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(lái)，隨著社會(huì)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(shí)也在不斷提升，越來(lái)越多的人意識(shí)到節(jié)能減排和安全問(wèn)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(guò)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(guò)程其內(nèi)壁出現(xiàn)掉屑現(xiàn)象。對(duì)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(duì)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(duì)其進(jìn)行宏觀、微觀等綜合分析。

2 試驗(yàn)過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(guò)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(guò)蝕洗后，金屬飛邊現(xiàn)象及腐蝕產(chǎn)物消失，滿面仍存在長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiàn)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)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(wú)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(zhǎng)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(guò)程中會(huì)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(guò)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(wú)明顯拉痕，說(shuō)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(huì)越來(lái)越差，這應(yīng)該與管材拉拔過(guò)程中金屬塑性變形疊加相關(guān)。為減小空拉工藝對(duì)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?？赏ㄟ^(guò)減小每道次拉拔變形量或增加中間退火等工序來(lái)改善成品管材內(nèi)壁質(zhì)量，提高成品率。