适于铝合金这样的非磁性材料的表面缺陷检验。
6-4力学性能及测试
6.4.1铝和铝合金的力学性能
纯铝的强度和硬度不高。
纯铝的抗拉强度%仅为50〜80MPa,铝的纯度越高其强度和硬度越低,但塑性越好,图6-22所示为铝的纯度与其强度和硬度的关系。
随着铝中杂质元素的增加,铝的塑性降低。
因此,用于大塑性变形的铝材,例如铝线和铝箔,对于杂质含量的控制都有相当高的要求。
工业纯铝由于机械强度太低,不能用作结构材料。
冷变形加工可以提高铝的强度。
这是由于剧烈冷变形后,铝晶体中的缺陷增多,位错密度加大,大量位错相互缠结所形成的胞状结构,造成继续塑性变形的阻力增大,即产生了加工硬化现
象。
加工硬化町以使铝的抗拉强度提高一倍多,%达到150〜180MPao
1一抗拉强度,2—屈服强度
铝合金的密度很低,仅为2.7g/cm3,还不到钢铁材料7.8g/cn^的1/2。
若按比强度(强度与密度之比s/p)和比刚度比较,
铝合金的强度和刚度都要优于普通的钢。
因此,铝合金在那些对于重量有严格限制的结构有突出的优势。
例如,铝合金是制造航空航天飞行器、髙速轨道列车和轻型建筑结构、便携工具等非常理想的材料。
铝的延展性极好,易于采用轧制、挤压.拉伸.锻造等冷.热
塑性变形加工成形。
即使在很低的温度下,铝和铝合金也不产生脆性,适用于冷冻库装置、极地车辆和在低温条件下工作设施的制造。
在塑性变形过程中,可以形成一些有特殊的变形组织。
例如,
铝合金中的晶粒将沿最大主应力方向被拉长或压扁。
在含有一些元素如镭或铮的合金中,存在的许多亚微质点可以阻止变形合金在随后的热处理时发生再结晶,从而使变形的拉长晶粒保留下来。
合金中的粗大化合物也会在金属流动方向上排列成行或成链状(见图6-23)o具有这些特征的组织叫
做纤维组织或流线。
具有这种组织特征后,材料的性能会出现明显的各向异性性质。
即,材料在纵横和高向上的性能会出现明显的不一致。
塑性变形还会在合金中产生变形织构。
即在变形过程中,原
来位向随机的多晶体还会随着变形发
组织中的这些变化带来铝合金的各向异性性能。
例如,变形铝合金板材在纵向、横向两个方向上有性能差
能差异(见图6-24)o当应力垂直于纤维方向或流线时,拉伸性能,特别是延性在纵向上最大,而在短横向上最
小。
铝和铝合金的各向异性会带来加工时的变形不均匀等问题。
表6・10给出了铝合金的各向异性。
表6・10铝合金的各向异性
合金位向
0.2%屈服应力/MPa
拉伸强度/MPa
延伸率/%
Al-Zn-Mg-Cu(7075)
纵向(L)
“523
570
15.5
长横向(LT)
482上
552
12.0
矩横向(ST)
445
527
7.5
ST/L比
0.85
0.93
0.48
Al-Cu-Mg(2014)
纵向(L)
441
477
14.0
长横向(LT)
423
471
10.5
短横向(ST)
404
449
4.0
ST/L比
0.91
0.94
0.29
在铝中添加Si.Cu、Mg.Zn等合金元索形成各种铝合金后,由于固溶强化、沉淀强化和第二相强化的作用,可以使铝合金的强度大幅度地提高。
当铝合金中强化相过于粗大(如变形铝合金发生过时效,铸造铝合金变质处理不良或未经变质处理时)、集中分布
图6-25裂纹沿粗大第二相扩展
(第二相沿晶界析出,偏析造成的枝晶间共晶、离异共晶等)、或者是几何形状不好等,都会带来铝合金的力学性能降低,尤其是合金的塑性和韧性的降低,对于加工和使用不利。
从图6-25可见裂纹沿粗大第二相扩展。
铝合金与其他金属材料一样,
当强度水平因合金化和热处理而提高时,其韧性会降低,应力作用下的腐蚀断裂也成为危险因素。
因此,对于髙强度铝合金,出于安全考虑,断裂韧性和应力腐蚀断裂便成为重要的性能考核指标,对其有很严格的要求。
对于用于国防、航空航天和汽车、舰船等重要应用的铝合金,.对其疲劳寿命有很高的要求。
一般来讲,由于铝合金的熔点低,其耐热温度不高。
但添加一
些合金元素的耐热铝合金也有较好的热强度和抗蠕变性能。
表6-11给出了常用铸造铝合金的力学性能。
表6・12为常用变
形铝合金的力学性能。
表6-11常用铸造铝合金的力学性能
合金代号
铸造
方法
热处理状态
抗拉强度^b/MPa
屈服强度
%.2/MPq
断后延伸率&/%
抗压屈服强度
5-0.2/MPa
硬度
HBS
抗剪强度rb/MPa
旋转弯曲疲劳强度e_i/MPa
F
165
125
6.0
—
—
一
T1
170
140
2.0
145
60
140
55
T4
200
110
4.0
55
150
45
S
T5
220
120
4.0
—
T6
225
165
3.5
170
70
180
60
ZL101
T7
235
205
2.0
215
75
165
60
F
180
125
5.0
—
—
—
T1
185
140
2.0
—
—
—
—
J
T5
230
140
4.0
—
70
—
—
T6
275
■
185
5・0
185
90
220
90
T7
225
165
5.0
185
70
170
75
F
160
90
7.0
—
—
—
—
S
T1
180
125
3.0
—・
—
ZL101A
T6
160
195
6.0
—
70
—
J
T6
285
205
12.0
—
80
—
—
ZL102
SB
F
175
80
6.0
—
55
125
40
YL102
Y
F
215
115
1.8
—
—
—
—
ZL104
S
T6
255
195
4.0
—
70
—
—
F
160
85
3.0
—
—
Q
T1
195
160
1.5
165
65
150
55
T6
240
.170
3.0
180
80
195
60
Z1405
T7
260
250
0.5
160
85
195
70
T1
205
165
2.0
165
75
165
—
J
T6
295
185
4.0
185
90
235
70
T7
275
205
2.0
205
85
205
70
•ZL105A
S
T6
270
200
5.0
—
85
—
—・
J
T6
330
195
10.0
—
90
—
—
合金代号
传造
方法
热处理状态
抗拉强度%/MPa
屈服强度%.2/MPa
断后延伸率&/%
抗压屈服强度
5-0.2/MPa
硬度
HBS
抗剪强度rb/MPa
旋转弯曲疲劳强度 F 185 125 2.0 130 70 150 70 S T5 205 180 1.5 185 80 165 75 ZL107 T6 245 165 2.0 170 80 200 75 J F 185 125 2.0 130 70 150 70 T6 275 185 3・0 185 95 — — ZL109 J T1 T6 250 325 195 295 195 .295 105 125 195 250 95 ZL111 J T6 380 285 6・0 290 100 260 115 YL112 Y F 330 165 3・0 — 80 215 145 YL113 Y F 325 170 1.0 — 80 205 145 ZL114A S J T6 T6 315 345 250 275 3・0 10.0 240 275 85 85 285 295 85 110 Q T4 280 — 5.0 — 75 — ZL116 O T5 330 280 3.0 — 90 — 75 I T4 300 — 7.0 — 85 — J T5 360 — 5.0 95 — T6 255〜305 0.4〜 — 130〜 — -— ZL117 J T7 235〜295 1.0 0・3〜 150 120〜 0.8 130 YL117 Y F 317 250 <1.0 — 120 — 140 ZL201 S T4 T5 325 360 160 215 10 5.0 — 90 100 — 70 70 ZL201A S T4 T5 365〜370 440〜470 255〜305 17〜19 8〜15 275〜285 100 120 — 90 Q F 165 105 1.5 — — — — ZL2O2 O T6 285 270 0・5 295 115 220 60 J T6 330 250 — 250 140 250 ・、 62 ZL203 S T4 T6 220 250 110 165 &5 5.0 115 170 60 75 180 205 50 50 ZL204A S T5 440 395 5.2 — 140 340 70〜90 斷后延仲率氐/% 旋转弯曲疲劳强度c_i/MPa 抗压屈 抗剪 合金代号 铸造方法 热处理状态 抗拉强度%/MPa 屈服强度 强度 d一0.2/MPa 硬度 HBS 强度rb/MPa T5 480 345 13 — 140 345 90 ZL2O5A S T6 510 430 7 — 150 345 85 T7 495 455 3.4 — 140 — — ZL206 S T6 365 305 1.8 135 265 85 ZL207 S F T1 170 190 — 1.0 0.5 — 85 90 — — J F 195 — 1.6 — 85 — — T1 ■ 215 — 1.3 — 85 — — ZL208 S T7 290 210 1.8 — — — — ZL2O9 S T6 485 445 2.5 — 150 330 — S T6 460 380 5,0 430 135 280 — T7 495 450 6 —— — — — A201.0 J T6 460 365 9.0 — —* — R模量 315*C T6 385 340 4.0 — — — 11■ 206.0 S T7 345 345 11.7 370 — 255 — T4 320 — 12 70 — — S、R T5 420 300 9 -— 90 — 90 BAJI10 T6 460 320 5 — 110 — 80 T4 340 — 14 — 80 — — J T5 460 360 10 — 100 — T6 520 390 6 — 120 300 120 ZL401 S、R T1 215 100 3 65 — 65 J < T1 255 — 5 70 — — ZL402 s T1 240 170 9 — 70 — 60 J T1 220 150 75 — — 表672常用变形铝合金的力学性能 合金 状态 %.2/MPa 叫/MP8 d/% 硬度 /HB 抗剪强度 /MPa 我劳强度 /MPa 1060 0 28 69 43 19 48 21 H12 76 83 16 23 55 28 H14 90 97 12 26 62 34 H16 103 110 8 30 69 45 H18 124 131 6 35 76 45 1100 0 34 90 35 23 62 34 H12 103 110 12 28 69 41 H14 117 124 9 32 76 48 H16 138 145 6 38 83 62 H18 152 165 5 44 90 62 2A12 T4 308 440 19 T6 371 456 10 4032 T6 315 380 9 114 5005 0 41 124 25 28 76 H12 131 138 10 97 H14 152 159 6 97 H16 172 179 5 103 H18 .193 200 4 110 5AO2 0 •80 190 23 45 120 H12 180 21 H14 210 320 6 60 125 H18 4 5A03 0 120 235 22 58 115 H12 145 230 14.5 H14 230 270 8 75 13 5AO5 0 150 305 20 65 140 H12 170 310 18 5A06 0 160 340 20 70 130 H12 190 340 20 H14 345 450 13 5A12 0 220 400 25 •• H12 500 580 10 合金1 状态 %.2/MPa <7b/MPa 8/% 硬度/HB 抗剪强度 /MPa 疲劳强度 /MPa 6061 0 124 155 25 30 83 62 T4 145 241 22 65 165 97 T6 176 310 12 95 207 97 6063 0 48 90 25 69 55 T6 214 241 12 73 152 69 7001 0 150 255 60 T6 625 675 160 150 7075 0 105 230 17 60 6.4.2拉伸试验 拉伸试验是测定铝合金产品综合力学性能的最通常应用的试验方法。 拉伸试验采用一定规格的试样,在材料试验机上进行测试。 拉伸试样可以是圆棒状试样(浇注的试棒,或从铸锭.型材上切 取),见图6-26,也可以是板状试样(由板、带材上切取)或其他截面的试样。 通过拉伸试验可以检验材料在外力作用下抵抗断裂的能力和变形的能力,获得材料的强度(屈服强度、抗拉强度)和塑性(延伸率、断面收缩率)的数据,从而为加工工艺、化学成分和微观组织调整提供依据,同时也是作为产品综合力学性能评定的依据。 拉伸试样选取位置按需要而确定,以具有代表性为原则。 对于一般铝加工产品在中部、头部和尾部选取试样。 试样的规格视铸锭横截面尺寸按表6-13而定,尽可能选取5号标准圆试样。 在铸锭上切取拉伸试验用料时要考虑加工余量。 试样数量可根据需要和可 能确定,为了使数据具有代表性,通常选取三个平行试样,取拉伸数据平均值。 对于铸件检验,可同炉浇注拉伸试棒进行力学性能测试。 表6・13铝合金拉伸圆试样的基本尺寸 试样种类(短试样) 1 2 3 4 5 基本尺寸/mm D 6 8 10 12 14 L 65 90 90 118 150 6.4.3硬度试验 硬度试验是对材料力学性能检验最常用且非常简便易行的方法。 可在理化实验室进行,亦可用于在线生产检验。 可用于对原材料的性能进行检验,亦可用于半成品和成品的性能测试。 由于铝合金绝对强度不高,属于中低强度的金属材料,其硬度测试主要采用布氏硬度法,即在一定的载荷下,以一定直径的硬质合金球(^2.5mm,05mm,GlOmm)压入材料表面的方法测试材料抵抗压入的能力。 一定状态下材料的硬度值与其抗拉强度有较好的对应关系,可以通过硬度值换算出强度的大致数据,因此,硬度测试可以用来检验材料的整体力学性能。 硬度测试在试样准备、实验设备与操作上比拉伸试验简单得多,这也是硬度测试能够在生产检验中得到普遍应用的原因。 通常的操作是,选取材料的不同截面或部位,测试面要平整,其粗糙度参数&一般不大于1.6pm,进行三点以上的测试,测量各压痕直径,取其算术平均值作为测试结果。 布氏硬度计可以测试铝及铝合金的宏观硬度。 当特殊需要时,还可以采用其他的硬度测试方法进行性能测试。 例如,试样尺寸较小、太薄或者需要测试某些特定微小局部的性能时,可以采用维氏硬度法测试铝合金的硬度。 其压头为四棱锥形,相对压入面积较小,尤其是采用小负荷维氏硬度计(载荷小于5kg)时。 小负荷硬-度计在对产品进行测试时,甚至不会明显造成材料表面损伤。 对于在微观层次上的材料性能变化,例如,测试偏析、偏聚、第二相、夹杂等的性质,或变形组织造成的各向异性性质的判断分析时,还 可采用显微硬度测试方法,显微硬度的测试原理与技术和一般维氏硬度没有区别,只是载荷更小,压痕尺寸测M: 需要在显微放大的条件下进行。 特定材料与状态的各种硬度值以及拉伸实验值之间的换算关系可以在相关材料手册中査到。
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