6005A棒材擠壓過程中異常開裂分析

胡宗喜

（中鋁山西新材料有限公司，山西 河津 043304）

隨著現代交通運輸的發展，交通工具對材料的綜合性能要求越來越高，鋁合金以其質量輕、耐腐蝕、拉伸性能優異等特點，可實現型材的大型寬體化，成為各國研究的焦點[1]。6系鋁合金作為常用的可熱處理強化鋁合金，因主要包含鎂和硅兩種元素，具有4系和5系鋁合金的優點。其中6005A鋁合金因具有穩定的力學性能、優異的耐腐蝕性及良好的加工性能，可加工成斷面結構復雜的薄壁空心型材，被廣泛應用于高速列車、軌道交通等領域[2-5]。某一批6005A鋁合金圓棒在生產過程中，發生異常開裂問題，導致生產受阻，因此，本文針對該批材料在擠壓過程中異常開裂的問題進行分析，尋找問題源頭，為6005A鋁合金圓棒的生產與工藝優化提供技術參考。

1 材料檢驗

1.1 斷裂情況觀察

圖1所示為6005A棒材擠壓后的型材斷裂情況與取樣分析位置，圖1（a）所示為斷裂部位與取樣位置，圖1（b）所示為斷口分析位置與斷口截面分析位置。由圖1（a）可看出，擠壓開裂的位置位于型材內部，開裂嚴重，導致產品報廢。圖1（b）所示為從型材斷裂位置取的樣品，對斷口位置及斷口截面進行分析。

圖1 擠壓過程中開裂的情況與取樣位置

1.2 化學成分檢測

在型材未開裂位置和開裂位置附近分別進行取樣，利用火花直讀光譜儀進行化學成分分析，成分結果如表1所示。由表1可看出，開裂位置與未開裂位置的成分均在6005A合金的要求成分范圍內，滿足合金成分要求。

表1 拉伸型材開裂位置的化學成分（質量分數）%

2 組織分析與討論

2.1 斷口分析

圖2為斷口形貌情況與成分分析結果，其中圖2（a）可看出，斷口端存在明顯的孔洞，初步判斷與除氣效果差有關，圖2（b）可看出，在斷口端存在一些明顯的微裂紋，初步判斷與型材擠壓前內部存在孔洞或微裂紋有關，圖2（c）可看出，在斷口的小坑內存在夾雜顆粒，通過掃描電鏡對夾雜顆粒的成分進行分析，主要是一些金屬氧化物，初步判斷原因主要有以下幾個方面：①除氣過程未徹底；②扒渣過程中浮渣清理不干凈；③在澆鑄過程中，流槽清理不干凈。

圖2 斷口形貌情況與成分分析

2.2 斷口截面分析

2.2.1 金相結果分析

圖3為6005AH型材的金相圖片，取樣位置是四分之一切片心部，由圖可看出，鑄棒中存在明顯的氣孔，氣孔的尺寸約為231μm。

圖3 斷口截面附近位置的金相

圖4為斷口截面的金相圖片，圖4（a）為斷口截面的全貌，圖4（b）和圖4（c）為部分區域放大圖片。圖4（b）為斷口的起源附近，由圖4（b）可看出，斷口端面呈明顯的鋸齒狀，且在附近存在較多的微裂紋，由此推斷，由于該位置有較多的微裂紋，是該材料的薄弱點，在擠壓過程中，微裂紋進一步擴展最終導致斷裂。由圖4（c）可看出，該部分區域存在較多的氣孔和微裂紋（在后續掃描電鏡的圖片中得到確認），尺寸大約在幾十微米到三百微米之間，這與圖2 6005AH鑄棒中的氣孔尺寸接近，因此推斷微裂紋可能是鑄棒中的氣孔在擠壓過程中焊合不良導致。

圖4 斷口截面位置金相

2.2.2 掃描電鏡結果分析

圖5為斷口截面的掃描電鏡結果，由該圖片可以看出截面存在明顯的微裂紋和氣孔，這也證實在圖4（a）中看到的較多的黑色線條是氣孔和微裂紋。圖5（a）標注的紅色圓形區域為斷口的起源附近，該部分區域存在較多的微裂紋，由此推斷在擠壓過程中，微裂紋受到擠壓力后得到進一步的擴展，最終導致斷裂。圖5（b）上部可看出明顯的鋸齒狀微裂紋，在緊鄰斷口的位置存在較多氣孔和微裂紋，尺寸在幾微米到幾十微米之間，這些氣孔和微裂紋的存在，為微裂紋的進一步擴展提供了可能。圖5（c）對白色的第二相成分進行分析，由成分結果可知，其應為α-（AlMnFeSi）夾雜相。

圖5 斷口截面掃描電鏡結果

3 結論與建議

3.1 結論

通過對分析結果進行匯總得出型材在擠壓過程中出現斷裂的原因主要有兩個。

（1）棒材內部有微裂紋，擠壓過程中微裂紋進一步擴展，出現斷裂。

（2）棒材內部有金屬氧化物夾雜，有夾雜的位置結合力較弱，在擠壓過程中易造成材料斷裂。

3.2 建議

（1）在6005A圓棒熔鑄過程中，適當增加除氣的時間和打渣劑的使用量，提高除氣和打渣的效果，減少氣孔和夾雜。

（2）適當延長扒渣和靜置的時間，將氧化夾雜清理干凈。

（3）加強流槽的管理，保證每次鑄造前流槽清理干凈。

（4）加強對除氣設備運行情況的監控，保證除氣的效果。