合金的质量与性能首先取决于合金的化学成分，就是说具有一定的化学成分的合金，才能够通过相应的加工过程（成形及热处理）而获得所需要的使用性能。另外，合金铸锭和经过轧制的各种型材、锻件和铸件等，在熔炼、浇注和加工过程中，其内部和表面会出现一些缺陷，例如缩孔、疏松、夹杂、气孔、裂纹等。这些缺陷的存在，将会降低材料和锻铸零件的机械性能，甚至导致材料或锻铸件报废。因此为了保证质量，对于合金原材料和零件往往需要进行必要的理化检验。对于化学成分不符合要求，以及检验出有缺陷的材料或零件，应根据相应的标准和使用要求以及偏差与缺陷的程度确定为合格、不合格，对不合格的产品按报废处理，或经过补修后使用。材料质量的检验方法有很多，有各种化学分析方法和物理测试方法。在材料加工的不同阶段通过理化检验，可以及时了解生产产品的质量和对工艺过程进行控制。

　　1.1炉前质量控制及检测方法

　　1.2常用成分检测方法及特点

　　在铝及铝合金中，根据需要对Mg、Si、Mn、Cu、Cr、Ni、Fe、Ti、Zn、Co等元素进行测定。根据上述元素及其含量的多少，选用不同的分析方法。

　　1.3力学性能测试

　　1.3.1铸件的分类

　　根据铸件的工作条件、用途和使用过程中损坏所造成的危害程度将铸件分为三类。

　　1.3.2力学性能的检验

　　铝合金力学性能指标常用的有：抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等。具体材料依据不同应用时各指标有所取舍。

　　当设计部门要求按Ⅰ类铸件切取试样的力学性能高于上述要求时，应与铸件生产部门协商决定。

　　1.4断口分析

　　断口检查常用于炉前检查 Al-Si合金的变质效果。断口试样为干型明浇90mm×40mm×12mm的扁平试样或砂型内浇注成圆棒状试样，也可以在金属型内浇成扁平形试样。试样冷却后击断，观察其断口，变质效果良好时断口呈银白色，组织细小呈丝绒状；变质过度断口呈青灰色有闪亮白点，断口不平整；变质不足时，断口呈暗灰色，有硅的亮点，晶粒粗大。

　　断口检查也可用于检查含钛合金的细化效果及有无粗大的片状Al3Ti化合物。有时炉前还可通过断口检查以判断精炼除渣及除氧化皮的效果。

　　1.5气体含量检查

　　铝及铝合金的含气量，常被近似的视为含氢量。含氢量的检测方法较多，这里仅介绍常压凝固试样法和减压凝固试样法（如表6－6所示）。常压凝固法操作简单但灵敏度不高，只能定性测合金的相对含气量。减压凝固法灵敏度高，不受大气湿度影响，积累经验后能较准确判断含气量，但需要一套测定装置。

　　1.6 金相组织分析

　　通常合金的组织结构分析采用金相分析的方法来进行。金相方法分为低倍检验和高倍检验。低倍检验是借助肉眼或在低倍放大（一般在10倍以下的放大镜上检查），以观察和判断金属材料内部的各种缺陷。高倍检验又称金相检验或显微检验，它是应用金相显微镜来检验材料的微观组织和缺陷。

　　1.6.1常见铝合金低倍组织缺陷

　　1.6.1.1铸造铝合金低倍缺陷

　　①针孔

　　针孔是铸造铝合金中常见缺陷，是熔炼过程中高温液态金属熔有的部分氢气，在铸件凝固时未完全逸出，而在金属内部析出形成的细小空洞，一般分布在铝液凝固缓慢处上部，形状呈圆形或椭圆形针孔，也有成网状分布的针孔，形成所谓苍蝇脚和多角形，轮廓清晰，内壁光滑，在断口上为白色圆形凹坑或片状白斑。

　　为评定这种针孔缺陷的严重程度，国家标准GB10851“铸造铝合金针孔”标准规定了低倍针孔度的分级剂评定方法。标准把针孔度分为五级，第五级最严重，用图片对照法进行评定。

　　②疏松

　　它是铝液冷却凝固的结晶过程中形成的缺陷。一般产生在铸件晶粒度粗大，组织不致密的厚大热节部位，呈不均匀分布，其形状不规则，经淬火处理后，疏松孔洞的边缘变钝。疏松割裂晶粒间的联系，危害较大，GB3508－83《内燃机铸造活塞金相检验标准》中，把针孔和疏松称为孔洞，分为分散性和集中性两类评级对照图。目前对其他类铸件尚无统一的评级标准，应根据零件使用要求在相应的文件中规定。

　　③缩孔

　　当金属液凝固过程中收缩得不到充分补缩时，在铸件最后凝固部位形成管状或枝叉状孔洞。其形状不规则，呈封闭或敞露于表面的孔洞，孔壁粗糙带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的热节部位。

　　Al－Si系共晶合金易形成管状集中缩孔，有时因有共晶成分未凝固的液体填充缩孔的结构，会出现粗大的共晶偏析区或偏析层。

　　④裂纹

　　（1）铸造裂纹

　　铸造裂纹一般分为两种：合金在凝固区间内结晶和收缩过程中形成的裂纹，称为“热裂纹”。在合金完全凝固后的低温下，具有弹性时形成的裂纹称为：“冷裂纹”。

　　铸造裂纹有透裂和不透裂两种形态。透裂外观呈直线或不规则的曲线。多发生在铸件内尖角处，厚壁断面交接处和浇冒口与铸件连接的热节区等部位。热裂纹断面被氧化呈褐色或暗黑色，无金属光泽，断面可见相互分开的晶体。显微观察时热裂纹沿晶和枝晶网状发展，裂纹区可能有共晶偏析产生。冷裂纹一般较细小，断口表面清洁或仅有轻微的氧化色，显微观察时呈穿晶和沿晶或穿过枝晶网的混合型。

　　（2）淬火裂纹

　　由于加热或冷却速度太快，零件壁厚差大引起温差应力导致裂纹，或由疏松和显微裂纹扩大至宏观裂纹，则在高倍下可见裂纹与疏松相联系。热处理温度过高引起组织过烧，使晶粒间结合能力降低，在淬火激冷过程中引起开裂，则表面呈暗灰色或起泡，甚至出现“汗珠”现象，显微观察裂纹沿晶界或枝晶分布，严重时形成网状与复熔形并存，组织粗大，断口呈黄色或黑色。

　　⑤非金属夹杂物

　　铸造铝合金中，非金属夹杂是常见的缺陷之一，主要是由于高温液体金属表面氧化成氧化膜遭到破裂形成碎片或造型材料等不易上浮和熔剂夹渣所引起的。在加工制品的低倍试样上，非金属夹杂物的主要特征为凹下的、轮廓不清的、分布无规律的黑褐色点状或非定形缺陷，其金相组织特征为黑色线状和块状物组成的紊乱组织。该种缺陷在断口样品上有时可看到夹杂脏物。

　　1.6.1.2变形铝合金低倍缺陷

　　①粗晶环

　　在经过淬火处理的挤压制品的横向低倍试样上，在周边出现环状的粗大再结晶晶粒组织区，称为粗晶环。一般认为，粗晶环的出现与挤压过程引起金属强烈变形带有关。粗晶环的出现不仅明显的降低了强度和工艺性能，而且在锻造和淬火时易沿粗晶开裂。

　　②非金属夹杂

　　（1）外来夹杂

　　主要指混入铸锭的熔渣或落入铸锭的非金属物质，经浸蚀后呈褐色或凹陷黑色点状和不规则存在，分布无规律，易和化合物、疏松混淆，可借高倍检查确定。

　　（2）氧化膜夹杂

　　主要是在熔炼和转注过程种金属液发生湍流、翻滚、飞溅等引起金属氧化，以及粘在工具上的氧化膜落入铸锭内造成。

　　氧化膜与夹杂物不同，一般不经变形很难看到，而且随变形量增加，氧化膜显现几率愈大，变形量达80%以上会清晰地显现，氧化膜往往集中在变形量最大部位，这是和夹杂物的主要区别。经碱溶液侵蚀后，氧化膜呈线状的点黑色裂纹，一般长度不超过10mm，宽约0.1～0.2mm左右。氧化膜易使挤压和模锻件发生局部分层，降低机械性能。

　　③缩尾

　　挤压过程中的速度、方式、润滑条件、模孔排列等因素使变形件内外层金属流动不均匀，中心层金属流动超前于周边层所致。一般出现在挤压末端中心，形成漏斗状或不连续状，也有位于周边附近或呈年轮状线条，称为缩尾痕迹，并末破坏金属连续性。

　　④分层

　　分层是存在于型材内部的线状开裂。由于板材切尾不够，或因铸件内存在夹渣、气泡等缺陷在加工时被压延而成。它破坏了金属连续性，是不允许存在的缺陷。

　　挤压件有时表面层与内层金属分离，使横向试样边缘呈圆弧状、环状裂纹，或黑色线条状缺陷，也称为“成层”。成层常存在于粗细晶粒交界处或粗晶区。存在这种缺陷时，淬火后表面易出现“鼓泡”。这种缺陷位于加工范围内是允许的。

　　1.6.2常见铝合金高倍组织缺陷

　　1.6.2.1铸造铝合金高倍缺陷

　　①变质缺陷

　　含硅量较高的Al－Si合金一般要进行变质处理来有效改变共晶硅和初晶硅的形态，从而达到改善性能的目的。目前常用的变质剂有钠盐、Sr（锶）、以及磷（用于过共晶Al－Si合金）。

　　对于铸造铝硅合金变质钠变质，GB10849“铸造铝硅合金变质”标准分为六级。试样抛光后用0.5％氢氟酸水溶液在室温下浸蚀5～10秒，在200倍率下评定。

　　对于铸造铝硅合金磷变质，GB10849“铸造铝硅合金把变质”标准分为四级。试样抛光后用0.5%氢氟酸水溶液或混合酸水容易在室温下浸蚀，在100倍下评级。

　　②热处理缺陷

　　可强化的铸造铝合金在热处理时存在着两类缺陷，一是在产生加热温度低或保温时间不够，不能充分发挥强化元素使合金强化的作用，另一类发生在热处理加热温度过高引起过烧，使机械性能恶化，这两类缺陷都是不允许的热处理缺陷。

　　（1）固溶不充分

　　固溶加热的目的是使强化元素在固溶体中达到最大溶解量，若固溶温度过低或保温时间短，铸造铝合金中的粗大第二相未得到充分溶解，显微组织中将有较多的残留相，固溶体内成分也不均匀；或者淬火转移速度低，冷速不够，使强化相沿晶界析出，都会降低合金热处理后的机械性能和抗蚀能力。

　　（2）过烧

　　可热处理的铝合金在淬火加热时，由于加热温度超过合金的固相线，引起合金中低熔点共晶组织或晶界熔化，此种现象称为过烧。

　　在GB10850标准中，把铸造铝合金过烧组织分为五级。

　　1.7无损探伤方法

　　金属材料和零件在加工成型过程中不可避免的会在内部或表面产生一些缺陷。这些缺陷主要有：

　　铸件中的气泡、缩孔、针孔、疏松及夹杂；

　　焊接件的气泡、裂缝、未焊透及夹杂；

　　轧制、锻造及拉伸件中的分层，裂纹；

　　机械加工件中的磨削裂纹；

　　热处理时产生的淬火裂纹；

　　零件在使用过程中由于承受循环或变动载荷而产生的疲劳裂纹等等。

　　上述缺陷对材料和零件的机械强度影响很大，如不及时发现，而将这类有缺陷的材料和零件应用到工程构件上，可能造成极严重的事故。因此，在工业中许多重要的零件都必须进行内部缺陷的检验，即“探伤”。

　　无损探伤技术就是在不破坏零件完整性的情况下，通过仪器设备迅速可靠地确定其内部及表面缺陷的性质，大小和位置，并根据有关技术条件对其质量做出鉴定。无损探伤不仅用来控制产品质量，而且也是改进工艺方法和操作技术以及生产设备安全检查的有力工具。

　　无损探伤的方法很多。下面简单介绍一下适用于铝合金材料的应用比较广泛的几种无损探伤方法。如射线（X光）探伤法、超声波探伤法、荧光渗透探伤法、着色渗透探伤法等。

　　1.7.1 X射线探伤法

　　1.7.1.1X射线的产生及其特性

　　一般X射线是由专门的射线管产生，在高度真空的玻璃管中装有阴极和阳极，阴极灯丝受热后放出电子，在阴极和阳极间高电压加速作用下，飞向阳极。电子被阳极剧烈阻滞后，绝大部分电子动能变成热能，有很小部分电子动能变成X射线辐射出来。

　　X射线在本质上与可见光相同，均为电磁波的一种，只是波长很短，探伤技术中常用的X射线比普通可见光短数千倍。

　　由于X射线波长很短，能量很大，故能穿透各种金属和非金属材料。X射线在穿过物质后由于被“吸收”和“散射”，而使其强度降低。X射线衰减的程度与被穿过的物质性质有关。一般说，物质的密度越大，衰减愈大。X射线与可见光相似，也能使照相胶片感光，射线越强，胶片感光也就愈强，经显影、定影后得到的底片就愈发黑。

　　1.7.1.2 X射线探伤法

　　当X射线穿过工件时，在缺陷和有缺陷处，由于缺陷和工件本体的材料性质（密度）不同，使X射线发生不同程度的衰减，从而得到不同强度的X射线，照在胶片上感光也就不同，经过显影、定影之后在底片上会有相应的影象。据此即可判断缺陷。如铸件中有一气泡，则因X射线经过气泡的衰减将此工件完好部位X射线的衰减少，所以穿过气泡之后射线强度将比其他部位强度大，因此胶片感光较强，经显影、定影后底片出现一相应黑点。

　　1.7.1.3 X射线探伤法优缺点及应用

　　X射线探伤法的优点：

　　它不受材料性质的限制。如各种金属非金属等均可透照。

　　它不要求接触工件表面。如焊接件只要经过喷砂，铸件只要经过打磨即可，不需要再经过特殊的加工。

　　能形象地、直观地确定内部各种缺陷地性质、性质以及在某一平面上投影的位置。

　　X射线探伤法的缺点：

　　不易发现细微的表面裂纹，尤其是当射线地方向与裂纹面垂直时，根本检查不出。

　　设备庞大，工序繁多，消耗大量胶片和化学药品等。生产效率低，成不高。

　　一般X射线机不适于过厚工件的探伤（钢件不超过几十毫米，铝镁等轻合金不超过100～200毫米）

　　X射线对人身体有害，要注意安全防护。

　　总的来说，由于这种方法应用受到较小的限制，用来探伤比较直观可靠，为确保产品质量，目前仍是应用最广泛的内部缺陷探伤方法之一。在压力容器安全检查以及在航空制造领域，如飞机上发动机架、焊接接头，发动机上的燃烧室、各种油管等，几乎所有的焊接件焊缝都要100％经过X射线探伤投入使用。另外，受力铸件内部缺陷检验可以采用此法。各种铸造支座、壳体等。

　　1.7.2超声波探伤法

　　1.7.2.1超声波的本质、发生及特性

　　众所周知，人耳听到的声音来源于物体的振动。通常人耳只能感受到频率高于16赫兹，而低于两万赫兹的弹性振动，这就是人们所能听到的所谓的“声波”。人耳听不到的两万赫兹以上的弹性振动称为超声波。超声波与声波没有本质上的不同，只是超声波的频率极高而已。在探伤技术中选用的超生波工作频率通常是0.8～5兆赫。

　　超声波发生器的种类很多。在探伤技术中一般是采用压电式换能器发生超声波。它是应用压电晶体（如石英、钛酸钡、锆钛酸铅等晶体）的电致伸缩效应。如果给压电晶片加一电振荡，当压电晶体上面电位是正、下面是负时，压电晶体产生收缩；当上面的电位是负、下面的电位是正时，压电晶体产生伸长；这就是说，压电晶体随着加在其上的高频振荡的电压而收缩、伸长着，这样就产生振动而发射出超声波。