6082铝合金型材缩尾、成层缺陷的分析与解决

杨志勇，何 金，石 娇，高 爽，陆宏韬

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

随着交通运输业的快速发展，对车体轻量化的要求越来越高[1]。铝合金由于具有耐腐蚀性和比强度高等特点，目前在各行业中得到了广泛的应用[2-3]。6082铝合金为6系(Al-Mg-Si)可热处理强化铝合金，具有中等强度、良好的焊接性、耐腐蚀性，而质量轻，是现代工业中代替钢制部件制造高速部件和高承载部件的理想材料，被广泛应用于地铁领域[4-7]。地铁领域对挤压型材的低倍组织要求较高。我公司生产的铝型材，合金状态为6082-T6，经低倍检测，产品出现缩尾、成层等缺陷。因此针对该缺陷进行分析研究，通过宏观微观组织，研究挤压工艺与模具设计对此型材低倍缩尾、成层的影响。

1 试验材料及方法

试验采用我公司生产的6082铝合金铸锭，铸锭规格为φ436 mm×1290 mm，采用半连续铸造的生产方法，泡沫陶瓷过滤，Al-Ti-B丝细化晶粒，并经在线除气处理。其化学成分符合EN573-3标准规定，具体化学成分见表1。

表1 6082铝合金铸锭化学成分(质量分数，%)

采用7500 T挤压机进行挤压，挤压比为17.7，详细挤压工艺参数见表2，型材横断面示意图见图1，模具结构如图2所示。挤压型材挤压后采用离线淬火工艺530±3 ℃×135 min和175 ℃×8 h人工时效。将固溶后的低倍试样按照GB/T 3246.2处理后，观察其宏观组织；将固溶后的试样按照GB/T 3246.1处理后，采用AX10万能研究级倒置式材料显微镜进行微观金相观察。

表2 6082铝合金型材挤压工艺

图1 型材横断面示意图Fig.1 Cross section diagram of profile

2 试验结果

采用表1中挤压工艺Ⅰ与图2(a)模具进行挤压。挤压型材固溶处理后进行低倍检验，发现型材断面出现分层缺陷，在检测的过程中将严重并伴有弧线状的分层判定为缩尾，分层较薄的判为成层，型材的头端和尾端均发现成层缺陷，其分布没有明显规律。此型号被定判为成层缺陷的产生原因与缩尾形成原因相似，分析可能是铸锭表皮金属灰尘和表面油污在挤压时流入制品中造成的[8]。型材的低倍图片如图3所示。

对成层部位取样进行高倍组织和晶粒度观察,如图4所示。从图4(a)中可以看到在出现成层位置组织较粗大，并聚集呈带状分布。对带状位置放大观察，发现带状组织腐蚀后颜色更深，呈大片状聚集分布，如图4(b)所示。无缺陷位置的组织呈细小弥散分布，如图4(c)所示，两者有明显差异，使型材组织不连续，分析可能是铸棒表面带有油污或灰尘的金属流入制品内部所造成的。对试样进行晶粒度观察发现在出现成层部位整体为黑色长条，为挤压末期，油污、杂质混入成层缝隙中，腐蚀后形成的。

(a)修改前照片；(b)修改后照片；(c)微调后照片；(d)微调后照片图2 模具图片(箭头所指位置为微调修位置)(a)pre-modification photo; (b) modified photo; (c) fine-tuned photo; (d) fine-tuned photoFig.2 Mould picture (the position indicated by arrow is the fine-tuning position)

(a)右侧自由端； (b)左侧端面；(c)下方自由端；(d)左侧自由端图3 型材低倍腐蚀后照片(a) free end on the right side; (b) end face on the left side; (c) lower free end; (d) free end on the left sideFig.3 Photographs of profiles after low-power corrosion

(a) 成层缺陷位置；(b) 成层缺陷位置放大照片；(c) 正常基体位置图4 试样金相组织照片(a) location of layering defect; (b) enlarged photo in location of layering defect; (c) location of normal matrixFig.4 Metallographic photos of samples

(a) 成层缺陷位置；(b) 成层缺陷位置放大照片图5 成层缺陷位置试样的晶粒度(a) location of layering defect; (b) enlarged photo in location of layering defectFig.5 Grain size of sample in location of layering defect

成层部位晶粒比其它位置的晶粒粗大，甚至发生了再结晶，如图5所示，因铸棒表皮金属发生紊流，流入到型材内部，在挤压过程受到挤压筒和模具的摩擦，晶粒破碎比基体严重，发生了再结晶。

采用表1中挤压工艺Ⅱ与图2(b)、2(c)、2(d)模具设计进行挤压，对起分流作用的导流模和型材模接触的部分进行打磨，由原来的相互垂直修改为具有一定坡度，形成促流角，增加此位置铸棒在挤压时流入模具速度，并对四个边角位置进行了打磨，增加金属供给量，减少摩擦力，提高型材流出模孔的速度。如图2所示，箭头所指位置为微调修位置。

挤压型材固溶处理后进行低倍检验，型材均无缩尾、成层缺陷，无缩尾痕迹，检测结果全部合格。

图6 模具微调后型材低倍腐蚀照片Fig.6 Low-power corrosion photograph of profile after die fine-tuning

图7 模具微调后型材高倍金相图片Fig.7 High power metallographic image of profile after die fine-tuning

低倍腐蚀结果见图6。高倍腐蚀后金相观察，合金中的相弥散分布，如图7所示。

3 结论

1)挤压工艺主要从控制铸棒加热温度和降低挤压速度两方面入手，减少挤压末期铝合金紊流，减少尾部油污、灰尘挤入模具，并加强铸棒表面质量的控制，从而有效地控制了缩尾和成层缺陷。

2)对模具导流模和型材模接触的部分进行打磨，形成促流角，增加铸棒流入模具的速度，并对型材四个边角位置进行打磨，增加金属供给量，减少摩擦力，提高型材流出模孔的速度，有效的解决缩尾和成层缺陷问题。