江门铸造镁合金力学性能检测

江门铸造镁合金力学性能检测 

铸造镁合金力学性能检测（核心标准、项目与流程规范）

铸造镁合金（如 AZ91D、AM60B、AE44 等）因轻量化、高比强度特性，广泛应用于汽车零部件、航空航天构件、电子设备外壳等场景，其力学性能直接决定产品的承载能力、抗冲击性及使用寿命。检测核心围绕拉伸性能、硬度、冲击性能、抗压性能等关键指标，结合铸造工艺特性（如砂型铸造、压铸、重力铸造）和使用环境要求，确保检测结果科学准确。

核心检测依据（国内强制 + 国际参考）

国内核心标准：

GB/T 13748 系列《镁及镁合金化学分析方法》（配套成分验证）

GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》

GB/T 230.1-2018《金属材料 洛氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》

GB/T 229-2020《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》

GB/T 16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样》（铸造件试样适配）

GB/T 5154-2016《镁合金压铸件》（力学性能限值要求）

国际参考标准：

ASTM B557-2022《镁合金拉伸试验标准方法》

ISO 6892-1:2019《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验》

DIN EN 1754-2019《镁合金铸件 技术规范》

JIS Z 2241-2011《金属材料 拉伸试验方法》

核心检测项目与指标要求

（一）拉伸性能测试（基础必测项目）

核心指标：

屈服强度（ReL）：铸造镁合金典型范围 80-200MPa（如 AZ91D 压铸态 ReL≥120MPa）

抗拉强度（Rm）：典型范围 180-350MPa（如 AM60B 砂型铸造 Rm≥240MPa）

断后伸长率（A）：典型范围 3%-15%（压铸态因组织致密性，伸长率略低；砂型铸造略高）

断面收缩率（Z）：典型范围 5%-20%（反映塑性变形能力）

检测方法：

试样规格：采用圆形截面试样（直径 d=10mm，标距 L0=50mm）或板状试样（厚度 t=5-10mm），按 GB/T 16865 制备，试样需避开铸造缺陷（气孔、缩孔、夹杂）

加载速率：屈服前 0.00025-0.0025/s（应力速率），屈服后 0.005-0.05/s，保持匀速加载

设备：电子材料试验机（量程≥试样预估Zui大拉力的 1.5 倍，精度≤±1%）

不同牌号参考值：

AZ91D（压铸态）：ReL≥120MPa，Rm≥230MPa，A≥3%

AM60B（砂型铸造）：ReL≥110MPa，Rm≥240MPa，A≥8%

AE44（重力铸造）：ReL≥160MPa，Rm≥300MPa，A≥10%

（二）硬度检测（快速评估耐磨性能）

常用方法与适用场景：

布氏硬度（HBW）：适用于铸件毛坯、大尺寸构件，采用硬质合金球（直径 5mm），载荷 250kg，保荷 30s，典型值 60-100HBW（AZ91D 压铸态 HBW 70-90）

维氏硬度（HV）：适用于精密铸件、表面处理层，载荷 1-5kg，保荷 10-20s，典型值 70-120HV（AM60B HV 80-100）

洛氏硬度（HRB）：适用于成品件快速检测，载荷 100kg，保荷 15s，典型值 60-90HRB

操作要点：

检测表面需打磨平整（Ra≤0.8μm），去除氧化皮和铸造披锋

同一铸件关键部位均匀布点 3-5 个，取平均值，单点偏差≤5HBW/3HV

判定依据：符合产品技术要求或 GB/T 5154 对应牌号硬度限值

（三）冲击性能测试（评估抗冲击能力）

核心指标：夏比冲击功（AkV），单位 J，典型范围 5-30J（室温）

检测方法：

试样规格：10mm×10mm×55mm U 型缺口试样（铸造件若尺寸不足，可采用 7.5mm 或 5mm 小尺寸试样，结果需标注尺寸）

试验温度：室温（23℃±5℃），低温工况（如 - 20℃、-40℃）需明确标注，低温冲击功通常下降 30%-50%

设备：夏比摆锤冲击试验机（能量量程 250J，精度≤±1%）

不同牌号参考值：

AZ91D（压铸态，室温）：AkV≥5J

AM60B（砂型铸造，室温）：AkV≥12J

AE44（重力铸造，-20℃）：AkV≥8J

（四）抗压性能测试（适用于承压构件）

核心指标：抗压强度（Rc），典型范围 300-500MPa（铸造镁合金抗压性能优于抗拉性能）

检测方法：

试样规格：圆柱形试样（直径 d=10mm，高度 h=20mm），端面平行度偏差≤0.02mm

加载速率：0.001-0.005/s（应变速率），加载至试样压缩变形量达到 20% 或断裂，记录Zui大载荷

设备：材料试验机（配备抗压夹具，防止试样侧向失稳）

应用场景：汽车底盘承压件、航空航天结构件，需满足设计抗压强度要求

（五）疲劳性能测试（适用于循环载荷构件）

核心指标：疲劳强度（σ-1，10⁷次循环），典型范围 80-150MPa（如 AZ91D σ-1≥100MPa）

检测方法：

试样规格：光滑圆形试样（直径 d=8mm，标距 L0=40mm），避免表面缺陷

加载方式：旋转弯曲疲劳或轴向拉压疲劳，应力比 R=-1（对称循环）

设备：疲劳试验机（控制精度 ±0.5%），测试周期通常 3-7 天

适用场景：发动机活塞、传动轴等承受循环载荷的构件

（六）附加检测（结合铸造工艺特性）

铸造缺陷关联检测：

无损检测：超声探伤（GB/T 6402-2018）检测内部气孔、缩孔，避免缺陷影响力学性能判定

金相组织分析：观察晶粒大小（5-8 级）、第二相分布（如 Mg₁₇Al₁₂相），评估铸造质量

高温 / 低温力学性能：

高温（100-200℃）：抗拉强度下降 10%-20%，屈服强度下降更显著，需按使用温度测试

低温（-40℃以下）：冲击功大幅下降，易出现脆性断裂，需验证低温适用性

检测流程（实验室规范操作）

1. 样品取样与制备

取样要求：按 GB/T 2975-2018 取样，从同一批次、同一铸造工艺的铸件关键部位（如受力核心区、易失效部位）抽取 3-5 个平行试样，避开气孔、缩孔、裂纹等铸造缺陷

试样加工：

拉伸 / 冲击试样：通过机械加工去除铸造表面层，保证尺寸精度（如拉伸试样直径偏差≤±0.05mm）

硬度试样：打磨表面至 Ra≤0.8μm，无需深加工，但需平整无凸起

金相试样：10mm×10mm×10mm，经打磨、抛光、腐蚀（2% 硝酸酒精溶液）后观察

样品防护：镁合金易氧化，加工后需在 24 小时内检测，避免表面氧化影响结果

2. 仪器校准与准备

材料试验机：用标准力传感器校准载荷精度，误差≤±1%；引伸计校准应变精度，误差≤±2×10⁻⁶

硬度计：用标准硬度块（HBW 50/100、HV 80/120）校准，误差≤±3HBW/±5HV

冲击试验机：用标准冲击块校准能量精度，误差≤±1%

环境控制：室温测试需保持 23℃±5℃，湿度 50%±10%；高温 / 低温测试需提前恒温 30 分钟

3. 分项目检测操作

拉伸试验：安装试样，确保轴线与受力方向同轴，启动试验机，记录力 - 位移曲线，直至试样断裂，读取屈服强度、抗拉强度、断后伸长率

硬度试验：选择对应方法（布氏 / 维氏 / 洛氏），在试样表面均匀布点检测，记录每个点数据

冲击试验：将缺口试样装入冲击试验机，释放摆锤，记录冲击功，观察断裂形貌（脆性断裂 / 韧性断裂）

抗压试验：安装抗压夹具，防止试样侧向失稳，匀速加载，记录Zui大抗压载荷，计算抗压强度

4. 数据处理与判定

拉伸性能：取 3 个平行试样平均值，单值不得低于标准下限（如抗拉强度单个试样≥标准值的 95%）

硬度数据：去除异常值后取平均值，单点偏差≤5HBW/3HV/2HRB

冲击性能：小尺寸试样结果需按标准换算为标准尺寸（10mm×10mm）结果，再进行判定

综合判定：所有指标符合对应标准（GB/T 5154）或客户技术要求，判定为合格；若因铸造缺陷导致性能不达标，需标注缺陷影响

5. 报告输出

核心内容：检测标准、样品信息（合号、铸造工艺、批次、规格）、试样尺寸、检测设备型号、原始数据（拉伸曲线、冲击功、硬度值）、金相照片（如有）、判定、CMA/CNAS 印章

进出口报告：英文版本，明确标注（ASTM B557、ISO 6892-1）、铸造工艺说明及合规性

影响检测结果的关键因素

铸造工艺：

压铸态：组织致密，抗拉强度、硬度较高，但伸长率略低；砂型铸造：晶粒较粗，伸长率较高，但强度略低

铸造缺陷（气孔、缩孔、夹杂）：会导致拉伸强度下降 10%-30%，冲击功下降 20%-50%，需提前通过无损检测筛选无缺陷试样

热处理状态：

固溶处理（T4 态）：提高塑性，伸长率提升 20%-30%，但强度略有下降

时效处理（T6 态）：提高强度和硬度，抗拉强度提升 15%-25%，但塑性略降

未明确热处理状态会导致判定错误，需提前确认

样品制备：

试样尺寸偏差过大（如拉伸试样直径偏小）会导致强度计算偏高

表面氧化、油污未清理会导致硬度测试结果偏低，拉伸时易打滑

加载条件：

拉伸加载速率过快会导致屈服强度、抗拉强度偏高（尤其是脆性镁合金）

冲击试验未恒温会导致冲击功偏差（低温未恒温会使结果偏低）