汽车用6082挤压型材表面黑线原因分析.pdf

第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.汽车用 挤压型材表面黑线原因分析幺 雷段英冶刘恒洋李延安顾维明何 强(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、金相组织观测、扫描电子显微镜及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表面黑线的产生原因进行了分析 结果表明和非黑线位置相比型材表面黑线位置表层晶粒较大微区成分含大量的、元素 在生产验证中确认了缺陷是由于挤压时型材表面温度过高造成淬火水槽堵水工具过热甚至燃烧燃烧产物吸附在制品表面造成 因此在实际生产中应改进挤压模具优化生产工艺并改进淬火工装加大过程监控力度避免此类缺陷产生造成制品不合格关键词:挤压型材黑线淬火挤压温度中图分类号:.文献标识码:文章编号:()铝合金属于中等强度的 系合金是热处理可强化型的铝合金具有良好的焊接性能、耐腐蚀性主要用于轨道交通和汽车等领域 随着汽车制造业的蓬勃发展对于车用铝合金挤压型材的质量要求越来越高不仅要保证材料强度等基础性能指标还要兼顾表面质量尤其是覆盖件和外部可见的零部件这就要求将型材的各类性能控制在标准范围内且没有表面缺陷某批次 铝合金挤压材上表面发现若干条沿着挤压方向的黑线随着挤压的进行后续批次挤压型材上表面黑线现象依然存在但颜色会逐渐减轻数量和位置会略有不同 本文通过宏观表面、低倍组织、高倍组织观察分析等手段查找缺陷的产生原因 试验方案该型材表面具有明显的挤压条纹具备明显的触感如图 所示 经过理论分析造成铝合金型材表面黑线的主要原因可能包括表面残留、表层侵蚀、组织缺陷等 因此采用如下手段进行分析确定缺陷的产生原因:()表面清洗 采用有机溶剂(丙酮)进行表面清洗确认是否为表面附着物()表面碱蚀 采用碱液浸泡并进行酸洗中和确认缺陷存在位置是否为型材制品的表层()金相组织 使用 型光学显微镜()观察型材制品垂直于挤压方向上的不同位置是否存在组织差异辅助判断是否为工艺等差异()晶粒结构 使用 型光学显微镜()观察型材制品垂直于挤压方向上的不同位置是否存在晶粒结构差异辅助判断是否为工艺等差异()微区成分 使用 型岛津扫描电子显微镜观察型材制品垂直于挤压方向上的不同位置是否存在成分差异辅助确认缺陷种类图 型材缺陷示意图.试验结果.表面处理()表面清洗 型材试样经有机溶剂(丙酮)清洗、除油后黑线颜色变轻但黑线缺陷仍然存在 该黑线缺陷可能存在于型材表层即表层缺陷常规清洗 第 期有色金属加工无法完全去除该黑线缺陷可能存在于型材表面即表面缺陷但与型材表面结合比较牢固常规清洗无法完全去除()表面碱蚀 型材试样先后经过 溶液碱蚀浸泡 溶液中和浸泡及清水清洗后观察制品表面后发现黑线消失(图)说明黑线缺陷只存在型材制品表面一层并未深入型材基体内部.金相组织()基体部位 从图()缺陷样品基体微观组织形貌中可以看出析出的第二相较均匀的分布在基体中在缺陷位置未发现明显异常的组织形貌 从图()缺陷样品的基体偏光组织中可以看出基体为形变组织虽然不同位置的晶粒尺寸存在一定差异但仅说明在挤压过程中存在变形不均匀不属于异常现象()边部位置 图 给出了缺陷样品黑线和非黑线位置的组织及晶粒对比图 碱蚀后的型材样品.图 基体的微观组织.图 缺陷型材边部位置的微观组织及晶粒结构.有色金属加工第 卷 由组织对比可知型材边部的黑线和非黑线位置处第二相的分布及大小没有明显的区别 由晶粒对比可知黑线和非黑线位置均存在由再结晶导致的边部粗晶现象但黑线位置的晶粒尺寸较非黑线位置略大推测是由于黑线位置在形变过程中受热温度较非黑线位置高提供了更多的能量促进晶粒长大 成分分析图 为型材表面黑线和非黑线位置在二次电子()与背散射电子()下的观测结果 下接收原子的二次电子信号用于观测样品的表面状态而 接收背散射电子信号平均原子序数越小显示的图像越暗 下对比可知黑线位置的表面机械纹较非黑线位置深且机械纹位置分布有形状不规则的黑色异物而非黑线位置未发现明显异常的组织或异物 在 下观测发现黑线位置的不规则异物呈现黑色斑点状(图中红色方框所示)且颜色比基体深说明异物处的原子序数比基体的原子序数低而非黑线处没有发现类似物质 对黑色块状物质(图 中点、)及附近基体(图 中点)与非黑线位置(图 中点、)进行 分析检测结果见表 发现黑色块状物质中、元素含量明显较正常区域含量高 综合分析推测该黑色块状物为含 材料的氧化产物图 型材表面黑线和非黑线位置的 观测结果.图 表面黑线和非黑线位置的 检测.第 期有色金属加工表 不同位置处的 检测结果(质量分数).(.)位置黑线 黑点.黑点.黑点.非黑线.生产验证及分析该型材再次上机时进行生产跟踪发现淬火水槽堵水口使用沾湿的纸湿纸接触型材会瞬间变得干燥当挤压出口温度增加到一定程度时纸甚至会发生燃烧燃烧后的纸接触型材制品后由于型材表面具有明显的较为粗糙的挤压条纹痕迹促使燃烧产物残留在制品表面形成了黑线(图()但当把堵水口的纸撤掉后黑线明显消失(图()经过实验验证了型材制品表面的黑线缺陷是制品在挤压过程中由于不同位置的变形不均匀导致部分位置的变形热和摩擦热较高在进入淬火区时和垫纸产生接触导致其燃烧而燃烧产物与制品接触后由于型材表面较为粗糙在摩擦等外力和高温作用下渗入机械纹并残留在制品表面 要避免产生类似的问题可以采用如下措施进行改善:()调整模具结构降低截面各部位变形不均匀性提高流速均匀性同时注意工作带光洁度提高型材表面光洁度()升级淬火工装避免使用纸质、木质等易燃材料作为堵水材料()改进工艺同时严格控制工艺执行避免产生温度过高现象图 验证实验的制品表面照片.小结及建议()黑线缺陷为表层缺陷且缺陷位置、元素明显偏高推测为含 材料的氧化产物()经过生产验证该黑线形成机理为挤压表面温度过高造成水槽的堵水工具过热甚至燃烧燃烧产物吸附在制品表面表面机械纹越重越容易渗入产物导致表面一层出现黑线缺陷()建议对模具结构进行微调提高流速的均匀性进而提高制品表面温度均匀性同时与制品接触材料更换为耐热型材料参考文献 刘兆伟王东辉黄健陈利潘岩马龙飞.预拉伸对 铝合金时效组织与性能的影响.有色金属加工():.徐宁王爽潘岩冯小东张富亮.淬火冷却速率对 铝合金组织及性能影响研究.有色金属加工():.冯云国李圣争崔伟坛.铝合金表面缺陷交流电磁场检测.轻合金加工技术():.郭海霞李雪峰黄安琪.铝合金表面阳极氧化膜缺陷成因分析.理化检验(物理分册)():.陈军于美秋.铝合金板材表面条状缺陷的分析.轻金属():.赵拴勃曲媛佘瑞平王献刚.铝合金常见缺陷分析及措施/首届西部铸造论坛论文集:.(下转第 页)有色金属加工第 卷部区域的褐色条斑状缺陷进行了系统研究发现条斑状缺陷处对应的型材其表面和横截面在晶粒度和第二相尺寸及数量上与正常区域无区别但在型材表面存在不规则状沟槽缺陷且沟槽处富集碳化物和氧化物()挤压末期挤压紊流阶段挤压筒内死区残留脏污流入金属表层导致型材表面夹杂后续在阳极氧化后产生了黑斑缺陷 建议在挤压工艺中增加压余并及时清理挤压筒()不合格型材夹杂缺陷可通过低倍浸泡阳极氧化解决通过该方法处理的型材表面光亮整洁无色差花斑等缺陷参考文献 李森.铝合金阳极氧化黄金膜层研究 .沈阳理工大学.爨洛菲.铝合金硬质阳极氧化着色膜的制备工艺及着色机理研究.长安大学.周京辉.铝合金阳极氧化后黑斑原因分析.有色金属加工.():.(.):.:(上接第 页)李一峰于承斌刘方镇王孝国秦简长海博文.晶粒细化工艺对 铝合金中含铁相的影响.轻合金加工技术():.陈勇慧.铝合金汽车支架挤压模具设计.模具技术():.曹召勋王军徐永东朱秀荣邵志文王荣.挤压态 铝合金热加工图及显微组织研究.兵器材料科学与工程():.(.):.: