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摘要：本文主要通过对LD11CS铝合金V16-2模锻件进行低倍组织分析，显微组织分析，断口组织以及拉伸性能等试验结果分析，找出了活塞表面产生针孔的根本原因，并提出了有效的解决办法，为指导生产提供了依据。
关键词：共晶硅；针孔；显微组织
中图分类号：TS912+.3 文献标识码：A
1.前言
LD11CS铝合金V16-2模鍛件，是由我公司模锻分厂生产的，供大连内燃机研究所，用于制造火车发动机活塞。用户在精加工为成品后，经抽检时发现十个样品中有两个制品在大孔下方有类似针孔状缺陷。为了找出针孔状缺陷产生的原因以及对制品使用性能的影响，特此对一个针孔状缺陷最严重的成品活塞进行分析研究。
2.活塞成品表面检查
在大连内燃机研究所对十个成品活塞进行检查，发现不但在两个大孔下方存在类似针孔状缺陷，而且在整个成品的加工表面上都有少量不均匀分布的针孔，其尺寸在0.1~0.5mm，用酒精棉擦拭后为浅坑，即可见底的小坑（图1）。
图1 活塞成品表面黑色为针孔和凹坑图2 活塞低倍组织
3.组织分析
3.1 低倍组织
经低倍检查，低倍组织正常，没发现任何缺陷（图2）。
3.2 显微组织
在图1部位取样，经检验显微组织正常，晶界纤细光滑，共晶组织清晰，没有过烧现象，但共晶硅在基体上分布不均匀。如（图3）
3.3断口组织
断口组织细密，用肉眼观察很难发现不正常组织。用50X放大镜观察，断口上有分散的白亮点，实际尺寸为0.05~0.1mm，白亮点并非半球状，是闪光的亮片，为共晶硅。如（图4）所示。
图3 针孔状部位显微组织200X图4 活塞断口组织50X
4.拉伸性能试验
按技术条件规定的取样部位和取样方向做拉伸性能测量，十个试样延伸率都合格，都高于技术条件（δ>3%）,强度值有八个合格（σ>36.6kg/mm2）,三个略低于技术条件（36.2、36.3和36.5 kg/mm2），一个强度值低于技术标准2千克（34.7 kg/mm2），十个试样强度平均值略高于技术标准（36.8 kg/mm2），强度值余量很小。
5.试验结果分析
LD11铝合金由于硅含量高，铸造时金属流动性差，除气难，在铸锭断口上就存在气孔、初晶硅和共晶硅，并对粗晶硅和共晶硅制定了四级标准，用户活塞断口上的共晶硅为一级，合格。
熔铸分厂生产的LD11铝合金供大连内燃机研究所使用的铸锭断口上，发现较多的气孔以及由共晶形成的白亮点和由共晶聚集形成的白色组织，气孔的尺寸为0.5~1mm，比其它合金有时形成的气孔小得多，亮度也差。
图5 铸锭断口组织 50X 图6 LD11合金铸锭四级气孔 50X
如（图5）所示，白色圆为气孔，白亮点为共晶硅
按照铸锭断口上气孔的严重程度，将气孔分为四级，一级最轻，气孔尺寸也最小（图6），经对各级气孔铸锭拉伸性能分析，气孔对铸锭的延伸率有严重影响，最严重气孔铸锭的延伸率比最轻气孔延伸率低39%，对强度没有明显影响。
气孔对铸锭的疲劳性能有严重的影响，一级气孔比四级气孔铸锭的疲劳性能大六倍。显然，气孔既影响铸锭的拉伸性能，又影响疲劳性能。强度之所以没影响，只是由于铸锭强度太低，气孔的影响没显现出来而已。
经用户加工的活塞，在断口上没发现上述铸锭断口上的气孔，只发现由共晶硅形成的白亮点，白亮点尺寸与活塞表面上针孔尺寸相当，比铸锭断口上的气孔尺寸（0.5~1mm）小得多。
活塞针孔尺寸略大于白亮点尺寸，是因为大连内燃机研究所用的是玛瑙刀加工活塞，由于共晶硅或聚集的共晶硅又硬又脆，铝基体又軟，在加工过程中玛瑙刀将活塞表面的个别尺寸较大的共晶硅刮掉，并使与共晶硅相接触的铝基体产生垂直于刀向的变形，从而加大了原来共晶硅所占有的空间而形成针孔。由于经玛瑙刀加工表面的光洁度非常高，所以很容易暴露共晶硅脱落后的坑。从用户用活塞表面看到的针孔，是浅坑，实际是共晶硅脱落后留下的痕迹。由于共晶硅在基体上分布不均匀，活塞表面上的针孔分布也不均匀，共晶尺寸大的地方多，共晶尺寸小的地方少，共晶多的地方多，基体处或共晶很少的地方针孔少。共晶硅在基体上的分布和尺寸决定了活塞表面上针孔的分布。
由于活塞中只有共晶硅和少量其它相，制备低倍和高倍试样，是用铣床和研磨机砂纸研磨制备试样表面，不是用玛瑙刀加工，共晶硅没有被加工掉，所以在低倍和显微组织检查时自然就看不见针孔。
由于共晶硅没有破坏金属的连续性，共晶硅尺寸又不大，所以对性能不会产生很大的影响。只是由于共晶硅在基体上分布不均匀，对性能会带来一些不良影响。
6.结论
（1）供大连内燃机研究所的LD11CS铝合金 V16-2模锻件，性能基本满足技术条件，个别试样强度偏低。
（2）宏观组织和微观显微组织正常，共晶硅在基体上分布不均匀。
（3）锻件活塞断口上有白亮点，是共晶硅在断口上的反映。
（4）活塞表面上针孔产生的原因，是玛瑙刀将活塞表面上共晶硅刮掉造成的，活塞表面上共晶硅的分布决定了针孔的分布。
（5）进一步降低共晶硅尺寸，改善共晶硅在基体上的分布，是杜绝活塞表面产生针孔的根本办法。
（6）由于针孔是活塞表面共晶硅被刮掉所致，共晶硅在基体上没有破坏金属的连续性，针孔不会明显降低活塞的使用寿命。
参考文献:
[1] <<轻合金材料加工手册>>编写组. 轻合金材料加工手册(下册)[M].北京:冶金工业出版社,1980:715-841.
[2]王祝堂,王荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙:中南工业大学出版社,1988:610-646.
关键词：共晶硅；针孔；显微组织
中图分类号：TS912+.3 文献标识码：A
1.前言
LD11CS铝合金V16-2模鍛件，是由我公司模锻分厂生产的，供大连内燃机研究所，用于制造火车发动机活塞。用户在精加工为成品后，经抽检时发现十个样品中有两个制品在大孔下方有类似针孔状缺陷。为了找出针孔状缺陷产生的原因以及对制品使用性能的影响，特此对一个针孔状缺陷最严重的成品活塞进行分析研究。
2.活塞成品表面检查
在大连内燃机研究所对十个成品活塞进行检查，发现不但在两个大孔下方存在类似针孔状缺陷，而且在整个成品的加工表面上都有少量不均匀分布的针孔，其尺寸在0.1~0.5mm，用酒精棉擦拭后为浅坑，即可见底的小坑（图1）。
图1 活塞成品表面黑色为针孔和凹坑图2 活塞低倍组织
3.组织分析
3.1 低倍组织
经低倍检查，低倍组织正常，没发现任何缺陷（图2）。
3.2 显微组织
在图1部位取样，经检验显微组织正常，晶界纤细光滑，共晶组织清晰，没有过烧现象，但共晶硅在基体上分布不均匀。如（图3）
3.3断口组织
断口组织细密，用肉眼观察很难发现不正常组织。用50X放大镜观察，断口上有分散的白亮点，实际尺寸为0.05~0.1mm，白亮点并非半球状，是闪光的亮片，为共晶硅。如（图4）所示。
图3 针孔状部位显微组织200X图4 活塞断口组织50X
4.拉伸性能试验
按技术条件规定的取样部位和取样方向做拉伸性能测量，十个试样延伸率都合格，都高于技术条件（δ>3%）,强度值有八个合格（σ>36.6kg/mm2）,三个略低于技术条件（36.2、36.3和36.5 kg/mm2），一个强度值低于技术标准2千克（34.7 kg/mm2），十个试样强度平均值略高于技术标准（36.8 kg/mm2），强度值余量很小。
5.试验结果分析
LD11铝合金由于硅含量高，铸造时金属流动性差，除气难，在铸锭断口上就存在气孔、初晶硅和共晶硅，并对粗晶硅和共晶硅制定了四级标准，用户活塞断口上的共晶硅为一级，合格。
熔铸分厂生产的LD11铝合金供大连内燃机研究所使用的铸锭断口上，发现较多的气孔以及由共晶形成的白亮点和由共晶聚集形成的白色组织，气孔的尺寸为0.5~1mm，比其它合金有时形成的气孔小得多，亮度也差。
图5 铸锭断口组织 50X 图6 LD11合金铸锭四级气孔 50X
如（图5）所示，白色圆为气孔，白亮点为共晶硅
按照铸锭断口上气孔的严重程度，将气孔分为四级，一级最轻，气孔尺寸也最小（图6），经对各级气孔铸锭拉伸性能分析，气孔对铸锭的延伸率有严重影响，最严重气孔铸锭的延伸率比最轻气孔延伸率低39%，对强度没有明显影响。
气孔对铸锭的疲劳性能有严重的影响，一级气孔比四级气孔铸锭的疲劳性能大六倍。显然，气孔既影响铸锭的拉伸性能，又影响疲劳性能。强度之所以没影响，只是由于铸锭强度太低，气孔的影响没显现出来而已。
经用户加工的活塞，在断口上没发现上述铸锭断口上的气孔，只发现由共晶硅形成的白亮点，白亮点尺寸与活塞表面上针孔尺寸相当，比铸锭断口上的气孔尺寸（0.5~1mm）小得多。
活塞针孔尺寸略大于白亮点尺寸，是因为大连内燃机研究所用的是玛瑙刀加工活塞，由于共晶硅或聚集的共晶硅又硬又脆，铝基体又軟，在加工过程中玛瑙刀将活塞表面的个别尺寸较大的共晶硅刮掉，并使与共晶硅相接触的铝基体产生垂直于刀向的变形，从而加大了原来共晶硅所占有的空间而形成针孔。由于经玛瑙刀加工表面的光洁度非常高，所以很容易暴露共晶硅脱落后的坑。从用户用活塞表面看到的针孔，是浅坑，实际是共晶硅脱落后留下的痕迹。由于共晶硅在基体上分布不均匀，活塞表面上的针孔分布也不均匀，共晶尺寸大的地方多，共晶尺寸小的地方少，共晶多的地方多，基体处或共晶很少的地方针孔少。共晶硅在基体上的分布和尺寸决定了活塞表面上针孔的分布。
由于活塞中只有共晶硅和少量其它相，制备低倍和高倍试样，是用铣床和研磨机砂纸研磨制备试样表面，不是用玛瑙刀加工，共晶硅没有被加工掉，所以在低倍和显微组织检查时自然就看不见针孔。
由于共晶硅没有破坏金属的连续性，共晶硅尺寸又不大，所以对性能不会产生很大的影响。只是由于共晶硅在基体上分布不均匀，对性能会带来一些不良影响。
6.结论
（1）供大连内燃机研究所的LD11CS铝合金 V16-2模锻件，性能基本满足技术条件，个别试样强度偏低。
（2）宏观组织和微观显微组织正常，共晶硅在基体上分布不均匀。
（3）锻件活塞断口上有白亮点，是共晶硅在断口上的反映。
（4）活塞表面上针孔产生的原因，是玛瑙刀将活塞表面上共晶硅刮掉造成的，活塞表面上共晶硅的分布决定了针孔的分布。
（5）进一步降低共晶硅尺寸，改善共晶硅在基体上的分布，是杜绝活塞表面产生针孔的根本办法。
（6）由于针孔是活塞表面共晶硅被刮掉所致，共晶硅在基体上没有破坏金属的连续性，针孔不会明显降低活塞的使用寿命。
参考文献:
[1] <<轻合金材料加工手册>>编写组. 轻合金材料加工手册(下册)[M].北京:冶金工业出版社,1980:715-841.
[2]王祝堂,王荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙:中南工业大学出版社,1988:610-646.