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1、铝合金挤压型材的缺陷处理一、几种典型铝合金挤压表面缺陷成因分析(1)2xxx系合金(2014合金为例):2014合金挤压时形成的典型裂纹与轴线成45°角呈周期性分布。经试验分析,裂纹区的材料组织过热十分明显,表层为粗大晶粒,而心部由再结晶组织转变为细晶粒组织;在晶界存在一个易熔金属的连续网络。如果铸锭加热温度为475℃,而挤压速度较快,在挤压过程中温升超过71℃时,合金中的低熔点相就可能熔融,但这种熔融不是引起挤压型材出口温度为501℃(略低于2014合金的共晶化合物的熔点)时观察到的表面裂纹的必要的先决条件。由于在高温高速条件下挤压时,
2、材料表面的温度剧增,而且大大高于心部温度,使屈服强度大为降低。加之当金属从模孔流出瞬间,由于三向压应力状态改变而使材料的塑性大为损失,在这种较低的屈服强度与有限的塑性相结合条件上,模具工作带一面的摩擦拉应力最易引起产品表面拉裂。(2)5xxx系合金(以5456合金为例):在5456合金挤压时也观察到了与2014合金挤压时相类似的裂纹。裂纹与撕裂不会同时发生,看来它们是由不同的机理所引起的。在λ<10的挤压型材的尾端也观察到了裂纹,这可能是挤压速度较快、温度较高引起相应的屈服强度降低所致。在接近表面层的型材组织为粗晶粒和细晶粒混合物,细晶粒
3、产生于材料的剪切带,而粗晶粒则产生于变形较小的铸锭背面。当挤压过程接近结束时,这两种不同的组织同时受到挤压,因而在界面断裂。(3)7xxx系合金(以7075合金为例):7075合金中存在一个低熔点S相,因而对热脆性特别敏感,而且最高挤压温度不得超过480℃。当铸锭温度为460℃,挤压速度为7.8m/min时,7075合金型材表面由于严重初熔而引起冷杉树状缺陷。在变形时,由于温升使挤压温度超过了480℃,从而使挤压型材产生了周期性裂纹。(4)6xxx系合金(以6063合金为例):6063是一种最典型的挤压合金,也是用途最广泛的一种合金材料,
4、主要用于电子、电器、家电、通讯、建筑、装修等工业部门,要求表面光洁美观,表面处理后色彩均匀。但是,该合金在挤压时如工艺条件控制不当,易产生撕裂、粘着和模具划痕等影响表面质量的缺陷。当铸锭加热温度为450℃、挤压速度为60m/min条件下通过新模具挤压6063合金型材时,表面出现严重撕裂。撕裂是由于铝粘附在模具工作带表面上造成的。用EDX分析表明,撕裂区的成分与母体材料相同。撕裂的尺寸和几何形状与伴随被拉长的晶粒动态回复过程中由晶界突起而产生的缺陷相一致。因此,这类缺陷可能与模具和型材表面的相互作用以及晶界的强度有关。在撕裂道痕之间还可以观
5、察到,未损伤的显微模具划痕。经过几次挤压之后,模具工作带表面沉积有一层稳定的铝层,撕裂的严重程度有所减少,甚至可以消除,但它可能是造成6xxx系(Al-MgSi)合金型材表面最常见的称为模具划痕缺陷的成因之一。2在挤压6063合金时最可能出现的主要缺陷是粘着和模具划痕。在最严重的情况下,模具划痕最终可变成铝碎片而形成“粘着沉积”。用EDX分析表明,沉积物的成分与前一次挤压的5456合金相同。这说明上一次挤压后在模芯工作带表面已有粘着沉积,因此,在挤压以前必须从模芯工作带表面除去粘着沉积。模具表面不光洁、表面硬度低,加上挤压时的磨损和机械损
6、伤,加剧了模具表面铝覆盖层中常常会出现粗大的Al-Fe-Si沉淀物,试验证明,它们是挤压型材表面划痕的主要起因。在试验研究中发现金属死区的剪切区内存在与铝覆盖层内类似的沉淀物。当挤压继续进行时,死区中会出现硬粒子的大量“堆积”。观察表明,这些“堆积”物似乎被多次剪切,并发现由于金属流扰动而在粒子附近产生空穴。这种空穴在型材表面表现为显微模具划痕。当这种材料进入模具工作带表面而流向挤压型材表面时,在沉淀物与基体之间的出现不均匀流变,从而在挤压型材上引起磨损划痕。随后,聚积的Al-Fe-Si沉淀物在进入模具区时受到剪切,沉积在模具工作带表面上
7、,引起进一步的划伤,直到其最终嵌入挤压型材表面内为止。此外还发现,这些沉淀物以堆积形式存在时,尺寸相当大,在挤压型材表面成形时,足以引起金属流的局部扰动,这种扰动很可能影响型材的表面形态。模具工作带表面与挤压型材表面之间的金属相对局部扰动也会引起粘着。利用净化后的模具对超纯铝进行挤压研究了这种现象的机理。用扫描电镜检验表明,型材及模具工作带表面被大量的碎片划伤。用EDX分析鉴定了碎片的成分与基体材料基本一致。试验表明它始终与模具划痕和显微模具划痕有关。用分流模进行了大量的挤压试验,发现模具工作带表面上的铝覆盖层的形成发展有一个过程。在初次
8、挤压后观察到铝沉积在模具工作带的出口处,随着挤压过程的继续进行,铝覆盖层逐渐聚集并充满模具整个工作带表面。此外,还发现挤压型材的表面粗糙度与覆盖层的粗糙度有关,而且它通常比新研磨的模具粗糙度光
