铝合金挤压成品缺陷分析及预防措施

南弯工具厂(江西南昌 330002) 王荣滨 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迭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为废品。 铝铸锭裂纹有两种：一是热裂纹一般沿晶开裂，开裂处发黑，已被氧化，裂纹成锯齿状，形状不规则；一是冷裂纹从晶内开裂，裂口未氧化，呈银色折线状发亮。 预防措施：科学合理和严格控制铝合金化学成分与杂质含量；避免铝液过热和在炉内停留过长时间；合理制订铸造工艺，准确控制铸造温度和铸造速度；铝液供流和冷却应均匀；防止和避免外来夹杂物掉人铸造铝液等措施，有效避免铝铸锭裂纹产生，为优质铝合金挤压制品创造先决条件。 挤压裂纹多发生铝制品棱角、尖角锐边或厚度较大的台阶附近产生的锯齿状开裂。因铝合金不纯，杂质超标，热塑性差；坯料加热温度偏高，晶粒粗化，从而使金属破断抗力降低；控温仪表失灵，挤压温度偏高，挤压速度失控，突然加快，增大了挤压热塑性变形应力，接近模壁外层的金属因承受过大拉应力被撕裂为锯齿状或皮下裂纹；挤压热塑性变形不均，表层金属承受较大的摩擦力和附加拉应力：当瞬时应力超过金属抗拉强度时产生挤压裂纹，在外力作用下裂纹由表面向内扩展至断裂。 预防措施：加强铝合金材质检查，杂质含量超标和原始组织不合格不投产；生产中严格校验控温仪表，控温精度必须达到±1．5℃；针对不同牌号的铝合金坯料，制订相应的合理的加热温度，确保均匀加热；制订适合不同牌号铝合金的挤压速度和挤压变形量，使热塑性变形尽量均匀；改进模具结构设计，挤压件断面的棱角部位尽可能大些；试验表明，铝锭预先均匀退火(540℃～560℃，保温4—6h快冷)可降低挤压力1 5％～25％，提高挤压速度1 0％--1 5％，显著增加热塑性等上述措施，可有效防止和避免挤压裂纹的产生。 2 气泡起皮 因铝铸锭内部的气体和挤压过程中被卷人的空气，在挤压时与随后热处理时发生膨胀，致使表面鼓起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、缩松、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，铝金属充填过快，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。 预防措施。提高铝锭质量，选用优质铝锭和严格铝材人库和投产前检查；及时更换严重磨损的挤压筒和挤压垫，并保持清洁、光滑；控制热处理气氛，防止水蒸气进人昶减少对挤压垫片和模具的润滑，调整挤压机使其动作均匀协调，制订合理的挤压速度和挤压变形量，确保排气畅通；挤压筒预热温度应低于铝坯加热温度25℃--35℃；防止润滑剂过量，及时清除铝金属氧化壳及腐蚀污物等措施，能有效防止铝制品起泡起皮，达到质量指标。 3 擦伤 铝制品轻微擦伤不仅表面不美观且急剧降低机械力学性能和耐用度，严重擦伤铝制品不能使用，成为废品，造成经济损失。 因挤压模型面粗糙度大，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流动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、尘砂等异物进入模孔，擦伤模具工作带，造成铝制品擦伤。 预防措施。对挤压模具进行表面改性强硬化处理，提高红硬性、耐磨性和抗擦伤能力；选用优质精炼模具钢，具有纯清度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、等向性能优、化学成分和组织均匀等特点：或用钢结硬质合金制造模具，经镦造与复合强硬化热处理，使模具工作型面具有高硬度、红硬性、耐磨性、抗疲劳、抗咬合、抗粘结、抗腐蚀和抗擦伤等特性，而钢基体具有高强硬性，表硬内刚赋予高寿命；选择最佳工作带宽度，生产一定铝制品后，抛光模具型面与工作带；确保工模具与挤压设备装配精度；经常润滑导路与导管。采用上述措施能有效防止铝制品表面擦伤，确保铝制品内在质量和表面质量优良。 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。 预防措施。选用高精度WJ一1型微机控温，能使控温精度达到±1．5℃；加强加热设备维修与检查，确保炉腔内各部位温度均匀一致；严格检查铝锭坯料，不得有油污等易燃物，保持坯料清洁；制订先进合理的热加工工艺规程，精心操作等措施，有效避免过热过烧，从而确保铝制品组织性能和表面质量合格。 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、闷车，形成扭拧波浪，导致塑性变形超差。 预防措施。科学合理地精确设计模具，避免悬壁过大、过长和安装挤压导路；严格控制挤压温度和挤压速度，确保匀速塑性变形，避免中途停车；合理准确地计算坯料长度，避免余料；加热成品首件检查，发现问题及时维修好设备，确保设备正常运转作业；调整好挤压温度、挤压速度及工艺参数。使之相互协调配合等措施，可有效防止铝制品塑性变形超差，达到优质高产。 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。 预防措施。采用先进的挤压设备、先进技术和先进工艺，并加强科学管理；正确合理设计模具，确保铝金属塑性流动均匀并很好焊合；采用优质铝铸锭，确保表面光洁无异物，挤压前清理干净铝坯料表面；针对不同牌号铝合金，制订合理的挤压温度和挤压速度；确保挤压设备及工模具工作部位无异物等上述措施，可以获得优质平整焊缝，使其具有高的机械力学性能和商品表面，在外力作用下不易裂开。 7　　波纹与尺寸波动 因挤压机不稳定、严重抖动，铝金属不平衡流过模腔，铝制品厚薄悬殊大和冷却不均匀等因素，导致 铝制品表面形成波纹；模具与挤压筒壁相对位置不当，或模具偏斜，从而使挤压应力与挤压速度发生变化，引起铝制品厚薄不均和挤压长度不等，产生厚度及尺寸波动，严重影响铝制品质量和耐用度。 预防措施。维修好挤压机，使其达到所要求精度，工作平稳无抖动；校正和确保模具工作带获得均匀的金属塑性流量；控制冷却速度，确保铝制品均匀冷却；选用一级优质铝锭；设计精密耐用挤压模和制订合理 的挤压量及挤压速度；确保挤压机液压系统无空气截留等措施，能有效防止和避免铝制品波纹与尺寸波动，确保铝制品质量。 8　　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合金成分与结晶方式不同。易形成不同结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 成坯料氧化皮及其它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。 预防措施。铝铸锭结晶凝固时再均匀急速冷却和铝铸锭进行晶粒细化处理；采用纯洁度高、杂质少、晶粒细、无夹渣的一级优质铝锭；设计先进料口，使挤压筒与挤压垫之间的最大间隙≤1．Omm；确保挤压模具精度与同心度，减小工模具表面粗糙度；加强首件铝制品检查，达到一级优质品后方可批量生产；生产一定数量产品后，卸模抛光型面，并及时清理挤压筒与挤压垫中的铝氧化物壳、污物和异物等上述措施，有效消除组织线、模线和毛刺，确保生产出一级优质铝制品。 9 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端弹性区界面流人等上述原因导致形成铝制品叠层缺陷。 预防措施。选用无夹渣、分层、折叠的一级优质铝锭，增加坯料弹性、塑性与韧性，降低各向异性；严格进行铝锭检查，有严重缺陷者不能用；班前班后清理干净挤压筒中与挤压垫上异物：校正挤压模与挤压筒的同心度，及时更换不合格模具及挤压零部件，减少油膏及润滑剂用量；设计先进的高级挤压工模具和真空熔炼钢、电渣重熔钢制造挤压模具等上述措施。有效消除铝制品叠层，确保铝制品质量和耐用度。 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。 预防措施。漏斗导热性要好，表面应光滑，漏斗涂料需均匀；漏斗应充分预热，漏斗沉人铝液不宜过深和制订科学合理铸造温度：铸造时铝液供应应均匀和防止漏斗底部粘上铝液等措施，有效消除力学性能低劣的光亮晶粒。 在晶粒边界形成折线形花边，类似羽毛状铸造孪晶，显微组织呈相互平行的薄片状，其边界呈波浪状或锯齿状，既影响美观，又影响性能。因铝锭化学成分调配不当；熔体过热、停留时问过长；过滤管孔直径太细，铸造温度偏高，结晶器太矮；变质剂失效等因素所致。 预防措施。铝锭化学成分搭配应科学合理，严禁杂质超标；选用合适过滤系统和结晶装置；精密控制铸造温度和时间；适量、适时加人优质变质剂等措施，有效避免花边组织形成，确保铝制品质量。 11　缩尾 缩尾因铝铸锭表面有结瘤极易造成挤压筒与轴偏心；由于挤压后期挤压温度偏高，挤压速度增大，导致表层金属沿挤压垫和后端弹性区界面流人铝制品内部，形成环形缩尾；反向挤压时，由于模腔压力不足。加之金属补充不充分，极易产生中心漏斗缩尾，成为废品。 预防措施。加强铝锭进库和投产前质量检验，不合格铝锭不投产；发现有结瘤铝锭，切除结瘤后方可投产：挤压前应首先全面检测和维修挤压设备，使挤压机与工模具达标，确保精度等级与同心度；采用合理的挤压速度与挤压温度；及时更换超差的挤压零部件与工模具；选用电渣重熔优质模具钢和表面强化热处理新工艺制造挤压模具；选用优质一级铝锭和先进挤压技术等措施。有效消除因缩尾带来的铝制品缺陷。 12 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。 铝铸锭夹杂物：因在熔炼过程中铝液与空气中氧、水接触发生化学反应，生成A1203、MgO、Si01和A1203：MgO夹杂物；A1一Ti—B残余细化剂和Ti—B中间合金的粗大粒子；耐火砖碎片与工具上保护涂料等硬质点导致铝制品划伤。当模具因模口及工作带在挤压过程中局部碎裂脱落，残渣挂堵在工作带内；修模时焊接的阻碍墙脱落，堵住模具或模具有棱角锐边发生应力集中；模具断面与挤压筒距离太小，筒壁夹杂流人模具和模具无斜度及表面粗糙，造成残铝聚集等上述因素导致因模具原因造成铝制品划伤。工艺与操作：挤压速度过快，引起流速不均，使细小而硬的夹杂物易横向流动和铝金属在模口、工作带等不光滑处受阻。形成挂擦划伤。 预防措施。提高铝铸锭质量，选用陶瓷过滤板，滤掉夹杂；提高修模质量，达到技术要求；提高模具设计和制造质量；使用均热铝锭，恒温减速挤压，降低挤压力，使铝金属流速均匀，改善模具受力状况；确保铝锭挤压前表面清洁和避免夹杂物进入挤压筒等措施，有效消除划伤。 总之，经综合治理，有效消除上述铝合金挤压制品12种缺陷，达到优质高产，长寿命，又有美观商品表面，创名牌，给企业带来生机和兴旺，有显著技术经济效益。