2024年4月11日发(作者：祝光霁)
Ｊａｎ．２Ｏ１１
铸
造
ＶＯＩ．６０ ＮＯ．１
ＦＯ Ｒ
Ｙ
Ａ２０１平板铸件健全性与抗拉强度及
Ｘ光检验关系之探讨
郭永圣
（建国科技大学机械工程系，台湾彰化）
摘要：系统改Ａ２０１￣合金平板铸件的长度、厚度及冒口尺寸，以探讨不同铸造条件下，Ａ２０ｌ平板铸件相对位置的
力学性能与ｘ射线检测结果之间的关系，可为冒口设计及金属凝固提供参考。型砂为１００％＠砂。试验结果表明，Ａ２０１
铝合金平板铸件的力学强度与Ｘ射线照相试片等级不存在绝对的对应关系。
关键词：Ａ２０１铝合金；抗拉强度；无损检测；Ｘ射线检测
中图分类号：ＴＧ１４６．２ １ 文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１ １）０１—００７３—０４
Ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ２０１ ＡＩＵｍｊｎＵｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｌａｔｅ Ｃａｓｔｉｎｇｓ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｘ．Ｒａｙ Ｔｅｓｔ
ＫＵＯ Ｙｅｏｎｇ－ｓａｎｔ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｅｎｋｕｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｈｕａ，Ｔａｉｗａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｔｏ ｆｉｎｄ
ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｘ—ｒａｙ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２０１ ａＩｕｍｉｎｕｍ
ａｌｌｏｙ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｓａｎｄ ｍｏｌｄｓ ｗｉｔｈ ｅｎｄ ｃｈｉｌｌ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｆ １ ００％ｓｉｌｉｃａ ｓａｎｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｔｏｔａｌｌｙ ｍａｔｃｈ Ｘ—ｒａｙ ｇｒａｄｅ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ；Ｘ—ｒａｙ ｔｅｓｔｉｎｇ
Ａ２０１铝合金在铸造铝合金中，具有较佳的抗拉强 度为３８６ ＭＰａ；亦有研究以抗拉强度判定铸件的健全性
度及屈服强度，目前已广泛应用于航天及兵器领域中，
时，设定当铝铜系列铸件抗拉强度超过３７２ ＭＰａＨ￣，则
但因其具有１２４～１２７℃的宽凝固范围＿１１，使其铸造性能
判定铸件为健全［７１。
不￣１Ａ３５６、Ａ３５７等铝硅系列合金优良，极易产生铸造 对于微孔隙量与抗拉强度之间的关系，微孑Ｌ隙量越
缺陷，例如缩裂、微孔隙、冷接等；以往研究曾对 高，抗拉强度越差，这已获得证实 。但是，对于抗拉
Ａ２０１铸件的力学性能进行广泛的探讨 。
强度与ｘ射线照相试片之问的关系，则未见讨论。本研
对铸造工作者而言，铸件能否使用，除要进行传 究对Ａ２０１铝合金平板铸件试片的抗拉强度与ｘ射线照相
统的破坏性检验，例如力学性能试验、疲劳试验、金 试片等级之间的关系进行探讨。Ａ２０Ｉ铝合金中，Ａｇ含
相观察等外，对铸件本身亦常进行无损检测（ＮＤＴ）。
量为０．４％～１．０％，这是Ａ２０１铝合金价格昂贵的主因，银
运用最为广泛的是ｘ射线检验，尤其对于航天及军事
含量越高，其价格越贵。比较Ａ２０６铝合金，含银１．００％
高科技使用的铸件，常因为规范的要求，会进行全面
的Ａ２０１铸锭￣Ａ２０６贵２～３倍。本研究使用含银１．００％的
性检验，以确保铸件的健全性。
Ａ２０１铝合金，系统地改变冒口尺寸、平板铸件长度及厚
对于铸件的健全性（Ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ）的定义。在以往
度，对其力学性能及ｘ射线照相试验的关系进行研究。
的研究中『５＿，判断铸件健全性的方法有４种，分别是ｘ
射线照相法、密度测试、金相观察及拉伸试验。铸件
１ 试验方法
的ｘ射线照相，依照ＡＳＴＭ Ｅ１５５标准，可分为Ａ、Ｂ、
１．１ 砂型制作
Ｃ、Ｄ等不同的等级。密度测试时，则以孔隙量低于
试验用平板铸件及浇冒口设计如图１所示。冒口高
２％，铸件为健全性；金相观察则有不同的方法，例如
度为直径的１．５倍，试验中冒口直径有６种尺寸，平板
ＤＡＳ的测定为其一［ｑ；抗拉强度则以金属手册规格为参
铸件宽度为１４ ｃｍ，厚度有两种尺寸，长度则有３种尺
考标准，以Ａ２０１为例，要求Ａ２０１铸件任意位置抗拉强 寸，冷铁的材质为低碳钢。冒口及平板尺寸组合如表１
收稿日期：２０１０—０７一ｌ４收到初稿，２０１０—０８—１２收到修汀稿。
作者简介：郭永圣（１９５２－），男，博士，副教授，主要从事有色金属材料及成形丁艺研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｋｕｏ＠ｃｔｕ．ｅｄｕｔｗ
Ｊａｎ．２０１１
ＦｏＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．６０ ＮＯ．１
所示。造型所使用的型砂为１００％的硅砂，用ＣＯ 硬化
法制作。所有的砂型于（７２０￣５）℃进行浇注。表１中
所列每一组合，均浇注４型铸件，其中三型铸件进行力
学性能测试，一型铸件进行ｘ射线测试。
兰
一
Ｊ
Ｉ
ｌ
图１试验设计方案图
图３ ｘ射线照相试片测试取样位置图
Ｆｉｇ．３ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｉｅｃｅ ｆｏｒ Ｘ－ｒａｙ
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ
表１冒口及平板铸件之尺寸
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｒｉｓｅｒｓ
１．３ Ｘ射线照相试片制作
制作ｘ射线照相试片，主要目的为测量铸件的等
级，ｘ射线照相试片切取位置如图３所示。将切割完的
３０
２ 平板铸件厚度／ｃｍ １
平板铸件长度／ｃｍ １０ ２０ ３０ １０ ２０
试片进行ｘ射线照相，并参照美军ＭＩＬ—Ｃ一６０２１Ｈ￣及
ＡＳＴＭ Ｅ１５５等级判定。
１．４试片编号
本试验所测试的试片编号为Ｒ一 形式，Ｒ为冒口
直径， 为平板铸件厚度， 为平板铸件长度。例如
注：ｘ表不铸件已造出。
３—１．１０代表冒口直径３ ｃｍ，平板铸件厚度１ ｃｍ，而长度
１０ ｃｍ的试验组合。
１．２拉力试样制作
将平板铸件进行Ｔ７热处理，而后由冒口端每隔
２．５ ｃｍ切一试片，３０ ｃｍ长的铸件得到１２个试片，２０ ｃｍ
得８片，１０ ｃｍ得４片，将所有试片，依照ＡＳＴＭ
Ｂ５５７Ｍ－－１９８４规格制作，见图２。热处理条件系参考
ＡＳＴＭ Ｂ５９７而得。
２试验结果与讨论
图４为Ａ２０１平板铸件的抗拉强度，此３图中均表明
抗拉强度从冷铁端向冒口端呈下降的趋势。一般而言，
铸件冷却速率越快，力学性能越佳 。冷铁端的抗拉强
度均高于冒口端，其原因是冷铁端的铸件冷却较快，有
较小晶粒的微观组织，因而可得到较佳的抗拉强度。图
中亦表明，使用大冒口（直径６ ｃｍ２￣８ｃｍ）的铸件，抗
拉强度较之小冒口的为佳。小冒口（直径３ ｃｍ及４ ｃｍ）
与长度２０ ｃｍ￣：３０ ｃｍ铸件的组合中，均可明显见到在铸
图２拉伸试片尺寸
件中间部位，抗拉强度有下降现象，其强度低于冒口端
及冷铁端。
Ｆｉｇ．２ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆｔｅｓｔ ｓｐｅｃｉｍｅｎ
距冒口距离／ａｍ ｒ
（ｂ）Ｒ—Ｔ－２０
距冒口距离／ｍｍ
（ｃ）Ｒ一／＇－３０
图４平板铸件抗拉强度
Ｆｉｇ．４ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
铸造 郭永圣：Ａ２０１平板铸件健全性与抗拉强度及Ｘ光检验关系之探讨 ・ ７５ ・
图５一图７为平板铸件ｘ射线检验照片，图中左端
强度超过３８０ ＭＰａ，则判定铸件为健全。以此种判定，
配合ｘ射线检测，可见到Ｂ级的铸件部位，其相对位置
的抗拉强度均在３８０ ＭＰａ以上，显然设定值正确。此外，
由ＡＳＭ金属手册对砂型铸件任意位置的规格探讨，可
发现所测试的平板铸件，有许多位置均超过４００ ＭＰａ，
数字代表冒口直径，右端为冷铁端，较宽铸件厚度为
２ ｃｍ，较窄铸件厚度则为１ ｃｍ。依据ＡＳＴＭ Ｅ１５５—２００５
判定时，等级为Ｂ以上，定义为健全性铸件；而Ｃ级部
位，常被定义为不健全铸件。按上述规范判定铸件的
等级，Ｂ代表等级为Ｂ的区域，ｃ代表等级为Ｃ的区域。
图５．图７中均显示，靠近冷铁端的部位，均可达ＮＢ级，
尤以冷铁端特别明显。然而，在一些接近冒口端或铸件
中间，判定为Ｃ级部位的铸件，其抗拉强度亦有超过
３８０ ＭＰａ的情况。以６—１．１０及６．２．１０两种条件铸件为例，
前者铸件的所有部位均为Ｂ级，后者只有冷铁端为Ｂ级，
而冒口端大部分为ｃ级。冒口较大的铸件，其Ｂ级的范
围较大；冒口较小的铸件，Ｂ级的范围较小。由图可
见，冒口较大的铸件，冒口端冷却较慢，可在冷铁端
较快凝固的情况下．应建立起铸件的方向性凝同，可
但是，两种条件铸件的抗拉强度均超过３８０ ＭＰａ，后者
甚至超过４００ ＭＰａ（图４）。因此，以抗拉强度为健全性
有效减少铸件中微孑Ｌ隙的产生，故靠近冷铁端有健全
性范围较大的铸件。
判定标准，铸件达到健全性标准的部位，远超过ｘ射线
照相所显示的健全性区域范围。
对铸造工程师而言，抗拉强度及ｘ射线检测均是
设计铸件时所思考的重点，但由本研究可发现二者的
标准有一些差异，宽松情况不一，两者有相互对应的
情况，但也有一部分无法完全对应。因此，采用哪一
种规格作为设计者的要求，要看铸件使用的用途及在
系统中的部位。
铸造生产中，冒口与冷铁的配置，可建立起凝固
方向，以达到充分补充，减少缩孔。但以前的研究㈣
图５ Ｒ ｌ０平板铸件ｘ射线检验照片
Ｆｉｇ．５ Ｘ—ｍｙ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆＲ—Ｔ－Ｉ Ｏ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
讨论过宽凝固范围的铝合金，冒口比与铸件的凝固比
二者间有一定的关系，要完全由冷铁改善缩孔并不
容易；从铸件健全性观念考虑，以冒口结合冷铁的
效果而言，以往的研究中…］，亦曾提出补充距离
ＤＦ＝６．００ ２ｏ＋０．５０Ｒ的经验公式，７１为铸件厚度， 为冒
口直径。
３结论
（１）大冒口铸件的抗拉强度较小冒口佳，冷铁端
铸件的抗拉强度较中间部位佳。
（２）在本试验条件下，长度为１０ ｃｍ和２０ ｃｍ铸件
以及部份３０ ｃｍ铸件的抗拉强度均高于３８０ ＭＰａ，可判
图６ Ｒ—Ｔ－２０平板铸件之Ｘ射线检验照片
Ｆｉｇ．６ Ｘ—ｒａｙ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆＲ—Ｔ－２０ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
定为健全性铸件。
（３）ｘ射线照相检验铸件时，可见到冷铁端的铸
件，均符合本研究定义的健全性铸件。大冒口的铸件
其健全性的范围较小冒口健全性铸件为广。
（４）Ａ２０１铝合金平板铸件的抗拉强度及ｘ光射线照
相试片等级，不存在绝对的对应关系。
参考文献：
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Ｔａｉｗａｎ：ＣＳＩＳＴ Ｒｅｐｏｒｔ，１９８９．
图７ Ｒ—Ｔ－３０平板铸件之ｘ射线检验照片
Ｆｉｇ．７ Ｘ—ｍｙ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆＲ—Ｔ－３０ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
［２］Ｋｅａｒｎｅｙ Ａ Ｌ，Ｒａｆｆｉｎ Ａ Ｊ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ ｃａｓｉｎｇｓ
ａｌｌｏｙ Ｘ２０６．０一Ｔ４ ａｎｄ Ｘ２０６．０一Ｔ７ ＶＳ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ａｌｌｏｙｓ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ
本研究参照金属手册及其他规格的要求，并配合设
计，以抗拉强度判定铸件的健全性时，设定当铸件抗拉
ｃｏｏｌｉｎｇ ｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＡＦＳ Ｔｒａｎｓ．，１９７７，８５：５５９—５７０．
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Ｊａｎ．２ｏ１１
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７６ － ＦＯＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．６Ｏ Ｎｏ．１
术，２００６，２７（１１）：１ｌ９６—１１９９，
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８９，Ａ１０８：２６５—２７０
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ｎｅｗ ｐａｒａｍｅｔｅｒｆｏｒ ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ ｅｖ￣ｕａｔｉｏｎ【】】．ＡＦＳＴｒａｎｓ．，１９７４，８２：
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［８］Ｋｕｏ Ｙ Ｓ，Ｃｈａｎｇ Ｅ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｎｄｒｉｔｅ ｃｅｌｌ
ｓｉｚｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆＡ２０１ ＡＩ ａｌｌｏｙ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｎｇ［ｉＪ】．Ｊ．
Ｔａｉｗａｎ Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００４，３０（１）：３ｌ一３９．
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Ｓ．：１９８５．
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ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒｅｍｉｕｍ ｑｕａｌｉｔｙ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ（Ａ１一
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２００５，５４（１）：４９—５２．
Ｓｉ－Ｍｇ）ｃａｓｔｉｎｇｓ［Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃａｓｔ Ｍｅｔａｌｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，１ ９８ １，６
（１）：２３—４０．
［１ｌ】郭永圣．银含量对Ａ２０１铝合金铸件补充距离之影响研究［ｃ］／／台湾
铸造学会２００８年论文发表会．台湾：台湾铸造学会，２００８．
【７】Ｌｉｎ Ｃ Ｙ，Ｍｕｒａｈａｍｉ Ｋ，Ｏｋａｍｏｔｏ Ｔ．Ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅｓ
ｉｎ ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｉｆｅｄ Ａｌ－４．５ｗｔ．％Ｃｕ ａｌｌｏｙ【Ｊ】．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（编辑：刘闯，ｌｉｕｃ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｆｌｄ．ＣＯＩＴＩ）
通过ＩＳＯ ９００１质量管理体系认证 第二居中国创新大会会员市级重台阎守信用单位
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2024年4月11日发(作者：祝光霁)
Ｊａｎ．２Ｏ１１
铸
造
ＶＯＩ．６０ ＮＯ．１
ＦＯ Ｒ
Ｙ
Ａ２０１平板铸件健全性与抗拉强度及
Ｘ光检验关系之探讨
郭永圣
（建国科技大学机械工程系，台湾彰化）
摘要：系统改Ａ２０１￣合金平板铸件的长度、厚度及冒口尺寸，以探讨不同铸造条件下，Ａ２０ｌ平板铸件相对位置的
力学性能与ｘ射线检测结果之间的关系，可为冒口设计及金属凝固提供参考。型砂为１００％＠砂。试验结果表明，Ａ２０１
铝合金平板铸件的力学强度与Ｘ射线照相试片等级不存在绝对的对应关系。
关键词：Ａ２０１铝合金；抗拉强度；无损检测；Ｘ射线检测
中图分类号：ＴＧ１４６．２ １ 文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２０１ １）０１—００７３—０４
Ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ２０１ ＡＩＵｍｊｎＵｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｌａｔｅ Ｃａｓｔｉｎｇｓ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｘ．Ｒａｙ Ｔｅｓｔ
ＫＵＯ Ｙｅｏｎｇ－ｓａｎｔ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｅｎｋｕｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｈｕａ，Ｔａｉｗａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｔｏ ｆｉｎｄ
ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｘ—ｒａｙ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２０１ ａＩｕｍｉｎｕｍ
ａｌｌｏｙ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｓａｎｄ ｍｏｌｄｓ ｗｉｔｈ ｅｎｄ ｃｈｉｌｌ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｆ １ ００％ｓｉｌｉｃａ ｓａｎｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｔｏｔａｌｌｙ ｍａｔｃｈ Ｘ—ｒａｙ ｇｒａｄｅ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ；Ｘ—ｒａｙ ｔｅｓｔｉｎｇ
Ａ２０１铝合金在铸造铝合金中，具有较佳的抗拉强 度为３８６ ＭＰａ；亦有研究以抗拉强度判定铸件的健全性
度及屈服强度，目前已广泛应用于航天及兵器领域中，
时，设定当铝铜系列铸件抗拉强度超过３７２ ＭＰａＨ￣，则
但因其具有１２４～１２７℃的宽凝固范围＿１１，使其铸造性能
判定铸件为健全［７１。
不￣１Ａ３５６、Ａ３５７等铝硅系列合金优良，极易产生铸造 对于微孔隙量与抗拉强度之间的关系，微孑Ｌ隙量越
缺陷，例如缩裂、微孔隙、冷接等；以往研究曾对 高，抗拉强度越差，这已获得证实 。但是，对于抗拉
Ａ２０１铸件的力学性能进行广泛的探讨 。
强度与ｘ射线照相试片之问的关系，则未见讨论。本研
对铸造工作者而言，铸件能否使用，除要进行传 究对Ａ２０１铝合金平板铸件试片的抗拉强度与ｘ射线照相
统的破坏性检验，例如力学性能试验、疲劳试验、金 试片等级之间的关系进行探讨。Ａ２０Ｉ铝合金中，Ａｇ含
相观察等外，对铸件本身亦常进行无损检测（ＮＤＴ）。
量为０．４％～１．０％，这是Ａ２０１铝合金价格昂贵的主因，银
运用最为广泛的是ｘ射线检验，尤其对于航天及军事
含量越高，其价格越贵。比较Ａ２０６铝合金，含银１．００％
高科技使用的铸件，常因为规范的要求，会进行全面
的Ａ２０１铸锭￣Ａ２０６贵２～３倍。本研究使用含银１．００％的
性检验，以确保铸件的健全性。
Ａ２０１铝合金，系统地改变冒口尺寸、平板铸件长度及厚
对于铸件的健全性（Ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ）的定义。在以往
度，对其力学性能及ｘ射线照相试验的关系进行研究。
的研究中『５＿，判断铸件健全性的方法有４种，分别是ｘ
射线照相法、密度测试、金相观察及拉伸试验。铸件
１ 试验方法
的ｘ射线照相，依照ＡＳＴＭ Ｅ１５５标准，可分为Ａ、Ｂ、
１．１ 砂型制作
Ｃ、Ｄ等不同的等级。密度测试时，则以孔隙量低于
试验用平板铸件及浇冒口设计如图１所示。冒口高
２％，铸件为健全性；金相观察则有不同的方法，例如
度为直径的１．５倍，试验中冒口直径有６种尺寸，平板
ＤＡＳ的测定为其一［ｑ；抗拉强度则以金属手册规格为参
铸件宽度为１４ ｃｍ，厚度有两种尺寸，长度则有３种尺
考标准，以Ａ２０１为例，要求Ａ２０１铸件任意位置抗拉强 寸，冷铁的材质为低碳钢。冒口及平板尺寸组合如表１
收稿日期：２０１０—０７一ｌ４收到初稿，２０１０—０８—１２收到修汀稿。
作者简介：郭永圣（１９５２－），男，博士，副教授，主要从事有色金属材料及成形丁艺研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｋｕｏ＠ｃｔｕ．ｅｄｕｔｗ
Ｊａｎ．２０１１
ＦｏＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．６０ ＮＯ．１
所示。造型所使用的型砂为１００％的硅砂，用ＣＯ 硬化
法制作。所有的砂型于（７２０￣５）℃进行浇注。表１中
所列每一组合，均浇注４型铸件，其中三型铸件进行力
学性能测试，一型铸件进行ｘ射线测试。
兰
一
Ｊ
Ｉ
ｌ
图１试验设计方案图
图３ ｘ射线照相试片测试取样位置图
Ｆｉｇ．３ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｉｅｃｅ ｆｏｒ Ｘ－ｒａｙ
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ
表１冒口及平板铸件之尺寸
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｒｉｓｅｒｓ
１．３ Ｘ射线照相试片制作
制作ｘ射线照相试片，主要目的为测量铸件的等
级，ｘ射线照相试片切取位置如图３所示。将切割完的
３０
２ 平板铸件厚度／ｃｍ １
平板铸件长度／ｃｍ １０ ２０ ３０ １０ ２０
试片进行ｘ射线照相，并参照美军ＭＩＬ—Ｃ一６０２１Ｈ￣及
ＡＳＴＭ Ｅ１５５等级判定。
１．４试片编号
本试验所测试的试片编号为Ｒ一 形式，Ｒ为冒口
直径， 为平板铸件厚度， 为平板铸件长度。例如
注：ｘ表不铸件已造出。
３—１．１０代表冒口直径３ ｃｍ，平板铸件厚度１ ｃｍ，而长度
１０ ｃｍ的试验组合。
１．２拉力试样制作
将平板铸件进行Ｔ７热处理，而后由冒口端每隔
２．５ ｃｍ切一试片，３０ ｃｍ长的铸件得到１２个试片，２０ ｃｍ
得８片，１０ ｃｍ得４片，将所有试片，依照ＡＳＴＭ
Ｂ５５７Ｍ－－１９８４规格制作，见图２。热处理条件系参考
ＡＳＴＭ Ｂ５９７而得。
２试验结果与讨论
图４为Ａ２０１平板铸件的抗拉强度，此３图中均表明
抗拉强度从冷铁端向冒口端呈下降的趋势。一般而言，
铸件冷却速率越快，力学性能越佳 。冷铁端的抗拉强
度均高于冒口端，其原因是冷铁端的铸件冷却较快，有
较小晶粒的微观组织，因而可得到较佳的抗拉强度。图
中亦表明，使用大冒口（直径６ ｃｍ２￣８ｃｍ）的铸件，抗
拉强度较之小冒口的为佳。小冒口（直径３ ｃｍ及４ ｃｍ）
与长度２０ ｃｍ￣：３０ ｃｍ铸件的组合中，均可明显见到在铸
图２拉伸试片尺寸
件中间部位，抗拉强度有下降现象，其强度低于冒口端
及冷铁端。
Ｆｉｇ．２ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆｔｅｓｔ ｓｐｅｃｉｍｅｎ
距冒口距离／ａｍ ｒ
（ｂ）Ｒ—Ｔ－２０
距冒口距离／ｍｍ
（ｃ）Ｒ一／＇－３０
图４平板铸件抗拉强度
Ｆｉｇ．４ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
铸造 郭永圣：Ａ２０１平板铸件健全性与抗拉强度及Ｘ光检验关系之探讨 ・ ７５ ・
图５一图７为平板铸件ｘ射线检验照片，图中左端
强度超过３８０ ＭＰａ，则判定铸件为健全。以此种判定，
配合ｘ射线检测，可见到Ｂ级的铸件部位，其相对位置
的抗拉强度均在３８０ ＭＰａ以上，显然设定值正确。此外，
由ＡＳＭ金属手册对砂型铸件任意位置的规格探讨，可
发现所测试的平板铸件，有许多位置均超过４００ ＭＰａ，
数字代表冒口直径，右端为冷铁端，较宽铸件厚度为
２ ｃｍ，较窄铸件厚度则为１ ｃｍ。依据ＡＳＴＭ Ｅ１５５—２００５
判定时，等级为Ｂ以上，定义为健全性铸件；而Ｃ级部
位，常被定义为不健全铸件。按上述规范判定铸件的
等级，Ｂ代表等级为Ｂ的区域，ｃ代表等级为Ｃ的区域。
图５．图７中均显示，靠近冷铁端的部位，均可达ＮＢ级，
尤以冷铁端特别明显。然而，在一些接近冒口端或铸件
中间，判定为Ｃ级部位的铸件，其抗拉强度亦有超过
３８０ ＭＰａ的情况。以６—１．１０及６．２．１０两种条件铸件为例，
前者铸件的所有部位均为Ｂ级，后者只有冷铁端为Ｂ级，
而冒口端大部分为ｃ级。冒口较大的铸件，其Ｂ级的范
围较大；冒口较小的铸件，Ｂ级的范围较小。由图可
见，冒口较大的铸件，冒口端冷却较慢，可在冷铁端
较快凝固的情况下．应建立起铸件的方向性凝同，可
但是，两种条件铸件的抗拉强度均超过３８０ ＭＰａ，后者
甚至超过４００ ＭＰａ（图４）。因此，以抗拉强度为健全性
有效减少铸件中微孑Ｌ隙的产生，故靠近冷铁端有健全
性范围较大的铸件。
判定标准，铸件达到健全性标准的部位，远超过ｘ射线
照相所显示的健全性区域范围。
对铸造工程师而言，抗拉强度及ｘ射线检测均是
设计铸件时所思考的重点，但由本研究可发现二者的
标准有一些差异，宽松情况不一，两者有相互对应的
情况，但也有一部分无法完全对应。因此，采用哪一
种规格作为设计者的要求，要看铸件使用的用途及在
系统中的部位。
铸造生产中，冒口与冷铁的配置，可建立起凝固
方向，以达到充分补充，减少缩孔。但以前的研究㈣
图５ Ｒ ｌ０平板铸件ｘ射线检验照片
Ｆｉｇ．５ Ｘ—ｍｙ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆＲ—Ｔ－Ｉ Ｏ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
讨论过宽凝固范围的铝合金，冒口比与铸件的凝固比
二者间有一定的关系，要完全由冷铁改善缩孔并不
容易；从铸件健全性观念考虑，以冒口结合冷铁的
效果而言，以往的研究中…］，亦曾提出补充距离
ＤＦ＝６．００ ２ｏ＋０．５０Ｒ的经验公式，７１为铸件厚度， 为冒
口直径。
３结论
（１）大冒口铸件的抗拉强度较小冒口佳，冷铁端
铸件的抗拉强度较中间部位佳。
（２）在本试验条件下，长度为１０ ｃｍ和２０ ｃｍ铸件
以及部份３０ ｃｍ铸件的抗拉强度均高于３８０ ＭＰａ，可判
图６ Ｒ—Ｔ－２０平板铸件之Ｘ射线检验照片
Ｆｉｇ．６ Ｘ—ｒａｙ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆＲ—Ｔ－２０ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ
定为健全性铸件。
（３）ｘ射线照相检验铸件时，可见到冷铁端的铸
件，均符合本研究定义的健全性铸件。大冒口的铸件
其健全性的范围较小冒口健全性铸件为广。
（４）Ａ２０１铝合金平板铸件的抗拉强度及ｘ光射线照
相试片等级，不存在绝对的对应关系。
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ｉｎ ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｉｆｅｄ Ａｌ－４．５ｗｔ．％Ｃｕ ａｌｌｏｙ【Ｊ】．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（编辑：刘闯，ｌｉｕｃ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｆｌｄ．ＣＯＩＴＩ）
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