徠卡顯微鏡--壓鑄件孔隙率的檢測(cè)與等級(jí)測(cè)定

近1年多來(lái)，壓鑄件孔隙率的檢測(cè)被廣 泛地應(yīng)用在中國(guó)南北大眾汽車零部件開(kāi)發(fā)和工裝樣件的認(rèn)可中。由于壓鑄工藝的特殊性，壓鑄產(chǎn)品中必然存在氣孔和縮孔等孔洞，而國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)供應(yīng)商對(duì)孔隙率檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)要求不了解，同時(shí)也沒(méi)有檢測(cè)手段，只是使用工業(yè)X光探傷設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)后，將樣品提交一汽大眾和上海大眾進(jìn)行認(rèn)可。一汽大眾和上海大眾進(jìn)行孔隙率檢測(cè)后，結(jié)果多數(shù)情況下因孔隙率不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求而被拒絕認(rèn)可或只給予讓步認(rèn)可。有些供應(yīng)商甚至使用工業(yè)CT或醫(yī)用CT來(lái)挑選樣品，以滿足大眾對(duì)孔隙率的認(rèn)可，極大地增加了檢測(cè)成本。

壓鑄件孔隙率標(biāo)準(zhǔn)要求

為了便于檢測(cè)分析和對(duì)結(jié)果的判定，首先對(duì)壓鑄件孔隙率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說(shuō)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(chǎn)的鋁基、銅基、鎂基和鋅基合金的鑄件內(nèi)部和外部的體積虧空 – 孔隙的檢測(cè)。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(duì)于所約定的平面，載荷類型為 G、S 和 D 時(shí)，孔隙率參數(shù)規(guī)定了在一個(gè)基準(zhǔn)面上所允許的最 大孔隙百分比;載荷類型為 F 時(shí)，規(guī)定了在一個(gè)基準(zhǔn)面上所允許的最多的確定孔隙的數(shù)量。此時(shí)基準(zhǔn)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(jí)的基準(zhǔn)面

如果在零件中插入一個(gè)任意的平整的截面(孔隙等級(jí)為F時(shí)觀察功能面)，則會(huì)得到一個(gè)面，這個(gè)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(zhǔn)面，使得基準(zhǔn)面所覆蓋的面積達(dá)到最 大;基準(zhǔn)面的形狀與分面的外形盡可能的匹配(如圖)?？缀吐菁y周圍的區(qū)域，如果孔和螺紋垂直于長(zhǎng)軸，則基準(zhǔn)面是圍繞孔和螺紋的 大的圓環(huán)面。這時(shí)圓環(huán)的厚度為可行的壁厚。

由此得出， D1到D4的孔隙等級(jí)具有下述的必要條件：在各個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)，(除了要滿足等級(jí)所規(guī)定的孔隙率外)，在基準(zhǔn)面的所有分面上(基準(zhǔn)面內(nèi)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(dāng)基準(zhǔn)面大小不夠時(shí)，則取消這種進(jìn)行方式。 2.4 孔隙等級(jí)標(biāo)記 通用標(biāo)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(gè)孔隙的最 大等效直徑 B - 孔隙率 A – 載荷種類 實(shí)例標(biāo)記1：

F 4 3 A0.5 P0.8

直徑小于 0,8 mm 的孔隙不考慮

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

每個(gè)基準(zhǔn)面上最多 4 個(gè)確定的孔隙 對(duì)功能面有特殊要求的零件 實(shí)例標(biāo)記2： S 5 2 C

結(jié)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(tài)載荷

2.5 孔隙等級(jí)標(biāo)記中的載荷種類和附注 * 載荷類型參數(shù)可以取下述標(biāo)記 S 用于主要承受靜態(tài)載荷的零件 D 用于主要承受動(dòng)態(tài)載荷的零件 F 用于功能面有特殊要求的零件 G 用于沒(méi)有較接近的特殊要求的零件 * 附注:

附注 1 到附注 n 的說(shuō)明是可選的。它們可以單個(gè)地注明或者以多個(gè)組合的形式注明，注明時(shí)可取下列數(shù)值：

An---相鄰孔隙的間距。這個(gè)參數(shù)規(guī)定了兩個(gè)相鄰孔隙之間的最小邊緣距離。最小邊緣距離等于兩個(gè)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(diǎn)。這個(gè)參數(shù)只能與直徑參數(shù)結(jié)合起來(lái)使用。只有位于零件壁中點(diǎn)(M)的孔隙窩是允許的?？紫陡C是單個(gè)孔隙的堆積?？紫陡C存在的必要條件是：

- 孔隙窩的直徑大于所允許的單個(gè)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(gè)參數(shù)只能與直徑參數(shù)結(jié)合起來(lái)使用。只有在材料堆積中的和結(jié)合點(diǎn)處(熱節(jié)點(diǎn) = C)的孔隙窩是允許的。

R----零件壁的核心部位。這個(gè)參數(shù) R 只有對(duì)于 D10 到 D30 的孔隙等級(jí)是允許的。

(例如D10：主要承受動(dòng)態(tài)載荷，所允許的最 大孔隙率是 10%)。給出的孔隙等級(jí)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(gè) 1/3 中，要按照孔隙等級(jí)D4。

Pn----孔隙尺寸。這個(gè)參數(shù)只能與直徑參數(shù)結(jié)合起來(lái)使用。所允許的最 大的孔隙尺寸(通過(guò)直徑參數(shù)來(lái)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(gè) 1/3 中，所允許的單個(gè)孔隙的最 大孔隙尺寸 (P) 被限為直徑為 n mm。對(duì)于孔隙等級(jí) F，n 規(guī)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(cè)分析與等級(jí)測(cè)定

對(duì)于鑄件孔隙度的評(píng)價(jià)，有多種不同的檢驗(yàn)方法。載荷類型不同，評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則也不同。因?yàn)槠囉脡鸿T件多數(shù)屬于承受動(dòng)態(tài)載荷的零部件，所以對(duì)主要承受靜態(tài)載荷的零件、功能面有特殊要求的零件以及沒(méi)有較接近的特殊要求的零件的孔隙率的檢測(cè)和等級(jí)測(cè)定不再探討，僅探討主要承受動(dòng)態(tài)載荷的零件的孔隙率的檢測(cè)和等級(jí)測(cè)定。 3.1 樣品的制取

這種檢驗(yàn)只適用于有較高要求的關(guān)鍵的零件部位。如果圖紙標(biāo)明孔隙檢測(cè)部位，按圖紙要求截取鑄件截面;如果圖紙沒(méi)有標(biāo)明孔隙部位，則由產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師根據(jù)產(chǎn)品功能和客戶要求確定孔隙檢測(cè)部位，并按要求截取鑄件截面;之后，按金相磨拋面的方法對(duì)截取的鑄件截面進(jìn)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(méi)有其它的約定，孔隙規(guī)定為孔隙等級(jí)D時(shí)，總是用放大倍數(shù)為 25:1 的顯微鏡對(duì)金相磨面進(jìn)行評(píng)價(jià)。D1到D4的孔隙等級(jí)只能用25:1的放大倍數(shù)對(duì)金相磨面進(jìn)行評(píng)價(jià)。如在零件圖紙上對(duì)檢驗(yàn)截面沒(méi)有作出特殊的規(guī)定，則孔隙等級(jí)標(biāo)記中的數(shù)值規(guī)定適用于該零件的所有截面。

首先標(biāo)定標(biāo)尺并采集圖像(采集圖像時(shí)應(yīng)注意適度的照明。照射過(guò)渡的照片顯示出的氣孔率會(huì)變小，照明不足的照片顯示的氣孔率會(huì)變大)。如果一個(gè)視場(chǎng)不能反映所截取鑄件截面的整體形狀，必須進(jìn)行拼接。然后進(jìn)行圖像二值化處理，選取基準(zhǔn)面，進(jìn)行第二相面積百分含量測(cè)定，其結(jié)果即為所選取基準(zhǔn)面的孔隙率。 3.3 等級(jí)測(cè)定

對(duì)于簡(jiǎn)單截面，孔隙率最 大的基準(zhǔn)面的結(jié)果作為該取樣部位的孔隙等級(jí);對(duì)于復(fù)雜截面，可能有多個(gè)基準(zhǔn)面，需要對(duì)所有基準(zhǔn)面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并給出每個(gè)基準(zhǔn)面的孔隙等級(jí)。 對(duì)孔隙等級(jí)D，當(dāng)孔隙等級(jí)大于D4時(shí)，從D5開(kāi)始，每個(gè)級(jí)別均是5的倍數(shù)，例如：

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

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

大正方形的孔隙等級(jí)：D15(孔隙率12%)

小正方形的孔隙等級(jí)：D1(孔隙率1%)

金相磨面方法檢測(cè)壓鑄件的孔隙率，能夠提供最準(zhǔn)確的關(guān)于孔隙的來(lái)源和形成以及其它

結(jié)構(gòu)雜質(zhì)的信息，因此它是一種對(duì)零件關(guān)鍵部位的情況具有最 大說(shuō)服力的檢驗(yàn)方法。這種檢驗(yàn)方法是一種非常耗時(shí)的破壞性檢測(cè)方法，操作時(shí)要求特別地細(xì)心。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，制造出只有一種孔隙等級(jí)的復(fù)雜零件是很困難的。詳細(xì)描述一個(gè)零件不同部位的孔隙等級(jí)，為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)并通過(guò)設(shè)計(jì)者和鑄造者的合作，可降低孔隙率。