6061管材白道缺陷分析

孫 巍，榮 偉，劉建生，遲洋波，曹振華

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

6061管材白道缺陷分析

孫 巍，榮 偉，劉建生，遲洋波，曹振華

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

通過光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、掃描電鏡、能譜等對6061管材制品中白道缺陷進行了分析，確定白道為呈鏈狀分布的FeMnCrSi化合物聚集導(dǎo)致，并提出了改進措施。

6061管材；白道缺陷；化合物聚集

0　前言

6061合金擠壓管材（300/250mm），車削后表面出現(xiàn)平行于管材擠壓方向（即垂直于車削方向）的無規(guī)律分布白道缺陷。白道目視可見，長約5～10mm。硬質(zhì)陽極氧化后，目視仍可見白道缺陷。

1　缺陷分析

1.1取樣

管材車削加工及硬質(zhì)氧化后的表面形貌如圖1所示。從管材切割取樣如圖2所示，其中左側(cè)兩個樣品為車削后表面樣品，右側(cè)為硬質(zhì)陽極氧化后表面樣品。從這些試樣上進一步取橫截面樣品：在車削后樣品上平行于管材軸向取樣；在硬質(zhì)陽極氧化后樣品上垂直于管材軸向取樣。

圖1　管材車削加工及硬質(zhì)氧化后的表面形貌

圖2　電鋸切割取樣照片

1.2顯微組織分析

1.2.1體式顯微分析

圖3為車削后白道缺陷的體式顯微照片，在圖片中明顯可見伴隨著周期性車削痕跡的白道缺陷，長度約5～10 mm，寬度約10～30μm。在倍數(shù)較高的照片中如圖4，可見白道具有磨粒磨損的形貌特征。

圖3　車削后白道位置光學(xué)金相照片

1.2.2光學(xué)顯微分析

圖4為用普通光學(xué)顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡采集白道附近進行腐蝕后的金相照片。腐蝕后，白道缺陷仍很明顯，同時在車削起伏痕跡的凸起和下凹區(qū)域均可見黑色顆粒狀第二相（如圖中箭頭所示），尺寸約5～10μm。第二相顆粒大量出現(xiàn)在磨損痕跡一端，因此磨損痕跡是在車刀作用下、第二相顆?；瑒幽p產(chǎn)生的。圖5為硬質(zhì)陽極氧化后白道位置光學(xué)金相照片?？梢钥吹皆诎椎栏浇趸ず穸炔痪鶆?。

為了進一步觀察白道處的組織狀態(tài)，對平行和與垂直于管材擠壓方向進行組織觀測。圖6為平行于管材擠壓方向的光學(xué)金相照片，從圖中可以看到沿管材擠壓方向的層狀組織特征。金相組織中包含彌散細小的強化相和約5～10μm的較大黑色第二相。在6061合金中彌散細小的強化相為Mg2Si。較大的第二相大多均勻分布，同時也經(jīng)常集中，沿管材擠壓方向呈串鏈狀分布。

圖4　車削樣品腐蝕后白道處金相

圖5　硬質(zhì)陽極氧化后表面樣品光學(xué)金相照片

圖6 平行于管材擠壓方向的光學(xué)金相照片

圖7是硬質(zhì)陽極氧化后沿白道方向不同位置的橫截面光學(xué)金相照片。不同位置均可見白道附近氧化層厚度不均勻，偶爾可見金屬基體小突起。推測這些形貌特征可能是由于白道位置較耐氧化產(chǎn)生。

圖7　硬質(zhì)陽極氧化后垂直于管材擠壓方向的金相照片

1.3成分分析

對樣品以及其中第二相的成分分析結(jié)果列于表1中。從表中可見，樣品成分符合6061合金標準成分。多個第二相成分均含較高的Fe、Si、Mn、Cr，在合金中以較大的塊狀存在，擠壓時沿擠壓方向拉長或破碎成顆粒狀。第二相附近成分與基體基本一致。

學(xué)生通過參與第二課堂創(chuàng)造具體的實訓(xùn)中心模型，深入理解第一課堂抽象的“門式剛架結(jié)構(gòu)”理論知識。活動結(jié)束時，每組完成一個創(chuàng)客作品，即每組設(shè)計制作的實訓(xùn)中心模型，并向其他同學(xué)介紹模型的結(jié)構(gòu)、功能及創(chuàng)造心得。

表1　EPMA成分分析定量結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)/%）

進一步對樣品進行背散射和面掃描分析，見圖8。圖8中白亮色表明該元素含量較高。橫截面掃描結(jié)果也顯示第二相為富含F(xiàn)e、Mn、Cr、Si元素。

圖8　背散射照片

2　分析和結(jié)論

根據(jù)上述分析可知，在切削后樣品表面呈現(xiàn)的白道是串鏈狀聚集的粗大第二相FeMnCrSi在車刀作用下發(fā)生滑動，使基體產(chǎn)生滑動磨損導(dǎo)致的。

硬質(zhì)陽極氧化時，F(xiàn)eMnCrSi第二相電極電位較低，因此耐氧化，使氧化層不均勻，顯示出白道特征。

FeMnCrSi是6061合金鑄造凝固過程中偏析聚集形成，在合金中以塊狀、絮狀或片狀存在，擠壓時會沿擠壓方向拉長或破碎成顆粒狀，影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

3　改進措施

根據(jù)白道的形成原因，可從改善鑄態(tài)組織入手，減弱乃至消除白道?？梢圆扇∫韵麓胧?/p>

（1）合理配置合金成分，控制Cr含量在0.20%～0.25%，廢料使用量控制在10%～20%。

（2）選擇組織細小、無粗大聚集相的中間合金，避免原材料帶入粗大相。

（3）提高熔煉溫度，避免低溫長時化合物聚集，特別要注意加入Al-Cr中間合金時，爐內(nèi)溫度要達到740℃以上。

（5）在保證鑄錠組織不過燒的情況下，提高均勻化溫度。

（6）改進擠壓參數(shù)，增大擠壓比，提高鑄錠的變形程度，更大程度地破碎化合物，使其以斷續(xù)形態(tài)存在。

（7）提高擠壓材的固溶溫度，使粗大可溶化合物盡可能固溶到基體中。

（8）改進氧化工藝，采取前處理工序，在氧化前增加酸洗或者堿洗工藝，去除表面積聚的第二相，從而避免在陽極氧化時出現(xiàn)白道缺陷。

（編輯：楊毅）

Analysis of Light Strip Flaw in AA6061 Tube

SUN Wei，RONG Wei，LIU Jian-sheng，CHI Yang-bo，CAO Zhen-hua
（LiaoningZhongwangGroup Co.，Ltd.， Liaoyang 111003，China）

The light strip flaw in AA6061 tube is investigated by optical microscope，Laser Scanning Confocal Microscope， scanning electron microscope and radiation spectrum analyzer. The light strips in 6061 tube caused by coarse compounds in chain which consists of Fe，Mn，Cr，Si. And improvement methods are put forward in this paper.

AA6061 tube; light strip flaw; coarse compounds

TG376.9

A

1005-4898（2016）02-0053-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.02.11

孫巍（1983-），男，遼寧遼陽人，工程師，本科。

2016-01-20