6063铝合金型材动态冲击裂纹原因分析.pdf

第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.铝合金型材动态冲击裂纹原因分析刘兆伟祝 哮王东辉郭 峰张 伟张 宇李秋梅(辽宁忠旺集团有限公司辽宁 辽阳)收稿日期:摘 要:文章通过宏观形貌观测、微观组织观测、硬度测试、微区成分分析等多种分析手段对 铝合金型材在挤压时出现的撕裂型缺陷产生的原因进行分析确认了缺陷不是粗大化合物造成而是由于金属夹杂在熔铸或挤压过程的引入造成的因此在实际生产中应加大过程监控力度避免此类异物流入制品中造成制品不合格或设备损伤关键词:挤压型材撕裂金属夹杂连续性中图分类号:文献标识码:文章编号:()铝合金是一类常用的中等强度可热处理强化型铝合金具有优良的焊接性、抗蚀性、成型性和可氧化性等特点因而应用广泛 其挤压型材被广泛应用于汽车、建筑、工业等领域 由于 铝合金具有良好的韧性和性能稳定性可被用作吸能材料其吸能性能较相同重量的钢质结构可提高 以上能够更加有效的保护司乘人员的安全 动态冲击实验是衡量吸能性的重要方法之一正在被广泛应用于汽车行业某批次 挤压型材的力学性能、静态压溃等测试均符合指标要求但在进行动态冲击实验时型材褶皱变形处出现明显裂纹(图 红圈处)本研究通过宏观表面、低倍组织、高倍组织观察分析查找缺陷的产生原因图 动态冲击裂纹缺陷示意图.试验方案动态冲击实验主要考量材料的冲击韧性而决定冲击韧性差异性的因素有断裂方式、宏观偏析、微观结构、铸锭缺陷(杂质、晶粒)和性能不均匀性 为了更准确的确定裂纹的形成原因选取裂纹试样和未裂试样对上述影响因素进行逐一分析制定如下试验方案:()断裂方式 通过断口扫描判断为韧性断裂或脆性断裂观察是否存在杂质相()宏观偏析 通过对比不同根节、不同位置成分测试结果确认是否存在宏观偏析()微观结构 通过高倍组织、晶粒度、微观表面、能谱分析等手段分析组织与晶粒度区别以及是否存在杂质相()铸锭缺陷 通过铸锭的低倍、高倍组织质量检测评定铸锭质量()性能均匀性 通过测量型材断面不同位置的壁厚和性能评定材料性能均匀性 试验结果.断裂方式裂纹试样 断口如图()所示断口处存在大量撕裂韧窝和部分准解理面(红色圆圈标注)断口疑似裂纹源见图()裂纹源位置未见明显异物或异物脱落后所产生的“平台”结合测试过程该批次样品开裂不具备偶然性可排除夹杂造成的裂纹因 第 期有色金属加工此确定断裂方式为韧性断裂图 为断口凹坑处 高倍图在凹坑附近存在着大量方向一致的韧窝为裂纹扩展方向 凹坑内表面粗糙不平类似于撕裂棱 凹坑边上有大量高密度的短而弯曲的撕裂棱线条且底部存在破碎的第二相经 分析(表)为弥散相 排除由杂质或脆性相引起材料脆性断裂的可能图 裂纹试样断口 低倍图.图 裂纹试样断口 低倍图.表 裂纹试样断口能谱分析.位置所含元素元素含量/(.)分析相组成.().().宏观偏析选取裂纹试样(裂纹位置、非裂纹位置)、同批试样(裂纹同位置、非裂纹同位置)进行成分测定结果见表 不同批次、不同位置成分均匀可排除宏观偏析可能表 样品成分表(质量分数).(.)项目标准.裂纹试样裂纹位置.裂纹试样非裂纹位置.同批试样裂纹同位置.同批试样非裂纹同位置.有色金属加工第 卷.微观结构晶粒度对比结果如图 所示 样品内外表面层均存在颗粒尺寸随深度增加而增大的趋势其中裂纹试样颗粒尺寸的增幅速度略小于未裂试样 心部对比发现裂纹试样内部颗粒粒径大、组织不均匀并且内部含有大量亚晶组织 晶粒碎化且呈尖角状 分析可能是淬火过程中冷却效果不均所致 裂纹试样和未裂试样 照片分别如图 所示()裂纹试样外表面()裂纹试样心部()裂纹试样内表面()未裂试样外表面()未裂试样心部()未裂试样内表面图 晶粒度对比.()裂纹试样()未裂试样图 试样 形貌图.第 期有色金属加工 对比发现合金中第二相以颗粒状或棒状形式存在于基体当中第二相粒子的尺寸在 左右 裂纹试样和未裂试样微观组织接近无明显差别且无明显杂质相存在 对应能谱结果没有发现杂质元素存在(表)表 试样能谱分析结果对比.位置所含元素元素含量/(.).铸锭缺陷 ()低倍组织 对动态冲击开裂试样所用铸锭的同批次铸锭进行了分析(图)结果显示低倍晶粒度 级无疏松、裂纹、羽毛晶、光晶等缺陷根据/变形铝及铝合金圆铸锭铸锭低倍符合级标准()高倍形貌 铸锭不同位置的晶粒度如图 所示晶粒度均匀晶粒度等级为.级.性能均匀性()力学性能 图()为力学试样取样位置示意图 从图 中能够看出型材各面不同位置的屈服强度波动较大尤其是在、角附近()头端()尾端图 铸锭不同位置低倍组织.()边部()/处()心部图 铸锭不同位置晶粒度.()平面部分力学及尺寸测试位置 ()拐角尺寸测试位置图 测试位置示意图.有色金属加工第 卷图 力学性能检测结果.()尺寸壁厚 对冲击样品属同支型材的样品进行尺寸测量测试位置包括如图()所示的平面位置以及图()所示的拐角位置每个拐角取 点进行测试其中 和 两点在 角和平面相接位置 分析整个截面方向壁厚均匀性测试结果见表 在拐角位置存在较大的壁厚差 角差值为.角差值为.角差值为.角差值为.结合图 可以看出型材所承受的最大载荷与对应壁厚呈正相关 壁厚不均导致型材各部分所能承受的最大载荷值不同尤其弯角处壁厚偏差较大承载极限不同导致裂纹形成几率加大表 尺寸测量结果(单位:).(:).改进效果经过对模具工作带精细化打磨提高壁厚均匀性稳定冷却水流量等的过程优化采用同批次铸棒生产的型材经过动态冲击测试后无裂纹产生(图)图 改进后动态冲击试验样品.结论通过对影响冲击韧性的因素逐一排查得出动态冲击裂纹产生的主要因素为:()微观结构差异 裂纹试样和未裂试样晶粒度有差异可能由于淬火过程中冷却效果不均所致 改进方案为控制淬火过程冷却水流量保证冷却效果均匀稳定()性能不均匀性 壁厚不均导致型材各部分所能承受的最大载荷值不同尤其弯角处壁厚偏差较大承载极限不同导致裂纹形成机率增大 改进方案为增加型材拐角位置壁厚同时保证壁厚过渡平稳参考文献 王海彬.铝合金板材表面裂纹缺陷分析.铝加工():.肖亚庆谢水生刘静安等.铝加工实用技术手册.北京:冶金工业出版社:.(下转第 页)第 期有色金属加工铜箔卷出现内松外紧的问题从而造成铜箔卷内底部铜箔易被压伤或产生皱折 结束语通过对现有铜箔分切机在分切铜箔过程中产生的问题根据铜箔品质特性要求对其原因深刻分析找到铜箔分切机结构存在的一些不足采取一系列针对性的优化改进措施 经生产实践应用效果良好各种缺陷得到有效遏制客户投诉率得到大幅降低铜箔外观质量获得客户认可完全满足高精度超薄铜箔生产要求改造取得了圆满成功参考文献/锂离子电池用电解铜箔.金荣涛.电解铜箔生产.长沙:中南大学出版社:李会荣张永军.铝箔分切机蝶形刀结构优化.机械设计与制造工程():.张军.一种用于电解铜箔分切生产中保持导辊同步运转的结构:.杨钦欢.电解铜箔分切过程中清理铜粉的方法:.阮跃进.一种铜箔表面清洁机:.何军锋.基于可编程控制器的分切机控制系统的研究.西安理工大学:.(.):.:(上接第 页)谢水生刘静安.铝加工生产技术 问.北京:化学工业出版社:.李奋律.铝型材表面颗粒夹杂的形成原因及解决方法/中国有色金属加工工业协会轻金属分会杭州:.崔家铭周三忠汪文进陈晓文.汽车吸能盒用 铝合金薄壁型材性能研究.热处理技术与装备():.祝哮郑建王丽萍吴金凤曹帅.不同 含量对 铝合金组织与性能的影响.铝加工():.蔡莲卢有庆.挤压速度对 铝合金型材组织及性能的影响.中国金属通报():.孙亮刘兆伟王洪卓李秋梅周龙董刘颖.时效时间对 铝合金准静态压缩性能的影响.有色金属材料与工程():.(.):.: