6005A棒材擠壓過程中異常開裂分析

胡宗喜

（中鋁山西新材料有限公司，山西 河津 043304）

隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，交通工具對(duì)材料的綜合性能要求越來越高，鋁合金以其質(zhì)量輕、耐腐蝕、拉伸性能優(yōu)異等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)型材的大型寬體化，成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)[1]。6系鋁合金作為常用的可熱處理強(qiáng)化鋁合金，因主要包含鎂和硅兩種元素，具有4系和5系鋁合金的優(yōu)點(diǎn)。其中6005A鋁合金因具有穩(wěn)定的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐腐蝕性及良好的加工性能，可加工成斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁空心型材，被廣泛應(yīng)用于高速列車、軌道交通等領(lǐng)域[2-5]。某一批6005A鋁合金圓棒在生產(chǎn)過程中，發(fā)生異常開裂問題，導(dǎo)致生產(chǎn)受阻，因此，本文針對(duì)該批材料在擠壓過程中異常開裂的問題進(jìn)行分析，尋找問題源頭，為6005A鋁合金圓棒的生產(chǎn)與工藝優(yōu)化提供技術(shù)參考。

1 材料檢驗(yàn)

1.1 斷裂情況觀察

圖1所示為6005A棒材擠壓后的型材斷裂情況與取樣分析位置，圖1（a）所示為斷裂部位與取樣位置，圖1（b）所示為斷口分析位置與斷口截面分析位置。由圖1（a）可看出，擠壓開裂的位置位于型材內(nèi)部，開裂嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。圖1（b）所示為從型材斷裂位置取的樣品，對(duì)斷口位置及斷口截面進(jìn)行分析。

圖1 擠壓過程中開裂的情況與取樣位置

1.2 化學(xué)成分檢測(cè)

在型材未開裂位置和開裂位置附近分別進(jìn)行取樣，利用火花直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，成分結(jié)果如表1所示。由表1可看出，開裂位置與未開裂位置的成分均在6005A合金的要求成分范圍內(nèi)，滿足合金成分要求。

表1 拉伸型材開裂位置的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2 組織分析與討論

2.1 斷口分析

圖2為斷口形貌情況與成分分析結(jié)果，其中圖2（a）可看出，斷口端存在明顯的孔洞，初步判斷與除氣效果差有關(guān)，圖2（b）可看出，在斷口端存在一些明顯的微裂紋，初步判斷與型材擠壓前內(nèi)部存在孔洞或微裂紋有關(guān)，圖2（c）可看出，在斷口的小坑內(nèi)存在夾雜顆粒，通過掃描電鏡對(duì)夾雜顆粒的成分進(jìn)行分析，主要是一些金屬氧化物，初步判斷原因主要有以下幾個(gè)方面：①除氣過程未徹底；②扒渣過程中浮渣清理不干凈；③在澆鑄過程中，流槽清理不干凈。

圖2 斷口形貌情況與成分分析

2.2 斷口截面分析

2.2.1 金相結(jié)果分析

圖3為6005AH型材的金相圖片，取樣位置是四分之一切片心部，由圖可看出，鑄棒中存在明顯的氣孔，氣孔的尺寸約為231μm。

圖3 斷口截面附近位置的金相

圖4為斷口截面的金相圖片，圖4（a）為斷口截面的全貌，圖4（b）和圖4（c）為部分區(qū)域放大圖片。圖4（b）為斷口的起源附近，由圖4（b）可看出，斷口端面呈明顯的鋸齒狀，且在附近存在較多的微裂紋，由此推斷，由于該位置有較多的微裂紋，是該材料的薄弱點(diǎn)，在擠壓過程中，微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展最終導(dǎo)致斷裂。由圖4（c）可看出，該部分區(qū)域存在較多的氣孔和微裂紋（在后續(xù)掃描電鏡的圖片中得到確認(rèn)），尺寸大約在幾十微米到三百微米之間，這與圖2 6005AH鑄棒中的氣孔尺寸接近，因此推斷微裂紋可能是鑄棒中的氣孔在擠壓過程中焊合不良導(dǎo)致。

圖4 斷口截面位置金相

2.2.2 掃描電鏡結(jié)果分析

圖5為斷口截面的掃描電鏡結(jié)果，由該圖片可以看出截面存在明顯的微裂紋和氣孔，這也證實(shí)在圖4（a）中看到的較多的黑色線條是氣孔和微裂紋。圖5（a）標(biāo)注的紅色圓形區(qū)域?yàn)閿嗫诘钠鹪锤浇?，該部分區(qū)域存在較多的微裂紋，由此推斷在擠壓過程中，微裂紋受到擠壓力后得到進(jìn)一步的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。圖5（b）上部可看出明顯的鋸齒狀微裂紋，在緊鄰斷口的位置存在較多氣孔和微裂紋，尺寸在幾微米到幾十微米之間，這些氣孔和微裂紋的存在，為微裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了可能。圖5（c）對(duì)白色的第二相成分進(jìn)行分析，由成分結(jié)果可知，其應(yīng)為α-（AlMnFeSi）夾雜相。

圖5 斷口截面掃描電鏡結(jié)果

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行匯總得出型材在擠壓過程中出現(xiàn)斷裂的原因主要有兩個(gè)。

（1）棒材內(nèi)部有微裂紋，擠壓過程中微裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，出現(xiàn)斷裂。

（2）棒材內(nèi)部有金屬氧化物夾雜，有夾雜的位置結(jié)合力較弱，在擠壓過程中易造成材料斷裂。

3.2 建議

（1）在6005A圓棒熔鑄過程中，適當(dāng)增加除氣的時(shí)間和打渣劑的使用量，提高除氣和打渣的效果，減少氣孔和夾雜。

（2）適當(dāng)延長(zhǎng)扒渣和靜置的時(shí)間，將氧化夾雜清理干凈。

（3）加強(qiáng)流槽的管理，保證每次鑄造前流槽清理干凈。

（4）加強(qiáng)對(duì)除氣設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)控，保證除氣的效果。