ADC12是一種Al-Si-Cu系壓鑄型鋁合金，其成型性能好，強度高，常運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)質鑄件。但在生產過程中，合金容易產生Si元素偏析，嚴重時會影響合金的使用性能和零件安全。

    某航空發(fā)動機變速器殼體采用該材料壓鑄成型，在試驗過程中發(fā)現殼體加強筋板與本體轉接部位出現一條貫穿性裂紋。本文針對變速器殼體裂紋性質及產生原因開展了相關冶金分析，確定了引起變速器殼體裂紋的原因，并針對性提出了措施。

    1.冶金分析

    （1）外觀檢查

    經目視檢查：裂紋位于零件加強筋板與本體轉接部位，已裂透零件壁厚，外表面?zhèn)攘鸭y長約48mm，內表面?zhèn)攘鸭y長約23mm，兩端較細小，呈彎折狀，表面及附近未見擊打及碰磨痕跡，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

     將裂紋打開后觀察：裂紋斷面較平坦，呈淺灰色，其上可見明顯的疲勞臺階和疲勞弧線。由疲勞臺階及弧線的收斂方向判斷，裂紋起始于外表面拐角部位表面，呈線源，源區(qū)未見冶金缺陷，如圖2所示。經掃描電鏡觀察：大部分斷面微觀形貌為準解理，局部可見疲勞條帶，形貌見圖3。

圖2  裂紋斷口源區(qū)形貌

圖3  裂紋擴展區(qū)微觀形貌

    （3）金相剖切檢查在零件裂紋相鄰部位切取試樣進行金相檢查：殼體基體顯微組織未見異常疏松等冶金缺陷，無過燒現象（見圖4）。

 圖4  殼體顯微組織形貌

    （4）成分分析經化學成分分析，符合相關技術條件要求，但裂紋部位成分中Si元素含量偏下限，與其遠離裂紋部位相比明顯偏低。成分分析結果見附表。

    ADC12化學成分（質量分數）分析  （%）

    （5）硬度檢測在零件多個部位取樣進行硬度檢測：裂紋部位硬度偏低，為65.5~69.5HBW，不符合設計要求（設計要求75～105HBW），距離裂紋較遠的薄壁部位硬度為91.2~93.9HBW。

    2.裂紋原因分析

    （1）裂紋性質分析

    通過斷口觀察可知，裂紋斷面較平坦，呈淺灰色，其上可見明顯的疲勞臺階和疲勞弧線，掃描電子顯微鏡下觀察，裂紋斷面大部分斷面微觀形貌為準解理，局部可見疲勞條帶。因此，分析認為變速器殼體裂紋性質為疲勞裂紋。

    （2）裂紋原因分析

    由冶金分析發(fā)現變速器殼體裂紋部位成分中Si元素含量明顯偏下限，與遠離裂紋部位相比存在明顯的偏析現象，硬度檢測也發(fā)現存在不均勻現象，裂紋部位硬度與設計要求明顯偏低。根據強度理論，硬度與抗拉強度呈正比關系，疲勞強度與抗拉強度也呈正比關系。零件局部硬度明顯偏低，大大降低了局部抗拉強度和抗疲勞強度。在循環(huán)載荷的作用下，裂紋則容易在低硬度部位及應力集中部位（轉接R）萌生并擴展。

    3.結論及建議

    （1）變速器殼體裂紋性質為疲勞開裂，疲勞裂紋萌生與零件局部Si元素偏析嚴重，導致局部硬度偏低有關。

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

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責任編輯：王元

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