铝合金棒材粗晶缺陷产生原因有哪些?以及粗晶改善措施有哪些?

铝合金棒材粗晶缺陷产生原因有哪些?以及粗晶改善措施有哪些?一、粗晶缺陷产品 6061铝合金的化学成分如表1所示,合金中有较多的Mn,Cr等元素能抑制再结晶颗粒的生长,提高再结晶温度.由于早期市场认知不足,不了解客户产品加工的余量和后处理过程,实际生产中对粗晶缺陷没有充分了解,然后进行控制,导致不合格产品生产,客户投诉,如下图1所示.目前,公司生产棒材粗晶层,粗晶层厚度小于0.5mm,报废处理超过控制要求.

铝合金棒材粗晶缺陷产生原因有哪些?以及粗晶改善措施有哪些?

一、粗晶缺陷产品

6061铝合金的化学成分如表1所示,合金中有较多的Mn,Cr等元素能抑制再结晶颗粒的生长,提高再结晶温度.

由于早期市场认知不足,不了解客户产品加工的余量和后处理过程,实际生产中对粗晶缺陷没有充分了解,然后进行控制,导致不合格产品生产,客户投诉,如下图1所示.目前,公司生产棒材粗晶层,粗晶层厚度小于0.5mm,报废处理超过控制要求.

铝合金棒材粗晶缺陷产生原因有哪些?以及粗晶改善措施有哪些?

二、改进措施分析

合金较多Mn,Cr等元素可以抑制再结晶颗粒的生长,提高再结晶温度,但粗晶环的产生是应变、应变速率、温度等加工参数以及合金化学成分共同作用的结果.由于挤压过程中变形不均匀,棒边产生剧烈的剪切变形,使这部分金属具有很大的畸变能量,有利于包含Mn第二相粒子在位错密集的地方沉淀,聚集生长,降低再结晶的开始温度,因此在棒的边缘和角位容易形成粗晶缺陷.

2.1调整挤压系数

挤压系数是挤压生产中用来表示金属变形的参数.当其他条件相同时,挤压比增大,挤压时锭坯外金属流向模孔的阻力也增大,增加了内外金属流速差,变形不均匀.当生产棒材粗晶环较深时(≥2mm),调整生产机,用小机挤压大料,降低挤压系数,降低铝棒变形,降低铝棒内外变形的不均匀性.由于铝棒变形小,生产时应提高挤压棒的温度,以确保出料温度,以确保挤压棒的机械性能.

2.2改进模具设计

传统的铝合金棒材生产方法是采用正挤压中心挤压,即模具孔位于模具中心,与挤压筒中心重叠.模具结构通常采用导流室的形式,是普通导流板与模垫的结合,采用多级导流.这样模具制造简单,挤压变形大,挤压力大.

(a)模具如下.但对于公司生产棒材所用的6061合金铸棒,虽然合金中的合金.Mn,Cr等元素含量高,可抑制再结晶颗粒的生长,提高再结晶温度,确保组织均匀.在模具设计中,合金经过多级不同程度的预变形,变形区域积累更多的位错,变形温度超过了再结晶温度,在高温下更容易产生颗粒粗化.经过多次试验,改变模具设计采用无导流板的浅导流室表面模具和模垫相结合的设计,降低了变形时的阻力,降低了挤压力,减少了挤压时的摩擦变形,去除了不同程度的多级变形,大大降低了粗晶体的概率.

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2.3扩大模具焊接室

采用阶梯式导流结构模具设计,生产中常出现粗晶环.该结构采用导流板与模具结合的结构形式,导流板上的导流孔采用阶梯形式,导流板厚度较大,增加变形阻力,使金属多次预变形,提高挤压力,提高静水压力(压应力).同时,由于铝合金是一种层错能高的金属,位错容易攀爬和滑移,在变形过程中容易发生动态回复.回复的结果是在棒材中形成亚晶.在高畸变能的作用下,边缘的亚晶形成核并生长,小角度晶界转化为大角度晶界.对于这种设计的模具,当出现粗晶环时,可以扩大导流室,铣去多级导流,只有一级导流,从而降低变形时的阻力,从而降低挤压力,去除多次变形.铸棒边缘变形较大的合金组织在挤压过程中提前挤出,避免大变形金属畸变,减少核心和生长,从而在一定程度上降低粗晶环厚度.

2.4优化生产工艺

在挤压棒的生产过程中,棒的温度和挤压速度影响产品的性能

质量的主要因素.棒材温度与挤压速度与棒材组织的性能关系主要体现在影响金属的热平衡上.正常情况下,塑性变形能90%以上转化为热能,挤压速度低,散热量多.相反,散热太晚,导致挤压筒内塑性变形区金属温度升高.同时,从变形储能的角度来看,挤压速度增加,加剧了棒材边缘金属与模具工作带的摩擦,降低了边缘金属的再结晶温度,从而在棒材边缘形成了粗晶环缺陷

(5100)℃),只有挤压速度慢,才能避免出现粗晶.例如,对于Φ20mm在圆棒的试验中,主缸速度为1.0mm/s提至2.0mm/s当时,没有粗晶,当超过2时,.0mm/s粗晶环深度超过0.5mm;当上棒温度确定时,挤压速度从8开始m/min(无粗晶)提至15m/min厚晶环深度超过2时mm,产品不合格.因此,在生产过程中,在发现粗晶缺陷时,可以通过适当降低上杆温度和挤压速度来消除粗晶环缺陷.

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但挤压速度是影响生产效率的主要因素.当挤压速度过慢、效率低、生产成本高时,应考虑调整挤压系数,改进模具设计,确保产品质量和生产效率.

3结论

1)通过降低挤压系数,可以消除挤压棒外围的粗晶环;

2)通过改进模具设计,将多级导流和深导流设计改为15~25mm浅导流室设计,优化挤压温度和挤压速度,保证出料温度.铝棒厂家可生产符合质量要求的合格产品(粗晶环)≦0.5mm);

3)对于带深导流板和多级导流模具,可通过扩大导流室、铣削多级导流生产粗晶环≦0.5mm合格产品.

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