胡宗喜，路 通，崔軍峰，辛麗霞

（1.中鋁山西新材料有限公司，山西 河津 043304；2.中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215026）

6005AH鋁合金是一種典型的擠壓鋁合金，具有中高強度、耐蝕性好、易于陽極氧化、焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點，在高速列車和地鐵的廂體用擠壓型材中得到廣泛應(yīng)用。目前鋁合金型材主要通過擠壓工藝獲得，然而鋁合金型材在擠壓過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷如劃、擦、碰傷、機械性能不合格、擠壓波紋及麻面等，使產(chǎn)品質(zhì)量低下、成品率降低、生產(chǎn)成本增加、效益下降最終導(dǎo)致企業(yè)的市場競爭能力下降。因此從根源上著手解決6005AH鋁合金擠壓型材缺陷問題是提升企業(yè)自身競爭力的一個重要方面。表面劃傷缺陷是6005AH鋁合金型材在擠壓過程中常見的一種缺陷，表面劃傷破壞了金屬內(nèi)表面的連續(xù)性，嚴重影響氧化、電泳涂漆及噴涂型材的表面美觀，降低了生產(chǎn)效率和成品率，更是高檔裝飾型材的致命缺陷。因此對其形成機理進行分析是減少這種缺陷出現(xiàn)的有效手段。

本文主要通過觀察分析6005AH鋁合金擠壓型材的微觀組織，從材料本身給出了型材表面劃傷的原因，為提高擠壓型材表面質(zhì)量提供參考意見。

1 實驗

本文所使用的實驗材料為6005AH鋁合金擠壓型材，通過直讀光譜儀測得其主要成分如表1所示。擠壓型材由國內(nèi)某鋁業(yè)公司提供。圖1為擠壓型材樣品切片宏觀形貌，從圖中可以看出擠壓型材表面有許多連續(xù)和不連續(xù)白色劃傷。

圖1 6005AH擠壓型材樣品切片表面宏觀形貌

從型材表面取3個試樣，位置如圖2a中方框所示，分別標記為1#試樣、2#試樣和3#試樣，如圖2b所示。 1#試樣用于樣品的成分檢測，分析6005AH的擠壓型材成分是否符合有關(guān)規(guī)范標準的要求；2#試樣用于制備組織觀察試樣，觀察沿擠壓方向縱截面微觀組織，分析組織的晶粒尺寸、相的形貌分布，觀察組織中是否有疏松、夾渣等缺陷；3#試樣用于觀察劃傷表面，觀察劃傷表面組織，所用設(shè)備為JEOL JSM 6480型掃描電鏡。

圖2 取樣位置

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 型材組織分析

擠壓型材沿擠壓方向縱截面的掃描組織如下圖3所示。

圖3 型材擠壓方向縱截面掃描組織；(a) (b)低倍； (c) (d)高倍

表1 6005AH擠壓型材成分

表3 圖4中各相能譜分析結(jié)果 wt%

從圖3可看出組織中存在大量的第二相，彌散分布在基體中，尺寸細?。ù蟛糠衷?0μm以下），相形貌主要由板片狀、顆粒球狀和短棒狀構(gòu)成。為了進一步分析各相組成，對各相進行能譜分析，能譜分析結(jié)果如表2-1所示，根據(jù)A、B、C、D、E能譜結(jié)果顯示，這些第二相中的元素Si、Fe的原子比Si/Fe接近1:1。根據(jù)相關(guān)文獻報道，6005AH合金中元素Fe屬于雜質(zhì)元素，過量的Si元素和Fe元素以及Al元素可以結(jié)合生成AlFeSi三相化合物，含F(xiàn)e相主要 為α-AlFeSi相（Al12Fe3Si）和β-AlFeSi相（Al5FeSi），一般的，當(dāng)Si含量大于Fe時，形成β-AlFeSi相，當(dāng)Si含量小于Fe時，形成α-AlFeSi相[1,2]。可以推斷實驗用合金組織中的相主要有β-AlFeSi相組成，β-AlFeSi相在鑄態(tài)鋁合金中一般以片狀形式存在，這種片狀的第二相會在后續(xù)的變形過程中對基體產(chǎn)生不利的影響。

表2 圖3中各相能譜結(jié)果

2.2 掃描電鏡和能譜分析

未經(jīng)處理的2#樣品表面二次電子圖像如圖4所示。從圖4a低倍二次電子像宏觀形貌中可以看出，擠壓型材內(nèi)表面劃傷處在掃描電鏡下呈現(xiàn)一道道白色的亮線，在亮線中間存在有一些細小顆粒相。這些細小顆粒相在高倍下的宏觀形貌如圖4b～4e所示，其能譜分析結(jié)果如下表3所示。

通過對白色亮線處放大，可以看到有一些細小的顆粒狀和片狀物質(zhì)存在于白色亮線附近的表面和中間凹陷處，如圖4中的F、G、H點標識所示。通過能譜分析結(jié)果可以看出，白色亮線附近表面相如圖3中相H和相J其主要含有元素為Al、Si、Fe、Mn和Cr，分析其可能為含Mn、Cr的AlFeSi相。中間凹陷處的顆粒狀物質(zhì)如圖4中相F、G和I所示，能譜分析結(jié)果顯示F為不含Mn和Cr的AlFeSi相 和 含Mn和Cr的AlFeSi相，G為 含Ca的 雜質(zhì)相。從以上分析可知，劃傷的型材表面和凹陷處出現(xiàn)了AlFeSi相，大量含F(xiàn)e相在型材表面聚集是因為合金在擠壓過程中受到擠壓溫度和擠壓速度的影響，使得含F(xiàn)e相在擠壓過程中動態(tài)析出。型材劃傷凹陷處存在的含Ca雜質(zhì)相可能是由于合金鑄棒精煉不充分、粉末涂料、氧化膜夾雜或者爐底脫落等原因造成。

圖4 掃描電鏡下樣品表面二次電子形貌

2.3 劃傷原因探討

從6005AH合金組織分析可知含Mn、Cr的AlFeSi相和不含Mn、Cr的AlFeSi相為該合金型材的主要組成相，通過2-2部分的介紹可以知道，合金中的第二相主要是β-AlFeSi相（Al5FeSi）。β相多以棒狀和桿狀形貌存在，這種形貌特征對塑形將產(chǎn)生不利的影響，往往會割裂基體，造成材料塑性下降。從表1可以看到，該合金中的Mn元素含量0.27%偏低（Mn元素要求含量為0.40%～0.47%），Mn元素在合金中可以促使針狀的β-AlFeSi相向粒狀的含Mn的α-AlFeSi相轉(zhuǎn)變[2,3]，降低β-AlFeSi相對基體變形過程中的割裂作用。擠壓過程中由于擠壓溫度高、擠壓速度快，金屬的流動性增加，變形抗力減弱，極易造成粘鋁現(xiàn)象，硬質(zhì)顆粒相β相在高溫下析出吸附在模具工作帶表面，在擠壓過程中劃傷型材表面，合金中的雜質(zhì)相在擠壓過程中也極易從基體中分離出來，通過模具的工作帶時粘附在入口端形成粘鋁，并不斷被流動的金屬拉出形成毛刺劃傷表面[4,5]。

3 結(jié)論

經(jīng)過掃描電鏡和能譜分析，在6005AH鋁合金組織中和擠壓型材劃傷表面均發(fā)現(xiàn)有β-AlFeSi相的存在，從6005AH鋁合金自身質(zhì)量考慮，β-AlFeSi相是導(dǎo)致型材劃傷的主要原因。在6005AH鋁合金鑄棒擠壓過程中β-AlFeSi相在擠壓模具刃口處聚集，吸附在模具工作帶表面粘鋁層，對擠壓型材表面造成劃傷。

4 結(jié)語

為了盡量避免由于鋁棒質(zhì)量造成的擠壓型材表面劃傷缺陷，應(yīng)從源頭提升鋁棒質(zhì)量，合理設(shè)計合金成分盡量減少有害相β-AlFeSi相的析出，在鑄造過程中要及時清洗爐膛，優(yōu)選原料和輔料，加強鑄造工藝工程控制，防止鑄造缺陷，提高合金高溫塑性，防止6005H在擠壓過程中出現(xiàn)劃傷、毛刺等缺陷?？傊覀儽仨氄J識到當(dāng)前6005H鋁合金型材擠壓工藝存在的問題，并積極采取優(yōu)化措施對其進行完善和改進，以提高鋁合金型材的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。