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        6063鋁合金擠壓型材缺陷分析

        2020-06-28 12:45:02劉兆偉董劉穎李秋梅王洪卓
        熱處理技術(shù)與裝備 2020年2期
        關(guān)鍵詞:塊狀褐色型材

        劉兆偉,孫 亮,董劉穎,李秋梅,王洪卓,周 龍

        (遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧 遼陽(yáng) 111003)

        6063鋁合金是一種中等強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化合金,具有良好的耐蝕性和氧化性[1-5],同時(shí)還具備良好的可焊性和加工性能,目前被廣泛的應(yīng)用于建筑、幕墻、汽車(chē)等領(lǐng)域[6-8]。但由于6063鋁合金生產(chǎn)難度較小,在生產(chǎn)過(guò)程中容易發(fā)生疏漏,出現(xiàn)一些異物缺陷,影響產(chǎn)品質(zhì)量,降低企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

        某6063鋁合金矩形封閉型材擠出后,合金表面上出現(xiàn)沿?cái)D壓方向的撕裂狀穿透性劃傷,型材正面撕裂處末端存在黑褐色堆積物。隨著擠壓進(jìn)行,劃傷繼續(xù)產(chǎn)生,但未穿透型材,在后端20 mm處,出現(xiàn)大小不等的黑褐色物質(zhì)。本文通過(guò)對(duì)6063合金擠壓后的宏觀形貌、微觀組織、微區(qū)成分以及顯微硬度進(jìn)行分析,探明6063鋁合金型材出現(xiàn)撕裂型缺陷的原因。

        1 試驗(yàn)方案

        為了明確異物種類(lèi)及形成原因,制定如下試驗(yàn)方案[9-11]:

        1)形貌觀測(cè),利用體式顯微鏡和掃描電鏡對(duì)黑褐色物質(zhì)進(jìn)行表面形貌觀察。

        2)硬度檢測(cè),利用顯微硬度計(jì)分別對(duì)基體、褐色物質(zhì)進(jìn)行顯微硬度測(cè)試。

        3)組織觀測(cè),在垂直于擠壓方向截取試樣并磨拋,然后使用光學(xué)顯微鏡觀察黑褐色物質(zhì)組織。

        4)成分分析,使用EDS對(duì)黑褐色物質(zhì)表面及內(nèi)部進(jìn)行定性分析。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 形貌觀測(cè)

        圖1為6063鋁合金型材撕裂狀穿透性劃傷的表面形貌圖,從圖中可以看出,沿?cái)D壓方向出現(xiàn)一條長(zhǎng)約55 mm的劃傷,型材正面撕裂處末端出現(xiàn)長(zhǎng)約7 mm的黑褐色堆積物。在鋁基體中出現(xiàn)不規(guī)則的黑褐色形狀物質(zhì),可能是導(dǎo)致型材穿透性劃傷的主要原因。

        圖2為6063鋁合金型材撕裂處的斷口宏觀形貌。從圖中可以看出,斷口大部分呈撕裂形貌,在基體與褐色物質(zhì)間存在縫隙(見(jiàn)圖2(a)),這說(shuō)明缺陷物質(zhì)與基體結(jié)合力較弱。將圖2(a)方框區(qū)域局部放大至50×,可以看出裂縫更為明顯,在褐色物質(zhì)心部還發(fā)現(xiàn)黃色物質(zhì)。

        (a)型材外表面;(b)型材內(nèi)表面

        (a)宏觀形貌;(b)局部放大形貌

        圖3為6063鋁合金缺陷處的SEM形貌,從圖中可以看出,斷口較為平整,宏觀變形不明顯且無(wú)明顯韌窩(見(jiàn)圖3(a))。還可見(jiàn)斷口處存在亮色或亮灰色物質(zhì),該物質(zhì)與基體相接處存在明顯裂縫(見(jiàn)圖3(b)),說(shuō)明該物質(zhì)與基體結(jié)合力弱。圖3(c)為缺陷附近正?;w近型材外表面的斷口,有明顯變形痕跡,為韌性斷口。圖3(d)為缺陷附近正?;w近型材內(nèi)表面的斷口,呈撕裂狀,呈明顯的塑性變形。由此可知,一般鋁基部位為韌性或塑性變形區(qū),且缺陷與基體處有小裂縫存在,與基體結(jié)合較弱[12-14]。

        2.2 硬度檢測(cè)

        鋁基體及褐色物質(zhì)的顯微硬度結(jié)果,見(jiàn)表1,從表中可以看出,褐色夾雜物質(zhì)硬度明顯高于鋁基體。

        (a)宏觀形貌;(b)局部放大形貌;(c)近缺陷處外表面形貌;(d)近缺陷處內(nèi)表面形貌

        表1 褐色物質(zhì)及基體顯微硬度(HV)

        2.3 組織觀測(cè)

        圖4位基體缺陷的SEM形貌圖。從圖中可以看出,褐色缺陷物質(zhì)由大小不一的多個(gè)分散塊狀物組成,塊狀物形狀不規(guī)則且有棱角,與基體邊界清晰,有明顯的分界線或微裂紋。塊狀物與基體顏色有明顯差別,呈灰色或亮灰色。此外,塊狀物在擠壓方向未發(fā)生破碎,說(shuō)明塊狀物較硬。從形貌上分析,該塊狀物具有化合物或金屬夾雜的特征。但若為化合物,則或多或少會(huì)沿?cái)D壓方向發(fā)生破碎,而本缺陷擠壓后完整存在,說(shuō)明擠壓過(guò)程無(wú)法使其變形,這說(shuō)明塊狀物是金屬夾雜的可能性更大[15]。

        (a)宏觀形貌;(b)局部放大形貌

        圖5為缺陷與鋁基體交接縫隙形貌。從圖中可以看出,缺陷與鋁基體交接處可見(jiàn)連續(xù)裂紋或縫隙(見(jiàn)圖5(a)),其長(zhǎng)度大約10 μm,破壞了鋁基體的連續(xù)性,說(shuō)明缺陷與鋁基體結(jié)合力較差。

        綜上分析,塊狀缺陷為質(zhì)地較硬的金屬夾雜,且與鋁基體間存在微小空隙或裂紋,破壞了基體的連續(xù)性。該塊狀物在擠壓過(guò)程中并未參與變形,可能是熔鑄過(guò)程外來(lái)高熔點(diǎn)硬質(zhì)金屬未被熔化,或擠壓出模前掉入的硬質(zhì)金屬。

        2.4 EDS分析

        圖6為試樣垂直于擠壓方向的EDS圖,能譜結(jié)果見(jiàn)表2。從圖6和表2可知,鋁基體(A)主要有Al、Mg、Si等元素組成,基體與缺陷的裂縫處(B)主要是Fe、O、C等元素組成。裂縫較寬的位置(C、D)有部分Si存在,可能為灰塵類(lèi)物質(zhì)[16]。宏觀上呈褐色的塊狀缺陷(E)主要元素是Fe,存在微量O,可能為金屬鐵。附著在塊狀缺陷上的灰色物質(zhì)(F、G),組成元素為Fe、O,可能為Fe的氧化物。由此可知,褐色缺陷主要為金屬Fe,在其邊緣處或表面位置有些微氧化痕跡。

        圖7為試樣撕裂出能譜形貌圖,缺陷和鋁基體能譜分析結(jié)果,見(jiàn)表3。從表中可以看出,撕裂處試樣成分與拋光后試樣基本一致,但由于撕裂處試樣受到一定程度的氧化污染,因此Si、O含量稍高。

        2.5 工藝溯源

        針對(duì)上述分析,將型材整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行溯源排查:1)熔鑄過(guò)程。投料過(guò)程無(wú)異常,鑄造過(guò)程中有疑似鐵絲物質(zhì)落入鋁液中。2)擠壓過(guò)程。擠壓筒表面未發(fā)現(xiàn)劃傷,擠壓模具工作帶出現(xiàn)劃傷。

        由此分析,缺陷是由于熔鑄過(guò)程引入的金屬夾雜物所造成的。

        (a)宏觀形貌;(b)局部放大形貌

        (a)裂紋處形貌;(b)附著物處形貌

        表2 垂直于擠壓方向的缺陷試樣EDS結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        圖7 撕裂處EDS測(cè)試位置

        表3 撕裂處EDS結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        3 結(jié)論

        1)該擠壓制品撕裂型劃傷是由褐色異物引起的,該異物與基體邊界清晰,與基體間存在空隙或裂紋,破壞了基體的連續(xù)性。

        2)該褐色物質(zhì)為有棱角的不規(guī)則塊狀晶體,為含F(xiàn)e硬質(zhì)物,可能是熔鑄過(guò)程帶入的金屬夾雜。

        3)在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)加大過(guò)程監(jiān)控力度,避免異物流入制品中,造成制品不合格或設(shè)備損傷。

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