鋁擠壓材質(zhì)量控制

1、 The school of materials science and engineering of CSU鋁擠壓材質(zhì)量控制 The school of materials science and engineering of CSU目錄u鋁型材幾何質(zhì)量控制u鋁型材表面質(zhì)量控制u鋁型材組織與性能控制 鋁合金擠壓型材的廢品分為兩大類：幾何廢品和技術廢品。幾何廢品是鋁合金型材在擠壓過程中不可避免的產(chǎn)生的廢品。如擠壓的殘料、拉伸時制品兩端的夾頭、定尺料因不夠定尺長度而拋棄的料，切取必要的樣品，分流組合模中殘留在分流腔中的鋁塊，鑄錠和制品切取定尺短料的鋸口消耗的鋁屑以及試模時消耗的鋁錠等。技術廢品是

2、鋁合金型材生產(chǎn)過程中因工藝不合理、設備出現(xiàn)問題，工人操作不當時產(chǎn)生的人為廢品。它和幾何廢品不同，通過技術改進、加強管理，可以有效地克服和杜絕技術廢品的產(chǎn)生。 技術廢品可以分為：Ø組織廢品：如過燒、粗晶環(huán)、粗大晶粒、縮尾、夾渣等。Ø力學性能不合格廢品：強度、硬度太低，不符合國家標準；或塑性太低，沒有充分軟化不符合技術要求。Ø表面廢品：成層、氣泡、擠壓裂紋、桔子皮、組織條紋、黑斑、縱向焊合線、橫向焊合線、擦劃傷、金屬壓入等。Ø幾何尺寸廢品：波浪、扭擰、彎曲、平面間隙、尺寸超差等。 減少幾何廢品的措施（1）正確選擇鑄錠長度是減少工藝廢品的主要措施。鑄錠的長度不

3、是先擠壓后再計算，而是先計算后再擠壓。（2）長錠加熱，采用熱剪技術是減少工藝廢品的一項良好措施。它不僅可以將鑄棒切成短棒時不會產(chǎn)生廢料，而且可以在試模時切取一個只要夠試模的短棒即可，從而減少了試模的幾何廢料。（3）改善鑄錠的內(nèi)外部品質(zhì)。它可使大多數(shù)合金鑄棒不用車皮，即使像硬鋁和超硬鋁那樣的合金一定要車皮，也可以減少車皮的深度，從而減少了車皮的幾何廢品。由于鑄錠的內(nèi)外品質(zhì)好，也可以適當縮短殘料長度。（4）一模多孔擠壓可提高成品率。 1鋁型材幾何質(zhì)量控制1.1波浪在擠壓制品表面沿擠壓方向，有局部的連續(xù)起伏不平的現(xiàn)象，如同水浪一樣，通常稱為波浪。一般在薄壁寬面的型材或帶材制品中容易產(chǎn)生。主要原因：擠

4、壓金屬從模具流出時的溫度分布不均或冷卻速度不均；也可能是擠壓機運行不穩(wěn)定，產(chǎn)生較大的抖動，使金屬不平衡流過模腔；或模具設計不合理，工作帶設計有問題使金屬流動不均而引起制品產(chǎn)生波浪。預防措施：1）維修好擠壓機，使其工作平穩(wěn)無抖動，調(diào)整擠壓機、擠壓筒和模具中心，使其三者同心度符合規(guī)定要求。2）修正模具定徑帶長度，確保金屬流動均勻。3）適當降低擠壓溫度和擠壓速度。 1.2扭擰制品在擠壓過程中一部分與另一部分流出速度不同而產(chǎn)生沿縱軸扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱扭擰。一般斷面為非軸對稱型材容易產(chǎn)生，實心和空心型材都可能產(chǎn)生，有的開始時產(chǎn)生，有的在擠壓快結束時產(chǎn)生。主要原因：金屬通過模具時各部分的流動速度不同而引起的。當

5、這種缺陷輕微時可以在隨后的矯直工序中得到糾正，當扭擰嚴重時，即使進行矯直也無法消除。消除方法：1）修正模具定徑帶長度，確保金屬流動均勻。2）對空心模具合理設計分流孔和橋部結構。3）制品出口處安置形狀相似的導路，或用石黑板、石墨條壓住制品使之平穩(wěn)前進。4）合理調(diào)整擠壓溫度和擠壓速度，使變形均勻。 1.3彎曲制品沿縱向呈現(xiàn)不平直現(xiàn)象稱彎曲。沿縱向呈現(xiàn)均勻的彎曲稱均勻彎曲;在制品某處突然彎曲稱硬彎。沿寬度方向(側向)的彎曲稱刀形彎。主要原因：模具設計工作帶或制品流出?？缀笄岸送蝗皇艿侥程幍淖枇?，立即產(chǎn)生彎曲;或制品流出?？缀?，冷卻速度大，各處收縮不平衡而引起彎曲。消除方法:1）修理模具工作帶，確保金

6、屬流動均勻。2）安裝合適的導路，從出料臺到滑出臺各處要保持平滑，不能有任何阻止制品前進的障礙。3）適當增大拉伸率，將制品拉直為止。4）適當控制擠壓速度，冷卻風要均勻，避免從一邊吹風冷卻制品。 1.4平面間隙制品某一面呈現(xiàn)向上凸和向下凹的現(xiàn)象，用直尺放置該面，其間有一定的縫隙稱之平面間隙。主要原因：型材壁的兩面金屬流動不均或精正矯直配輥不當所造成的。消除方法：修正模具工作帶長度，確保金屬流動均勻。精整矯直時適當配好上下輥可以校正平面間隙。 1.5尺寸超差制品各部分尺寸超過了型材斷面圖紙尺寸的公差要求稱尺寸超差。通常的尺寸超差有:厚壁超差、圓棒、圓管的外徑超差，扁方管的長（寬）邊超差，不規(guī)格型材角

7、度超差，開口尺寸超差等。主要原因：模具設計時尺寸預留不合理，或模具擠壓時產(chǎn)生變形，或模具使用時間太長，或拉伸矯直時拉伸率控制不當?shù)取Ｏ椒ǎ?）建立模具檔案，對于模具變形、使用時間長、壁厚已超差的模具應及時報廢。改進模具設計和模具制造工藝。2）對于角度超差、開口尺寸超差的應修正模具工作帶，確保金屬流動均勻。3）拉伸矯直時，適當控制拉伸量。對有開口的型材，夾頭時在開口處放上適當?shù)膲|塊可以防止拉伸時收口。4）嚴格控制擠壓溫度和擠壓速度。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析通常，鋁型材壁厚出現(xiàn)超負偏差的現(xiàn)象較多

8、，且易理解，而超正偏差（反漲水）現(xiàn)象并不多見，且不易理解。實踐表明，當流入模口前預先分配的金屬流量大于某部位實際所需流量時，該部位將受到更高的壓力；且受整體性限制，該部位將產(chǎn)生橫向附加壓應力；在這種附加壓應力作用下，剛擠出?？椎臏囟群芨叩男筒膶a(chǎn)生塑性收縮變形而使壁厚增大，即“反漲水”。對于實心型材平面模，主要通過合理優(yōu)化導流腔來解決，而對于分流組合模則較難控制。受橫向附加拉應力受橫向附加壓應力 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析由模具參數(shù)不合理引起鋁型材幾何尺寸與形狀缺陷的現(xiàn)象非常普遍。解決的措施主要是優(yōu)

9、化模具設計和現(xiàn)場修模。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析舌頭工作帶磨損，阻力大舌頭工作帶縮短，縱向阻力減小 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析氧化著色不一致斜角過渡 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析焊合室太小 The school of materials science and engineering of CSU7.2鋁型材表

10、面質(zhì)量控制 The school of materials science and engineering of CSU2.成層成層是一種無固定分布規(guī)律的擠壓缺陷，多數(shù)是不連續(xù)的圓形或弧形的薄層分布在擠壓制品的邊緣，可見到明顯的殼狀分層。主要原因：由于鑄錠表面粘有油污塵土，或因擠壓筒前端工作部分磨損較大，造成前端彈性區(qū)周圍臟污金屬的堆集。擠壓時沿著彈性區(qū)滑動面而被卷入制品周圍而形成。一般多出現(xiàn)在制品的尾端，嚴重時也可能出現(xiàn)在制品的中段，甚至前端。消除方法：1）提高鑄錠表面的清潔度。2）提高擠壓筒和模具表面光潔度，及時更換嚴重磨損超差的擠壓筒和擠壓墊。3）改進模具設計，?？孜恢帽M可能離擠壓筒邊緣

11、遠一點。4）減少擠壓墊直徑與擠壓筒內(nèi)徑差，可以減少擠壓筒內(nèi)襯中殘留的臟污金屬。 The school of materials science and engineering of CSU3.金屬壓入金屬碎屑、氧化鋁渣壓入制品表面稱金屬壓入。主要原因：在模具空刀位置產(chǎn)生的氧化鋁渣粘附在擠壓制品上，流入出料臺或滑出臺被輥子壓入擠壓材表面所造成。在陽極氧化時，金屬壓入的地方不形成氧化膜或形成壓痕、壓坑。消除方法：1）光滑定徑帶、縮短定徑帶的長度。2）調(diào)節(jié)定徑帶的空刀。3）改變?？椎牟贾茫M量避免制品平面放在下面和輥子接觸，以及氧化鋁渣被壓入。4）鑄錠表面、端頭清洗干凈，潤滑油中避免有金屬屑。 鋁型

12、材缺陷分析 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析黑斑形成的位置圖 鋁型材缺陷分析 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析除此之外還有：1）確保合金成分符合規(guī)定要求，提高鑄錠品質(zhì)，盡可能減少鑄錠中會引起塑性下降的雜質(zhì)含量。2）改進模具設計，適當增大模子定徑帶長度和斷面棱角部分適當增加圓角半徑。3）提高鑄錠的均勻化效果，改善合金的塑性和均勻性。4）在允許條件下采用潤滑擠壓、錐模擠壓等措施來減少不均勻變形。 9.組織條紋組織條紋出現(xiàn)

13、部位圖如下 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析也可能與模具設計有關：模芯未遮住?？?，在氣體排出前金屬已擠入?？?；兩股金屬在分流橋下焊合時會封住少量氣體。模具中封閉的空氣主要影響第一件型材質(zhì)量。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析11堵模 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析鑄錠組織不均、加熱溫度不均、模面光潔度不均、模具不對中等因素均會

14、加劇擠壓變形的不均勻性，從而導致堵模。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析12 麻點：因擠壓模具工作帶硬度低、光潔度低，表面易粘鋁，從而造成麻點。1314 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析型材交接處易形成“梗條”、“折影”等現(xiàn)象，特別是當型材噴漆后，此現(xiàn)象更明顯。u擠壓條紋例：T形型材擠

15、壓模擬分析在交叉處出現(xiàn)縱向擠壓條紋（并有凸起感），主要是因為此部位變形程度與其它部位不同，從而造成內(nèi)部組織差別，因此對光線的折射和反射也不一樣。擠壓過程中若此部位預先分配的金屬流量過大，就會使該處受到橫向附加壓應力作用，擠出后則會產(chǎn)生凸起。在交叉處的模面上挖一方坑，將金屬流入?？浊暗幕瑒幽Σ磷?yōu)榧羟心Σ粒稍谝欢ǔ潭壬蠝p輕條紋痕跡。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析Ø “T”型材擠壓過程模擬u擠壓條紋加快加快交叉處的模面上挖一方坑由上圖可見，T形型材交叉處的等效應變明顯較小，表明該部位的變形程度

16、低于其它部位。在交叉處模面上挖一方坑后，等效應變較小的區(qū)域擴大了，從而使該部位縱向條紋變得不明顯。有經(jīng)驗表明，稍微加快交叉處的金屬流動，可有效減輕擠壓條紋。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋橫向焊合線在連續(xù)擠壓過程中，相連坯錠之間接

17、縫處的邊界線，在橫跨擠壓方向上出現(xiàn)的條狀或帶狀花紋，與擠壓方向垂直，肉眼可見。有的通過腐蝕或陽極氧化以后明顯可見。主要原因：在連續(xù)擠壓時，模具內(nèi)的金屬與新加入坯錠前端金屬焊合不良所造成的。消除方法：1）將切殘料的剪刀刃磨快，并調(diào)平直。2）清潔坯錠端面，防止?jié)櫥彤愇锘烊搿?）適當提高擠壓溫度。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓橫紋 The school of mate

18、rials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋保證焊縫質(zhì)量的前提條件：焊合處金屬無污染、無氣體、無氧化工藝條件：足夠高的溫度、足夠高的壓力、足夠長的時間固態(tài)焊合判別準則：壓力準則（ >10-20）ms速度準則（考慮焊合路徑）壓力比值準則（p /p >0.5），w sp 焊合室最大壓力；p 分流橋下端壓力ws應變準則：強應變破碎氧化皮。與最大壓力準則一致 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋不良焊合良好焊合 The school of ma

19、terials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋焊縫的形成：開始階段與后續(xù)階段不一樣。開始階段與模橋的清潔度、封閉的空氣、兩股金屬的流速有關，后續(xù)主要是與剪切變形（流入的金屬與粘連在模橋下端的金屬之間的剪切摩擦）有關。 The school of materials science and engineering of CSU鋁型材缺陷分析u擠壓條紋Ø方管型材分流擠壓焊合過程模擬提高焊合質(zhì)量的根本措施：工藝優(yōu)化（擠壓溫度、速度的匹配）、模具優(yōu)化（焊合室高度與形狀、模橋參數(shù)） 其他表面缺陷主要是指小黑點、小白點、小針孔、雪花斑等。產(chǎn)生

20、原因：1）熔鑄過程中產(chǎn)生的原因。化學成分不均，有金屬夾雜、氣孔、非金屬夾雜、氧化膜、金屬組織內(nèi)部不均勻。2）擠壓過程中產(chǎn)生的原因。溫度、變形不均勻，擠壓速度太快，冷卻不均勻，與石墨、油污接觸處產(chǎn)生組織不均勻。3）工模具方面的原因。模具設計不合理，模子尖角過渡不平滑，空刀過小擦傷金屬，工模加工不良，有毛刺不光潔，氧化處理不好，表面硬度不均勻，工作帶不平滑。4）表面處理的原因。槽液濃度、溫度、電流密度不合理，酸腐蝕或堿腐蝕處理工藝不當。 消除方法：1）控制化學成分、優(yōu)化熔鑄工藝、加強凈化、細化處理。2）鑄錠均勻化處理要快速冷卻。3）合理控制擠壓溫度、速度，使變形均勻。4）改善模具的設計和制造方法，

21、優(yōu)化氧化處理工藝。5）嚴格控制表面處理工藝，防止酸腐蝕或堿腐蝕過程中對表面的二次傷害或污染。 7.3鋁型材組織與性能控制7.3.1過熱過燒鋁合金制品發(fā)生嚴重過燒時表面顏色發(fā)暗或發(fā)黑，或在表面出現(xiàn)氣泡、細小的球狀析出物（小泡）或裂紋。原因：鋁鑄錠坯料粘附較多易燃物，使控溫儀表失靈，導致加熱溫度接近鋁合金熔化溫度，晶粒顯著長大和晶界發(fā)生局部熔化和氧化，同時使晶界結合力急劇降低，脆性變大，韌性下降。措施：選用高精度微機控溫，精度應達到±1.5；加強加熱與擠壓設備的維修與檢驗，確保爐膛內(nèi)各部位溫度均勻一致；嚴格檢查擠壓坯料，不得有過量油污等易燃物，保持鋁合金坯料清潔；制訂先進的熱加工工藝規(guī)程

22、，避免過熱、過燒。此外，還有粗晶環(huán)、粗大晶粒、縮尾、夾渣等。在第三講中已做講解。 總之，對于鋁合金型材的生產(chǎn)質(zhì)量控制注意四個方面：（1）擠壓鑄錠質(zhì)量是保證鋁型材質(zhì)量的基礎國內(nèi)生產(chǎn)的鋁合金型材基本上以6063合金為主，6063鋁合金的主要成分是Mg和Si，其主要強化相是Mg Si。就力學性能2而言，只要控制好Mg Si的含量不低于0.75，就基本能滿足2力學性能要求。但隨著Mg Si的數(shù)量越多，鋁合金型材的抗拉2強度就越高，塑性下降，耐腐蝕性變差。一般Mg Si的強化相2控制在0.9-1.4%。Mg/Si比是6063鋁合金化學成分中一個重要的參數(shù)，在形成強化相Mg Si、雜質(zhì)相Fe、Al、Si之

23、后，Mg過量還是Si過量2會產(chǎn)生不同的后果。過量Mg會降低Mg Si的固溶度進而降低機2械性能，同時，過量Mg會顯著增加擠壓力；而Si的適當過量不僅提高機械性能，并且對擠壓性能無太大影響，因此，一般控制在Si過剩，Mg/Si在1.4左右，使生產(chǎn)的鋁型材在經(jīng)過陽極氧化處理后，能得到較好的表面效果。 Fe是鋁合金中不可避免的主要雜質(zhì)元素。Fe在鋁合金中存在兩種形態(tài)。一種是顆粒狀的 (Fe Si Al )相，另3 2 12一種是(Fe Si Al )相。相可使鋁型材表面粗糙，機械性3 12 9能、抗腐蝕性能變差，氧化后表面色澤不良，光澤下降。Fe雜質(zhì)帶入主要是通過廢料回收料在熔煉過程產(chǎn)生，因此，要嚴

24、格控制回料的比例，如果Fe的含量較高，則Si的含量也相應高一些，以便在形成 (Fe Si Al )相后，還有3 2 12足夠的過剩Si，以保證合金有高的力學性能。除了控制好Fe以外，其它雜質(zhì)也要加以控制， Cu、Mn等金屬雜質(zhì)在堿腐蝕后由于其附著力較強，在中和出光時產(chǎn)生氧化物呈掛灰殘留于型材表面，一般不易輕易去掉。所以，也要加以嚴格。 在熔煉和鑄造控制中，產(chǎn)生氣體和氧化夾雜物的途徑很多，特別是H氣孔和A1 O夾渣。在擠壓鑄錠22 3中的H氣孔和A1 O夾渣直接導致擠壓材表面惡化、22 3嚴重時出現(xiàn)小白點、蚊子腳、工作帶粘鋁，甚至麻面等。因此，要采取有效的精煉措施和過濾方法將氣體和氧化夾渣物從鋁

25、熔體中排除出來，在保證爐內(nèi)排氣及精煉的同時，增加爐外排氣及陶瓷過濾，確保達到凈化效果。 （2）擠壓模具及擠壓工藝是鋁型材生產(chǎn)的核心技術擠壓模具是擠壓工藝過程的基礎，模具的質(zhì)量不僅決定型材的表面質(zhì)量、幾何形狀、尺寸公差等方面。而且還影響擠壓力及產(chǎn)品的組織和性能。在對擠壓模具試模過程中，確定合理的擠壓溫度和速度，對分流模(橋式模)擠壓的空心型材檢驗是否有焊合線或焊合線的嚴重程度等，當模具經(jīng)試模合格后，合理的使用和維護好模具至關重要。由于模具的工作條件十分惡劣，為了提高其質(zhì)量和壽命，除了合理選材、正確設計、制造與修理外，創(chuàng)造最佳的使用條件也是十分重要的環(huán)節(jié)，因為它不僅能提高和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效

26、率，而且可以降低成本，因此，工廠都把模具管理放在十分重要的地位。 在對擠壓模具使用和維護過程中，必須保證如下要求：模具要與擠壓中心線保持同心；擠壓前模具應加熱到一定程度；模具不允許粘金屬；創(chuàng)造良好的工藝條件，避免悶車與堵模；每次擠壓的通過量不宜過多，當擠壓到一定數(shù)量之后，應更換保養(yǎng)；模具表面應光潔，無缺陷，特別是兩端面要平整光滑，以免接觸不良而產(chǎn)生應力集中；模具應及時修理和反復氮化，以提高壽命；要定期測量模具的硬度和尺寸，及時修復和更換模具，使之經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)。 （3）擠壓工藝是鋁型材生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)從擠壓工藝來說，要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高光潔度的鋁型材，首先，要得到一個合適的擠壓系數(shù)，一般=2550，擠壓系數(shù)的大小對產(chǎn)品的組織、性能和生產(chǎn)效率有很大的影響，當擠壓系數(shù)過大時會引起擠壓力的增加；如果擠壓系數(shù)過小，則因金屬組織