劉 迪，胡忠岐，張新陽，周振新，暴立付

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

隨著輕量化汽車的開發(fā)與普及，以往使用的汽車結(jié)構(gòu)件多為鑄鐵材料，而目前高端豪華車多采用鋁制鍛造材料，質(zhì)量更輕，強度更高?？刂票凼瞧囘x件很關(guān)鍵的一個安全件，其剛度、強度要求都很高。6082鋁合金具有鍛造性能好，耐腐蝕性能高，易于機加工，重量又輕[1]?？刂票坼懺煊玫脑牧鲜?082鋁合金擠壓棒材，近期技術(shù)人員在開發(fā)Φ100mm的6082鋁合金高性能棒材時表面出現(xiàn)細(xì)小不連續(xù)的顆粒狀氣泡，為了解決該問題，技術(shù)人員對其進行分析并解決，經(jīng)過多次試驗與總結(jié)，找到了問題的原因所在。由于該表面氣泡有別于以往的常規(guī)缺陷，故進行相關(guān)總結(jié)，以便于同行進行參考，當(dāng)開發(fā)研制同類產(chǎn)品出現(xiàn)此問題時，能夠快速找到問題所在。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

用于試驗分析的棒材是取自經(jīng)550℃×4h熱處理后，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)表面有氣泡缺陷的料樣(圖1)，合金成分見表1。擠壓工藝參數(shù)為，模具溫度420℃，鑄錠溫度(頭端465℃,尾端458℃)，制品速度4.1m/min，淬火前溫度510℃，7500T擠壓機,淬火方式為水冷?，F(xiàn)針對出現(xiàn)起泡的料樣進行分析試驗，分析料樣表面出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象的原因。

表1 6082合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 試驗方法

(1)外觀觀察。料樣整體進行目視、尺寸測量等。

(2)低倍檢測。分別對棒材橫截面、端頭處氣泡進行了低倍組織檢測。棒材橫截面低倍檢測主要檢查基體是否存在疏松、夾雜等缺陷；棒材端頭處檢測主要檢查端頭處氣泡來源，是否從基體部位延伸而來。

(3)高倍組織檢測。基體圓棒顯微組織主要檢查是否因棒材材質(zhì)本身氫含量過高而導(dǎo)致顯微疏松缺陷。棒材高倍檢查在棒材芯部取樣，分別使用光學(xué)顯微鏡觀察；基體端頭顯微組織檢查主要觀察端頭處是否有基體延伸的缺陷；氣泡內(nèi)腔顯微形貌觀察。

(4)氣泡性質(zhì)驗證實驗。為驗證氣泡是否為基體氫含量過高所致，對該試樣進行了重新固溶熱處理驗證實驗。即將試樣車皮(6mm)后，在 540℃下重新固溶處理 2h。若車皮重新固溶后仍出現(xiàn)氣泡，則為鑄錠本身有缺陷；若無，則為擠壓或后續(xù)工序產(chǎn)生。

圖1 氣泡料樣Fig.1 Bubble material sample

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 外觀觀察

對料樣表面進行目視觀察，如圖2所示?？芍?，氣泡集中在1#位置(端頭)，分布規(guī)律為寬度(沿垂直擠壓方向)約50mm，縱向長度(沿擠壓方向)約10mm，料樣其他位置無氣泡。

圖2 擠壓棒材宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of extruded bar

2.2 低倍檢測

在1#試樣(氣泡位置)、2#試樣、3#試樣處分別取3個50 mm長料樣進行低倍形貌觀察，如圖3所示。

圖3 棒材不同位置截面的低倍形貌Fig.3 Low-magnification morphology of bar sections at different positions

3個試樣低倍均出現(xiàn)粗晶環(huán)，1#試樣粗晶環(huán)與基體邊緣伴有分層。擠壓分層氣泡一般尺寸較大，不排除邊緣分層引起的細(xì)小氣泡以顆粒形狀在棒材表面顯現(xiàn)，這種氣泡可能是棒材尾部的粗晶環(huán)區(qū)在淬火過程中產(chǎn)生的裂紋以氣泡形式表現(xiàn)出來。表皮金屬與基體金屬的分界是變形纖維組織與粗大再結(jié)晶組織的分離處。1#試樣、3#試樣粗晶環(huán)深度5mm，2#試樣粗晶環(huán)深度6mm，隨后對出現(xiàn)氣泡的位置(1#)進行局部放大，放大后照片如圖4所示。

圖4 1#試樣氣泡位置局部放大Fig.4 Partial enlargement of 1# sample bubble position

2.3 顯微組織

2.3.1 高倍組織

對試樣的有氣泡部位和無氣泡部位進行組織形貌觀察，如圖5所示?？芍?，有氣泡部位與無氣泡部位第二相的大小、數(shù)量、分布無明顯區(qū)別。對有氣泡位置進行高倍局部放大觀察，箭頭位置所示裂紋，如圖6所示，可以看出黑條周邊存在多處裂紋源。該氣泡是粗晶環(huán)區(qū)在淬火過程中產(chǎn)生的裂紋，以氣泡的形式表現(xiàn)出來。即表皮金屬與基體金屬的分界是變形纖維組織與粗大再結(jié)晶組織的分離處出現(xiàn)的粗大氣泡，并且伴隨有裂紋。

圖5 試樣高倍組織形貌Fig.5 High-magnification structure of the sample

圖6 有氣泡部位局部放大組織形貌Fig.6 Partially enlarged tissue morphology of bubble area

2.3.2 高倍晶粒度

有氣泡(1#試樣)和無氣泡(2#試樣)部位對應(yīng)的芯部和邊部高倍晶粒度如圖7所示。在金相組織中可以看出，1#試樣、2#試樣基體無粗大晶粒，晶粒度均為7級；1#試樣、2#試樣邊部都有粗晶，再結(jié)晶的表層與沒有再結(jié)晶的內(nèi)部有明顯的界限，粗晶層的晶粒，通常由表向里增大。

圖7 試樣高倍晶粒度圖片F(xiàn)ig.7 Picture of samples with high grain size

2.4 氣泡性質(zhì)驗證實驗

氣泡產(chǎn)生主要有3個方面原因，(1)鑄錠材質(zhì)本身，技術(shù)人員進行驗證試驗，由于粗晶層厚度是6mm，對車皮6mm后的試樣重新固溶處理后，表面無氣泡出現(xiàn)(圖8)，說明氣泡不是由于基材氫含量高造成的。經(jīng)過對氣泡樣料車皮后重新固溶未發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生，顯然不是鑄錠本身問題。(2)在擠壓過程中產(chǎn)生的，即棒材本身存在氣泡，一般表現(xiàn)為平行于擠壓方向。鋁合金擠壓型材表面出現(xiàn)氣泡是擠壓生產(chǎn)中常見的一種缺陷，產(chǎn)生氣泡的主要因素有排氣壓力不夠，墩粗效果不佳，壓余剪切不良(剪切污染)，鋁棒表面不良(或污染)，擠壓筒內(nèi)壁磨損或大肚變形，擠壓墊片間隙不當(dāng)，擠壓墊片涂油污染等[2]。經(jīng)過對氣泡的外觀及高倍觀察，不是在線低溫固溶產(chǎn)生的氣泡。(3)二次高溫固溶后產(chǎn)生，經(jīng)550℃×4h二次熱處理后，制品表面顏色發(fā)暗，出現(xiàn)凸出顆粒的氣泡。雖然低溫固溶后氣泡未顯現(xiàn)，但是已經(jīng)攜帶了缺陷組織，擠壓后經(jīng)高溫固溶，缺陷內(nèi)的有機物或空氣進一步膨脹，超過了鋁合金表層金屬的約束極限，最終以氣泡的形式出現(xiàn)在型材表面[3]。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，確實為二次固溶產(chǎn)生的缺陷。一次低溫固溶，形成亞結(jié)構(gòu)粗晶，二次高溫固溶后，氣泡顯現(xiàn)出來。

圖8 試樣重新固溶處理后表面質(zhì)量Fig.8 Surface quality of sample after re-solution treatment

氣泡處存在粗晶，但是否真如上述分析所說，根據(jù)對6082鋁合金擠壓棒材的試驗分析，產(chǎn)生的表面氣泡是在固溶處理后出現(xiàn)的，根據(jù)顯微組織可以看出，氣泡的分層與基體金屬連接處并未發(fā)現(xiàn)明顯的夾雜物，可以判斷，表面氣泡的產(chǎn)生并不是由于擠壓過程夾雜物造成的夾雜氣泡。從低倍組織和顯微組織看出，氣泡隆起產(chǎn)生的分層不均勻，氣泡形成的空腔和基體金屬連接處不平整且伴有缺陷，可以判斷該表面氣泡不屬于氣體通透型氣泡[4]。根據(jù)低倍組織可以看出，氣泡周圍有明顯的粗晶環(huán)區(qū)域，且將粗晶環(huán)區(qū)域車皮后重新固溶未發(fā)現(xiàn)氣泡，證明氣泡是由于粗晶環(huán)破裂產(chǎn)生的擠壓分層氣泡。

3 結(jié)論及工藝改進

(1)經(jīng)過以上驗證，本文中出現(xiàn)的氣泡為二次固溶后、粗晶與基體邊界產(chǎn)生的氣泡。

(2)調(diào)整工藝、控制粗晶，降溫、降速，減緩擠壓變形量。

(3)調(diào)整二次高溫固溶溫度(540℃)，由一級固溶改為二級固溶(510℃保溫+540℃保溫)，既保證產(chǎn)品內(nèi)在組織的穩(wěn)定性，又保證了產(chǎn)品超高的力學(xué)性能。