VW50097-PV6097铝合金孔隙率测量方法及常见问题

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  近年来，随着对汽车轻量化和燃油经济性要求的不断提升，汽车铝合金压铸零件应用数量快速增长，对铝合金压铸件性能的要求也不断提高。致密性是其中之一，对零件的泄露以及力学性能有明显的影响。在早期的标准中，进对加工后可见的气孔数量、大小和位置规定了简单的要求；目前的一些企业标准中，则进一步对零件整体的致密性提出了要求。下面我将结合大连测试项目和大家交流一下VW 50097-PV 6097铝合金孔隙率测量方法。我今天分享的内容分两部分：
    第一部分：VW 50097 Porosity of Metal Castings Requirements(金属铸件的孔隙率要求)；
    第二部分PV 6097 Porosity Determination According to VW 50097（气孔率的测定按照VW 50097的规定）。
  在测试之前先和大家一起了解一下孔隙的成因。一般认为，影响零件致密性的内部孔隙，来源于四个方面：

    其一：是铝合金中含有大量的氢，在凝固过程中析出；
    其二：是铝合金凝固收缩产生的缩孔，特点是孔洞表面不光滑，有时可以观察到枝晶；
    其三：是型腔内的气体未能排出，留在零件内形成气孔，一般为较大的气孔；
    其四：是压室内的气体，右合金带入零件内，由于内浇口的雾化作用，一般为弥散的小气孔。
  VW 50097 Porosity of Metal Castings,金属铸件的孔隙率要求。此标准是大众汽车公司的企业标准。
        范围：此标准定义了金属铸件的孔隙率的要求，该要求与采用何种铸造工艺无关。
        2 标识
        2.1标识及说明
            孔隙率的标识由以下参数组成：
        1）分类
           -S类，指零件主要承受静应力
           -D类，指零件主要承受动应力
           -F类，指对零件功能表面具有特殊要求
           -G类，指对零件没有进一步的规定要求
        2）孔隙率
           -对于S、D、G类，用百分比表示最大允许的孔隙率；
           -对于F类，表示出每个参考面特定的气孔的数量。
        3）直径
           单个孔的最大允许直径4）附加说明（附加说明中1-N项均为可选项，而对于F类气孔的规格则必须给出Pn值）
         -An :是两相邻孔之间最小边缘距离
          最小边缘距离是两相邻空中的较小直径乘以系数n，用mm表示（A=距离）
         -M:零件壁中心（只和直径参数相关）
   气孔只允许在零件壁的中心
         -C:材料堆积（只和直径参数相关）
    孔隙位置只允许在材料堆积和结合区域
         -R：零件壁的中心区域（只允许对孔级D10到D30）
        只用于零件壁的中心区域（相对壁厚的内部三分之一）。在外部的三分之二，应满足孔隙率等级D4
        -Pn：孔尺寸（只和直径参数相关）
       最大允许的孔尺寸（由直径参数相关）
  只用于零件壁中心区域（相对应零件壁厚的内部三分之一）。在外部的三分之二，则单个孔隙的最大允许孔径（P）限制在n mm的直径范围内。对于F类孔隙，则规定了孔径的上限范围。
   5)表示方法：(孔隙类别)（孔隙率）【直径】/[补充说明1]/ [。。。]/[补充说明n]
   注：括号内的参数需全部给出才能充分描述允许的孔隙率。方括号内的参数是可选的，当指明为F类时，必须给出参数P。对于用X射线检测孔隙率要求情况说明是，应注意评估孔尺寸的全自动系统通常只使用相同的直径。然而，对于人工进行X射线测试，则始终使用相对直径来确定孔的直径，因此图纸中必须明确涉及到等效直径的规格的内容。
   铸件最大允许孔隙率的标识的实例：
   一般铸件：VW 50097-D5
   密封表面：VW50097-F4/2/A3/P0.5
  2.2、图纸中孔隙率的分级
  D类   分D1、D2、D3、D4,从D5以后分别为D10、D15、D20以此类推，不存在D0.
  S类   从S5以后分别为S10、S15、S20以此类推，不存在低于S5的级别.
  F类   分FO、F1、F2、F3以此类推，对于必要的补充说明Pn，n的递增单位为0.1mm,n从0.2mm开始起评。
  G类   分GO、G1、G2、G3以此类推,孔隙率为G0意味着XS射线系统能分辨的范围内不允许存在孔隙。
  孔径  参数“孔径”的地增量为0.5mm，孔径从0.5mm开始起评。
  3 定义
  定义按照大众公司标准《VW 5099》。
  4要求
  不同铸件孔隙率的的要求
  -《VW 50097-D1》适用于钢铁铸造材料制成的铸件
  -《VW 50097-D10》适用于锌基合金制成的铸件
  -《VW 50097-D5》适用于除钢铁及锌基合金制成的铸件
  5 孔隙率的测试
        按《PV 6097》的要求测试铸件的孔隙率。

  6 参考标准
        PV 6097                  Porosity Determination According to
        VW 50097(按大众公司标准《VW 50097》)
        VW50099                  Foundry and Casting Technology;
        Definitions(《铸造工艺》-定义)
        VDG Specification P2O1   Volume Deficits of Non-Ferrous
        Metal Casting《有色金属铸造品体积缺陷》
  1 范围
         本标准适用于图纸或同时有效的标准中含有VW 50097规定的气孔率要求的金属铸件。以前的VDG(德国铸造专家协会)P201规定的气孔率要求，应参照VW 50097中相应规定执行。
         3 目的
  制定本标准的目的就是测定铸件现有图纸上要求的气孔率（参照VW 50097）。
         4 定义和术语
           比较直径   包围气孔的园的直径。
           当量直径   与比较气孔面积相同的圆的直径。
         5测试程序
           试验方法应按照图纸上的要求确定，不受铸件载荷类型的影响。
            -S级   在一个表面光洁度Rz≤25的默片上进行试验；
            -D级   在金相抛光磨片上进行试验；
            -F级   在一个按照图纸加工的功能面上进行试验；
            -G级   使用X射线进行X射线检测。
           图纸上附加的要求和数据也同样具有约束力。
  5.1切割面（断面）或者投影面的选择---取样部位
     只要当前有效的图纸和其他同时有效的标准没有其他不同规定，选择的相应平面应在极限负荷的范围内。（受力最大位置）。
     如执行检测的检测人员在范围方面有疑问，则应与最终验收放协商。
     5.2有关参考面（评定视场）的规定
     5.2.1允许的参考面的几何形状
     在选择相应的参考面的时候，只允许有下面三种几何形状：
     -矩形
     -圆形
     -三角形
     这些几何形状是一般表面几何形状的特殊形式。
     5.2.2参考面（评定视场）的选择及其尺寸原则
     5.2.2.1参考面（评定视场）的选择
    总则：所有气孔级别中的数据都是以一个所谓的参考面为基准的。该面的测定原则在所有级别中都是一样的。
        根据下列原则选择参考面：保证参考面与构件的局部几何形状相似，并借助其位置和尺寸能局部的覆盖一个最大且几何形状相似的面。
  小的参考面与大的参考面或其他几何形状的参考面重叠时，重叠部分不允许大于较小的参考面的50%。
        在选择参考面时，应保证根据评定能获得一个最大的气孔率值。
  5.2.2.2参考面（评定视场）的尺寸
   评定级别为G级时，最大参考面为5cm2。
   评定级别为D级时，在VW 50097-D4和更小的气孔率要求时，每次评定的参考面（评定视场）尺寸大于（3*4）mm2的矩形尺寸时，这些参考面内任一（3*4）mm2区域内气孔率不能超过4%。
   5.3待评定参考面的质量要求—待测试样质量要求
   5.3.1 评定气孔级别S的试样
   评定气孔率要求级别S的试样应在表面粗糙度Rz=25或更好的表面上进行。待测试样应平整、没有影响试验结果的污点或损伤。评定时使用与肉眼的正常视力相匹配的分辨率进行（1:1）
   5.3.2评定气孔级别F的试样
        待测试样的质量应符合图纸上规定的局部加工要求，待测面没有影响试验结果的污点或损伤。
        注：根据图纸加工的面也显示是气孔级别为S和D的切割面，如果在级别F的局部气孔率要求旁边还有普通级别S和D的气孔率要求，则待测面应同时满足上述两个要求。
  5.3.3评定气孔级别F的试样
  X射线的知识有一定局限性，专业性的不予解释。
  应在X射线设备的光程中调整铸件，使气孔率在评定范围内的投影中最大，各参考面的评定应在绘图比例为1:1的条件下进行。
  注：如果评定参考面时使用与规程的绘图比例不同的绘图比例进行，各个5cm2参考面的最大允许尺寸应与实际绘图比例相匹配。
  5.3.4评定气孔级别D的试样
  评定气孔率要求为界别D的区域应在金相（抛光）磨片上进行。
  金相磨片应满足下列要求：
  ——有镜面光泽的表面    在显微镜下使用100:1的放大倍率不允许看到先前制备阶段产生的加工痕迹（无划痕和凹陷）
  ——磨片表面的平面度    磨片不允许有边缘倒圆或凸起。
  ——没有塑性组织变性    磨片不允许有由先前制备加工一起的残余变性
  评定时在反射光显微镜下使用20:1--25:1的放大倍数进行。不允许使用体视显微镜。
  评定时，特别是拍照时，应注意适度照明，以免影响测量结果。
  注：卖方可以根据自己的判断使用大于25:1的放大倍数评定参考面，对于验收方也可以根据自己的判断使用小于20:1的放大倍率。
  5.4气孔率的评定结果
  除了气孔级别F，评定结果以百分比表示气孔损失面的总和。适合的方法有：平面测量法和线状切割法，如使用其他方法应取得客户同意。
  只要当前有效的图纸和其他标准没有其他不同规定，评定单个气孔的尺寸时应总是以相应的比较直径为基准。
  5.5气孔率的结果
  气孔率试验的结果应进行修约，修约规则如下：
  VW 50097-D4和更小的气孔率:气孔率测量的各个结果应1%的步进给出。如果气孔率要求大于VW 50097-D5，测量结果应按5%的步进进行修约。不存在D0类结果。
  气孔率要求级别S结果修约规则，此处在该级别结果小于5%时，结果修约为VW 50097-S5,不存在S0类结果，如果气孔率要求大于VW 50097-D5，测量结果应按5%的步进进行修约。
       气孔率要求级别G结果修约规则: 结果应1%的步进表示，该气孔级别中，结果允许VW 50097-G0，这表明，在所有设备分辨率的条件下没有探测到气孔。
       对测得的单个缺陷的尺寸进行分级的过程中，尺寸也应进行修约，在测定单个气孔的最大尺寸时，以0.5mm的步进进行分级，评定功能面（F类）而没有其他要求时，气孔结果按0.1mm的步进进行修约。
  5.6气孔率试验实例
  在一个构件中，所有区域适用气孔率要求VW50097-D5/1.铸件具有两个强度极限区域和一个对过程波动反应异常强烈的区域。这三个区域应分别制作金相磨片（参考面位于金相磨中，具体情况视可能的参考数量而定），它们的评定结果得出一个气孔率最大值和一个单个气孔尺寸的最大值。综合起来讲，四个参考面得出下列结果：
  -面1：气孔损失面3.4%，单个气孔尺寸的最大值2.1mm
         局部结果：VW50097-D5/2.5
  -面2：气孔损失面8.6%，单个气孔尺寸的最大值0.8mm
         局部结果：VW50097-D10/1
  -面1：气孔损失面0.4%，单个气孔尺寸的最大值0.1mm
         局部结果：VW50097-D5/0.5
  -面1：气孔损失面4.4%，单个气孔尺寸的最大值0.6mm
         局部结果：VW50097-D5/1
       构件的实际气孔率为VW50097-D10/2.5，该构件的表面气孔率和单个气孔尺寸的允许最大值方面不符合要求。
  6 同时有效的文件
  PV 6097                  Porosity Determination According to
  VW 50097(按大众公司标准《VW 50097》)
  VW50099                  Foundry and Casting Technology;
  Definitions(《铸造工艺》-定义)
  VDG Specification P2O1   Volume Deficits of Non-Ferrous
  Metal Casting《有色金属铸造品体积缺陷》
  AndyRuan（阮洋）

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  2016-08-03
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