ADC12是一種Al-Si-Cu系壓鑄型鋁合金，其成型性能好，強(qiáng)度高，常運(yùn)用于鑄造模具受尺寸和形狀限制的零件。Si作為合金中的主要合金元素加入到Al基體中，可提高合金的流動(dòng)性，降低合金的收縮量和熱裂傾向，減少疏松、縮孔和熱裂紋等缺陷，并提高氣密性，從而獲得致密的優(yōu)質(zhì)鑄件。但在生產(chǎn)過(guò)程中，合金容易產(chǎn)生Si元素偏析，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響合金的使用性能和零件安全。

    某航空發(fā)動(dòng)機(jī)變速器殼體采用該材料壓鑄成型，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)殼體加強(qiáng)筋板與本體轉(zhuǎn)接部位出現(xiàn)一條貫穿性裂紋。本文針對(duì)變速器殼體裂紋性質(zhì)及產(chǎn)生原因開(kāi)展了相關(guān)冶金分析，確定了引起變速器殼體裂紋的原因，并針對(duì)性提出了措施。

    1.冶金分析

    （1）外觀(guān)檢查

    經(jīng)目視檢查：裂紋位于零件加強(qiáng)筋板與本體轉(zhuǎn)接部位，已裂透零件壁厚，外表面?zhèn)攘鸭y長(zhǎng)約48mm，內(nèi)表面?zhèn)攘鸭y長(zhǎng)約23mm，兩端較細(xì)小，呈彎折狀，表面及附近未見(jiàn)擊打及碰磨痕跡，形貌如圖1、圖2所示。

    （a）（b）圖1  殼體外表面裂紋形貌

    （2）斷口分析

     將裂紋打開(kāi)后觀(guān)察：裂紋斷面較平坦，呈淺灰色，其上可見(jiàn)明顯的疲勞臺(tái)階和疲勞弧線(xiàn)。由疲勞臺(tái)階及弧線(xiàn)的收斂方向判斷，裂紋起始于外表面拐角部位表面，呈線(xiàn)源，源區(qū)未見(jiàn)冶金缺陷，如圖2所示。經(jīng)掃描電鏡觀(guān)察：大部分?jǐn)嗝嫖⒂^(guān)形貌為準(zhǔn)解理，局部可見(jiàn)疲勞條帶，形貌見(jiàn)圖3。

圖2  裂紋斷口源區(qū)形貌

圖3  裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀(guān)形貌

    （3）金相剖切檢查在零件裂紋相鄰部位切取試樣進(jìn)行金相檢查：殼體基體顯微組織未見(jiàn)異常疏松等冶金缺陷，無(wú)過(guò)燒現(xiàn)象（見(jiàn)圖4）。

 圖4  殼體顯微組織形貌

    （4）成分分析經(jīng)化學(xué)成分分析，符合相關(guān)技術(shù)條件要求，但裂紋部位成分中Si元素含量偏下限，與其遠(yuǎn)離裂紋部位相比明顯偏低。成分分析結(jié)果見(jiàn)附表。

    ADC12化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分析  （%）

    （5）硬度檢測(cè)在零件多個(gè)部位取樣進(jìn)行硬度檢測(cè)：裂紋部位硬度偏低，為65.5~69.5HBW，不符合設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)要求75～105HBW），距離裂紋較遠(yuǎn)的薄壁部位硬度為91.2~93.9HBW。

    2.裂紋原因分析

    （1）裂紋性質(zhì)分析

    通過(guò)斷口觀(guān)察可知，裂紋斷面較平坦，呈淺灰色，其上可見(jiàn)明顯的疲勞臺(tái)階和疲勞弧線(xiàn)，掃描電子顯微鏡下觀(guān)察，裂紋斷面大部分?jǐn)嗝嫖⒂^(guān)形貌為準(zhǔn)解理，局部可見(jiàn)疲勞條帶。因此，分析認(rèn)為變速器殼體裂紋性質(zhì)為疲勞裂紋。

    （2）裂紋原因分析

    由冶金分析發(fā)現(xiàn)變速器殼體裂紋部位成分中Si元素含量明顯偏下限，與遠(yuǎn)離裂紋部位相比存在明顯的偏析現(xiàn)象，硬度檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)存在不均勻現(xiàn)象，裂紋部位硬度與設(shè)計(jì)要求明顯偏低。根據(jù)強(qiáng)度理論，硬度與抗拉強(qiáng)度呈正比關(guān)系，疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度也呈正比關(guān)系。零件局部硬度明顯偏低，大大降低了局部抗拉強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度。在循環(huán)載荷的作用下，裂紋則容易在低硬度部位及應(yīng)力集中部位（轉(zhuǎn)接R）萌生并擴(kuò)展。

    3.結(jié)論及建議

    （1）變速器殼體裂紋性質(zhì)為疲勞開(kāi)裂，疲勞裂紋萌生與零件局部Si元素偏析嚴(yán)重，導(dǎo)致局部硬度偏低有關(guān)。

    （2）建議提高裂紋部位鑄件冷速，細(xì)化晶粒，控制零件Si元素偏下現(xiàn)象。

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