不同擠壓方法對6082合金棒材粗晶環的影響

王 宇, 韓世濤, 王周冰, 唐 君, 劉 歡

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6082鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，具有中等強度，良好的塑性，以及優良的耐腐蝕性[1-2]。該合金在擠壓生產過程中經常出現粗晶環。粗晶環的產生，與合金的化學成分、均勻化退火制度、變形溫度、變形程度、固溶熱處理溫度、加熱速度、退火溫度和保溫時間等因素有關，該組織的存在會降低材料的力學性能和物料特性[3]。本文通過采用相同噸位擠壓機，分別對采用正、反向擠壓方法生產的6082擠壓棒材試樣進行檢測分析，研究不同擠壓方法對6082合金棒材粗晶環的影響，確定最佳擠壓方法。

1 試驗材料及內容

本文選用6082鋁合金優質鑄錠，其成分見表1。采用20MN正擠壓方法、反擠壓方法進行兩組Φ40mm棒材擠壓生產，擠壓工藝見表2。

表1 6082 合金化學成分(質量分數，%)

表2 擠壓工藝參數

生產工藝流程為，鑄錠加熱→擠壓→淬火→拉伸矯直→成品鋸切→人工時效→驗收→交貨。根據力學性能、低倍粗晶環、組織晶粒度評定制品品質及兩種不同擠壓方法對粗晶環的影響。

2 試驗結果及分析

2.1 宏觀低倍組織及力學性能

分別在同一批次正、反向擠壓棒材各取3個試樣，編號分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#(1#、2#、3#為正擠壓制品試樣，4#、5#、6#為反擠壓制品試樣)。使用日本島津AG-X100KN型電子萬能試驗機對其試樣進行力學性能檢測，同時進行金相低倍組織檢驗。具體檢驗過程如下：(1) 把洗削加工好的試樣放入20℃～35℃、濃度為15%～25%的NaOH溶液中，腐蝕20min～30min；(2) 將試樣取出迅速轉入流動的清水中沖洗，然后再放入20%～30%的HNO3溶液中，酸洗15min后，除去黑色堿蝕產物達到清潔；(3) 將試樣取出用流動的清水沖洗干凈，進行觀察。其結果見表3，低倍組織如圖1所示。從表3可知，在保證低倍無粗晶的條件下，反向擠壓生產的棒材力學性能抗拉強度最高可達379MPa，屈服強度可達364MPa，伸長率可以達到16.5%。正向擠壓棒材低倍組織中出現粗晶環且尺寸達到3.5mm，不符合客戶技術要求，而反向擠壓棒材低倍組織中粗晶環尺寸符合客戶要求。反向擠壓方法明顯減小低倍組織中粗晶環尺寸。

表3 擠壓棒材力學性能及低倍組織

(a)1#； (b) 2#； (c)3#； (d) 4#； (e) 5#； (f) 6#圖1 擠壓棒材低倍粗晶環Fig.1 Macroscopic coarse grain ring of extruded bar

2.2 顯微組織

采用蔡司AX10型光學顯微鏡(OM)對試樣進行過燒組織檢測(明場)和晶粒度評級(偏光)，過燒組織如圖2所示，基體晶粒度如圖3所示，皮質晶粒度如圖4所示。可知，6個試樣組織均未見過燒，用比較法、計算法可得3個正向擠壓制品試樣基體晶粒度均為7級，1#皮質層晶粒度-0.5級、2#皮質層晶粒度-1.5級、3#皮質層晶粒度-2.5級。3個反向擠壓制品試樣基體晶粒度均為6級，4#皮質層晶粒度-1級、5#皮質層晶粒度-1.5級、6#皮質層晶粒度-0.5級。所以，正向擠壓制品基體晶粒度7級優于反向擠壓制品基體晶粒度6級，基體晶粒度比較均勻、細小，兩組試樣基體晶粒度均滿足客戶要求>3級；反向擠壓皮質層晶粒度略好于正向擠壓皮質層晶粒度，滿足標準要求皮質層晶粒度>-5級。

(a)1#； (b) 2#； (c) 3#； (d) 4#；(e) 5#； (f) 6#圖2 過燒組織Fig.2 Over burning tissue

(a) 1#； (b) 2#； (c) 3#； (d) 4#； (e) 5#； (f) 6#圖3 基體晶粒度Fig.3 Base grain size

(a) 1#； (b) 2#； (c) 3#； (d) 4#； (e) 5#； (f) 6#圖4 皮質晶粒度Fig.4 Cortical grain size

3 結論

金屬在反擠壓時，因變形只發生在模孔附近，沒有明顯的金屬流動速度差異現象，不出現大的摩擦力區域，金屬變形較均勻，所以不出現粗晶環，就是出現也很薄[4]。反擠壓時金屬的變形區僅靠模面，變形區后面的金屬不發生任何變形。沿制品長度方向金屬流動均勻性優于正擠壓。靠近模面處僅產生一高度很小的金屬流動死區，該死區金屬幾乎不參與變形，直到擠壓最后階段，擠壓筒內剩余坯料長度很小時才產生顯著的橫向流動。反擠壓制品橫斷面組織要比正擠壓制品的均勻得多，反擠壓制品頭尾部變形程度較正擠壓的要均勻。反擠壓時坯料邊部無激烈摩擦而產生的強附加剪切變形。反擠壓時，坯料最表層(< 2 mm)被阻止在模面附近的死區內，而稍深層金屬可能直接流入制品表層中，尾端金屬無倒流現象。沿制品截面上和長度上的變形比正擠壓時更均勻，因而制品沿截面和長度上的組織與性能比較均勻[5]。而粗晶環主要的產生原因為擠壓變形不均勻、擠壓變形小、或變形不充分、或處于臨界變形范圍[6]。反擠壓生產正是有效減小擠壓時制品與擠壓筒的摩檫力，抑制了粗晶環的產生。試驗通過采用20MN正、 反向擠壓生產的6082棒材， 對其進行檢驗分析， 得出以下

結論：

(1)正向擠壓制品基體晶粒度優于反向擠壓制品基體晶粒度，可達7級；

(2)反向擠壓制品皮質層晶粒度等級大于正向擠壓制品皮質層晶粒度等級；

(3)正向擠壓棒材低倍組織中出現粗晶環且尺寸達到3.5mm，不符合技術要求，而反向擠壓棒材低倍組織中粗晶環尺寸符合技術要求。在保證低倍無粗晶的條件下，力學性能抗拉強度最高可達379MPa，屈服強度可達364MPa，伸長率可以達到16.5%。