擠壓溫度和速度對6063鋁型材組織條紋的影響

郭加林，項勝前，李 旭，周春榮

廣東豪美鋁業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511540

擠壓溫度和速度對6063鋁型材組織條紋的影響

郭加林，項勝前，李 旭，周春榮

廣東豪美鋁業(yè)有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511540

通過組織分析和表面質(zhì)量觀察，研究了擠壓溫度和速度兩個工藝參數(shù)對鋁型材組織條紋的影響．結(jié)果表明：當(dāng)擠壓速度超過12 m/min后組織條紋缺陷加重，當(dāng)擠壓速度達(dá)到17 m/min時組織條紋缺陷更明顯；擠壓溫度過低會使擠壓過程中動態(tài)再結(jié)晶晶粒大小不一致，分布不均勻，從而使組織條紋缺陷程度加深．?dāng)D壓溫度過高或擠壓速度過快均會導(dǎo)致壁厚變化部位金屬流動的不均勻，引發(fā)其組織分布不均勻，從而使組織條紋缺陷明顯．?dāng)D壓溫度和擠壓速度分別在490℃，12 m/min左右較合適．

鋁型材；擠壓；組織條紋

擠壓組織條紋是擠壓條紋的一種．在生產(chǎn)斷面有壁厚變化的型材時，經(jīng)過表面處理后的成品表面會在壁厚變化的位置出現(xiàn)沿擠壓方向的連續(xù)的黑色或白色帶狀色差條紋[1－2]，影響型材美觀．此缺陷在各型材生產(chǎn)企業(yè)普遍存在．

近年來，研究人員通過實踐經(jīng)驗提出了一些改善擠壓組織條紋問題的途徑，取得了一些效果[3－4]，但還沒有徹底解決這一問題．鋁型材的擠壓過程是個塑性變形的過程，主要受擠壓溫度、擠壓速度兩個因素的影響，兩個因素對整個塑性變形過程有著不同的影響．?dāng)D壓溫度對型材的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)影響較大，從而影響鋁型材的性能和表面質(zhì)量．?dāng)D壓速度對于生產(chǎn)效率有著重要的影響，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，擠壓速度越快，產(chǎn)率就越高，但是擠壓速度過快會產(chǎn)生一系列的缺陷問題．本文主要從這兩方面著手，研究分析擠壓溫度和速度對鋁型材的組織和表面質(zhì)量的影響，為實際生產(chǎn)提供指導(dǎo)．

1 實驗部分

1．1 材 料

實驗材料為6063鋁合金，其化學(xué)成分列于表1．實驗用合金鑄棒是經(jīng)均勻化后，在16MN擠壓機(jī)上擠壓，再采用風(fēng)冷在線淬火方式制得．

表1 6063鋁合金的化學(xué)成分Table 1 The chemical composition of 6063 aluminum alloy

1．2 擠壓參數(shù)

為了保證實驗過程中不受其他因素的影響，實驗中只改變研究參數(shù)，其它參數(shù)不變．采用同一型號模具，在表2和表3設(shè)置的條件下，考察擠壓溫度和擠壓速度對S－RD－09型材組織條紋的影響．

表2 擠壓溫度設(shè)置Table 2 The setting of extruding temperature

表3 擠壓速度設(shè)置Table 3 The setting of extruding rate

1．3 顯微組織觀察

從組織條紋缺陷部位橫斷面處截取金相試樣，用Keller試劑腐蝕金相樣品，用POLYVER－MET顯微鏡觀察顯微組織．

2 結(jié)果與分析

2．1 擠壓溫度對表面條紋形成的影響

在鑄棒溫度分別為490，475，460℃的條件下，按表2所示的條件參數(shù)，對擠壓溫度的影響進(jìn)行實驗．實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓溫度降低時，型材表面組織條紋缺陷逐漸明顯；隨著擠壓溫度的進(jìn)一步降低，缺陷越來越明顯．當(dāng)擠壓溫度降到465℃左右，生產(chǎn)成品已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品要求．?dāng)D壓溫度控制在490℃左右，擠壓型材的表面條紋細(xì)小且均勻．

分別選取490，475，460℃實驗溫度下樣品的缺陷部位的橫斷面進(jìn)行金相顯微組織分析，如圖1所示．由圖1可知，隨擠壓溫度降低，晶粒有逐漸變大的趨勢．這表明擠壓溫度在一定范圍內(nèi)降低，再結(jié)晶晶粒有長大的趨勢．樣品宏觀現(xiàn)象：在490，475，460℃，樣品的組織條紋缺陷程度依次加重，說明組織條紋的形成與晶粒長大有一定的關(guān)系．

圖1 不同擠壓溫度下3個樣品缺陷部位橫斷面組織（a）490℃試樣；（b）475℃試樣；（c）460℃試樣；（d）非缺陷處Fig．1 The transverse section of defect part of the three samples under different extrusion temperature（a）490℃；（b）475℃；（c）460℃；（d）no defect part

與圖1（d）非缺陷處組織相比，圖1（a，b，c）有組織條紋的材料的顯微組織分布不夠均勻，晶粒大小以及晶粒取向比較雜亂，而非缺陷處晶粒大小基本一致，分布均勻，再結(jié)晶過程比較充分．圖1（c）顯示，在大晶粒周圍有些小的晶粒和中等的晶粒分布，可能是由于再結(jié)晶過程不夠充分，導(dǎo)致一部分再結(jié)晶晶粒還沒有來得及長大或者完全長大就已經(jīng)結(jié)束了再結(jié)晶過程．

擠壓過程中，金屬處于三向壓應(yīng)力的狀態(tài)，金屬在擠壓筒里發(fā)生劇烈的不均勻流動，微觀組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶[5]．金屬擠壓溫度以及變形程度直接影響再結(jié)晶晶粒的形成，尤其是制品壁厚發(fā)生突變的部位，再結(jié)晶過程與金屬穩(wěn)流會有較大的區(qū)別．一方面，組織條紋處型材壁厚變化，導(dǎo)致金屬變形加劇，金屬內(nèi)部變形儲能增加，使再結(jié)晶晶粒較正常處偏大．與此同時，變形儲能增加，使再結(jié)晶過程相對延長，而再結(jié)晶的時間有限，這樣使有些晶粒來不及長大，金屬溫度就降到了再結(jié)晶溫度以下．另一方面，擠壓溫度降低，使壁厚變化部位和周圍部位溫差增大，導(dǎo)致晶粒差別變大，最終使組織條紋更加明顯．因此，壁厚變化部位的組織與其他部位組織的差別較大，這種差別在變形溫度較低時會更明顯．

2．2 擠壓速度對表面條紋形成的影響

按表2所示的條件參數(shù)，在擠壓速度依次為12，15，17 m/min的條件下，進(jìn)行擠壓速度對表面條紋影響的實驗．實驗結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，擠壓速度過快會導(dǎo)致組織條紋變得明顯．當(dāng)擠壓速度超過12 m/min以后，型材組織條紋缺陷程度隨擠壓速度的增加略有加重的趨勢．當(dāng)擠壓速度達(dá)到17 m/min時，組織條紋缺陷在不同反光條件下已經(jīng)可以觀察得比較清楚了．

擠壓過程中，通過調(diào)整擠壓速度可以調(diào)整金屬的流動性和型材出口的溫度．當(dāng)擠壓速度較高時，金屬內(nèi)部儲能增加，金屬在擠壓過程中升溫也較快，使再結(jié)晶晶粒長大，第二相充分固溶到基體中[6]．此外，擠壓速度過快，會導(dǎo)致金屬流動更加劇烈，尤其是型材壁厚變化處金屬流動的不均勻，會引起擠壓組織結(jié)構(gòu)的不均勻，最終導(dǎo)致組織條紋缺陷的產(chǎn)生．

3 結(jié) 論

擠壓溫度應(yīng)該控制在490℃左右．?dāng)D壓溫度過低會使擠壓過程中動態(tài)再結(jié)晶晶粒大小不一致，分布不均勻，從而使組織條紋缺陷程度加深．?dāng)D壓速度應(yīng)該控制在12 m/min左右．當(dāng)擠壓速度超過12 m/min后組織條紋缺陷程度會加重；當(dāng)擠壓速度達(dá)到17 m/min時，組織條紋缺陷變得比較明顯．?dāng)D壓時溫度過高或擠壓速度過快會導(dǎo)致壁厚變化部位金屬流動的不均勻，引發(fā)其組織分布不均勻，從而使組織條紋缺陷明顯．

[1]王文剛．鋁合金擠壓型材十種缺陷分析及對策[J]．山西冶金，2001（3）：20－21．

[2]劉靜安，張學(xué)慧．鋁合金擠壓型材表面缺陷分析[J]．鋁加工，1996（4）：6－7．

[3]蔡應(yīng)鐸．6000系鋁合金擠壓型材常見缺陷與對策[C]//全國第十一屆輕合金加工學(xué)術(shù)年會論文集．哈爾濱：中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會輕金屬協(xié)會，2000．

[4]邵百成．6063合金型材表面著色缺陷分析[J]．輕合金加工技術(shù)，1999，27（1）：32－34．

[5]彭大暑．金屬塑性加工原理[M]．長沙：中南大學(xué)出版社，2004．

[6]吳向紅，趙國群，孫勝．?dāng)D壓速度和摩擦狀態(tài)對鋁型材擠壓過程的影響[J]．塑性工程學(xué)報，2007，14（1）：36－41．

Effect of extrusion temperature and speed on structure stripe of 6063 aluminum profiles

GUO Jialin，XIANG Shengqian，LI Xu，ZHOU Chunrong
Guangdong Haomei Aluminum Co．Ltd．，Qingyuan 511540，China

The effects of extrusion temperature and speed on structure stripe of aluminum profiles are investigated by analysis of microstructure and inspection of surface quality of the profiles．The results show that when the extrusion speed is over 12m/min，the defect of structure strip will deepen．When the extru－sion speed is 17m/min，the defect is more visible．Too low extrusion temperature leads to non－uniform size and distribution of dynamic recrystallization grains，thus deepening the defect of structure strip．Too high extrusion temperature or speed results in inhomogeneity of the metal flow at the part where wall thickness changes，causing the non－uniformity of structure distribution and deepening the defect of structure strip．The best condition is when the extrusion temperature is at 490℃and speed at 12m/min

aluminum profile；extrusion；structure stri p e

TG146．21

A

1673－9981（2011）03－0221－04

2010－11－06

郭加林（1982—），男，安徽桐城人，工程師，碩士．