6系铝合金挤压棒中异物分析

吴 楠，祝 哮，谢方亮，孙 亮，刘兆伟，张 宇

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

6xxx铝合金具有中等强度、耐腐蚀性好、无应力腐蚀开裂倾向、焊接性良好、易于成型等优点，被广泛应用于汽车车身板、汽车零部件等[1-4]。在锯切某批次用于锻造汽车零部件6xxx铝合金挤压棒材制品时，锯条突然断裂，挤压制品断面出现明显的机械碰伤和擦划缺陷，在擦伤部位发现有异物缺陷的存在。本文通过对缺陷部位和异物的宏观形貌、微观组织形貌进行观察，对异物成分进行定性分析，分析了异物缺陷产生和锯条断裂的原因[5-6]。

1 试验方案

6xxx铝合金挤压锻造棒横断面的擦伤和异物缺陷如图1所示。为查明锯条断裂和擦伤缺陷产生的原因，采用体式显微镜观察异物缺陷区域宏观形貌；采用光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察异物微观形貌、缺陷处异常组织，并观察异物与基体的位向关系；采用EDS分析异物成分，并与周围基体成分比对。

图1 锯切后断裂面Fig.1 Fracture surface after sawing

2 试验结果与分析

2.1 宏观形貌观察

缺陷处有明显的划伤、擦伤痕迹，并发现灰黑色异物。图2为基体和异物宏观形貌，可见异物嵌入基体中，水平方向上与基体有一定缝隙，垂直方向上与基体结合紧密，无金属光泽，嵌入基体中异物长度约为5 mm。

图2 缺陷宏观形貌Fig.2 Macro-morphology of defects

2.2 显微组织观察

图3为异物与基体的显微组织。从图3(a)中可以看到异物与基体颜色明显不同，异物呈暗灰色，基体呈浅灰色，在异物和基体间存在微小缝隙。变形程度上，基体中可明显看出变形痕迹；而异物无变形，异物在基体中呈切割形貌，无基体金属绕过异物的痕迹。因此，判断异物是在变形后落入合金中，并非熔铸或挤压过程中落入合金中。

(a)OM；(b)SEM图3 异物与基体的显微组织Fig.3 Microstructure of foreign body and the matrix

为进一步确定异物与基体的位向关系，进行扫描电镜观察。从图3(b)中可以看出，异物在基体中呈切割形貌，说明此异物是在切割或加工过程中嵌入合金基体中，嵌入基体中异物有破碎现象，在加工时外应力过大，使异物破碎或加工时异物落入，使异物部分变形破碎所致。

2.3 异物成分分析

图4为异物与基体的EDS取样位置，表1为图4中相应位置的EDS成分分析。图4(a)为异物附近凹陷区域，图4(b)为典型异物位置，1#、2#位置为异物破碎区域，3#位置为基体区域，4#、5#位置为异物区域。

(a)异物附近区域；(b)异物区域图4 异物SEM图(a) area near the foreign body; (b) the foreign body areaFig.4 SEM image of foreign body

表1中EDS分析结果表明：1)大块异物1#、4#和5#位置主要成分为W、Co、Si和C，4#位置还有一定的Fe；2)破碎异物2#位置处，其EDS结果基本同于大块异物成分，但因异物太小，受周围成分影响，其W、Co和Si明显低于大块异物，Ag和Mn可能是系统误差所致；3)3#位置基体处，主要由Al、Si和Mg组成，与6系合金成分一致。

表1 EDS分析结果(质量分数，%)Table 1 EDS analysis results (mass fraction，%)

3 分析讨论

根据上述结果，与生产中可能含上述元素的物质进行对照。模具钢主要成分为Cr、Mo、Si和V等元素，钨含量极少，与EDS分析异物主要成分为钨的结果不符。另外，组织形貌分析表明异物是在变形后落入合金中。因此，可判定异物并非来自挤压模具。

查阅相关文献[7-8]，硬质合金锯条主要成分为W、C、Co和Fe等元素。异物EDS成分结果与硬质合金所含元素相同，可判定异物来自于硬质合金锯条。

综上分析，6xxx合金挤压棒材横断面的异物为锯条碎屑。在挤压棒定尺锯切过程中，锯条进给压力过大或冷却液冷却不足，锯条上锯齿发生损坏[9]，脱落并嵌入挤压棒材内部，与随后进给的锯条发生接触，造成锯条断裂，锯条上蹦离出的碎屑划伤棒材横断面。

4 结论

1)异物的来源。异物嵌入合金基体中，与基体存在明显缝隙，无变形特征，异物成分与硬质合金锯条成分相近，该异物来自于锯切过程中所使用的硬质合金锯条。

2)锯条断裂原因。锯条进给压力过大或冷却液冷却不足，促使锯齿发生损坏脱落，碎屑脱落嵌入到挤压棒材内部，与后续高速进给锯条发生接触，造成锯条断裂，锯条上蹦离出的碎屑划伤棒材的横断面。