6061管材白道缺陷分析

孙 巍，荣 伟，刘建生，迟洋波，曹振华

（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003）

6061管材白道缺陷分析

孙 巍，荣 伟，刘建生，迟洋波，曹振华

（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003）

通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、能谱等对6061管材制品中白道缺陷进行了分析，确定白道为呈链状分布的FeMnCrSi化合物聚集导致，并提出了改进措施。

6061管材；白道缺陷；化合物聚集

0　前言

6061合金挤压管材（300/250mm），车削后表面出现平行于管材挤压方向（即垂直于车削方向）的无规律分布白道缺陷。白道目视可见，长约5～10mm。硬质阳极氧化后，目视仍可见白道缺陷。

1　缺陷分析

1.1取样

管材车削加工及硬质氧化后的表面形貌如图1所示。从管材切割取样如图2所示，其中左侧两个样品为车削后表面样品，右侧为硬质阳极氧化后表面样品。从这些试样上进一步取横截面样品：在车削后样品上平行于管材轴向取样；在硬质阳极氧化后样品上垂直于管材轴向取样。

图1　管材车削加工及硬质氧化后的表面形貌

图2　电锯切割取样照片

1.2显微组织分析

1.2.1体式显微分析

图3为车削后白道缺陷的体式显微照片，在图片中明显可见伴随着周期性车削痕迹的白道缺陷，长度约5～10 mm，宽度约10～30μm。在倍数较高的照片中如图4，可见白道具有磨粒磨损的形貌特征。

图3　车削后白道位置光学金相照片

1.2.2光学显微分析

图4为用普通光学显微镜和激光共聚焦显微镜采集白道附近进行腐蚀后的金相照片。腐蚀后，白道缺陷仍很明显，同时在车削起伏痕迹的凸起和下凹区域均可见黑色颗粒状第二相（如图中箭头所示），尺寸约5～10μm。第二相颗粒大量出现在磨损痕迹一端，因此磨损痕迹是在车刀作用下、第二相颗粒滑动磨损产生的。图5为硬质阳极氧化后白道位置光学金相照片。可以看到在白道附近氧化膜厚度不均匀。

为了进一步观察白道处的组织状态，对平行和与垂直于管材挤压方向进行组织观测。图6为平行于管材挤压方向的光学金相照片，从图中可以看到沿管材挤压方向的层状组织特征。金相组织中包含弥散细小的强化相和约5～10μm的较大黑色第二相。在6061合金中弥散细小的强化相为Mg2Si。较大的第二相大多均匀分布，同时也经常集中，沿管材挤压方向呈串链状分布。

图4　车削样品腐蚀后白道处金相

图5　硬质阳极氧化后表面样品光学金相照片

图6 平行于管材挤压方向的光学金相照片

图7是硬质阳极氧化后沿白道方向不同位置的横截面光学金相照片。不同位置均可见白道附近氧化层厚度不均匀，偶尔可见金属基体小突起。推测这些形貌特征可能是由于白道位置较耐氧化产生。

图7　硬质阳极氧化后垂直于管材挤压方向的金相照片

1.3成分分析

对样品以及其中第二相的成分分析结果列于表1中。从表中可见，样品成分符合6061合金标准成分。多个第二相成分均含较高的Fe、Si、Mn、Cr，在合金中以较大的块状存在，挤压时沿挤压方向拉长或破碎成颗粒状。第二相附近成分与基体基本一致。

学生通过参与第二课堂创造具体的实训中心模型，深入理解第一课堂抽象的“门式刚架结构”理论知识。活动结束时，每组完成一个创客作品，即每组设计制作的实训中心模型，并向其他同学介绍模型的结构、功能及创造心得。

表1　EPMA成分分析定量结果（质量分数/%）

进一步对样品进行背散射和面扫描分析，见图8。图8中白亮色表明该元素含量较高。横截面扫描结果也显示第二相为富含Fe、Mn、Cr、Si元素。

图8　背散射照片

2　分析和结论

根据上述分析可知，在切削后样品表面呈现的白道是串链状聚集的粗大第二相FeMnCrSi在车刀作用下发生滑动，使基体产生滑动磨损导致的。

硬质阳极氧化时，FeMnCrSi第二相电极电位较低，因此耐氧化，使氧化层不均匀，显示出白道特征。

FeMnCrSi是6061合金铸造凝固过程中偏析聚集形成，在合金中以块状、絮状或片状存在，挤压时会沿挤压方向拉长或破碎成颗粒状，影响产品的表面质量。

3　改进措施

根据白道的形成原因，可从改善铸态组织入手，减弱乃至消除白道。可以采取以下措施：

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

（2）选择组织细小、无粗大聚集相的中间合金，避免原材料带入粗大相。

（3）提高熔炼温度，避免低温长时化合物聚集，特别要注意加入Al-Cr中间合金时，炉内温度要达到740℃以上。

（5）在保证铸锭组织不过烧的情况下，提高均匀化温度。

（6）改进挤压参数，增大挤压比，提高铸锭的变形程度，更大程度地破碎化合物，使其以断续形态存在。

（7）提高挤压材的固溶温度，使粗大可溶化合物尽可能固溶到基体中。

（8）改进氧化工艺，采取前处理工序，在氧化前增加酸洗或者碱洗工艺，去除表面积聚的第二相，从而避免在阳极氧化时出现白道缺陷。

（编辑：杨毅）

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

孙巍（1983-），男，辽宁辽阳人，工程师，本科。

2016-01-20