轴承座孔洞缺陷分析

汽车用轴承座由PC25(HT250)砂型铸造而成。轴承孔机加工后(切削深度约3.0mm)，在孔壁及孔底部均发现有孔洞类缺陷，如图1所示。暴露出的孔洞尺寸均在1.0～2.0mm左右。孔洞内未发现宏观砂粒、夹渣异物，也未发现有金属光泽。

在缺陷附近取样进行金相分析：基体上A型石墨，其长度为石长18，组织为珠光体和铁素体，珠光体量约为(珠80)。孔洞区可见孔洞边缘光滑整齐、呈圆弧向基体扩展(与凝固时枝晶疏松相反)，并可见一薄层铁素体沿部分孔边缘分布，如图2所示。

在扫描电镜下对孔洞表面进行微观分析。在孔壁面看到龟背状六角形石墨膜，同时还布有乳头状金属枝晶露头，如图3所示。在孔底面看到大片石墨膜，呈叶脉薄片状，如图4、图5所示。

由以上分析可推断，轴承座上分布的孔洞属气孔类缺陷。据文献研究证明，在气泡气氛下凝固的铸铁自由表面，由于气体作用常会析出呈六角花样的石墨膜。当气泡周边与金属液相接触时，为保持气体表面积为最小状态故呈圆弧形；而当周边全是固相枝晶界面时，则可能呈现非圆形或枝晶间隙裂状。

图1                 1.3×

说明：轴承座的轴承孔机加工后，明显可见孔壁及孔底有孔洞类缺陷（黑圈内）。

图2   OMI    63×

说明：经4%硝酸酒精溶液浸蚀后缺陷部位显微组织。

A型石墨较均匀分布于基体上，组织为珠光体和铁素体。

孔洞呈多个弧形相连接分布于基体上。铸铁在结晶时若存在气体，气体要保持能量较小，其外表呈圆弧状，故孔洞常以圆形残留在基体内。

图3  SEI  400×

说明：沿孔洞处切开后，用扫描电镜观察孔洞壁内部形貌。图中紧密排列的龟背状六角形结构为石墨碳结构。白亮色圆团状为露头枝晶。

图4   SEI   500×

说明：孔洞底部扫描电镜形貌。表面有一层石墨结晶膜，其形态为呈多边形块状结构排列在一起，用能谱仪对此层结构作检测，检测结果主要为碳元素。图中孔洞表明该处深处还有孔洞存在。

图5     SEI   2000×

说明：图4中石墨膜的局部放大像，反映出石墨结晶时自由表面的微观结构。铸件中的片状石墨属层状六角晶体，结晶时保留了晶体沿六方晶轴生长的形态。