6005A棒材挤压过程中异常开裂分析

2021-06-30胡宗喜

世界有色金属 2021年7期

胡宗喜

（中铝山西新材料有限公司，山西河津 043304）

随着现代交通运输的发展，交通工具对材料的综合性能要求越来越高，铝合金以其质量轻、耐腐蚀、拉伸性能优异等特点，可实现型材的大型宽体化，成为各国研究的焦点[1]。6系铝合金作为常用的可热处理强化铝合金，因主要包含镁和硅两种元素，具有4系和5系铝合金的优点。其中6005A铝合金因具有稳定的力学性能、优异的耐腐蚀性及良好的加工性能，可加工成断面结构复杂的薄壁空心型材，被广泛应用于高速列车、轨道交通等领域[2-5]。某一批6005A铝合金圆棒在生产过程中，发生异常开裂问题，导致生产受阻，因此，本文针对该批材料在挤压过程中异常开裂的问题进行分析，寻找问题源头，为6005A铝合金圆棒的生产与工艺优化提供技术参考。

1 材料检验

1.1 断裂情况观察

图1所示为6005A棒材挤压后的型材断裂情况与取样分析位置，图1（a）所示为断裂部位与取样位置，图1（b）所示为断口分析位置与断口截面分析位置。由图1（a）可看出，挤压开裂的位置位于型材内部，开裂严重，导致产品报废。图1（b）所示为从型材断裂位置取的样品，对断口位置及断口截面进行分析。

图1 挤压过程中开裂的情况与取样位置

1.2 化学成分检测

在型材未开裂位置和开裂位置附近分别进行取样，利用火花直读光谱仪进行化学成分分析，成分结果如表1所示。由表1可看出，开裂位置与未开裂位置的成分均在6005A合金的要求成分范围内，满足合金成分要求。

表1 拉伸型材开裂位置的化学成分（质量分数）%

2 组织分析与讨论

2.1 断口分析

图2为断口形貌情况与成分分析结果，其中图2（a）可看出，断口端存在明显的孔洞，初步判断与除气效果差有关，图2（b）可看出，在断口端存在一些明显的微裂纹，初步判断与型材挤压前内部存在孔洞或微裂纹有关，图2（c）可看出，在断口的小坑内存在夹杂颗粒，通过扫描电镜对夹杂颗粒的成分进行分析，主要是一些金属氧化物，初步判断原因主要有以下几个方面：①除气过程未彻底；②扒渣过程中浮渣清理不干净；③在浇铸过程中，流槽清理不干净。

图2 断口形貌情况与成分分析

2.2 断口截面分析

2.2.1 金相结果分析

图3为6005AH型材的金相图片，取样位置是四分之一切片心部，由图可看出，铸棒中存在明显的气孔，气孔的尺寸约为231μm。

图3 断口截面附近位置的金相

图4为断口截面的金相图片，图4（a）为断口截面的全貌，图4（b）和图4（c）为部分区域放大图片。图4（b）为断口的起源附近，由图4（b）可看出，断口端面呈明显的锯齿状，且在附近存在较多的微裂纹，由此推断，由于该位置有较多的微裂纹，是该材料的薄弱点，在挤压过程中，微裂纹进一步扩展最终导致断裂。由图4（c）可看出，该部分区域存在较多的气孔和微裂纹（在后续扫描电镜的图片中得到确认），尺寸大约在几十微米到三百微米之间，这与图2 6005AH铸棒中的气孔尺寸接近，因此推断微裂纹可能是铸棒中的气孔在挤压过程中焊合不良导致。

图4 断口截面位置金相

2.2.2 扫描电镜结果分析

图5为断口截面的扫描电镜结果，由该图片可以看出截面存在明显的微裂纹和气孔，这也证实在图4（a）中看到的较多的黑色线条是气孔和微裂纹。图5（a）标注的红色圆形区域为断口的起源附近，该部分区域存在较多的微裂纹，由此推断在挤压过程中，微裂纹受到挤压力后得到进一步的扩展，最终导致断裂。图5（b）上部可看出明显的锯齿状微裂纹，在紧邻断口的位置存在较多气孔和微裂纹，尺寸在几微米到几十微米之间，这些气孔和微裂纹的存在，为微裂纹的进一步扩展提供了可能。图5（c）对白色的第二相成分进行分析，由成分结果可知，其应为α-（AlMnFeSi）夹杂相。