6063_H112铝合金板材加工裂纹产生的原因

收稿日期:2008-10-27 第一作者简介:李晓波(1973-),山东淄博人,助理工程师。

60632H112铝合金板材加工裂纹产生的原因
李晓波,邵海霞,苏玉洁,郭　红,王美琪
(东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨150060)
摘要:厚度25mm 的60632H112铝合金板材,用户在加工过程中发现个别加工件存在裂纹。

根据用户提供的试样,从裂纹的外观形貌、断口的显微组织特征和扫描电镜特征等几个方面进行了系统地分析,并结合生产工艺的特点,判断出厚度为25mm 的60632H112铝合金板材裂纹是由于铸锭侧表面的偏析瘤压入所致。

对其形成机制和预防措施进行了阐述。

关键词:60632H112合金板材;裂纹;板材分层;偏析瘤
中图分类号:TG 146121 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2009)02-0024-03
C ausal analysis of the cracks in machining pieces of 60632H 112
aluminium alloy plates
LI X iao 2bo ,SHAO Hai 2xia ,S U Y u 2jie ,G UO hong ,WANG Mei 2qi
(N ortheast Light Alloy Co.,Ltd.,H arbin 150060,China)
Abstract :Several machining pieces of 60632H112plates with thickness 25mm were discovered s ome cracks in processing them by customers.Based on that the testing sam ples supplied by customers had been systematically observed in the ways as the shape of crack appearance ,and the features of their fracture and microscopic structures ,and of electronic scanning ,as well as combination with the features of the process of production ,the cracks in the plates of 60632H112with thickness 25mm have been analyzed and decided ,that is which were caused by the laminating at the sides of the plates into which the segregated building 2ups located in the sides of slabs had pressed.In addition ,the mechanism of forming the cracks and precautions to address them have been depicted.K ey w ords :60632H112alloy plate ;crack ;lamination of plate ;segregated building 2up
厚度为25mm 的60632H112铝合金板材,用户经
过锯切、机械加工、表面处理后进行组装过程中发现,有个别零件存在裂纹,长度达8mm 。

本次试验的目的是对存在裂纹的60632H112铝合金板材加工件进行分析,确定裂纹的性质、找出裂纹的产生原因,提出预防措施,以避免此现象的再次发生。

1　裂纹的宏观及微观组织
1.1　宏观组织观察1.1.1　低倍组织观察
厚度为25mm 的60632H112铝合金板材经机械加工,沿着板材的轧制方向锯切,宽为3315mm ,长为
142mm ,加工后最薄处的厚度为1mm ,最厚处的厚
度为18mm ,最厚处位于零件的一侧矩形口处,所有加工件上的裂纹均在此矩形口处出现。

经过NaOH 水溶液浸蚀后的零件的低倍组织特征如图1所示。

从图1中可以看出:裂纹位于零件的矩形口一侧,靠近板材的中心线附近,其正面观察裂纹沿板材的轧制方向贯穿于加工零件的矩形口,侧面观察发现,裂纹向板材的宽度方向有一定的延伸,延伸的深度约为9mm ,并且裂纹两侧和裂纹的尖端处金属与其他部位相比明显发暗。

从侧面仔细观察裂纹处,发现有的裂纹尾端带有明显的小分叉。

整体观察裂纹的开裂面与板材的上下表面近似平行。

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1.1.2　断口组织观察
裂纹的断口相貌见图2所示。

从图2中可以看出:裂纹的整个断裂面呈现暗灰色的污染断口,断裂面为自由的断裂表面,
在两个相互匹配的断裂面均
图1　厚度为25mm 的60632H112铝合金板材加工件
裂纹的低倍组织
图2　厚度为25mm 的60632H112铝合金板材加工件
裂纹的断口组织
未发现夹杂等缺陷,也未发现呈白色、灰色和褐色的
相互对称的小平台。

1.2　显微组织观察
裂纹处的纵向和横向显微组织见图3所示。

由
图3　60632H112铝合金板材加工件裂纹处的显微组织
图3可见:无论是存在裂纹的加工件的纵向试样还是横向试样,在裂纹的两侧区域及裂纹的尖端区域
的化合物明显多于试样其他部位的,即存在着一个明显的化合物富集带;而板材正常部位的显微组织化合物细小、均匀,其数量明显少于裂纹附近的化合物,并沿着板材轧制方向分布比较均匀。

同时在板材的其他部位未见由一些线状物与不定形块状物质组合在一起并伴有基体金属的涡纹状组织,沿晶界或两相边界分布的黑色线状物组织,也未见长条状的闭合空腔。

1.3　扫描电镜组织分析
将试样的断口进行扫描电镜观察,裂纹断口的扫描电镜组织见图4所示。

图4显示裂纹处的断口组织没有正常断裂的特征———典型的韧窝花样组织,裂纹处为自由表面,上面覆盖有脏物,与宏观断口组织观察的结果相一致,并且其上既没有见到存
在爪状组织、网状氧化物薄膜和台阶状花样,也未见由鳞片状氧化物和梯田花样及沙滩花样组成的组织痕迹。

图4　60632H 112铝合金板材加工件的裂纹处的扫描电镜组织
2　分析与讨论
厚度为25mm 的60632H112铝合金板材的铸锭规格为300mm ×1240mm ×1500mm ,成品规格为25mm ×1200mm ×2000mm ,在纵向轧制时,铸锭的
侧面不经过刨边,铸锭的纵轴线与板材的纵轴线重合,轧制后成品的实际厚度为2418mm ～2510mm 、实际宽度为1240mm ～1290mm 。

从60632H112加工件的高、低倍组织特征,尤其是显微组织中裂纹两侧区域及裂纹的尖端区域存在着化合物的富集带及其分布特点,这一特殊的组织
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特征结合该批板材的生产工艺可以判断,60632H112铝合金板材加工件的裂纹既不是铸造裂纹,也不是铸锭中的氧化膜和夹杂分层,而是铸锭侧表面的偏析瘤压入板材边部的分层所致。

在铝合金铸造开始时,首先接触结晶器的熔体遇到一次水冷而急剧冷却,凝结成一层外壳,由于凝固使其体积收缩,这样在凝固的外壳与结晶器之间就会形成空隙,而此时凝固的外壳还受到铸锭中尚未凝固的熔体的重新加热,使得外壳中的低熔点共晶重新熔化为液体,而沿着结晶骨架的孔道渗出并凝固于铸锭的表面,就形成了偏析瘤。

经过NaOH 水溶液浸蚀后偏析瘤的低倍组织特征与正常基体相比,颜色发暗,该处的枝晶网要比铸锭其他部位的枝晶网密集、化合物相对粗大
(见图5)。

图5　铝合金铸锭组织中的偏析瘤显微组织
在热轧前,铸锭的上下表面通过铣面,可以铣去上下表面的偏析瘤,但对6063铝合金铸锭侧面是不刨边的,这样就使得6063铝合金铸锭侧面的偏析瘤被保存下来,虽然铸锭经过加热之后化合物会发
生固溶、析出,但是并不能改变此处化合物比其他部
位相对多的特点,即在铸锭毛坯的侧面存在一个化合物的富集带。

在热轧过程中,铸锭受到轧辊的压力作用,除发生沿纵向的压延后,在横向也发生变形,由于铸锭表层金属变形量大、中心金属变形量小,从而使得铸锭侧表面的金属被压入板材中,在板材的边部形成边部分层,即铸锭毛坯侧表面的化合物富集带也被带入板材边部,形成边部分层,两侧化合物比较多的显微组织特征。

对于板材边部分层,要求切边的板材边部分层是不允许存在的;对于不切边的板材,在板材的有效宽度范围之内,边部分层是不允许存在的,在板材的有效宽度范围之外,边部分层是允许的,但是用户在使用过程中应予以切除。

此批板材要求的成品宽度为1200mm ,交货的实际宽度为1240mm ～1290mm ,板材宽度存在40mm ～90mm 余量,在所发现的存在裂纹的加工件中裂纹
深度最深为9mm ,用户如果按照成品规格进行切边处理,此裂纹是可以消除的。

3　结　论
(1)厚度为25mm 的60632H112铝合金板材加工
件裂纹为板材边部由于铸锭侧表面的偏析瘤压入的边部分层所致。

(2)板材的边部分层是在轧制过程中产生的。

对于切边的板材边部分层不允许存在;对于不切边的板材,在板材的有效宽度范围之内,边部分层是不
允许存在的,在板材的有效宽度范围之外,边部分层是允许的,用户在使用过程中应予切除边部分层,即可去掉裂纹。

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