6063合金挤压型材生产质量控制

6063合金型材的常见缺陷及其消除方法

2．1 擦、碰、划伤
此类缺陷主要是制品从模孔流出过程中，及在随后的工序中与工具、设备等相接触而使表面损伤。表现形式各不一样，有通长的、有局部的、有深的、有浅的。该缺陷在铝型材企业中较常见，对产品的质量造成很坏的影响。
产生原因：
1)出料辊道或冷床有裸露的金属，或石墨条内有金属夹杂，当铝型材接触时，对表面造成划伤。
2)伸出臂在将铝型材从出料辊道送至冷床时，由于速度过快，使铝型材呈一定角度快速接触冷床，造成碰伤。
3)铝型材在冷床上有人为的拖动，造成擦划伤。
4)铝型材在运输过程中，型材与型材之间有相互撞击、摩擦，或吊运过程中造成撞击和摩擦。
消除方法：
1)生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材。
2)用毛毡等软物将辅助设备如冷床、料筐等与铝材隔开。
3)采用毛毡传送带将铝材从出料辊道平移至冷床。
4)减少铝材与辅助设备、铝材与铝材之间的摩擦和撞击。
2．2 黑斑
型材阳极氧化后，局部出现近似圆形的黑灰色斑点，在型材纵向贴冷床的面上等距离分布，大小不一，且多出现在大断面厚壁空心型材上。
产生原因：
由于出口处风机冷却度不够，致使铝材在较高温度下接触冷床，造成与冷床接触部位的冷却速度与其他位置不同，有粗大Mg₂Si相析出，在氧化处理后，该位置变为黑色斑毫痕。
消除方法：
1)加强风冷，避免冷床上铝材间隔过小，保证铝材在极短的时间内冷却至200℃以下。
2)如果有条件可采用雾化水与风机冷却相结合的方式进行冷却，如此可彻底消除黑斑缺陷。
2．3 挤压波纹
在挤压型材表面，出现类似于高频次下的水波纹的状况，一般无手感，在光的作用下反应最明显。
产生原因：
此类缺陷大多是由于牵引机所发生的周期性的上下跳动，使型材表面发生局部弯折。
消除方法：
保证牵引机平稳运行。
2．4 麻面
在铝型材表面出现的密度不等的带拖尾且非常细小的瘤状物，手感明显，有尖刺感觉。
产生原因：
由于挤压速度过快、挤压温度过高、铸锭未均匀化、模具未氮化、铸锭质量不好等原因，使工作带表面粘上金属或夹杂物，在挤压强大的压力下，这些粘着物又被铝夹带着脱落，在型材表面形成拖痕。
消除方法：
1)适当降低挤压速度，采用合理的挤压温度和模具温度。
2)严格控制铸锭质量，降低铸锭中的夹杂物，铸锭进行均匀化处理。
3)模具定期进行氮化。
2．5 性能不合格
型材经过热处理后其抗拉强度、屈服强度及延伸率达不到国家标准的要求。
产生原因：
1)挤压时，挤压温度过低，挤压速度太慢，使型材出口温度达不到固溶温度，造成固溶不充分。
2)出口风机冷却量不足，没有使型材在最短的时间内降至200℃以下，使Mg₂Si过早地以粗大相析出，造成强化相的匮乏，从而影响了型材的整体性能。
3)铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到国家标准的要求。
4)铸锭未均匀化，使铸锭组织中析出的Mg₂Si相无法在挤压的较短时间内重新溶解，造成固溶不充分，影响产品的性能。
5)时效工艺不当、热风循环不畅，或热电偶安放位置不正确，导致时效不充分或过时效。
消除方法：
1)合理控制挤压温度、挤压速度，使型材出口温度保证在最低固溶温度以上。
2)强化风冷度，有条件情况下，可以安装雾化冷却装置，以达到6063合金冷却梯度的最低要求。
3)完善熔炼的炉前、炉后分析，确保铸锭成分符合国家标准的要求。
4)采用均匀化铸锭挤压。
5)根据型材的壁厚合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材以保证循环风的畅通。
2．6 条纹
挤压型材条纹的种类繁多，形成的机理也较复杂。下面就一些常见条纹的产生原因及消除方法进行阐述。

2．6．1 划伤纹
此类条纹的特点是具有重复性，几次挤压的纹路特征不变，深度不固定，有轻有重。
产生原因：
此类条纹多由于型孔工作带空刀端平面太粗糙(电火花加工)，铝材流出模孔后被粗糙的尖峰划伤形成划伤纹。
消除方法：
可采用倒棱来消除。

2．6．2 摩擦纹
此类条纹的特征是每次光模后，纹路都不能一一对应，无规律性，有轻有重。
产生原因：
在热挤压过程中，铝型材流出模孔瞬间与工作带紧紧靠在一起，构成一对热状态下干摩擦的摩擦副，且将工作带分成两个区，即粘着区和滑动区，摩擦力也分为粘着区摩擦力和滑动区摩擦力。在粘着区内，金属质点受到至少来自两方面的力的作用，一个是摩擦力的作用，一个是剪切应力的作用。当粘着区内金属质点所受的摩擦力大于剪切应力时，金属质点就会粘附在粘着区工作带表面，并将铝合金表面擦伤而出现摩擦纹。
消除方法：
1)降低粘着区的摩擦因数、单位压力、粘着区高度等，使粘着区的摩擦力大为降低，从而保证粘着区金属质点的剪切应力始终大于粘着区金属质点的摩擦力，由此可消除摩擦纹的产生。具体措施是调整模具工作带出口角α，使其在-1°- -3°范围内，如此可降低工作带粘着区高度，减少该区的摩擦力，增大滑移区。
2)进行高效的模具氮化处理，使其硬度保持在HV900以上。另外，工作带表面渗硫处理也是降低粘着区摩擦力的最有效的方法。

2．6．3 工作带纹
此类条纹是模具由于种种原因造成工作带受损导致型材表面产生条纹。
产生原因：
此类条纹的产生与工作带受到破坏有关。笔者将工作带破坏产生的原因分为以下四种：
1)由于铸锭成分偏析，铸锭表面存在大量的偏析浮出物，而铸锭又未进行均匀化，或均匀化效果不佳，使铸锭内存在一定量的坚硬的金属颗粒，挤压过程中，金属流经工作带时，这些偏析浮出物和坚硬的金属颗粒附着在工作带表面，对工作带造成划伤。
2)挤压状态下，工作带表面与铝在高温下发生强烈摩擦，使局部产生大量摩擦热，从而使工作带硬度降低，耐磨性下降；模具未氮化或氮化效果不佳，模具工作带表面硬度较低使工作带表面经摩擦而受创伤。
3)分流组合模由于设计不合理、加工不当等问题，模桥下水滴形桥根部太窄，致使金属以很快的速度在短时间内焊合，形成一尖锐界面，金属流动对工作带有很大的冲击力，使桥下焊合处工作带被压穿，导致工作带受创伤。
4)铸锭内部金属夹杂或铸锭表面粘有金属异物，在挤压时，金属夹杂或金属异物在流经工作带时，对作带表面造成划伤。
消除方法：
1)正确执行铸造工艺，铸造时进行过滤。
2)铸锭进行均匀化处理。
3)铸锭表面车皮。
4)模具定期进行氮化处理，执行最佳的模具氮化工艺。
5)合理进行模具设计。
6)精确加工模具。
7)使铸锭表面保持清洁。

2．6．4 组织条纹
此类条纹多由铸造缺陷引起，氧化白色后，在一定距离观察，可见表面呈黑、白条纹，着色后，表面呈浅色条纹。
产生原因：
铸锭铸造组织不均匀，成分偏析；铸锭表皮下存在较严重的亮环；铸锭的均匀化处理不充分等，在随后的挤压过程中，导致型材表面成分不均匀，从而使型材氧化后的着色能力不相同，即：Mg、Fe、Si元素的质量分数越低的区域，氧化膜着色就越浅，由此形成组织条纹缺陷的产生。
消除方法：
1)合理执行铸造工艺，消除或减轻组织偏析。
2)铸锭表面车皮。
3)认真进行铸锭均匀化处理。

2．6．5 金属亮纹
此类条纹较为普遍，表现形式为：在氧化白料中表观发亮，大多情况下为笔直条状且宽度不定，在氧化着色料中，该条纹呈浅色条状。
产生原因：
由于金属流动不畅或由于壁厚的变化，使工作带衔接处有明显的过渡不良或有落差，导致型材不同部位或内外层金属流动存在差异。当金属流动出现严重摩擦或变形极其剧烈时，金属局部温度会上升很高，另外金属流动不均匀也会导致晶粒发生剧烈破碎，然后发生再结晶，致使该处组织发生变化。上述情况在随后的氧化处理中会导致沿型材表面纵向的白亮条纹的产生，在着色后，出现着不上色或浅色条纹。
消除方法：
1)合理设计模具。
2)模具加工要注意工作带的过渡，防止出现工作带落差。
3)保证桥底呈水滴形，消除棱角。

2．6．6 焊合线纹
焊合线纹又称焊缝，笔直通长，在氧化白料中多呈现浅灰色，在着色料中多显浅色。
产生原因：
1)模具分流孔设计过小。
2)焊合室深度不够，不能保证有足够的静压力。
3)挤压时模具焊合腔内铝供应量不足。
4)挤压工艺不合理，润滑不当。
消除方法：
1)合理设计分流模的模孔、桥部结构和焊合室。
2)注意挤压温度和速度之间的协调。
3)尽量减少润滑或不润滑。

2．6．7 花纹
此类条纹无论在氧化白料上还是在着色料上均表现明显，其表现形式也无规律性，且分布不均匀。
产生原因：
由于挤压筒与垫片配合尺寸超差，或由于挤压轴与挤压筒不对中，导致挤压筒内残留过多的金属铝，这些铝在空气的作用下很快形成氧化铝，在下一周期挤压时，这些氧化铝便被带出挤压筒，经模具挤压后附着在型材表面，在随后的氧化过程中，由于他们之间在电位上存在差异，导致型材氧化白色出现条纹，着色后出现花纹。
消除方法：
1)定期检查挤压筒与垫片的配合尺寸。
2)定期对挤压轴与挤压筒进行对中调整。
3)对挤压铸锭表面进行清洁处理，有条件的可对铸锭进行车皮。
2．7 尺寸超差或几何形状不符
产生原因：
1)由于模具设计不合理、制造有误，或挤压工艺不当、模具与挤压筒不对中、不合理润滑等导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力或力矩，当内应力或力矩超过其屈服强度时，就发生了变形。
2)由于牵引力过大，或拉伸矫直量过大，导致型材尺寸超差。
消除方法：
1)合理设计模具，保证模具制造精度。
2)正确执行挤压工艺，合理设置挤压温度及挤压速度。
3)保证设备的对中性。
4)采用适当的牵引力，严格控制拉伸矫直量。
2．8 裂纹
挤压时型材受拉应力等因素作用，在表面形成程度不等的金属横向撕裂状况。
产生原因：
1)由于摩擦力的原因使金属表层受附加拉应力的作用，当附加拉应力大于表层金属抗拉强度时就产生裂纹。
2)挤压温度过高，金属表层抗拉强度下降，在摩擦力的作用下易产生裂纹。
3)挤压速度过快时，金属表层所受的附加拉应力增加，使型材产生裂纹的可能性加大。
消除方法：
降低挤压速度或挤压温度。一般以降低挤压温度较好，但应注意挤压温度和挤压速度的合理匹配，以保证型材的出口温度。
2．9 波浪、扭拧、弯曲
产生原因：
1)模具工作带在设计或制造上不合理，使金属流动不均匀。
2)挤压速度过快或挤压温度过高，造成金属流动不均匀。
3)型孔在模具上布位不合理，型材由于重力作用或流速不均产生扭拧弯曲。
4)导路不合适或未安装导路。
5)润滑不适当
消除方法：
1)修整模具工作带，使金属流动均匀。
2)采用合理的挤压工艺，在保证出口温度的情况下尽量采用低温挤压。
3)合理设计模具。
4)配置合适的导路。
5)合理润滑。
6)采用牵引挤压。

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