铝合金硬度定量快速无损检测
中国科学院广州化学研究所分析测试中心
事业部---李工--131-1331-6131
铝合金热处理后的硬度超差、时效不足和过时效以及牌号混杂等问题，是各有色金属材料及其制品厂的一大技术难题。常规的硬度检测方法无法逐件非破坏检测上述缺陷。而目前国内外各种基于高频的电导率仪和涡流检测仪，也未能对铝合金的硬度进行定量检测，并且定性检测的操作也十分繁琐。在wgfi型数字式钢铁材质白动分选仪基础上研制出诋频~mf38型微机式金属材质自动分选仪‘5' 61，可一机完成硬度、热处理状态、时效程度和混料的快速电磁无损检测，从而为有色金属的质量无损检测提供了一种新方法。
1 原理
金属的许多性质，如纯度、成分、硬度、热处理状态及过热、过烧等，都与其电导率有对应的关系。因此，通过对电导率的测量，就可以对铝合金的成分、硬度、热处理状态和混料等进行分选、鉴别和定量检测。
lmp38仪基于电磁感应原理，通过对金属电导率的相对比较测量来进行金属硬度等性能检测，其线路原理方框图见图1。
该仪器是基于被测工件引起的输出与其电导率、也即成分、硬度和应力等性能指标成比例而采用差动方式研制成功的。仪器采用两只螺线管式探头（也称穿过式探头）或—只笔式探头（俗称放置式探头）。被测试件由1～1 500 hz频率中的某一频率激磁后获得的感应电压信号，由信号处理系统和单片机系统处理后，用4位数字表直接显示其成分、硬度等，并用灯光和声响来对不合格件进行报警。
2试样制备及试验方法
2.1铝合金试样制备
(1) lc4铝合金试件制备
取不同直径供货状态下的lc4棒料，表面不加工，一律切成90 mm长的试样。
在470 0c圃溶处理，保温75 min后室温水淬．然后进行160℃人工时效处理，时效保温时间分别为0.2、0.5、1．o、2．o、3.0和4．oh。
lg4的退火温度为400℃，保温75 min，缓冷至150℃后取出空冷。
(2)ly12铝合金试样制备
试件尺寸与加工方法i司lc4。如d15 mm><90 mm。
在490 'c固溶处理，室温水淬，然后进行185 0ca工时效处理，时效保温时间分别为0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.5和6.oh。
ly12的退火温度为490℃，保温1.5 h，缓冷至150℃后取出空冷。
2.2试验方法及设备
淬火加热、人工时效及退火均在马弗炉中进行。
用hr150型硬度计检测上述热处理试件的硬度hrb(低于hrb25时，本硬度计无法准确测定，故一律以（hrb25表示)。
用wjf38仪显示值和“y1法”硬度检测等方法检测上述试件的硬度及其他性能。
3试验结果
3.1 lc4铝合金试件的硬度与人工时效时间
的关系
lc4铝合金试件的硬度与人工时效时间的关系。随时效时间的增加，硬度上升，至3h左右到达峰值，时间再增加，至4h时，硬度反而下降。这是由于稳定的第二相mg2n2柏和a12mg3 2n3柏析出也即过时效造成的。
铝合金试件的wjf38仪的显示值与其人工时效时间之间的关系见图3。由图3可见，随时效时间的增加，lc4试件的显示值成近似指数曲线的关系单调增加。
3.3lc4和ly12铝合金时效件的硬度与wjf38仪的显示值与lc4和ly12不同时间时效后的硬度成倒"c”型关系。这是因为硬度与电导率之间有倒"c”型关系…，故而与电导率成比例的w f-38仪的显示值与硬度之间也呈倒“c”型关系。由图4和图5可见，用wj f-38仪可区分欠时效态、正常时效态和过时效态。欠时效态和过时效态出现在倒"c”型关系的下、上两端。
用wjf38仪的“y1法”检测d12mm ><90mm l 04试件的硬度的结果。用wjf38仪“y1法”硬度检测，可用数字直接显示其hrb值，精度为hrb±1.3左右。
需要注意的是，表中试样号为1 1和12的两个试件的结果为92.6和94.o，已超过本试验条件下的硬度最高极限值hrb91.o左右，网3 lc4铝合会时效时间与其w f38仪显示值之间的关系为前述时效时间为4h的两件过时效件。其过时效的硬庋值hrb 87.8，也在美国波音公司规定的过时效件的硬度极值范围hrb 79. 5～89.0之内…。凶此，在检测正常时效范围的硬度时，m f-38仪虽不能准确反应过时效件的实际硬度值，但从其显示值却可准确判断其为过时效件。
3.4用砌f-38仪鉴别lc4淬火态、时效态
和退火态的结果
用wj f38仪鉴别lc4淬火态、时效态和退火态的结果见表2。由表2可知，用w f-38仪鉴别铝合金的淬火态、时效态和退火态以及时效程度等十分容易，表2同时给出美国波音公司7075铝合金(相当于我国的lc4)在时效和退火态下的电导率y值，单位为%iacsili。时效和退火态下lc4的显示值基本上是美国波音公司7075铝合金电导率值的100倍左右。由此也证明了wp 38仪的显示值与金属的电导率成比例的检测原理。凶此，如用已知电导率值的试件给仪器定标，则用wjf-38仪可直接给出每—个被测试件的电导率值。
4讨论
4.1激磁频率的选择和透入深度‘8，91、m f38仪的频率可在1～9 999 hz间连续任选或由仪器根据试件性能自选最佳频率，常用频率低于1000 hz。凶此，对铝合金时效处理试件而言，其电导率在1. 74 x10～2. 03×107 s/m范围内，则其标准透入深度最低从1 000 hz下的3.5 mm到20 hz下的23.0 mm，是国内外各种电导率仪常用60 khz频率下透入深度0. 43 mm的8～53倍左右。克服了常用涡流检测仪只能检测表面、近表面性能和缺陷的不足之处，并且大大减小了凶表面粗糙度、表面氧化膜层及其他表面质量对检测结果的干扰。
4.2关于试件直径和长度等对测量结果的影响
本试验表明，砌f-38仪的显示值随试样直径的增加而线性增加，随长度的增加而降低。结果表明，长度变化1%，或直径变化0.5%左右，对测试结果基本无影响。这是由于低频下尺寸变化对测试结果的影响叱高频下小得多的缘故。凶在高频下，电导率效应的灵敏度大幅度下降，而直径变化的灵敏度却大幅度上升‘4l。
4.3温度对测试结果的影响
文献llol表明，温度升高1℃，电导率的变化为5 xiu s/m。相当于引起0.3%的测试误差。因此，各种电导率仪要求环境温度和试件温度的变化一般不超过3℃。由涡流理论可知‘4i，试件表面涡流密度随磁场强度的增大和检测频率的增大而增大，特征频率为100的涡流密度是特征频率为1下的100倍。w f-38仪在1000 hz频率以下和弱磁场下检测，且检测时间不到is，凶此，试件不会凶发热而导致温度变化。而且，w f-38仪的螺线管式探头连续使用8h，温度变化不超过1℃。从而大大减小了温度变化对测试结果的影响。
5结论
(1)用低频砌f-38型微机式金属材质自动分选仪可准确定量检测铝合金的硬度，其精度为hrb±1.3左右。
(2)用低频砌f-38仪可准确鉴别铝合金的热处理状态、时效程度以及进行混料分选等。
(3)用已知电导率值的试件给wf-38仪标定，可定量检测批量生产件的电导率值。
(4) wjf-38仪的检测速度可达1 500件／h。