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7A09鋁合金管材陽極氧化后表面出現“黑線”的分析及解決方法

時間:2011-12-20 08:22來源:http://www.rjhlyw.live 作者:鋁型材模具設計培訓 點擊:
摘要:7A09鋁合金管材經切削加工和陽極氧化后少數工件表面有“黑條”,影響用戶使用。對“黑條”處進行宏觀組織和顯微組織觀察及
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  我公司為某廠生產的7A09鋁合金管材,用戶切削加工成工件后檢查工件表面未發現缺陷,但對工件進行陽極氧化后發現少數工件表面局部有“黑條”,“黑條”長短不一。由于該工件用于制造飛機上飛行員逃生椅上的火藥筒,對工件的質量要求極為嚴格,故用戶提出質量異議。我公司為了查找該工件產生“黑條”的原因,立此課題進行研究。

  本試驗的目的是對工件上的“黑條”進行定量金相測定宏觀組織和顯微組織,進行分析研究,找出產生“黑條”的原因及其解決方法,滿足用戶的需求。                                            

  1  試驗方法和觀察鋁型材加工實用技術手冊

  1.1  宏觀組織觀察

  對有“黑條”的工件進行宏觀觀察(圖1a),“黑條”沿管材的變形方向呈條狀分布在工件表面,它的長短不一,略凹于工件表面。對工件進行低倍腐蝕后,工件正常部位表面上的氧化膜已全部腐蝕掉,但“黑條”仍存在(圖1b),表明“黑條”處沒有氧化膜。

圖1帶“黑條”的工件的宏觀組織照片

圖1帶“黑條”的工件的宏觀組織照片

  1.2  顯微組織觀察

  (1)顯微組織檢驗

  在工件“黑條”處和正常部位各取高倍試樣,試樣制備后在光學顯微鏡下觀察其組織。其上可見“黑條”處存在化合物(圖2)。“黑條”處化合物數量比正常組織處的化合物數量明顯增多,是化合物富集區,參看圖3和圖4。

圖2 “黑條”處顯微組織

圖2 “黑條”處顯微組織

圖3 “黑條”處顯微組織(已腐蝕)

圖3 “黑條”處顯微組織(已腐蝕)

圖4 正常部位顯微組織(已腐蝕)

圖4 正常部位顯微組織(已腐蝕)

  對兩種試樣用低濃度混合酸腐蝕后觀察,“黑條”處的化合物和正常部位的化合物形貌相同,是7A09鋁合金中存在的相組成,“黑條”處的化合物不是初晶(見圖3、4)。

  (2)定量金相測定

  對工件“黑條”處和正常部位的高倍試樣經磨制和腐蝕后,用定量金相顯微鏡分別對其化合物進行定量測定,其結果是:“黑條”處化合物的平均尺寸為3.65μm;正常部位化合物的平均尺寸為3.62μm。

  從定量測定的結果得知:“黑條”處的化合物尺寸和正常部位的化合物尺寸相近。由顯微觀察和定量測定結果及分析可知:這個化合物富集區是鑄錠中遺留的偏析瘤所致。

  綜上所述,“黑條”沿管材變形方向呈條狀分布,經低倍腐蝕后“黑條”仍存在。“黑條”處是化合物富集區,這些化合物不是初晶,是7A09合金中存在的相,是管材的毛坯管錠表面的偏析瘤未車凈而遺留在管材內形成的。

  2 分析和討論

  7A09鋁合金管材陽極氧化后表面出現的“黑條”,經宏觀組織和顯微組織觀察及定量金相的測定可知:“黑條”略凹于工件表面,“黑條”處的化合物和正常部位的化合物形貌相同,是7A09合金中的相組成,只不過“黑條”處的化合物密集且尺寸稍大。

  在鋁合金鑄錠中,偏析瘤是由高合金成分的低熔點共晶所組成,表現為枝晶網絡厚而密集,化合物粗大。

  偏析瘤的產生機制是[1]:鋁合金半連續鑄造時,先接觸到結晶器的熔體由于冷卻水的作用而急劇冷卻,凝結成一層外殼,稱為激冷層。又由于凝固引起體積的收縮,在激冷層與結晶器之間形成了空隙。隨著鑄錠長度增加,使激冷層脫離冷卻水的激冷,這時鑄錠內尚未完全凝固的熔體對激冷層重新加熱,使激冷層內的低熔點共晶重新熔化,并沿復熔晶界穿過激冷層在鑄錠表面凝結成瘤狀。這種結瘤是激冷層內流出的高合金成分的低熔點共晶,故稱偏析瘤。

  偏析瘤的厚度與合金成分有密切關系,合金成分高,偏析瘤的厚度就大。由于7A09合金的合金成分高,所以偏析瘤較厚。

  鑄錠表面的偏析瘤一般在車皮時可去掉,但管材的毛坯管錠在車皮時,如果偏析瘤較厚或管錠發生偏心等影響,使管錠表面的偏析瘤局部未被車凈。這種帶著少量偏析瘤的管錠,在擠壓時鑄錠發生變形,使偏析瘤中的低熔點共晶破碎并沿變形方向排列,形成了條狀的化合物富集區。在隨后對工件進行陽極氧化時,正常部位陽極氧化后生成了致密的氧化膜,而化合物富集區優先反應,產生腐蝕,難以形成氧化膜,所以在管材工件表面出現了“黑條”。由于這種工件是用于制造飛機上飛行員逃生椅上的火藥筒,筒內裝的火藥具有腐蝕性,因此帶“黑條”的工件難以滿足用戶的使用要求。

  這就要求毛坯在車皮時要把偏析瘤徹底車削掉,用此方法便可避免“黑條”的發生。

  3結論

  (1)“黑條”處存在化合物富集區。鋁合金陽極氧化工藝技術應用手冊

  (2)化合物富集區是管錠中未車凈的偏析瘤經過擠壓變形后遺留在管材中而形成的。

  (3)化合物富集區在陽極化時優先反應,未形成氧化膜而出現“黑條”。

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