GB/T 48184-2026 变形铝合金铸锭显微疏松测定方法

中华 人民 共和 国国 家标 准

GB/T 48184—2026

变形铝合金铸锭显微疏松测定方法

2026-08-28发布 2027-03-01实施

国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会

发布

前言

本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件采信中国有色金属工业协 会发 布的 T/CNIA 0179—2023《变形 铝合 金铸 锭显 微疏 松测 定方法》。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国有色金属工业协会提出。

本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243)归口。

本文件起草单位 : 中铝材料应用研究院有限公司、山东南山铝业股份有限公司、北京科技大学、东北大学、东北轻合金有限责任公司、福建省南平铝业股份有限公司、有研工程技术研究院有限公司、山东创新金属科技有限公司、珠海市运泰利自动化设备有限公司、微旷科技(苏州)有限公司、中铝瑞闽股份有限公司、广西南南铝加工有限公司、西南铝业(集团)有限责任公司、山东宏桥新型材料有限公司、广东豪美新材股份有限公司、河北新立中有色金属集团有限公司、浙江玮宏金属制品有限公司、航桥新材料科技 (滨州)有限公司、上海交通大学。

本文件主要起草人 :朱冉冉、宋炜、刘强、韩逸、程志 远、朱庆 丰、白晓 霞、刘泉 泉、闫丽 珍、赵晓 光、李冲、古斌斌、邱雪莹、卢贤业、李政龙、杨丛森、刘欢、李雪科、王美琪、何振波、姜海涛、李想。

引言

针对变形铝合金铸锭显微疏松缺乏统一测定方法的行业痛点 , 面向航空用 2× × ×系、7× × ×系铝合金和轨道交通用 6× × ×系铝合金铸锭显微疏松进行研究 , 为航空和轨道交通用铝合金质量保证提供技术支撑 ,提出制定变形铝合金铸锭显微疏松测定方法标准。经过全行业充分取样 ,多轮试验和比对验证 ,于 2023年完成了 T/CNIA 0179—2023《变形铝合金铸锭显微疏松测定方法》团体标准。标准发布实施后 ,在航空和轨道交通行业内得到广泛应用 ,取得了较好的社会经济效益。

标准实施应用过程中发现 , 铝材 生产 中使 用再 生铝 对铸 锭的 质量 影响 较大 , 提出 对 3× × × 系、 4× × ×系和 5× × ×系铝合金铸锭进行显微疏松检测和评级的需求。 与此同时 ,针对传统二维金相法难以全面表征显微疏松三维形态的局限性 , 同步开展工业计算机层析成像法(以下简称 “工业 CT 法 ”)测定显微疏松的研究 ,发挥工业计算机层析成像技术的无损检测优势 , 系统研究扫描参数设置、图像重构算法、三维数据分析等关键技术 ,通过大量试验验证 ,形成了一套科学规范的工业 CT 法测定显微疏松流程。

因此 ,在 T/CNIA 0179—2023《变形铝合金显微疏松测定方法》团体标准基础上 ,采信过程中增加了 3× × ×系、4× × ×系、5× × ×系变形铝合金铸锭显微疏松金相测定和评级方法 ,还增加了 2× × ×系和 7× × ×系航空用铝合金显微疏松工业 CT法测定和评级方法。

金相法和工业 CT法各具优势、互为补充 :金相法操作简便、设备普及、检测效率高 ,适用于常规质量控制和快速评定;工业 CT法能够获取显微疏松的三维形态和空间分布信息 ,适用于关键构件质量评价和工艺优化研究。两种方法共同构成 “二维快速筛查 +三维精准定级 ”的完整评价体系 ,显著提升显微疏松检测的科学性与可靠性。

1 范围

本文件描述了采用金相法和工业计算机层析成像法(以下简称 “工业 CT法”)测定变形铝合金铸锭显微疏松的方法。

本文件适用于采用金相法对 2× × ×系、3× × ×系、4× × ×系、5× × ×系、6× × ×系和 7× × ×系铝合金铸锭显微疏松进行测定和评级 ;采用工业 CT 法对 2× × ×系、7× × ×系铝合金铸锭显微疏松进行测定和评级。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中 , 注日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 3246. 1 变形铝及铝合金制品组织检验方法第 1部分 :显微组织检验方法

GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T 12604. 12 无损检测术语第 12部分 :工业射线计算机层析成像检测

GB/T 29069 无损检测工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法

3 术语和定义

GB/T 3246. 1 和 GB/T 12604. 12界定的术语和定义适用于本文件。

4 原理

铝合金熔体凝固过程中 , 由于液相与固相之间存在密度差异和氢等气体的溶解度差异 , 当液相向固相转变时 ,会发生体积收缩和气泡析出 ,从而在凝固组织中形成缩孔、缩松和气孔等孔洞缺陷。显微疏松是在晶界及枝晶网络等 地方 产生 的微 观的 分散 性微 孔 , 可采 用金 相法 与工 业 CT 法两 种方 式进 行检验。

— 金相法 :利用金相显微镜对试样显微疏松区域进行观察拍照 ,并采用图像处理软件进行定量分析 ,计算显微疏松面积占比并评定等级。

— 工业 CT法 :利用工业计算机层析成像仪对试样进行扫描 ,通过显微疏松区域与基体投影图的不同灰度 ,重构试样的三维形貌。利用图像分析软件定量计算显微疏松三维尺寸数据并评定等级。

5 金相法

5. 1 试剂或材料

5. 1. 1 水 :GB/T 6682,三级水。

5. 1.2 砂纸 A:材质为碳化硅 ,粒径为 68μm~ 100 μm。

5. 1.3 砂纸 B:材质为碳化硅 ,粒径为 18μm~ 35 μm。

5. 1.4 砂纸 C:材质为碳化硅 ,粒径为 6. 5 μm~ 10 μm。

5. 1.5 抛光剂 A:金刚石悬浮液 ,粒径为 9 μm。

5. 1.6 抛光剂 B:金刚石悬浮液 ,粒径为 3 μm。

5. 1.7 抛光剂 C:二氧化硅悬浮液 ,粒径为 0. 02μm。

5. 1. 8 研磨膏 :金刚石 ,粒径为 2. 5 μm。

5. 1.9 呢子布。

5. 1. 10 橡胶布。

5. 1. 11 编织布。

5. 1. 12 丝绒布。

5.2 仪器设备

5.2. 1 光学(金相)显微镜。放大倍数宜为 50倍 ~ 500倍 ,应具备明场和暗场两种照明方式 ,应配备有图像采集系统 ,并定期对图像分析软件的系统标尺进行校验 ,其他要求应符合 GB/T 3246. 1 的规定。

5.2.2 金相抛光机。

5.3 试样

5.3. 1 取样

5.3. 1. 1 按 GB/T 3246. 1 的规定切取试样 ,检验面面积不小于 10 mm×10 mm。避免取样过程对组织造成影响(如变形、过热等)。

5.3. 1.2 对试样进行标识 ,标识至少包含试样编号、牌号、炉次号等内容。

5.3.2 制样

采用金相抛光机对试样进行磨抛 ,典型磨抛工艺见表 1。也可采用自动工艺对试样进行磨抛 ,典型磨抛工艺见表 2。制备好的试样的检验面应洁净、无异物。

表 1 手动制样典型磨抛工艺

表 2 自动制样典型磨抛工艺

5.4 试验步骤

5.4. 1 在光学(金相)显微镜下观察试样检验面 ,观察倍数宜为 100倍 ,找出疑似孔洞区域 ,与基体及第二相比对 ,通过颜色、形貌、景深判定是否为显微疏松 ,典型图示见附录 A。

5.4.2 在显微镜下观察检验面并调节显微镜亮度、对比度 ,对存在显微疏松的位置进行拍照保存。对于不易辨识的区域 ,可调整放大倍数进行确认 ,典型示例见附录 B。

5.4.3 利用图像分析软件对图片中的显微疏松进行提取 , 自动计算显微疏松面积。

5.4.4 对同一试样的所有显微疏松面积进行统计 ,计算该试样的显微疏松总面积。

5.5 试验数据处理

显微疏松面积占比 PS ,数值以百分数表示 ,按公式(1)计算 :

PS … … … … … … … … ( 1 )

式中 :

Si — 试样不同位置观察到的显微疏松面积 ,单位为平方微米(μm2 ) ;

S — 检验面总面积 ,单位为平方微米(μm2 )。

计算结果表示到小数点后三位。数值修约按 GB/T 8170的规定进行。

5.6 显微疏松等级评定

根据显微疏松面积占比 ,按照表 3评定试样的显微疏松等级。

表 3 金相法显微疏松等级评定

6 工业 CT法

6. 1 仪器设备

计算机层析成像仪。具有机械误差辅助校准功能 , 由以下部件组成 :

— 射线源 ,使用微 焦点 X 射线 源 , 能量 范围 应覆 盖试 样的 穿透 需求 (推荐 电压 100 kV ~ 150kV) ,焦点尺寸不大于 10 μm;

— 探测器 ,使用数字平板探测器 ,动态范围不小于 16 bit,像素尺寸不大于 100 μm ,应具备坏点像素校正功能和热噪声抑制功能 ;

— 载物台 ,直径不小于 50 mm , 能绕 中心 轴转 动 , 转动 定位 精度 不大 于 0. 1°, 载重 能力 不小 于1 kg;

— 夹具 ,宜选用对 X射线吸收较弱的材料 ;

— 计算机系统 ,支持三维图像重建及孔隙分析算法 ,具备孔隙统计分析功能。

工业 CT按 GB/T 29069的规定定期检定 ,每年不少于 1 次。在设备安装调试、维修或更换主要部件后 ,应对空间分辨率及密度分辨率等主要性能指标进行校准。

6.2 试样

6.2. 1 按 GB/T 3246. 1 的规定切取试样。

6.2.2 宜使用线切割方式将试样加工为正圆柱体 ,试样直径根据表 4 选择。宜选择直径为 5. 0 mm 或10. 0 mm 的试样进行检测。若需与金相法试验进行对比时 ,试样直径宜选择 20. 0 mm。

表 4 最小结构特征与试样直径关系

6.2.3 试样表面应无油污、无氧化层。

6.2.4 对试样进行标识 ,标识至少包含试样编号、牌号、炉次号等内容。

6.3 试验步骤

6.3. 1 参数设置

6.3. 1. 1 能量选择

根据试样厚度调整射线源电压 ,使 X射线穿透试样后探测器接收到的灰度值透过率在 20% ~ 80%的线性响应区间内。

6.3. 1.2 分辨率和透过率

调整射线源焦点尺寸、探测器与射线源焦点距离、射线源焦点与试样距离 ,使分辨率和透过率符合表 5 的要求。

表 5 不同试样直径对应的分辨率和透过率

6.3. 1.3 采样设置

单帧投影曝光时间不小于 1 s,总投影数量不小于 1 000幅 ,投影数据的信噪比不小于 40 dB。

6.3. 1.4 其他参数设置

参照 GB/T 44524或工业 CT设备手册 ,设置扫描角度范围、滤波片、探测器增益等辅助参数。

6.3.2 扫描

6.3.2. 1 将试样安装到夹具上。

6.3.2.2 将夹具固定在载物台中心位置 ,使试样中心靠近转台旋转中心。夹具不宜进入扫描界面。若夹具进入扫描界面 ,在分析时应进行去除或屏蔽。

6.3.2.3 确认所有安全措施到位后 ,启动扫描程序 ,系统自动采集试样在设定角度范围内的影像数据。

6.3.2.4 当试样尺寸超出扫描界面时 ,应进行分区扫描。

6.3.2.5 扫描完成后 ,将获取的影像数据输出并妥善保存。

6.3.3 重建

对扫描获得的影像数据进行三维重建 ,生成三维体数据 , 附录 C 给出了工业 CT法测定铸锭显微疏松形貌示例。

6.3.4 识别

6.3.4. 1 在三维体数据中分别获取基体区域平均灰度值和试样外部空气区域平均灰度值作为基准 ,对图像进行灰度标定 ,使基体与空气区域的灰度值之比为 3. 0~ 5. 0。利用图像分割技术 ,在重建后的三维图像中识别出显微疏松区域。

6.3.4.2 系统自动计算分析区域的总体积。

6.3.4.3 系统自动识别并计算单个疏松的体积。

6.4 试验数据处理

孔隙率 PV 以体积占比计 ,数值以百分数表示 ,按公式(2)计算 :

PV … … … … … … … … ( 2 )

Vi — 试样单个疏松的体积 ,单位为立方微米(μm3 ) ;

V — 分析区域的总体积 ,单位为立方微米(μm3 )。

计算结果表示到小数点后三位 ,数值修约按 GB/T 8170的规定进行。

6.5 显微疏松等级评定

根据孔隙率 ,按照表 6评定显微疏松等级。 附录 D 给出了工业 CT法测定铸锭显微疏松等级示例。

表 6 工业 CT法显微疏松等级评定

7 试验报告

试验报告至少应包括以下内容 :

a) 被检试样信息(样品名称、牌号、状态、尺寸规格) ;

b) 本文件编号 ;

c) 所使用的方法 ;

d) 设备型号、射线 源电 压、射线 源电 流、探测 器类 型、放大 倍数、分辨 率、重建 算法、扫描 张数(CT法) ;

e) 试验结果(显微疏松等级 ,需方要求时附显微疏松形貌图) ;

f) 其他需要说明的情况 ;

g) 试验人员 ;

h) 试验日期。

附录 A

(资料性)

金相法测定铸锭显微疏松形貌示例

A. 1 显微疏松典型形貌

金相法测定铸锭显微疏松典型形貌见图 A. 1~ 图 A. 8。

a) 显微疏松形貌图 b) 黑框区域放大形貌图

图 A. 1 直径为 630 mm 的 7085铝合金均匀化态圆铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.2 尺寸规格为 400 mm × 1320 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.3 尺寸规格为 490 mm × 1580 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.4 直径为 152 mm 的 7075铝合金均匀化态圆铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.5 直径为 254 mm 的 6013铝合金圆铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.6 直径为 228 mm 的 7R03铝合金圆铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 A.7 直径为 482 mm 的 4032铝合金圆铸锭芯部显微疏松形貌示例

a) 显微疏松形貌图 1 b) 显微疏松形貌图 2

图 A. 8 尺寸规格为 640 mm × 1760 mm 的 5182铝合金扁铸锭芯部显微疏松形貌示例

A.2 不同合金各级别显微疏松典型形貌

A.2. 1 2× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 9~ 图 A. 11。

图 A.9 2× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A. 10 2× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A. 11 2× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例A.2.2 3× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 12~ 图 A. 14。

图 A. 12 3× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A. 13 3× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A. 14 3× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例A.2.3 4× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 15~ 图 A. 17。

图 A. 15 4× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A. 16 4× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A. 17 4× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例A.2.4 5× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 18~ 图 A. 20。

图 A. 18 5× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A. 19 5× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A.20 5× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例A.2.5 6× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 21~ 图 A. 23。

图 A.21 6× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A.22 6× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A.23 6× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例A.2.6 7× × ×系铝合金各级别显微疏松形貌示例见图 A. 24~ 图 A. 26。

图 A.24 7× × × 系铝合金 Ⅰ 级显微疏松形貌示例

图 A.25 7× × × 系铝合金 Ⅱ 级显微疏松形貌示例

图 A.26 7× × × 系铝合金 Ⅲ级显微疏松形貌示例

附录 B

金相法测定铸锭显微疏松判定示例

当显微疏松比较小时 ,在 50倍或 100倍下进行观察 , 由于化合物团聚在一起 ,也呈现黑色 ,导致显微疏松显示不清 ,可以放大到 200倍或 500倍进行观察辨识。显微疏松呈黑色 ,有尖角 ;化合物因所含元素不同呈现红棕色、浅灰色或红褐色。显微疏松判定典型示例见图 B. 1~ 图 B. 4。

a) 低倍率 b) 高倍率标引序号说明 :

1— 金属间化合物 ;

2— 显微疏松。

图 B. 1 2× × × 系铝合金不同放大倍率下显微疏松和化合物差异示例

图 B.2 5× × × 系铝合金不同放大倍率下显微疏松和化合物差异示例

图 B.3 6× × × 系铝合金不同放大倍率下显微疏松和化合物差异示例

图 B.4 7× × × 系铝合金不同放大倍率下显微疏松和化合物差异示例

附录 C

工业 CT法测定铸锭显微疏松形貌示例

C. 1 工业 CT法测定 2024铝合金铸锭典型显微疏松形貌见图 C. 1、图 C. 2。

图 C. 1 尺寸规格为 550 mm × 2270 mm 的 2024铝合金均匀化态扁铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 C.2 尺寸规格为 550 mm × 2270 mm 的 2024铝合金均匀化态扁铸锭边部显微疏松形貌示例C.2 工业 CT法测定 7050铝合金铸锭典型显微疏松形貌见图 C. 3、图 C. 4。

图 C.3 尺寸规格为 420 mm × 1420 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部显微疏松形貌示例

图 C.4 尺寸规格为 420 mm × 1420 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭边部显微疏松形貌示例

附录 D

工业 CT法测定铸锭显微疏松不同等级示例

D. 1 铸锭显微疏松 等级 Ⅰ 级 , 直径 为 360 mm 的 2024铝合 金均 匀化 态圆 铸锭 芯部 试样 , 孔隙 率为0. 004% ,见图 D. 1。

a) 三维孔隙率 b) 局部放大图 c) 最大显微疏松三维形貌

图 D. 1 直径为 360 mm 的 2024铝合金均匀化态圆铸锭芯部试样( Ⅰ 级)

D.2 铸锭显微疏松等级 Ⅱ级 ,尺寸规格为 400 mm×1 320 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样 ,孔隙率为 0. 017% ,见图 D. 2。

图 D.2 尺寸规格为 400 mm × 1320 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样( Ⅱ 级)

D.3 铸锭显微疏松等级 Ⅲ级 ,尺寸规格为 520 mm×1 620 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样 ,孔隙率为 0. 059% ,见图 D. 3。

图 D.3 尺寸规格为 520 mm × 1620 mm 的 7050铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样( Ⅲ级)

D.4 铸锭显微疏松等级 Ⅳ级 ,尺寸规格为 550 mm×2 270 mm 的 2024铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样 ,孔隙率为 0. 106% ,见图 D. 4。

图 D.4 尺寸规格为 550 mm × 2270 mm 的 2024铝合金均匀化态扁铸锭芯部试样( Ⅳ级)

参考 文献

[1] GB/T 44524 增材制造金属制件孔隙率工业计算机层析成像(CT)检测方法