分享：6082铝合金挤压棒边部亮圈产生原因

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6082合金是典型的可热处理6×××系铝合金，属于中等强度的Al-Mg-Si系合金，其淬透性和焊接性良好、质量轻、强度中等，被广泛应用于汽车、轨道交通、建筑及工业等领域[1-3]。铝合金挤压制品在经过淬火或退火后，制品周围极易产生粗晶层，粗晶层与细晶区存在完整且明显的界限，即粗晶环。粗晶环是铝合金常见的挤压缺陷之一，其存在会影响材料后续的使用性能[4-5]。

某6082铝合金挤压圆棒横截面在进行低倍腐蚀试验（采用体积分数为10%的NaOH溶液浸泡15 min）后，其边部产生了2~5 mm厚度的亮圈（见图1）。笔者采用一系列理化检验方法对该挤压棒边部亮圈产生的原因进行研究，并提出改进措施，以避免该类问题再次发生。

图  1  挤压棒边部出现亮圈的宏观形貌

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1.   理化检验

1.1   化学成分分析

分别在挤压棒的边部、1/2半径处和心部取样，对试样进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：挤压棒边部、1/2半径处和心部的化学成分均满足GB/T 3190—2020《变形铝及铝合金成分》的要求，边部、1/2半径处和心部的化学成分均匀，无明显差别。

Table  1.  挤压棒的边部、1/2半径处和心部的化学成分分析结果

项目	质量分数
	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti
边部实测值	1.00	0.20	0.053	0.58	0.84	0.19	0.024	0.054
1/2半径处实测值	1.06	0.21	0.055	0.60	0.87	0.20	0.025	0.053
心部实测值	1.06	0.21	0.055	0.59	0.88	0.20	0.025	0.054
标准值	0.7~1.3	≤0.50	≤0.10	0.40~1.0	0.6~1.2	≤0.25	≤0.20	≤0.10

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1.2   低倍检验

将低倍腐蚀试验后的挤压亮圈区域置于超景深显微镜下观察，结果如图2所示。由图2可知：试样边部的显微组织和心部不同，两处对光的反射程度不同，因此挤压棒边部出现亮圈。

图  2  试样的低倍形貌

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1.3   金相检验

沿挤压棒横截面半径方向，从边部到中心依次取金相试样，取样位置如图3所示。

图  3  挤压棒横截面金相检验取样位置示意

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试样横截面的金相检验结果如图4所示。由图4可知：A区存在细小的再结晶晶粒，B、C、D、E区晶粒呈蔷薇状，出现部分再结晶晶粒。

图  4  试样横截面的微观形貌

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对A区和E区的晶粒面积进行统计，结果如图5所示。由图5可知：A区晶粒面积分布较集中，80%以上晶粒的面积小于40 µm2，为细小的再结晶晶粒，未出现面积大于160 µm2的晶粒；E区晶粒的面积分布范围较大，78%晶粒的面积小于20 µm2，同时也存在面积为160~400 µm2的晶粒，还存在面积大于400 µm2的晶粒。

图  5  A区和E区晶粒面积统计结果

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试样A区和E区纵截面的微观形貌如图6所示。由图6可知：挤压棒边部（A区）纵截面发生了再结晶现象，存在细小的再结晶晶粒，挤压棒出模后再结晶晶粒没有足够的时间长大，产生了不完全和不稳定的动态再结晶或亚动态再结晶组织；挤压棒心部（E区）纵截面晶粒呈纤维状分布，出现小部分再结晶现象。

图  6  试样A区和E区纵截面的微观形貌

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2.   综合分析

挤压棒亮圈区域与正常区域的显微组织不同，晶粒差异造成光线漫反射不同，导致碱蚀后试样表面出现明暗不同的色差。试样横截面和纵截面亮圈区的晶粒再结晶程度均比正常区域高，亮圈区域的晶粒基本为细小的再结晶晶粒，正常区域的再结晶程度低。

在铝合金挤压过程中，表层金属在摩擦力的作用下发生剪切变形，而心部金属只发生基本的压缩变形，表层金属和心部金属的变形程度出现差异，导致材料发生不同程度的再结晶[6-7]。表层金属在摩擦力作用下发生剪切变形，产生晶格畸变，会大幅降低金属的再结晶温度，容易导致金属在挤压过程中发生再结晶。挤压棒边部金属的变形程度大，畸变能高，位错密度大，再结晶驱动力大，也会造成边部金属的再结晶比例比心部金属高。挤压棒中心部位的金属变形量较边部金属小，位错密度低，再结晶驱动力不足，因此该处的显微组织为蔷薇状晶粒，纵截面保留有纤维状晶粒形貌。边部横截面的细小晶粒更多，纵截面存在再结晶晶粒。在后续加热和保温过程中，挤压棒边部金属中尚未长大的再结晶晶粒可以获得足够的能量，迅速长大形成粗大晶粒，在挤压棒亮圈位置产生粗晶[8]，即挤压过程中产生的不稳定再结晶组织在后续锻造变形过程中容易产生粗晶。

3.   结论及建议

挤压棒边部亮圈产生的原因是挤压棒边部与心部的组织不均匀，晶粒差异造成金属对光线的漫反射不同，导致碱蚀后挤压棒出现明暗不同的色差。建议优化挤压工艺，如增大挤压比、减少铸锭和挤压筒之间的摩擦，进而减小挤压棒边部与心部组织的不均匀性，以消除边部亮圈。