Table 1. 表面剝落6061鋁合金管材的化學成分分析結果
| 項目 | 質量分數(shù) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ti | Ga | Mn | Si | Cr | Mg | Zn | Fe | Cu | |
| 實測值 | 0.027 | <0.01 | <0.01 | 0.55 | 0.20 | 0.82 | <0.01 | 0.015 | 0.26 |
| 技術要求 | ≤0.04 | ≤0.04 | ≤0.04 | 0.4~0.8 | 0.15~0.35 | 0.8~1.20 | ≤0.04 | ≤0.50 | 0.15~0.40 |
分享：6061鋁合金管材表面剝落原因
6XXX鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金,是可熱處理強化的變形鋁合金,其耐腐蝕性好,具有強度中等、無應力腐蝕開裂傾向、焊接性能良好、易于成型等優(yōu)點,廣泛應用于燃料組件的包殼材料中[1-4]。在包殼材料的車削加工過程中,個別部位出現(xiàn)表面剝落現(xiàn)象。這種剝落現(xiàn)象的發(fā)生會導致產品直接報廢。
某6061鋁合金管材發(fā)生剝落現(xiàn)象,筆者采用一系列理化檢驗方法對鋁合金表面剝落的原因進行分析,以防止該類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗
1.1 化學成分分析
對該6061鋁合金管材試樣進行化學成分分析,結果如表1所示。由表1可知：該鋁合金管的主要成分為Al、Mg、Si等元素,還有少量的Cr元素和Cu元素,實測值均符合技術要求。
1.2 掃描電鏡(SEM)和能譜分析
在表面剝落區(qū)域截取并制備試樣,對試樣進行超聲清洗并吹干,將試樣置于掃描電鏡下觀察,結果如圖1所示。由圖1可知：剝落區(qū)域表面疏松且凸凹不平,該表面高度明顯低于正常區(qū)域,正常區(qū)域表面光滑平整。
圖 1 鋁合金管材表面剝落區(qū)域SEM形貌
對剝落區(qū)域進行能譜分析,結果如圖2及表2所示。由圖2可知：夾雜物在該區(qū)域聚集分布,同時在聚集的夾雜物中存在裂紋和孔洞。由表2可知：剝落區(qū)域的主要成分為Al、Mg、Si、C、O等元素,和正常區(qū)域相比,剝落區(qū)域O元素質量分數(shù)較大,甚至達到了53%,正常區(qū)域O元素質量分數(shù)為1%左右,剝落區(qū)域和正常區(qū)域O元素質量分數(shù)差別較大；剝落區(qū)域還存在1.20%（質量分數(shù),下同）的Cl元素和0.22%的S元素,以及存在1.06%的Cl元素、0.41%的S元素和0.36%的Na元素。
圖 2 剝落區(qū)域能譜分析位置1～5
Table 2. 剝落區(qū)域位置1～5的能譜分析結果
| 位置 | 元素 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Al | O | Mg | C | Si | Cl | S | Na | Cu | |
| 1 | 72.74 | 13.35 | 0.92 | 12.59 | 0.39 | — | — | — | — |
| 2 | 42.10 | 44.20 | 0.46 | 11.57 | 0.25 | 1.20 | 0.22 | — | — |
| 3 | 35.08 | 53.35 | 0.57 | 8.63 | 0.54 | 1.06 | 0.41 | 0.36 | — |
| 4 | 45.67 | 34.70 | 0.56 | 12.39 | 4.90 | 1.77 | — | — | — |
| 5 | 48.73 | 25.10 | 0.74 | 8.68 | 16.35 | — | 0.11 | — | 0.29 |
| 正常 | 91.03 | 1.08 | 0.90 | 6.78 | 0.20 | — | — | — | — |
根據能譜分析結果推測：剝落區(qū)域可能存在氧化物夾雜和鋁合金溶劑的殘留物[5-6],氧化物夾雜主要含有Al2O3、MgO和MgAl2O4,Na元素和Cl元素是精煉反應中生成物分離效果不好殘留的精煉劑成分[7-8],但含量較少；S元素是電解時陽極碳棒中存在的一些硫化物進入鋁液中產生,與Na等元素形成夾雜[9-10]。
1.3 X射線衍射分析
利用X射線衍射儀的點光源對剝落處進行分析,結果如圖3所示。由圖3可知：衍射峰主要為Al和Al2O3,從而判定物相主要為Al和少量的Al2O3。根據資料[11-12????]推斷,剝落部位應該存在Al2O3和SiO2等夾雜物,由于SiO2夾雜物的含量很少,只出現(xiàn)在極個別的位置,X射線衍射儀未能檢測出SiO2。
圖 3 剝落處X射線衍射分析圖譜
2. 綜合分析
結合以上理化檢驗結果可知,剝落區(qū)域存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夾雜及微量的精煉劑殘留物。精煉劑殘留物是鋁液在熔煉過程中,對精煉劑進行覆蓋和精煉時帶入的,殘留劑硬度低于鋁基體。氧化物夾雜以Al2O3為主,是高溫熔煉形成的,這類夾雜物硬度大于基體,會對后續(xù)的產品加工產生質量方面產生影響或者使刀具崩壞[13-14],是鋁合金管材車削時表面發(fā)生剝落的主要原因。
3. 結論
在表面剝落的地方存在少量的Al2O3和微量的SiO2、MgO等氧化物夾雜,以及微量的精煉劑殘留物,由于Al2O3夾雜的硬度遠大于鋁基體,從而使管材在車削時出現(xiàn)表面剝落的現(xiàn)象。
文章來源——材料與測試網
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