特殊管材用6005A合金挤压工艺研究

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特殊管材用6005A合金挤压工艺研究
宋琳琳;吕庆玉;栾守国;徐群峰;邓玉瑧
【摘要】分析了电器行业高压开关壳体用6005A管材表面存在色差的原因,并从
合金化学成分优化、挤压工艺调整等方面进行了实验.结果表明:增加抑制再结晶的Mn、Cr元素在合金中的含量,并采用低温中速进行挤压,可消除管材表面缺陷,提高管材表面光洁度,增加管材耐蚀性,能够很好地解决管材表面预处理过程中的色差,满足用户的需要.
【期刊名称】《铝加工》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】6005A合金;合金成分;低温中速;表面光洁度
【作者】宋琳琳;吕庆玉;栾守国;徐群峰;邓玉瑧
【作者单位】丛林铝业有限公司,山东龙口 265705;丛林铝业有限公司,山东龙口265705;丛林铝业有限公司,山东龙口 265705;丛林铝业有限公司,山东龙口265705;丛林铝业有限公司,山东龙口 265705
【正文语种】中文
【中图分类】TG376.9;TG146.21
6005A管材现被广泛应用于电器行业高压开关壳体的制造,其表面质量要求很高。

但是,管材在表面预处理的过程中经常会出现因表面质量存在缺陷而导致色差[1]
的问题,影响后期进行的阳极氧化处理质量[2],严重时可致使产品报废,造成很
大的经济损失。

因此,提高管材表面质量,增加表面耐蚀性对高压开关的制造至关重要。

在原因分析中发现,管材表面毛刺、橘皮等问题是导致管材产生色差的主要原因。

朱祖芳在提高铝材阳极氧化质量和生产效率的途径研究中表明[3],合金的
化学成分及塑性加工对管材表面缺陷有着非常重要的影响。

我公司为了更好地满足用户需要,提升管材表面质量,从合金成分优化、调整挤压工艺[4]方面进行实验,取得了很好的效果。

本试验选取壁厚为8mm直径445mm的6005A管材作为研究对象,在国标
GB/T3190-2008要求内,设计两种不同化学成分的6005A合金进行挤压试验,
具体化学成分见表1。

挤压管材所用的铸棒采用半连续铸造方法生产,规格为
φ458mm,采用540±5℃×130min+575±5℃×260min双级均匀化处理制度以
消除晶内偏析,使成分更加均匀,改善合金挤压性能。

在90MN挤压机上对两种成分的6005A铸棒采用不同挤压工艺进行挤压,挤出
后在冷床上自然冷却,具体挤压工艺见表2。

分别在尾部1m位置截取金相试样,采用德国蔡司AXIO型金相显微镜观察表面晶粒分布,并对管材表面质量进行目测评价。

2.1 合金成分对管材表面质量的影响分析
两种试验料对比挤压后,由试验料2挤压的管材表面无缺陷、光亮度增加。

从对
比试验1和试验2挤出的管材表面粗晶和截面粗晶层可以看出,试验料2挤压管
材的表面晶粒度提高,且表面晶粒晶界及晶内腐蚀坑减少,相邻晶粒之间的衬度降低。

试验料1管材内外粗晶层厚度在800~1000μm,试验料2管材内外粗晶层
厚度在500~800μm。

在铸棒温度505±5℃、挤压速度1.3m/min的挤压工艺下,试验料2挤压管材的表面晶粒分布及粗晶层厚度较试验料1挤压管材有明显改善。

在铝合金中,Mn和Cr元素能有效平衡铝合金基体的电极电位,提高铝合金的耐
蚀性。

少量的Fe(<0.4%)可细化晶粒,其带来的不利影响可由过剩Si和Mn、
Cr元素消除。

Mn和Cr元素的加入可使含Fe阴极相(如α(Fe3Si2Al2)相和
β(Fe2Si2Al9))转变成Al-Fe-Mn-Si、Al-Fe-Cr-Si等非阴极相,降低和消除晶间
腐蚀。

Mn、Cr等元素在固溶体中还可以提高再结晶温度,其形成的化合物MnAl6、CrAl7、Mg2Si、CuAl2等又可阻止再结晶晶粒的长大[5]。

Cr、Mn可抑制在碱洗过程中作为阳极最先被溶解掉的Mg2Si相在晶界的析出,延缓再结晶的过程,细化晶粒。

李炜炜[6]等人的研究表明,随着Cr含量的增多,Al(MnCr)Si粒子增加,这些粒子可钉扎在晶界上,阻碍再结晶的发生。

在同种挤压工艺下,试验料2的合金配比使挤出的管材耐蚀性增加,管材在碱洗
过程中各部位的腐蚀速率差异减少,晶粒间的衬度减小。

同时,试验料2挤压管
材表面晶粒度得到改善,使具有表面各向异性的晶粒对光的散射能力减弱,经碱洗腐蚀后表面黑灰现象改善,宏观表现为色差减小。

2.2 挤压工艺对管材表面质量的影响
观察试验1、试验2挤压管材的表面质量,虽然试验料2挤压管材表面光亮度增加,但两种管材表面相对粗糙,均存在一定的橘皮、毛刺现象,为后期碱洗提供腐蚀点,增加表面腐蚀可能。

合理的挤压工艺对管材表面毛刺、划痕与表面粗晶均有明显的改善。

为进一步改善管材表面质量[5],必须严格控制挤压工艺,特别是铸
棒加热温度和挤压速度,为此在试验2的基础上进行第3、4次试验,即分别降低挤压温度及提高挤压速度。

如表2中试验3工艺所示,将挤压速度控制在1.1m/min,挤压温度由500℃逐
渐降低至485℃,根据挤压现场观察,与500℃挤压管材相比,485℃挤压管材表面无橘皮,毛刺现象,表面光亮度进一步提升。

485℃挤压管材粗晶层厚度为
421μm,相比500℃挤压管材粗晶层厚度787μm来说,有明显降低[7],如图1
所示。

试验4中在继续降低挤压温度的前提下提高挤压速度,管材表面无明显划
痕,光洁度高,但粗晶层厚度并未得到良好的改善。

如图2所示,在485℃、
1.3m/min挤压工艺下,管材粗晶层厚度增至859μm。

当温度降至465℃时,粗
晶厚度亦有改善,但因温度过低会对管材的焊合产生不利影响,故不做分析。

结合以上管材表面光洁度及粗晶层厚度对比,485℃、1.1m/min工艺下挤压的管材表面光洁度高,表面粗晶层细小,对碱洗时的抗腐蚀性提高,表面质量最优。

型材挤压过程中若表面温度较高,型材表面因温度过高易出现黏着撕裂,引起橘皮、毛刺现象,这是由于模具和铸锭的温度太高,或挤压速度过快造成的,因此,严格控制挤压工艺非常重要。

降低挤压温度可减小大角度亚晶晶界迁移的速度,阻碍再结晶的发生。

挤压速度过快,铸棒的变形速度高,热量增加,为再结晶提供的能量增加,导致粗晶层厚度增加。

同种挤压速度,降低挤压温度,减少再结晶的能量,可使其表面晶粒度及表面粗晶层厚度改善;若提高挤压速度也同样为再结晶提供更多的能量,又会促进再结晶的发生,故采用低温中速挤压工艺获得的管材表面质量最优。

(1)增加Mn、Cr含量,可以提高管材的耐蚀性,抑制再结晶,改善管材表面晶粒分布,有效提高管材表面质量。

(2)采用挤压温度485±5℃、挤压速度1.1m/min的低温中速挤压工艺获得的
壁厚为8mm直径445mm的6005A管材表面无橘皮、毛刺现象,表面粗晶及晶粒度改善,表面质量进一步提升,解决了碱洗后表面存在的色差问题。

【相关文献】
[1] 朱祖芳. 铝合金阳极氧化的常见缺陷[J]. 轻合金加工技术,1998,26(4):29-32
[2] 崔昌军,彭乔.铝及铝合金的阳极氧化研究综述[J]. 全面腐蚀控制,2002,16(6)
[3] 朱祖芳. 提高铝材阳极氧化质量和生产效率的途径[J].轻合金加工技术,1996,23(11):33-37
[4] 王大利. 6063铝合金型材挤压工艺对型材表面质量的影响[J]. 有色金属加工,2003,32(3):
12-13
[5] 肖亚庆,谢水生,刘静安,等. 铝加工技术实用手册[M]. 北京:冶金工业出版社,2004
[6] 李炜炜,张金虹.6×××系铝合金的挤压粗晶环[J].上海有色金属,2012(1):6-19
[7] 杨文敏,沈健.6005A铝合金等温挤压工艺参数优化及粗晶环机理研究[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版),2006,8(1):33-39。

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