6061鋁合金管材內(nèi)壁加工缺陷成因分析

李僜諺, 黃啟波，馮 旺，孫 娜，李 霜

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

0 前言

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷提高，人民的環(huán)保意識也在不斷提升，越來越多的人意識到節(jié)能減排和安全問題是工業(yè)發(fā)展中亟待解決的重大課題。鋁合金由于具有密度輕、彈性模量大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天汽車以及電子電器等工業(yè)領(lǐng)域[1]。

6061鋁合金屬于Al-Mg-Si系可熱處理強(qiáng)化合金，為中高強(qiáng)度鋁合金，具有良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性及優(yōu)良的機(jī)械加工性能，大量應(yīng)用于棒、管、型線等擠壓材生產(chǎn)[2-4]。然而鋁合金管材因在高溫下基體較軟，在擠壓、軋制等過程中易出現(xiàn)擦、劃傷等表面質(zhì)量缺陷，導(dǎo)致管材成品率降低[5-6]。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)某批次6061合金管材在加工過程其內(nèi)壁出現(xiàn)掉屑現(xiàn)象。對此，進(jìn)行了工藝查詢，了解到該批次管材化學(xué)成分、出廠力學(xué)性能等指標(biāo)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。為了徹底探明管材內(nèi)壁加工缺陷的產(chǎn)生原因，對不同工序6061合金管材樣品進(jìn)行了宏觀、微觀等綜合分析。

1 實(shí)驗(yàn)方案

取不同工序管材樣品，利用Leica DVM6數(shù)碼顯微鏡、HITACHI S3400掃描電鏡及Leica Lomo DM4M金相顯微鏡等儀器對其進(jìn)行宏觀、微觀等綜合分析。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果

管材生產(chǎn)工藝路線及不同工序管材樣品明細(xì)如下：

擠壓→軋制→退火（1#樣品）→空拉→空拉（2#樣品）→軋制（3#樣品）→拉拔（4#樣品）→熱處理至T4（5#樣品）→蝕洗（6#樣品）。

2.1 宏觀觀察

各樣品內(nèi)壁典型宏觀形貌見圖1。

由圖1可以看出，1#樣品內(nèi)壁存在輕微粘傷現(xiàn)象，2#、3#、4#、5#、6#樣品內(nèi)壁未見明顯損傷現(xiàn)象；7#樣品加工面存在沿圓周方向分布的表面粘傷現(xiàn)象，且加工面底部存在堆積的鋁屑，未加工面未見明顯損傷現(xiàn)象。

2.2 掃描電鏡觀察

圖2為不同工序樣品內(nèi)壁典型SEM形貌。由圖2可知，1#樣品內(nèi)壁存在輕微粘傷現(xiàn)象；2#樣品內(nèi)壁較光滑，未見損傷現(xiàn)象；3#樣品內(nèi)壁滿面存在沿軋制方向的拉痕；4#樣品（3#樣品經(jīng)過軋制后的樣品）內(nèi)壁的拉痕經(jīng)軋制后產(chǎn)生金屬堆積、飛邊現(xiàn)象；5#樣品與4#樣品形貌特征相當(dāng)，且管材內(nèi)壁滿面存在較多腐蝕產(chǎn)物；6#樣品經(jīng)過蝕洗后，金屬飛邊現(xiàn)象及腐蝕產(chǎn)物消失，滿面仍存在長條狀拉痕；7#樣品加工面存在明顯沿圓周方向分布的表面粘傷現(xiàn)象，加工面底部存在堆積的鋁屑，未加工內(nèi)壁存在明顯長條狀拉痕。

圖2 不同樣品內(nèi)壁典型SEM形貌

2.3 顯微組織分析

圖3為各工序管材樣品橫截面典型顯微組織。由圖3可知，各樣品均未見氧化膜、夾渣等冶金缺陷，化合物分布均較為均勻、彌散。1#、2#樣品內(nèi)壁較平直，基材未見明顯損傷；3#樣品沿圓周局部存在微裂紋，深度約6~50 μm；4#樣品沿圓周局部存在微裂紋，深度約20 μm；5#樣品沿圓周局部存在微裂紋，深度約10 μm；6#樣品沿圓周局部存在微裂紋，深度約10 μm。

圖3 各工序樣品橫截面顯微組織

3 分析與討論

通過研究發(fā)現(xiàn)管材在擠壓后進(jìn)行第一次軋制后退火，退火后的管材（1#樣品）內(nèi)壁存在輕微粘傷現(xiàn)象，而2#樣品內(nèi)壁較光滑，未見損傷現(xiàn)象。2#樣品經(jīng)2次空拉后軋制成3#樣品，3#樣品內(nèi)壁滿面存在沿軋制方向的拉痕，拉痕經(jīng)軋制后產(chǎn)生金屬堆積、飛邊現(xiàn)象，且經(jīng)熱處理至T4、蝕洗后仍無法消除3#樣品內(nèi)壁表面的拉痕。3#、4#、5#和6#樣品內(nèi)壁均存在沿圓周方向呈不同深度的明顯長條狀拉痕，拉痕深度約10~20 μm。這種拉痕在用戶后續(xù)加工過程中會使管材內(nèi)壁因受到拉應(yīng)力而掉鋁，從而在加工的圓周面上形成粘鋁現(xiàn)象。

4 預(yù)防及措施

由于拉伸深度較淺，不能通過肉眼觀察到，渦流探傷亦不能顯示，只有在剖切橫截面進(jìn)行微觀觀察或進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。在生產(chǎn)中為避免此類缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)主要以預(yù)防為主。軋制后的管材內(nèi)壁光滑、無明顯拉痕，說明成品管材內(nèi)壁的拉痕與拉拔工序關(guān)系密切。有文獻(xiàn)表明[7]，管材在軋制后的拉拔工序中，隨著減徑的遞增，其內(nèi)表面質(zhì)量會越來越差，這應(yīng)該與管材拉拔過程中金屬塑性變形疊加相關(guān)。為減小空拉工藝對管材內(nèi)壁造成的影響，可采用減小每道次拉拔變形量或增加中間退火等工序。

5 結(jié)論

樣品加工后掉渣現(xiàn)象是由管材內(nèi)表面質(zhì)量不良引起的，是管材內(nèi)表面拉痕較多，加工時(shí)拉痕部位受到應(yīng)力拉裂掉落鋁屑且在加工圓周面形成的粘鋁現(xiàn)象。可通過減小每道次拉拔變形量或增加中間退火等工序來改善成品管材內(nèi)壁質(zhì)量，提高成品率。