铝合金冷轧板带材的缺陷分析

铝合金冷轧板带材的缺陷分析
班级：成型1002 姓名：林晶晶学号：3100704030 摘要：分析了铝合金挤压制品常见缺陷产生原因,以便得到相应的预防措施。

这些措施可确保铝挤压制品，有显著经济效益。

关键词：铝合金；挤压制品；缺陷分析
1 引言
1.1铝合金
铝合金是以铝为基的合金总称。

主要合金元素包括：铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素包括：镍、铁、钛、铬、锂等。

铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在工业上使用广泛，其使用量仅次于钢。

1.2板带材的工艺缺陷
板带材的轧制过程中，由于连铸钢坯、轧制设备和轧制工艺等原因，易在板带材表面出现裂纹、氧化皮、结疤、辊印、刮伤、孔洞、针眼、鳞片、表皮分层和麻点等缺陷，不仅影响产品外观，而且降低了产品的抗腐蚀性、抗磨性和疲劳极限等使用性能。

如果要提高板带材的表面质量，首先必须解决板带材表面质量的检测和分类问题，继而分析相应缺陷产生的原因，最终提出消除缺陷的解决方案。

所以我们要对板带材表面各种缺陷进行有效地检测，及时报告缺陷的大小、位置、范围、严重程度，将结果传送给后续工艺进行参考，并采取措施，以降低废品率，从而带来显著的经济效益。

1.3冷轧
冷轧的优点：（1）成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要；（2）冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。

冷轧的缺点：（1）虽然成型过程中没有经过热态塑性压缩，但截面内仍然存在残余应力，对钢材整体和局部屈曲的特性必然产生影响；（2）冷轧型钢样式一般为开口截面，使得截面的自由扭转刚度较低。

在受弯时容易出现扭转，受压时容易出现弯扭屈曲，抗扭性能较差；（3）冷轧成型钢壁厚较小，在板件衔接的转角处又没有加厚，承受局部性的集中荷载的能力弱。

2铝及铝合金板带材表面的铝粉缺陷分析
2.1铝粉缺陷产生的机理
稳定轧制过程中,变形区内的金属受轧辊径向压力N 和切向摩擦力T 的作用,前滑区内的金属运动速度快于轧辊表面线速度,摩擦力T前阻止金属轧制,后滑区内的金属运动速度慢于轧辊表面线速度,摩擦力T后将金属拽入轧辊,实现稳定轧制的条件是:
ΣFx = T后x - Nx - T前x = 0
由上式可知,摩擦力的存在是实现轧制的必要条件,后滑区的摩擦力为实现轧制提供动力;无论前滑区还是后滑区轧件和轧辊都存在相对滑动,轧辊和轧件之间的摩擦为滑动摩擦,而当物体在外力作用下克服摩擦力而反复运动时就会导致表面物质的不断磨损。

在轧制过程中,虽然有运动的轧辊和轧件把润滑剂带入逐渐收敛的楔形间隙,产生强烈的油楔效应,具备一定的流体动压润滑条件,在流体润滑条件下轧制时,轧辊和轧件被油膜隔开,磨损较小,但因高温、高压的轧制条件及相对润滑能力较差的矿物基础油的使用,辊缝内油膜厚度很小,难以出现完全的流体润滑,变形区内的摩擦为混合摩擦,有轧辊和轧件的接触,轧辊上的微凸体和轧件上微凸体粘着,当轧辊和轧件相对滑动时,粘接点被剪断,同时,坚硬的轧辊微凸体压入软质轧件,犁沟软质的轧件表面,磨损轧辊和轧件。

铝粉主要是由于轧辊和轧件之间的粘着磨损引起。

2.2铝粉缺陷的主要影响因素
2.2.1轧辊粗糙度的影响
轧辊粗糙度越大,轧辊表面微凸起部分的尖峰高度越高,与轧件的接触、粘着区面积越大,故摩擦因数越大,摩擦力、轧制力也越大,从而与轧件的磨损越大,产生的铝粉越多。

冷轧的后几道次应选择粗糙度较小的轧辊,一般R a 值在0. 2～0. 4 μm 之间。

轧件粗糙度过大也将增加铝粉的产生,轧件粗糙度主要因为上道次轧辊粗糙度引起,故连续两道次间轧辊粗糙度差值不宜过大, R a 差值应小于0. 3μm。

铸轧来料氧化皮较厚,表面附有石墨微粒,摩擦因数过小,轧制时容易打滑,降低轧制速度,一般选择R a 值0. 55～0. 8μm 的较粗轧辊轧制第一道次。

更为重要的是第一道次采用较粗轧辊充分清除氧化皮可提高表面质量,减少后续道次铝粉的产生。

2.2.2变形区温度的影响
冷轧过程中,随变形区温度的升高,轧制油粘度降低,油膜厚度、强度减小,摩擦因数增大,摩擦力、轧制力增大,轧辊对带材的磨损程度加大,产生的铝粉增多。

控制入口料温,减少连续轧制的道次可减少铝粉。

2.2.3压下率的影响
压下率增加,单位体积的金属变形量增加,单位压力增大;随着压下率的增加,变形区长度增加,轧制力增加;随变形区长度、轧制力的增加,进入辊缝的油膜厚度减少,摩擦因数增大;轧制力和摩擦因数的增加将导致摩擦力的增加,增加带材的磨损。

因此,减小道次压下率有利于减少铝粉的产生。

3其他缺陷分析
3.1铝铸锭与挤压裂纹
铝铸锭在结晶过程凝固后，因铝铸锭形成的多种应力叠加超过铝铸锭本身抗拉强度引起铸锭内裂，导致挤压时裂纹扩展成废品。

铝铸锭裂纹有两种：一种是裂纹一般沿晶开裂，开裂处发黑，已被氧化，裂纹成锯齿状，形状不规则；另一种则是冷裂纹从晶内开裂，裂口未氧化，呈银色折线状发亮。

3.2气泡起皮
因铝铸锭内部的气体和挤压过程中被卷入的空气，在挤压时与随后热处理时发生膨胀，致使表面鼓气形成的气泡起皮缺陷，失去商品表面美观和影响质量。

因铝锭坯料组织疏松、缩孔、气孔、砂眼、内裂、粗晶；挤压筒不清洁、有油、污物、冲蚀与鼓突变形；
挤压筒预热温度过高；挤压筒与挤压垫磨损严重和压配不当；挤压速度失控，铝金属填充过快，排气不畅，铝金属粘附于铝制品等因素，均会导致铝制品起泡起皱。

3.3擦伤
因挤压模型面糙度大，有较深冷加工刀痕、磨痕和碰伤沟痕，擦伤铝制品表面，产生凹凸印迹；模具红硬性、耐磨性不足，模面与约450℃~500℃铝金属坯料接触，且焖模时间长，过度回火导致型面硬度降低而软化。

由于铝制品挤压时激烈的金属塑性与模腔发生强烈摩擦，将加深模面沟槽，使铝制品表面更加粗糙，失去商品表面；挤压工模具装配不合理且间隙过大，导致热塑铝金属从模孔流出过程中表面与工模具及设备接触不良，从而造成严重擦伤；压型导管和导路装配不当，或挤压筒内有铝金属氧化物硬壳、夹渣、尘沙等异物进入模孔，擦伤模具工作带，造成铝制品擦伤。

3.4过热过烧
因铝锭过热或铝锭粘附较多易燃物和控温仪表失灵，导致加热温度过高，晶粒显著长大，晶界发生局部熔化与氧化，晶界结合力急剧降低，脆性变大，韧性急剧降低，机械力学性能低劣，导致铝制品报废。

3.5塑性变形超差
铝制品塑性变形超差轻者成为次品，重者成为废品。

模具设计不良，悬臂太长，导致热挤压时铝合金塑性流动沿模具工作带表面的流速前后相差悬殊，造成不均匀塑性变形，使铝制品形成波浪形不对称扭曲变形；铝制品设计结构太复杂，壁厚相差悬殊，导致薄弱部位刚性不足，局部应力集中，铝金属流速不均匀。

若铝金属在热塑性变形过程中突然受阻，铝制品就会发生硬弯变形，导致堵模、门车，形成扭拧波浪，导致塑性变形超差。

3.6焊合不良
铝制品焊合不良，造成焊缝处机械力学性能低劣，使铝制品在外力作用下易在焊缝处开裂，成为废品，造成损失。

因铝锭坯料表面有氧化物、油污垢及挤压残料等而隔开了焊缝，使挤压温度降低，热塑性差；挤压力和挤压时间不足；焊合腔太小，模腔压力不足等。

3.7波纹与尺寸波动
挤压机不稳定，严重抖动，金属不平衡流过模腔和型材厚薄悬殊导致冷却不均匀易形成型材表面波纹，模具与挤压筒壁关系不当或模具偏斜，导致挤压应力与挤压速度变化，将引起型材厚薄不均和挤压长度不等，发生尺寸波动，影响型材质量。

3.8缩尾
铝锭表面有结瘤，挤压筒与轴偏心；挤压后期挤压温度偏高，挤压速度增大，导致铝坯表层金属沿挤压垫和后端弹性区界面流入型材内部，形成环形缩尾；反向挤压时，模腔压力不足，因铝金属补充不充分，产生中心漏斗缩尾。

3.9组织线、模线及毛刺
该缺陷与铸造工艺、挤压工艺和模具有关，严重影响铝制品商品美观和质量。

因铝铸锭宏观或微观组织不均匀和铝铸锭均匀化处理不充分以及铝铸锭成分与结晶方式不同，易形成不同晶粒度与不同结晶方向，导致出现与挤压方向一致的带状组织线；铝铸锭若有折迭和夹渣时，往往会因不适当地从边缘间隙进料，使铝金属强烈热塑性流动；挤压力偏心造成坯料氧化皮及其他异物挤进工作带和模孔；铝坯料与挤压筒之间间隙过大，或坯料夹渣、过热及工作带长度突然变化等均会导致组织线、模线和毛刺产生。

3.10光亮晶粒与花边状组织
铝铸锭组织内出现的合金元素含量较低的贫乏固溶体的一次晶，较正常组织色泽光亮的树枝状组织，枝晶粗大，网络稀薄，其硬度与机械力学性能低于正常组织。

光亮晶粒的形成因在铸造过程中漏斗温度低，在其底部形成低成分一次晶底结物固溶体和不断长大，逐渐形成光亮晶粒。

3.11划伤
挤压铝制品划伤不仅失去美观商品表面，并急剧降低机械力学性能，影响耐用度。

轻者划伤成为次品，重者划伤成为废品。

因铝铸锭难熔夹杂物和模具、工艺与操作方面因素造成铝制品划伤。

3.12叠层
铝制品叠层缺陷，不仅表面不美观，使其机械力学性能低劣，在外力作用下叠层处易开裂，成为废品。

因铝铸锭存在折迭、分层和夹渣等铸造缺陷；挤压筒与挤压垫严重磨损，模孔离挤压筒内壁太近，坯料从不适当的边缘间隙进料；挤压筒冲蚀、凸起或凹陷，残留铝金属氧化物壳过多，进而截留润滑剂；坯料表面层金属沿挤压模前段弹性区界面流入等上述原因导致形成铝制品叠层缺陷。

4总结
综上所述，经综合治理，有效消除上述铝合金挤压制品的几种缺陷，达到优质高产、长寿命，并且拥有美观的商品表面，
参考文献
【1】王荣滨.铝合金挤压制品常见缺陷分析及预防措施[J].模具制造，2006
【2】夏瑞昌.铝及铝合金带材表面的铝粉缺陷分析[J].轻合金加工技术，2004,11（32）：21~23
【3】王文钢.铝合金挤压型材十种缺陷分析及对策[J].山西冶金，2001
【4】赵敏，王宇，祝鹤，等.冷轧及退火对4004/3003复合铝合金性能的影响[J].特种铸造及有色合金，2013,7（33）。