自学-失效分析实例2—挤压粗晶环控制方法的探讨.ppt

1、某铝业公司6061铝合金型材 挤压粗晶环控制措施的探讨,潘清林 中南大学材料学院,产品断面形状与尺寸?,产品粗晶环照片,粗晶层3mm以下，OK品,粗晶层3mm以上，NG品,全部粗晶，NG品,粗晶环形成主要原因,变形不均匀 在无铸棒梯度加热的正向挤压过程，挤压各区金属的温度是不同的，金属不均匀变形和不均匀流动是绝对的，从而导致粗晶环形成。 合金的再结晶温度低，易发生再结晶 挤压过程中，铸锭表面与挤压筒壁、死区金属与模孔工作带剧烈摩擦，从而产生强烈的剪切变形，晶粒和晶界化合物遭到严重破坏，晶粒内部和晶粒间积累较高的畸变能，使其再结晶温度低。,1、成分优化与控制 国标成分：Mg0.8-1.2 Si0

2、.4-0.8 Cu0.15-0.40 Cr0.04-0.35 Mn0.15 Fe0.7 Zn0.25 Ti0.15 某铝业公司成分：Al-1.0Mg-0.68Si-(0.2-0.3)Cu-(0.11-0.135)Mn-(0.15-0.17)Cr-Fe 主成分 可以适当提高Mg、Si，将Mg2Si量控制在1.58左右，过剩Si量0.14%左右。 Mn 、Cr Cr、Mn与Al形成CrAl7、MnAl6金属化合物。在热挤压变形过程中，起钉扎作用，降低不均匀变形程度。 在强应力作用下，部分CrAl7、MnAl6以弥散质点状态析出并聚集在晶界上。弥散质点析出物对亚结构的多边化和稳定化起主要作用，使晶核

3、形核率和长大速率都下降，再结晶温度提高。 Fe 一般而言，在6061铝合金中，Fe元素会降低合金力学性能，但是有研究表明， Fe与Al、Mn会形成FeAl3、(FeMn) Al6等弥散相，可以阻碍再结晶晶粒长大，减少粗晶环产生。 建议：适当增加Mn、Cr含量（Mn0.140.005； Cr0.18-0.2）；控制Fe的含量（0.17）,改进措施的探讨,2、熔铸工艺,某铝业公司熔铸工艺参数:？ 熔化温度：750 精炼温度：730750 铸造温度：700720 铸造速度：100mm/min 冷却水温度：3032 冷却水压力：0.05MPa0.10MPa 精炼剂用量：0.25 氮气纯度：99.995

4、,3、均匀化处理,某铝业公司均匀化制度：570/5h（冷却方式？）,针对6061合金铸锭是否采取均匀化退火，说法不一。 在铸造过程中，由于冷速快，CrAl7、MnAl6相来不及充分地从基体中析出。 均匀化退火中，CrAl7、MnAl6相从基体中析出，在高温长时间的作用下，CrAl7、MnAl6弥散质点聚集长大，从而使6061铝合金再结晶温度降低和阻止再结晶能力减弱，导致粗晶环产生。,某铝业公司的部分挤压工艺参数：? 挤压筒加热温度：400 铸锭加热温度：560，冷却至520开始挤压 挤压速度： 冷却方式与速度： 挤压比：,4、挤压工艺,挤压温度是由铸锭加热温度，挤压筒加热温度，模具加热温度以及

5、挤压速度所决定的。 在挤压过程中，起始温度低，终了温度高，对同一横截面来说，中心部位温度低，边缘温度高。挤压速度快，温升高。 在其他工艺条件不变的情况下，随着挤压温度的增高，粗晶环的深度增加。这是由于挤压温度升高后，金属的变形阻力降低，变形不均匀性增加。高温挤压有利于第二相的析出与聚集，降低了再结晶温度，减弱了对晶粒长大的阻碍作用。 挤压温度低，金属处于相变温度以下时易形成粗晶环，对需要严格控制粗晶环深度的制品，使挤压温度控制在单相区内（或接近于从两相区向单相区转变的温度时）即进行高温挤压。 当挤压筒温度高于坯料温度时，将促使不均匀变形程度减轻、减小粗晶环深度。,挤压温度,挤压速度对6061铝

6、合金粗晶环的影响，主要是通过金属的热平衡和热挤压材料的冷却强度来体现。 挤压速度低，铸锭因摩擦作用而产生的温升小，不利于粗晶环的形成；但在稍低的温度下金属在变形区逗留时间长，又有利于再结晶形核和再结晶晶粒长大。挤压材因挤压速度低从挤压模出口到水槽需要的时间长，也同样有利于再结晶晶粒的长大。 在保证型材表面质量的条件下，采用快速挤压工艺，反而有利于抑制粗晶环的生成。如果设备条件许可，采用低温快速挤压工艺更不易产生粗晶环。,挤压速度,型材的冷却速度是影响粗晶环的重要因素。 粗晶的形核和长大是一个物理过程，总是需要一段时间才能完成。 如果对挤压材采取快速冷却，在再结晶晶核尚未形成或者晶核已形成但晶粒

7、还未长大时，型材已冷却到再结晶温度以下，粗晶环不再产生。 对挤压6061铝合金材料，在挤压机头设置一个适当长度的水槽，对应力变形小的棒材、管材、厚簿均匀的型材进行穿水冷却，对应力变形大而又难以矫正的型材进行水雾冷却，是克服粗晶环生成又一行之有效的工艺措施。,冷却速度,挤压模具 模具设计时，应尽可能使铝合金在模具内均匀变形，减少与工作带的剧烈摩擦，降低变形功和挤压过程的温升。 分流模设计时，分流孔对铝合金的分流要均匀、合理，尽量降低阻力。 工作带长度要适当，既要保证成形性能好，也应使铝合金均匀变形，摩擦阻力小。,挤压比 挤压比要适当。 挤压比小，对减少粗晶环有利，但挤压材的变形程度小，仍然保留有铸造组织，型材力学性能下降。 挤压比过大，必然会使不均匀变形程度增大，挤压力上升，摩擦温升上升，促进粗晶环的生成。,建议：挤压工艺改进措施,低温快速挤压+快速冷却（高温挤压+快速冷却） 合适的挤压比：10-20 合理的模具结构,一般来讲，对于6061铝合金： 挤压筒加热温度通常设定在430450，最高不超过500。 铸棒加热温度为460500 模具加热温度430460，用分流模挤压温度取上限，平模挤压取下限。 挤压速度：3-5m/min,建议的具体改进方案（措施）,方案一： 铸锭不采用均匀化处理 挤压后快冷：液氮、穿水或喷水冷却（缩短模孔与在线淬火