6XXX鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金,是可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金,其耐腐蝕性好,具有強(qiáng)度中等、無應(yīng)力腐蝕開裂傾向、焊接性能良好、易于成型等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)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(dǎo)致產(chǎn)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(yàn)方法對鋁合金表面剝落的原因進(jìn)行分析,以防止該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗(yàn)

1.1   化學(xué)成分分析

對該6061鋁合金管材試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)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(shí)測值均符合技術(shù)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(jìn)行超聲清洗并吹干,將試樣置于掃描電鏡下觀察,結(jié)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(jìn)行能譜分析,結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)較大,甚至達(dá)到了53%,正常區(qū)域O元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%左右,剝落區(qū)域和正常區(qū)域O元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差別較大；剝落區(qū)域還存在1.20%（質(zhì)量分?jǐn)?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

根據(jù)能譜分析結(jié)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(yīng)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(jìn)入鋁液中產(chǎn)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(diǎn)光源對剝落處進(jìn)行分析,結(jié)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(jù)資料[11-12????]推斷,剝落部位應(yīng)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(jié)合以上理化檢驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(chǎn)品加工產(chǎn)生質(zhì)量方面產(chǎn)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(jié)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(yuǎn)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(wǎng)