铝合金铸件因轻质、高比强度及良好的铸造性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等关键领域。屈服强度作为评估其承载能力的核心力学指标，直接决定构件的设计寿命与安全性。然而，铝合金在铸造过程中易因气体卷入、凝固收缩等产生气孔、缩松、夹杂物及显微裂纹等内部缺陷，这些缺陷会破坏材料连续性、改变应力分布，进而影响屈服强度测试结果的准确性。深入解析内部缺陷对屈服强度的作用机制，是优化铸造工艺、提高测试可靠性的关键前提。
铝合金铸件常见内部缺陷的类型及特征
气孔是铝合金铸件中最常见的缺陷之一，主要由铸造过程中氢气卷入或未及时排出所致，表现为圆形或椭圆形空腔，内壁光滑，尺寸从几微米到几毫米不等。
缩松是凝固阶段金属体积收缩未得到补缩形成的缺陷，多呈现为树枝晶间的细小分散孔隙，孔隙间相互连通，常伴随元素偏析现象。
夹杂物分为非金属夹杂物（如氧化铝、氧化镁）和金属夹杂物（如未熔铁颗粒），多为不规则形状，尺寸从亚微米到数百微米，主要来源于原材料污染或熔炼氧化反应。
显微裂纹是由凝固热应力、相变应力或后续加工引发的微小裂纹，通常为线性或分支状，长度从几十微米到几毫米，多沿晶界或相界面分布。
气孔对屈服强度测试结果的影响
气孔的核心作用是作为“应力集中源”——当测试施加外力时，气孔周围材料因几何不连续产生局部高应力，若局部应力超过材料屈服极限，会提前引发塑性变形，导致整体屈服强度降低。
气孔的尺寸和数量直接决定影响程度：大尺寸气孔（直径＞1mm）会导致更严重的应力集中，高气孔率（＞3%）会使缺陷间距离缩短、应力集中叠加。例如A356铝合金铸件中，气孔率从1%增至5%时，屈服强度从210MPa降至150MPa，降幅约28%。
气孔的分布位置至关重要：位于测试试样有效区域（如拉伸试样平行段）的气孔，比位于头部或尾部的气孔影响更大——有效区域是应力均匀分布的关键部位，此处气孔会直接改变应力传递路径，加速屈服。
此外，气孔形状也有影响：椭圆形气孔的应力集中系数（1.5~2.0）低于不规则气孔（3.0~4.0），因此不规则气孔对屈服强度的降低作用更明显。
缩松对屈服强度测试结果的影响
缩松的“分散性”和“晶间分布”特性是其影响核心——缩松多存在于树枝晶间隙，而晶界结合力本就低于晶内。测试受力时，外力沿晶界传递，缩松会放大晶界应力，促进微裂纹萌生，提前进入屈服阶段。
缩松的“连通性”是关键：连通缩松（如树枝晶间连续孔隙）会形成“微通道”，使应力更易扩散，导致屈服强度显著降低。例如ZL101铝合金中，连通缩松试样的屈服强度比孤立缩松试样低30%以上。
凝固工艺间接影响缩松与屈服强度的关系：砂型铸造凝固慢、缩松多，屈服强度比金属型铸造（凝固快、缩松少）低15%~20%；压力铸造通过增加补缩压力，缩松率可降至1%以下，屈服强度提高25%左右。
尽管缩松尺寸小（＜100μm），但数量多（每平方毫米数十个），累计影响不亚于大尺寸气孔——大量细小缩松会破坏材料连续性，使屈服时塑性变形更分散，导致测试结果波动更大。
夹杂物对屈服强度测试结果的影响
夹杂物的影响源于“界面结合力”和“形状效应”：非金属夹杂物（如氧化铝）与基体结合力弱，外力作用时界面易分离形成微空隙，引发应力集中；金属夹杂物（如铁相）虽结合力强，但硬脆性会导致局部应力集中。
夹杂物形状是关键：尖锐状（针状、片状）夹杂物的应力集中系数（＞5.0）远高于球状夹杂物（1.2~1.5），因此针状氧化铝会使屈服强度降低20%~30%，而球状夹杂物仅降低5%~10%。
夹杂物的尺寸和分布也有影响：大尺寸夹杂物（＞50μm）会成为“核心缺陷”，引发大范围塑性变形；沿晶界连续分布的夹杂物（如氧化物膜）会削弱晶界强度，使屈服变形优先沿晶界发生，导致屈服强度显著下降。
以6061铝合金为例，夹杂物含量从0.1%增至0.5%时，屈服强度从240MPa降至190MPa，降幅约21%；若夹杂物为针状氧化铝，降幅可达35%以上。
显微裂纹对屈服强度测试结果的影响
显微裂纹是最具破坏性的缺陷，本质是“预先存在的裂纹”——测试时，裂纹尖端的应力集中系数（10~100）远高于其他缺陷，会直接引发裂纹扩展，导致材料提前屈服甚至断裂。
裂纹长度和深度决定影响程度：长度＞100μm的裂纹使屈服强度降低20%以上；深度达铸件厚度1/5的裂纹，会导致应力直接传递至尖端，屈服强度下降40%左右。例如7075铝合金中，深度2mm的裂纹（试样厚10mm）使屈服强度从350MPa降至210MPa，降幅约40%。
裂纹方向至关重要：平行于受力方向的裂纹（如拉伸轴向裂纹）比垂直方向的裂纹影响更大——平行裂纹直接承受外力，尖端应力集中更明显，扩展速度更快；垂直裂纹的应力集中仅在两端，影响相对较小。
此外，开口裂纹（未被填充）的应力集中系数高于闭合裂纹（被氧化膜填充），因此开口裂纹对屈服强度的降低作用更显著。
缺陷位置与尺寸的耦合对屈服强度的影响
缺陷的“位置-尺寸”耦合效应是关键：若缺陷位于试样“危险截面”（如拉伸试样最小截面），即使尺寸小也会产生显著影响；若位于非危险截面，即使尺寸大影响也有限。
例如A380铝合金试样（直径10mm），危险截面内0.5mm气孔使屈服强度从200MPa降至170MPa（降幅15%）；非危险截面内2mm气孔仅降至190MPa（降幅5%）。
缺陷尺寸与试样尺寸的比例（缺陷率）也很重要：当缺陷率＞5%时，屈服强度会“突变式”下降——例如试样截面100mm²，缺陷面积5mm²时，降幅可达30%以上；缺陷率＜2%时，降幅仅5%~10%。
此外，表面缺陷（如表面下1mm的气孔）比内部缺陷影响更大，因为表面缺陷更易引发表面裂纹，而表面裂纹的扩展速度快于内部裂纹。
多缺陷交互作用的叠加影响
实际铸件中缺陷多为组合存在，其影响是“协同效应”——一种缺陷会放大另一种缺陷的作用，导致屈服强度下降更多，而非简单线性叠加。
例如气孔与缩松组合：气孔的应力集中会促进缩松处微裂纹萌生，缩松的分散性会扩大气孔的应力集中区域，两者共同作用时，屈服强度降幅可达单一缺陷的1.5~2倍。如单独气孔降20%、单独缩松降30%，组合后降50%。
夹杂物与显微裂纹组合更具破坏性：夹杂物是裂纹的“萌生源”（易在界面处产生裂纹），裂纹扩展时会沿夹杂物分布路径（如晶界夹杂物链），因此两者结合会使屈服强度显著降低。例如6063铝合金中，夹杂物+裂纹试样的屈服强度比单一夹杂物试样低40%，比单一裂纹试样低30%。
缩松与夹杂物组合：缩松为夹杂物提供“藏身之处”（夹杂物易聚集在缩松孔隙），两者形成“缺陷簇”，使应力集中更严重，屈服强度下降更明显。