鋁合金冷軋板帶材的缺陷分析

1、鋁合金冷軋板帶材的缺陷分析班級(jí)：成型1002姓名：林晶晶學(xué)號(hào)：3100704030摘要：分析了鋁合金擠壓制品常見(jiàn)缺陷產(chǎn)生原因，以便得到相應(yīng)的預(yù)防措施。這些措施可確保鋁擠壓制品，有顯著經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：鋁合金；擠壓制品；缺陷分析1引言1.1鋁合金鋁合金是以鋁為基的合金總稱。主要合金元素包括：銅、硅、鎂、鋅、鎰,次要合金元 素包括：鐐、鐵、鈦、銘、鋰等。鋁合金的密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼，塑 性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，在工業(yè)上使用廣泛，其使 用量?jī)H次于鋼。1.2板帶材的工藝缺陷板帶材的軋制過(guò)程中，由于連鑄鋼坯、軋制設(shè)備和軋制工藝等原因，易在板帶材表面出

2、現(xiàn)裂紋、氧化皮、結(jié)疤、輾印、刮傷、孔洞、針眼、鱗片、表皮分層和麻點(diǎn)等缺陷，不僅影 響產(chǎn)品外觀，而且降低了產(chǎn)品的抗腐蝕性、抗磨性和疲勞極限等使用性能。如果要提高板帶材的表面質(zhì)量，首先必須解決板帶材表面質(zhì)量的檢測(cè)和分類問(wèn)題，繼而分析相應(yīng)缺陷產(chǎn)生的原因，最終提出消除缺陷的解決方案。所以我們要對(duì)板帶材表面各種缺陷進(jìn)行有效地檢測(cè)，及時(shí)報(bào)告缺陷的大小、位置、范圍、嚴(yán)重程度，將結(jié)果傳送給后續(xù)工藝進(jìn)行參考， 并采取措施，以降低廢品率， 從而帶來(lái)顯著的 經(jīng)濟(jì)效益。1.3冷軋冷軋的優(yōu)點(diǎn)：（1）成型速度快、產(chǎn)量高，且不損傷涂層，可以做成多種多樣的截面形式，以適應(yīng)使用條件的需要；（2）冷軋可以使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形

3、，從而提高了鋼材的屈服點(diǎn)°冷軋的缺點(diǎn)：（1）雖然成型過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱態(tài)塑性壓縮，但截面內(nèi)仍然存在殘余應(yīng)力，對(duì)鋼材整體和局部屈曲的特性必然產(chǎn)生影響；（2）冷軋型鋼樣式一般為開(kāi)口截面，使得截面的自由扭轉(zhuǎn)剛度較低。在受彎時(shí)容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，受壓時(shí)容易出現(xiàn)彎扭屈曲，抗扭性能較差；（3）冷軋成型鋼壁厚較小，在板件銜接的轉(zhuǎn)角處又沒(méi)有加厚，承受局部性的集中荷載的能 力弱。2 鋁及鋁合金板帶材表面的鋁粉缺陷分析2.1鋁粉缺陷產(chǎn)生的機(jī)理穩(wěn)定軋制過(guò)程中，變形區(qū)內(nèi)的金屬受軋車?yán)较驂毫和切向摩擦力T的作用，前滑區(qū)內(nèi)的金屬運(yùn)動(dòng)速度快于軋輾表面線速度，摩擦力T前阻止金屬軋制，后滑區(qū)內(nèi)的金屬運(yùn)動(dòng)速度慢于軋輾表面線

4、速度，摩擦力T后將金屬拽入軋輾，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定軋制的條件是：S Fx = T 后 x - Nx - T 前 x = 0由上式可知，摩擦力的存在是實(shí)現(xiàn)軋制的必要條件，后滑區(qū)的摩擦力為實(shí)現(xiàn)軋制提供動(dòng)力；無(wú)論前滑區(qū)還是后滑區(qū)軋件和軋輾都存在相對(duì)滑動(dòng)，軋輾和軋件之間的摩擦為滑動(dòng)摩擦 ，而當(dāng)物體在外力作用下克服摩擦力而反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致表面物質(zhì)的不斷磨損。在軋制過(guò)程中，雖然有運(yùn)動(dòng)的軋輾和軋件把潤(rùn)滑劑帶入逐漸收斂的楔形間隙，產(chǎn)生強(qiáng)烈的油楔效應(yīng)，具備一定的流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件，在流體潤(rùn)滑條件下軋制時(shí)，軋輾和軋件被油膜隔開(kāi)，磨損較小，但因高溫、高 壓的軋制條件及相對(duì)潤(rùn)滑能力較差的礦物基礎(chǔ)油的使用，輾縫內(nèi)油膜厚度很小，難

5、以出現(xiàn)完全的流體潤(rùn)滑，變形區(qū)內(nèi)的摩擦為混合摩擦，有軋輾和軋件的接觸，軋輾上的微凸體和軋件上微 凸體粘著，當(dāng)軋輾和軋件相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，粘接點(diǎn)被剪斷，同時(shí)，堅(jiān)硬的軋輾微凸體壓入軟質(zhì)軋件，犁 溝軟質(zhì)的軋件表面，磨損軋輾和軋件。鋁粉主要是由于軋輾和軋件之間的粘著磨損引起。2.2鋁粉缺陷的主要影響因素2.2.1軋車?yán)ゴ植诙鹊挠绊戃堓毚植诙仍酱?，軋輾表面微凸起部分的尖峰高度越高，與軋件的接觸、粘著區(qū)面積越大故摩擦因數(shù)越大，摩擦力、軋制力也越大，從而與軋件的磨損越大，產(chǎn)生的鋁粉越多。冷軋的后 幾道次應(yīng)選擇粗糙度較小的軋車?yán)?，一般Ra值在0. 20. 4 m之間。軋件粗糙度過(guò)大也將增加鋁粉的產(chǎn)生，軋件粗糙度主要因

6、為上道次軋輾粗糙度引起，故連續(xù)兩道次間軋車?yán)ゴ植诙炔钪挡灰诉^(guò)大，Ra差值應(yīng)小于0. 3 m。鑄軋來(lái)料氧化皮較厚，表面附有石墨微粒，摩擦因數(shù)過(guò)小，軋制時(shí)容易打滑，降低軋制速度 一般選擇Ra值0. 550. 8 m的較粗軋車?yán)ボ堉频谝坏来巍８鼮橹匾氖堑谝坏来尾捎幂^粗軋輾充分清除氧化皮可提高表面質(zhì)量，減少后續(xù)道次鋁粉的產(chǎn)生。2.2.2 變形區(qū)溫度的影響冷軋過(guò)程中，隨變形區(qū)溫度的升高，軋制油粘度降低，油膜厚度、強(qiáng)度減小，摩擦因數(shù)增大 摩擦力、軋制力增大，軋輾對(duì)帶材的磨損程度加大，產(chǎn)生的鋁粉增多?？刂迫肟诹蠝?，減少連續(xù) 軋制的道次可減少鋁粉。2.2.3壓下率的影響壓下率增加，單位體積的金屬變形量增加，

7、單位壓力增大；隨著壓下率的增加，變形區(qū)長(zhǎng)度增 加，軋制力增加；隨變形區(qū)長(zhǎng)度、軋制力的增加，進(jìn)入輾縫的油膜厚度減少，摩擦因數(shù)增大；軋制 力和摩擦因數(shù)的增加將導(dǎo)致摩擦力的增加，增加帶材的磨損。因此，減小道次壓下率有利于減少鋁粉的產(chǎn)生。3 其他缺陷分析3.1鋁鑄錠與擠壓裂紋鋁鑄錠在結(jié)晶過(guò)程凝固后，因鋁鑄錠形成的多種應(yīng)力疊加超過(guò)鋁鑄錠本身抗拉強(qiáng)度引起鑄錠內(nèi)裂，導(dǎo)致擠壓時(shí)裂紋擴(kuò)展成廢品。鋁鑄錠裂紋有兩種：一種是裂紋一般沿晶開(kāi)裂， 開(kāi)裂處發(fā)黑，已被氧化，裂紋成鋸齒狀， 形狀不規(guī)則；另一種則是冷裂紋從晶內(nèi)開(kāi)裂，裂口未氧化，呈銀色折線狀發(fā)亮。3.2氣泡起皮因鋁鑄錠內(nèi)部的氣體和擠壓過(guò)程中被卷入的空氣，在擠壓時(shí)與

8、隨后熱處理時(shí)發(fā)生膨脹，致使表面鼓氣形成的氣泡起皮缺陷，失去商品表面美觀和影響質(zhì)量。因鋁錠坯料組織疏松、縮孔、氣孔、砂眼、內(nèi)裂、粗晶；擠壓筒不清潔、有油、污物、沖蝕與鼓突變形；擠壓筒預(yù)熱溫度過(guò)高；擠壓筒與擠壓墊磨損嚴(yán)重和壓配不當(dāng)；擠壓速度失控，鋁金屬填充過(guò)快，排氣不暢，鋁金屬粘附于鋁制品等因素，均會(huì)導(dǎo)致鋁制品起泡起皺。3.3擦傷因擠壓模型面糙度大，有較深冷加工刀痕、磨痕和碰傷溝痕，擦傷鋁制品表面，產(chǎn)生凹凸印跡；模具紅硬性、耐磨性不足，模面與約450 C500C鋁金屬坯料接觸，且炯模時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)度回火導(dǎo)致型面硬度降低而軟化。由于鋁制品擠壓時(shí)激烈的金屬塑性與模腔發(fā) 生強(qiáng)烈摩擦，將加深模面溝槽，使鋁制品

9、表面更加粗糙，失去商品表面；擠壓工模具裝 配不合理且間隙過(guò)大， 導(dǎo)致熱塑鋁金屬?gòu)哪？琢鞒鲞^(guò)程中表面與工模具及設(shè)備接觸不良， 從而造成嚴(yán)重擦傷；壓型導(dǎo)管和導(dǎo)路裝配不當(dāng)，或擠壓筒內(nèi)有鋁金屬氧化物硬殼、夾渣、 塵沙等異物進(jìn)入?？?，擦傷模具工作帶，造成鋁制品擦傷。3.4過(guò)熱過(guò)燒因鋁錠過(guò)熱或鋁錠粘附較多易燃物和控溫儀表失靈，導(dǎo)致加熱溫度過(guò)高，晶粒顯著長(zhǎng)大，晶界發(fā)生局部熔化與氧化，晶界結(jié)合力急劇降低，脆性變大，韌性急劇降低，機(jī)械力學(xué) 性能低劣，導(dǎo)致鋁制品報(bào)廢。3.5塑性變形超差鋁制品塑性變形超差輕者成為次品，重者成為廢品。模具設(shè)計(jì)不良，懸臂太長(zhǎng)，導(dǎo)致熱 擠壓時(shí)鋁合金塑性流動(dòng)沿模具工作帶表面的流速前后相差懸

10、殊，造成不均勻塑性變形， 使鋁制品形成波浪形不對(duì)稱扭曲變形；鋁制品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，壁厚相差懸殊，導(dǎo)致薄 弱部位剛性不足，局部應(yīng)力集中，鋁金屬流速不均勻。若鋁金屬在熱塑性變形過(guò)程中突 然受阻，鋁制品就會(huì)發(fā)生硬彎變形，導(dǎo)致堵模、門(mén)車，形成扭擰波浪，導(dǎo)致塑性變形超 差。3.6焊合不良鋁制品焊合不良，造成焊縫處機(jī)械力學(xué)性能低劣，使鋁制品在外力作用下易在焊縫處開(kāi) 裂，成為廢品，造成損失。因鋁錠坯料表面有氧化物、油污垢及擠壓殘料等而隔開(kāi)了焊 縫，使擠壓溫度降低，熱塑性差；擠壓力和擠壓時(shí)間不足；焊合腔太小，模腔壓力不足 等。3.7波紋與尺寸波動(dòng)擠壓機(jī)不穩(wěn)定，嚴(yán)重抖動(dòng)，金屬不平衡流過(guò)模腔和型材厚薄懸殊導(dǎo)致冷卻

11、不均勻易形成型材表面波紋，模具與擠壓筒壁關(guān)系不當(dāng)或模具偏斜，導(dǎo)致擠壓應(yīng)力與擠壓速度變化，將引起型材厚薄不均和擠壓長(zhǎng)度不等，發(fā)生尺寸波動(dòng)，影響型材質(zhì)量。3.8縮尾鋁錠表面有結(jié)瘤，擠壓筒與軸偏心；擠壓后期擠壓溫度偏高，擠壓速度增大，導(dǎo)致鋁坯 表層金屬沿?cái)D壓墊和后端彈性區(qū)界面流入型材內(nèi)部，形成環(huán)形縮尾；反向擠壓時(shí)，模腔 壓力不足，因鋁金屬補(bǔ)充不充分，產(chǎn)生中心漏斗縮尾。3.9組織線、模線及毛刺該缺陷與鑄造工藝、擠壓工藝和模具有關(guān)，嚴(yán)重影響鋁制品商品美觀和質(zhì)量。因鋁鑄錠宏觀或微觀組織不均勻和鋁鑄錠均勻化處理不充分以及鋁鑄錠成分與結(jié)晶方式不同，易形成不同晶粒度與不同結(jié)晶方向，導(dǎo)致出現(xiàn)與擠壓方向一致的帶狀組

12、織線；鋁鑄錠若有 折迭和夾渣時(shí)，往往會(huì)因不適當(dāng)?shù)貜倪吘夐g隙進(jìn)料，使鋁金屬?gòu)?qiáng)烈熱塑性流動(dòng)；擠壓力 偏心造成坯料氧化皮及其他異物擠進(jìn)工作帶和?？?；鋁坯料與擠壓筒之間間隙過(guò)大，或 坯料夾渣、過(guò)熱及工作帶長(zhǎng)度突然變化等均會(huì)導(dǎo)致組織線、模線和毛刺產(chǎn)生。3.10光亮晶粒與花邊狀組織鋁鑄錠組織內(nèi)出現(xiàn)的合金元素含量較低的貧乏固溶體的一次晶，較正常組織色澤光亮的樹(shù)枝狀組織，枝晶粗大，網(wǎng)絡(luò)稀薄，其硬度與機(jī)械力學(xué)性能低于正常組織。光亮晶粒的 形成因在鑄造過(guò)程中漏斗溫度低，在其底部形成低成分一次晶底結(jié)物固溶體和不斷長(zhǎng)大，逐漸形成光亮晶粒。3.11劃傷擠壓鋁制品劃傷不僅失去美觀商品表面，并急劇降低機(jī)械力學(xué)性能，影響耐用度。輕者 劃傷成為次品，重者劃傷成為廢品。因鋁鑄錠難熔夾雜物和模具、工藝與操作方面因素 造成鋁制品劃傷。3.12疊層鋁制品疊層缺陷，不僅表面不美觀，使其機(jī)械力學(xué)性能低劣，在外力作用下疊層處易開(kāi)裂，成為廢品。因鋁鑄錠存在折迭、分層和夾渣等鑄造缺陷； 擠壓筒與擠壓墊嚴(yán)重磨損， ?？纂x擠壓筒內(nèi)壁太近，坯料從不適當(dāng)?shù)倪吘夐g隙進(jìn)料；擠壓筒沖蝕、凸起或凹陷，殘 留鋁金屬氧化物殼過(guò)多，進(jìn)而截留潤(rùn)滑劑；坯料表面層金屬沿?cái)D壓模前段彈性區(qū)界面流 入等上述原因?qū)е滦纬射X制品疊層缺陷。4 總結(jié)綜上所述，經(jīng)綜合治理，有效消除上述鋁合金擠壓制品的幾種缺陷，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)