吳 楠，祝 哮，謝方亮，孫 亮，劉兆偉，張 宇

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6xxx鋁合金具有中等強(qiáng)度、耐腐蝕性好、無應(yīng)力腐蝕開裂傾向、焊接性良好、易于成型等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車車身板、汽車零部件等[1-4]。在鋸切某批次用于鍛造汽車零部件6xxx鋁合金擠壓棒材制品時(shí)，鋸條突然斷裂，擠壓制品斷面出現(xiàn)明顯的機(jī)械碰傷和擦劃缺陷，在擦傷部位發(fā)現(xiàn)有異物缺陷的存在。本文通過對缺陷部位和異物的宏觀形貌、微觀組織形貌進(jìn)行觀察，對異物成分進(jìn)行定性分析，分析了異物缺陷產(chǎn)生和鋸條斷裂的原因[5-6]。

1 試驗(yàn)方案

6xxx鋁合金擠壓鍛造棒橫斷面的擦傷和異物缺陷如圖1所示。為查明鋸條斷裂和擦傷缺陷產(chǎn)生的原因，采用體式顯微鏡觀察異物缺陷區(qū)域宏觀形貌；采用光學(xué)金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)觀察異物微觀形貌、缺陷處異常組織，并觀察異物與基體的位向關(guān)系；采用EDS分析異物成分，并與周圍基體成分比對。

圖1 鋸切后斷裂面Fig.1 Fracture surface after sawing

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 宏觀形貌觀察

缺陷處有明顯的劃傷、擦傷痕跡，并發(fā)現(xiàn)灰黑色異物。圖2為基體和異物宏觀形貌，可見異物嵌入基體中，水平方向上與基體有一定縫隙，垂直方向上與基體結(jié)合緊密，無金屬光澤，嵌入基體中異物長度約為5 mm。

圖2 缺陷宏觀形貌Fig.2 Macro-morphology of defects

2.2 顯微組織觀察

圖3為異物與基體的顯微組織。從圖3(a)中可以看到異物與基體顏色明顯不同，異物呈暗灰色，基體呈淺灰色，在異物和基體間存在微小縫隙。變形程度上，基體中可明顯看出變形痕跡；而異物無變形，異物在基體中呈切割形貌，無基體金屬繞過異物的痕跡。因此，判斷異物是在變形后落入合金中，并非熔鑄或擠壓過程中落入合金中。

(a)OM；(b)SEM圖3 異物與基體的顯微組織Fig.3 Microstructure of foreign body and the matrix

為進(jìn)一步確定異物與基體的位向關(guān)系，進(jìn)行掃描電鏡觀察。從圖3(b)中可以看出，異物在基體中呈切割形貌，說明此異物是在切割或加工過程中嵌入合金基體中，嵌入基體中異物有破碎現(xiàn)象，在加工時(shí)外應(yīng)力過大，使異物破碎或加工時(shí)異物落入，使異物部分變形破碎所致。

2.3 異物成分分析

圖4為異物與基體的EDS取樣位置，表1為圖4中相應(yīng)位置的EDS成分分析。圖4(a)為異物附近凹陷區(qū)域，圖4(b)為典型異物位置，1#、2#位置為異物破碎區(qū)域，3#位置為基體區(qū)域，4#、5#位置為異物區(qū)域。

(a)異物附近區(qū)域；(b)異物區(qū)域圖4 異物SEM圖(a) area near the foreign body; (b) the foreign body areaFig.4 SEM image of foreign body

表1中EDS分析結(jié)果表明：1)大塊異物1#、4#和5#位置主要成分為W、Co、Si和C，4#位置還有一定的Fe；2)破碎異物2#位置處，其EDS結(jié)果基本同于大塊異物成分，但因異物太小，受周圍成分影響，其W、Co和Si明顯低于大塊異物，Ag和Mn可能是系統(tǒng)誤差所致；3)3#位置基體處，主要由Al、Si和Mg組成，與6系合金成分一致。

表1 EDS分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 EDS analysis results (mass fraction，%)

3 分析討論

根據(jù)上述結(jié)果，與生產(chǎn)中可能含上述元素的物質(zhì)進(jìn)行對照。模具鋼主要成分為Cr、Mo、Si和V等元素，鎢含量極少，與EDS分析異物主要成分為鎢的結(jié)果不符。另外，組織形貌分析表明異物是在變形后落入合金中。因此，可判定異物并非來自擠壓模具。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]，硬質(zhì)合金鋸條主要成分為W、C、Co和Fe等元素。異物EDS成分結(jié)果與硬質(zhì)合金所含元素相同，可判定異物來自于硬質(zhì)合金鋸條。

綜上分析，6xxx合金擠壓棒材橫斷面的異物為鋸條碎屑。在擠壓棒定尺鋸切過程中，鋸條進(jìn)給壓力過大或冷卻液冷卻不足，鋸條上鋸齒發(fā)生損壞[9]，脫落并嵌入擠壓棒材內(nèi)部，與隨后進(jìn)給的鋸條發(fā)生接觸，造成鋸條斷裂，鋸條上蹦離出的碎屑劃傷棒材橫斷面。

4 結(jié)論

1)異物的來源。異物嵌入合金基體中，與基體存在明顯縫隙，無變形特征，異物成分與硬質(zhì)合金鋸條成分相近，該異物來自于鋸切過程中所使用的硬質(zhì)合金鋸條。

2)鋸條斷裂原因。鋸條進(jìn)給壓力過大或冷卻液冷卻不足，促使鋸齒發(fā)生損壞脫落，碎屑脫落嵌入到擠壓棒材內(nèi)部，與后續(xù)高速進(jìn)給鋸條發(fā)生接觸，造成鋸條斷裂，鋸條上蹦離出的碎屑劃傷棒材的橫斷面。