6061铝合金管材内壁加工缺陷成因分析

李僜谚, 黄启波，冯 旺，孙 娜，李 霜

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 401326）

0 前言

近年来，随着社会经济的快速发展和科技水平的不断提高，人民的环保意识也在不断提升，越来越多的人意识到节能减排和安全问题是工业发展中亟待解决的重大课题。铝合金由于具有密度轻、弹性模量大等优点被广泛应用于航空航天汽车以及电子电器等工业领域[1]。

6061铝合金属于Al-Mg-Si系可热处理强化合金，为中高强度铝合金，具有良好的导电性、耐腐蚀性及优良的机械加工性能，大量应用于棒、管、型线等挤压材生产[2-4]。然而铝合金管材因在高温下基体较软，在挤压、轧制等过程中易出现擦、划伤等表面质量缺陷，导致管材成品率降低[5-6]。实际生产中发现某批次6061合金管材在加工过程其内壁出现掉屑现象。对此，进行了工艺查询，了解到该批次管材化学成分、出厂力学性能等指标满足相关标准要求。为了彻底探明管材内壁加工缺陷的产生原因，对不同工序6061合金管材样品进行了宏观、微观等综合分析。

1 实验方案

取不同工序管材样品，利用Leica DVM6数码显微镜、HITACHI S3400扫描电镜及Leica Lomo DM4M金相显微镜等仪器对其进行宏观、微观等综合分析。

2 试验过程及结果

管材生产工艺路线及不同工序管材样品明细如下：

挤压→轧制→退火（1#样品）→空拉→空拉（2#样品）→轧制（3#样品）→拉拔（4#样品）→热处理至T4（5#样品）→蚀洗（6#样品）。

2.1 宏观观察

各样品内壁典型宏观形貌见图1。

由图1可以看出，1#样品内壁存在轻微粘伤现象，2#、3#、4#、5#、6#样品内壁未见明显损伤现象；7#样品加工面存在沿圆周方向分布的表面粘伤现象，且加工面底部存在堆积的铝屑，未加工面未见明显损伤现象。

2.2 扫描电镜观察

图2为不同工序样品内壁典型SEM形貌。由图2可知，1#样品内壁存在轻微粘伤现象；2#样品内壁较光滑，未见损伤现象；3#样品内壁满面存在沿轧制方向的拉痕；4#样品（3#样品经过轧制后的样品）内壁的拉痕经轧制后产生金属堆积、飞边现象；5#样品与4#样品形貌特征相当，且管材内壁满面存在较多腐蚀产物；6#样品经过蚀洗后，金属飞边现象及腐蚀产物消失，满面仍存在长条状拉痕；7#样品加工面存在明显沿圆周方向分布的表面粘伤现象，加工面底部存在堆积的铝屑，未加工内壁存在明显长条状拉痕。

图2 不同样品内壁典型SEM形貌

2.3 显微组织分析

图3为各工序管材样品横截面典型显微组织。由图3可知，各样品均未见氧化膜、夹渣等冶金缺陷，化合物分布均较为均匀、弥散。1#、2#样品内壁较平直，基材未见明显损伤；3#样品沿圆周局部存在微裂纹，深度约6~50 μm；4#样品沿圆周局部存在微裂纹，深度约20 μm；5#样品沿圆周局部存在微裂纹，深度约10 μm；6#样品沿圆周局部存在微裂纹，深度约10 μm。

图3 各工序样品横截面显微组织

3 分析与讨论

通过研究发现管材在挤压后进行第一次轧制后退火，退火后的管材（1#样品）内壁存在轻微粘伤现象，而2#样品内壁较光滑，未见损伤现象。2#样品经2次空拉后轧制成3#样品，3#样品内壁满面存在沿轧制方向的拉痕，拉痕经轧制后产生金属堆积、飞边现象，且经热处理至T4、蚀洗后仍无法消除3#样品内壁表面的拉痕。3#、4#、5#和6#样品内壁均存在沿圆周方向呈不同深度的明显长条状拉痕，拉痕深度约10~20 μm。这种拉痕在用户后续加工过程中会使管材内壁因受到拉应力而掉铝，从而在加工的圆周面上形成粘铝现象。

4 预防及措施

由于拉伸深度较浅，不能通过肉眼观察到，涡流探伤亦不能显示，只有在剖切横截面进行微观观察或进行验证时才能发现。在生产中为避免此类缺陷的产生，应主要以预防为主。轧制后的管材内壁光滑、无明显拉痕，说明成品管材内壁的拉痕与拉拔工序关系密切。有文献表明[7]，管材在轧制后的拉拔工序中，随着减径的递增，其内表面质量会越来越差，这应该与管材拉拔过程中金属塑性变形叠加相关。为减小空拉工艺对管材内壁造成的影响，可采用减小每道次拉拔变形量或增加中间退火等工序。

5 结论

样品加工后掉渣现象是由管材内表面质量不良引起的，是管材内表面拉痕较多，加工时拉痕部位受到应力拉裂掉落铝屑且在加工圆周面形成的粘铝现象。可通过减小每道次拉拔变形量或增加中间退火等工序来改善成品管材内壁质量，提高成品率。