6082铝合金挤压棒材“线条”分析

2023年12月22日发(作者：铃木浪迪改装)

第50卷第3期有色金属加工NONFERROUS

METALS

PROCESSINGVol.

50

No.

32021年6月DOI

：10.3969/.1671-6795.2021.03.008June

20216082铝合金挤压棒材“线条”分析周广宇，刘旭东，刘迪，尚文，王宝勇(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003)摘要：通过金相显微镜、扫描电子显微镜及电子万能试验机等设备，对6082棒材“线条”区域晶粒的尺寸和形貌、第二

相析岀密度和成分、力学的变化进行分析，探究该“线条”产生的原因。结果表明，在挤压过程中金属流动以及第二相分

布不均匀,导致该区域第二相密度较低，对位错钉扎作用较弱,再结晶不充分，晶粒呈条状，在宏观上表现为“线条”。通

过改善模具设备，降低挤压比可有效改善棒材岀现“线条”的问题。关键词：6082铝合金;线条；晶粒;第二相中图分类号:TG379

文献标识码：B

文章编号：1671-6795(2021)03-0035-04随着社会的发展，人们越来越追求高品质生活,

研究文献较少。为了判断该线条组织是否为缺陷并

确定该线条能否对后期锻造过程的表面和性能产生

汽车已经成为现代化物流行业及提高生活质量的重

要工具，而面对世界能源的日趋紧张,轻量化汽车成

为该行业共同努力的目标，铝合金作为汽车轻量化的

首选材料,在汽车领域的应用逐渐提高［1，2］。其中汽

车用铝合金锻件多选用可热处理强化的6xxx系铝合

金，可应用在汽车散热系统、车身、底盘等部位［3］。影响，本文以汽车悬臂上承重件所用6082合金挤压

型材为研究对象,对其在离线固溶淬火后有无线条状

区域进行力学性能检测,来研究线条区域对合金力学

性能的影响,并结合X射线荧光光谱仪、金相显微镜

观察研究不同区域内晶粒的形貌和尺寸、第二相的析

6xxx铝合金主要以Mg和Si为主要合金兀素,并

以Mg2Si为强化相的铝合金,具有中等强度、耐腐蚀性

高、焊接性能好的诸多优点［3-5］。6082合金就是典型

的可热处理6xxx系铝合金，属于中等强度的Al-Mg-

Si

系合金，具备良好的淬透性,被广泛应用于汽车、轨

道交通、建筑及工业等领域［6,7］。我公司近期在生产汽车悬臂上承重结构件的过

出情况以及成分变化,分析该“线条”出现的原因，为

改进合理的挤压工艺，改善和消除该“线条”以及后续

汽车产品挤压工艺研究提供相关依据。1试验材料与过程实验选用规格为①70mm的6082合金挤压淬火

棒材为主要材料，使用7500T挤压机生产，挤压比为

43.2,挤压后经离线淬火，其合金成分如表1所示。程中，合金经挤压变形、离线淬火后，在棒材截面边缘

区域发现有不明“线条”存在，对于该“线条”的相关

表1试验用铝合金的化学成分(质量分数,％)Tab.1

Chemical

composition

of

experimental

aluminum

alloy

(

wt.

%)类别MgSi0.7~1.3FeCuMn0.4~1.0CrW0.25TiW0.1Zn其他W0.15W0.15Al标准0.6~1.21.1W0.5W0.1W0.20.2余量余量实测1.00.50.10.60.250.1挤压淬火后的6082合金棒材进行宏观低倍检测，

收稿日期：2020-10-19基金项目：辽宁省兴辽英才计划(XLYC1802054)将试样置于15%~25%的NaOH溶液中浸泡25min

~作者简介:周广宇(1987-),男，工程师，主要从事变形铝加工及热处理技术研究工作。

36有色

金属加工第50卷35min,清水洗净后置于20%~30%的HNO3酸洗，最

后流水洗净后1h内进行检测，检测结果发现，图1(a)中A区域存在“线条”，宏观放大如图1(b)。图1边缘部位“线条”位置Fig.1

“line”

position

at

the

edge将离线淬火后的棒材进行185兀x4.5h人工时效

后，在“线条”区域A和正常区域B(图1(a))分别进

行三次维氏硬度检测后取平均值，并A、B两区域内分

别取力学试样(图2),以12mm/min的拉伸速度进行

使用10%NaOH的腐蚀液腐蚀4min。利用蔡司AX10

万能研究级倒置式材料显微镜观察晶粒的形貌、尺寸

以及第二相分布情况。利用SSX-550型扫描电子显

微镜进行成分分析，研究有无“线条”区域成分的

室温力学性能测试，研究“线条”组织对合金性能的

影响。变化。2试验结果2.1

“线条”金相组织形貌“线条”附近的金相组织如图3所示。图3(a)中

c处线条组织，观察可知，“线条”区域的厚度约

100^m，距离外圈部位约为466.99^m。图3(b)为第

二相分布情况,a、b、c分别为近边缘组织,近线条处组

图2室温拉伸力学试样织和线条处的组织。由图可知合金经过离线的固溶

Fig.2

Tensile

mechanical

test

specimens

at

room

temperature淬火后，基体中仍有大量的第二相且不同区域内第二

取边缘部“线条”附近区域(图1(b)的C区域，线

相密度不同,a、b、c三区域第二相析出密度逐渐降低,

条如图中箭头所示)作为金相组织观察试样,先后使

但a、b、c处组织连续分布无分层现象。由于微观组

织中第二相分布及数量的细微差别，导致棒材截面对

用400#,800#、1500#砂纸进行研磨，选用粒度为

2.

5^m和0.5^m的研磨膏先后进行粗抛和精抛，最后

光线反射的不同,造成视觉宏观观察截面为“线条”。图3边缘部位“线条”组织和第二相分布情况Fig.3

Distribution

of

\"

line\"

tissue

and

second

phase

at

the

edge

第3期有色

金属加工37“线条”区域附近的高倍形貌如图4所示。可以

为369MP和388MP,可见该“线条”对合金的力学性

能有一定的影响，但是硬度、抗拉强度、屈服强度等仍

看出b、c处组织晶粒形貌明显不同，但没有分层和裂

纹,c处晶粒呈条状，且含有较大的第二相晶粒数量较

多,为方便清晰观察,将试样经过阳极覆膜后,通过偏

然满足该型材的使用标准,在性能方面不影响使用。振光对偏析层附近组织进行晶粒度观察。■r图4边缘部位的晶粒分布情况Fig.4

Grain

distribution

at

the

edge综上所述,“线条”区域可能是c处晶粒变形呈条

状所致，宏观上呈“线条”。a、b、c三个区域中第二相

密度逐渐降低，且三个区域的组织连续分布无裂纹、

无分层现象不属于缺陷。“线条”的产生可能是由于

挤压过程中金属通过模具时流速不均,局部有摩擦热

或变形热的区别，影响合金中第二相的固溶条件，此

外,金属流动的不均匀也会导致晶粒破碎产生不完全

再结晶，组织发生变化。因此“线条”处含有较大第二

相,且与其它位置相比,组织有所区别。2.2不同区域内的成分对图3中的a、b、c的三个区域分别选两点进行

SEM/EDS成分分析,具体位置如图5所示。由图5发

现,a、b、c区域中均发现Si、Mg元素，并且三个区域内

基体中Mg、Si含量相近，c区域Si含量相对较低，这

可能与不同区域的第二相分布情况有关。由图5可

知,不同区域的析出相密度不同，区域c（“线条”区

域）的第二相含量较a和b区域低，这与图3（b）相符。

2.3

“线条”组织对力学性能的影响离线淬火后的型材经过185兀X4.5h人工时效

后,利用布氏硬度计在图1（a）中的区域A（“线条”区

域）和区域B（非“线条”区域）处分别进行三次布氏硬

度检测，并在两区域分别取力学试样进行力学性能测

试，均取其平均值，检测结果见表2o由表2知，“线

条”区域A处的布氏硬度的平均值为110HB,较无线

条的正常区域B处的硬度低8HB,但均高于标准，符

合要求。和硬度趋势相同，“线条”区域A的抗拉强度

和屈服强度均较正常区域的力学值低近10MPa,分别

位置Mg\'wl.%SiM.%A1.151.09B1.121.1位畫Mg\'wt.%Si*t%C1.121.05D1.11.02位蛊SiM%E1.050.99F1.090.97(a)图3位置a；(b)图3位置b；(c)图3位置c

图5图3中a、b、c区域成分分析位置

Fig.5

Location

of

component

analysis

in

a,b

and

c

regions

in

Figure

3表2不同区域的力学性能Tab.2

Mechanical

properties

of

different

regions编号抗拉强度/屈服强度/断后延伸率/维氏硬度/MPaMPa%HBA36938811.5110B37839812.0118标准3653808.0953分析与讨论通过SEM/EDS成分分析可知，“线条”区域的第

二相含量相对其他区域含量较少（c位置）,c位置颜

色发亮可能是由于该区域析出相较少,光线在该位置

形成镜面反射,故目测会发现微细的亮线；而a、b区

域因析出相多，光线在其上面产生漫反射，因此没有c

区域亮。通过金相组织观察发现,在晶粒度方面，图4

38有色金属加工第50卷中c位置较为细小的再结晶不充分的晶粒,将与图4

中b位置形成不同的反光效果，细小的晶粒组织晶粒

经上机生产验证，改进后的棒材表面几乎无“线

条”状组织存在(图6)，从而根本解决了挤压产生“线

条”状的问题。取向较多，相对形成漫反射、发暗，较大的晶粒组织相

对形成镜面反射、发亮。同时，晶粒细小的组织晶界

分布密集，总的晶界面积较大，在后期低倍腐蚀过程

中，晶界多的组织,腐蚀更为严重，颜色较深。所以在

图1中的宏观低倍出现一道有别于其它位置的较深

线条。通常情况下细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的

强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力

发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形

较均匀，

应力集中较小。

但本实验中通过力学性能和

硬度试验发现，“线条”区域较正常区域较弱，这有待

后续进一步研究,可能是由于实验偏差又或者由于数

据偶然性等原因造成，但现状仍满足力学的使用标

准。此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越

不利于裂纹的扩展。因此，后期深加工使用上不会有

问题。6082铝合金是6xxx系可热处理强化铝合金，主

要强化元素为Si、Mg元素,形成MgzSi强化相，在挤压

过程中呈点状弥散分布,铸锭边部与挤压筒及模具接

触，摩擦力较大，变形剧烈，边部流速慢，心部流速快。

若挤压比过大或挤压速度过快，内、外圈金属流动性

差异将更加明显，致使第二相分布不均匀。研究表

明⑻：第二相对位错运动有钉扎作用，挤压过程中能

够阻碍位错运动，形成高密度的位错形变区，促进再

结晶形核,加快再结晶的速度。但本试验中笔者认为

“线条”位置内较为细小的晶粒为在挤压过程中存在

的即将发生动态再结晶的亚晶晶粒，但是这种亚晶,

有明显晶界，组织连续，在后续的加热过程中未形成

再结晶晶粒。4验证试验带有“线条”状棒材虽然在后期锻造过程中，该组

织会再次发生变形，会改善第二相分布不均匀现象,

但是锻造后的仍会在悬臂工件表面产生残余线状的

纹路，为避免影响悬臂工件的表面美观，改善甚至消

除该“线条”组织。在挤压过程中可以通过重新调整

挤压工艺参数和挤压模具的结构，平衡金属流动性差

异,具体为：(1)更换5500T的挤压机进行试生产,降

低型材的挤压比至29.5；(2)调整模具结构，工作带

厚度减少20%,外圈增加促流角，使内外圈金属流速

差异降低，保证内外圈金属流动性差异减小，保证第

二项分布均匀。图6验证结果Fig.6

Validation

results5结论(1)

该“线条”组织是挤压过程中该区域组织动态

再结晶不完全，晶粒呈条状所致。(2)

挤压过程中,金属流动差异较大,第二相分布

不均匀,“线条”区域第二相位错钉扎作用较弱,是“线

条”产生的根本原因。(3)

该“线条”区域与相邻区域组织连续,不属于

缺陷，硬度、抗拉强度和屈服强度较正常区域偏低,但

仍满足使用要求。(4)

通过改善模具设备，降低挤压比可有效改善

棒材出现“线条”的问题。参考文献[1]

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第3期有色金属加工51溶体的电导率。多相合金的电导率不仅与组成相的

电导率及相对含量有关,还与合金的微观组织形态有

关系⑻。对固溶体基体铝合金来说，固溶度越高，其

电导率越低，因为合金的固溶度越高,溶质原子溶入

基体的数量越多，引起基体晶格畸变的几率越大。电

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铸态6005A合金的Mg2Si相在512.5T下开

始析出。合金中主要的a-Al相占质量分数为

微观结构表征[D].中南大学,2011.[5]

ZHAO

Yuguang,LIL

Xiaobo,

YANG

Yuanyuan.

Effect of

SiC

particle

addition

on

microstructure

of

MgzSi/Al

composite

[J].

China

Foundry,

1.69%,同理,Mg2Si

为

1.06%、Al6Mn

为

0.36%等。2014，

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崔振铎，刘华山.金属材料及热处理[M].长沙：中南大学出版

(2)

经575tX2.5h均匀化工艺处理效果最好，晶

内均匀弥散分布细小的析出相,且强度最高,屈服强

度、抗拉强度、延伸率、电导率分别为114MPa、

社，2010.[7]

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,21.4%、21.9%、16.1%。[J].轻合金加工技术,2002,30(9):12-14.[8]

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经过不同均匀化工艺处理电导率均显著提

咼，与铸态电导率相比提咼了

16.1%~33.9%O[9]

张国英，张辉，刘春明，等.微合金化元素晶界偏聚与钢的超细化理

论研究[J].物理学报,2006,55(3)：

of

Homogenization

Process

on

Microstructure

and

Properties

of

6005A

Aluminum

AlloyFeng

Yanfei1，2,Xu

Wugang2,Li

Qiumei2,Sun

Liang2,Yang

Lu2(

of

Material

and

Metallurgy,

Inner

Mongolia

University

of

Science

&Technology,

Baotou

014010,

China；ng

Zhongwang

Group

Co.,

Ltd.,

Liaoyang

111003,

China)Abstract:

In

this

paper,

the

effect

of

homogenization

processes

on

microstructure,

mechanical

properties

and

conductivity

of

6005A

aluminum alloy

are

studied

by

thermo-calc

numerical

simulation

thermodynamic calculation

and

experiment.

The

results

show

that the

as-cast

microstructure,

including

the

non

-equilibrium

eutectic

phase

at

the

grain

boundary

and

the

coarse

second

phase

in

the

grain，

are

significantly

improved

by

different

homogenization

processes.

The

homogenization

process

at

575七X2.5h

has

the

best effect,

and

the

fine

precipitated

phase

is

uniformly

distributed

in the

grain

with

the

highest

strength.

Keywords:

6005A

aluminum

alloy；

homogenization

treatment；

microstructure；

mechanical

properties；

electrical

conductivity(上接第38页)“

Line”

Analysis

of

6082

Aluminum

Alloy

Extruded

BarZhou

Guangyu,

Liu

Xudong,

Liu

Di,

Shang

Wen,

Wang

Baoyong(

Liaoning

Zhongwang

Group

Co.

，Ltd.

，Liaoyang

111003，

China)Abstract:

In

this

paper，

by

means

of

metallographic

microscope，

scanning

electron

microscope

and

electronic universal

testing

machine

and

other

equipment,

the

size

and

morphology

of

the

grain

泊

the

6082

bar

“line”

area,

the

precipitation

density

and

composition

of

the

second

phase,

and

the

change

of

mechanics

are

analyzed

to

explore

the

cause

of

the

“line”.

The

results

show

that the

metal

flow

and

the

uneven

distribution

of

the

second

phase

in

the

extrusion

process

lead

to the low

density of

the

second

phase

in

the

region,

weak

pin

action

on

dislocation,

insufficient

recrystallization,

and

striped

grains,

which

are

macroscopic

“lines”.

The

problem

of

“line”

in

bar

can

be

effectively

improved

by

improving

die

equipment

and

reducing

extrusion

ds:

6082

aluminum

alloy；

line；

grain；

second

phase