铝合金挤压过程中的缺陷分析及解决方案

  一、缩尾

  在某些挤压制品的尾端，经低倍检查，在截面的中间部位有不合层形似喇叭状现象，称为缩尾。经常可以见到一类缩尾或二类缩尾两种情况。一类缩尾位于制品的中心部位，呈皱褶状裂缝或漏斗状孔洞。二类缩尾位于制品半径1/2区域，呈环状或月牙状裂缝。有时在离制品表面层0.5-2mm处出现连续的或不连续的不合层裂纹或裂纹痕迹，有人把它称为第三类缩尾。

一般正向挤压制品的缩尾比反向挤压的长，软合金比硬合金的长。正向挤压制品的缩尾多表现为环形不合层，反向挤压制品的缩尾多表现为中心漏斗状。

  金属挤压到后端，堆积在挤压筒死角或垫片上的铸锭表皮和外来夹杂物流入制品中形成二次缩尾；当残料留得过短，制品中心补缩不足时，则形成一类缩尾。从尾端向前，缩尾逐渐变轻以至完全消失。

  缩尾的主要产生原因

  1、残料留得过短或制品切尾长度不符合规定；

  2、挤压垫不清洁，有油污；

  3、挤压后期，挤压速度过快或突然增大；

  4、使用已变形的挤压垫（中间凸起的垫）；

  5、挤压筒温度过高；

  6、挤压筒和挤压轴不对中；

  7、铸锭表面不清洁，有油污，未车去偏析瘤和折叠等缺陷；

  8、挤压筒内套不光洁或变形，未及时用清理垫清理内衬。

  防止方法

  1、按规定留残料和切尾；

  2、保持工模具清洁干净；

  3、提高铸锭的表面质量；

  4、合理控制挤压温度和速度，在平稳挤压；

  5、除特殊情况外，严禁在工、模具表面抹油；

  6、垫片适当冷却。

  二、粗晶环

  有些铝合金的挤压制品在固溶处理后的低倍试片上，沿制品周边形成粗大再结晶晶粒组织区，称为粗晶环。由于制品外形和加工方式   不同，可形成环状、弧状及其他形式的粗晶环。粗晶环的深度同尾端向前端逐渐减小以至完全消失。期形成机理是由热挤压后在制品表  层形成的亚晶粒区，加热固溶处理后形成粗大的再结晶晶粒区。

  粗晶环主要的产生原因

  1、挤压变形不均匀‘

  2、热处理温度过高，保温时间过长，使晶粒长大；

  3、便金化学成分不合理；

  4、一般的可热处理强化合金经热处理后都有粗晶环产生，尤其是6a02,2a50等合金的型、棒材最为严重，不能消除，只能控制在一定范围内；

  5、挤压变形小或变形不充分，或处于临界变形范围，易产生粗晶环。

  防止方法

  1、挤压筒内壁光洁，形成完整的铝套，减小挤压时的摩擦力；

  2、变形尽可能充分和均匀，合理控制温度、速度等工艺参数；

  3、避免固溶处理温度过高或保温时间过长；

  4、用多孔模挤压；

  5、用反挤压法和静挤压法挤压；

  6、用固溶处理-拉拔-时效法生产；

  7、调整全金成分，增加再结晶抑制元素；

  8、采用较高的温度挤压；

  9、某些合金铸锭不均匀化处理，在挤压时粗晶环较浅。

  三、成层

  这是在金属流动较均匀时，铸锭表面沿模具和前端弹性区界面流入制品而形成的一种表皮分层缺陷。在横向低倍试片上，表现为在截面边缘部有不合层的缺陷。

  成层主要的产生原因

  1、铸锭表面有尘垢或铸锭有较大的偏析聚集物而不车皮，金属瘤等易产生成层；

  2、毛坯表面有毛刺或粘有油污、锯屑等脏物，挤压前没有清理干净；

  3、模孔位置不合理，靠近挤压筒边缘；

  4、挤压工具磨损严重或挤压筒衬套内有脏物地，清理不干净，且不及时更换；

  5、挤压垫直径差过大；

  6、挤压筒温度比铸锭温度高得太多。

  防止方法

  1、合理设计模具，及时检查和更换不合格的工具；

  2、不合格的铸锭不装炉；

  3、剪切残料后，应清理干净，不得粘润滑油；

  4、保持挤压筒内衬完好，或用垫片及时清理内衬。

  四、焊合不良

  用分流模挤压的空心制品在焊缝处表现的焊缝分层或没有完全焊合的现象，称为焊合不良。

  焊合不良主要的产生原因

  1、挤压系数小，挤压温度低，挤压速度快；

  2、挤压毛料或工具不清洁；

  3、型模涂油；

  4、模具设计不当，静水压力不够或不均衡，分流孔设计不合理；

  5、铸锭表面有油污。

  防止方法

  1、适当增加挤压系数、挤压温度、挤压速度；

  2、合理设计、制造模具；

  3、挤压筒、挤压垫片不涂油，保持干净；

  4、采用表面清洁的铸锭。

  五、挤压裂纹

  这是在挤压制品横向试片边缘呈小弧状开裂，沿其纵向具有一定角度周期性开裂，轻时隐于表皮下，严重时外表层形成锯齿状开裂，会严重地破坏金属连续性。挤压裂纹由挤压过程中金属表层受到模壁过大周期性拉应力被撕裂而形成。

  挤压裂纹主要的产生原因

  1、挤压速度过快；

  2、挤压温度过高；

  3、挤压速度波动太大；

  4、挤压毛料温度过高；

  5、多孔模挤压时，模具排列太靠近中心，使中心金属供给量不足，以致中心与边部流速差太大；

  6、铸锭均匀化退火不好。

  防止方法

  1、严格执行各项加热和挤压规范；

  2、经常巡回检测仪表和设备，以保证正常运行；

  3、修改模具设计、精心加工，特别是模桥、焊合室和棱角半径等处的设计要合理；

  4、在高镁铝合金中尽量减少钠含量；

  5、铸锭进行均匀化退火，提高其塑性和均匀性。

  六、气泡

  局部表皮金属与基体金属呈连续或非连续分离，表现为圆形单个或条状空腔凸起的缺陷，称为气泡。

  气泡主要的产生原因

  1、挤压时挤压筒和挤压垫带有水分、油等脏物；

  2、由于挤压筒磨损，磨损部位与铸锭之间的空气在挤压时进入金属表面；

  3、润滑剂中有水分；

  4、铸锭组织本身有疏松、气孔缺陷；

  5、热处理温度过高，保温时间过长，炉内气氛湿度大；

  6、制品中氢含量过高；

  7、挤压筒温度和铸锭温度过高。

  防止方法

  1、工具、铸锭表面保持清洁、光滑和干燥；

  2、合理设计挤压筒和挤压垫片的配合尺寸，经常检查工具尺寸，挤压筒出现大肚时要及时修理，挤压垫不能超差；

  3、保证润滑剂清洁干燥；

  4、严格遵守挤压工艺操作流程，及时排气，正确剪切，不抹油，彻底清除残料，保持坯料和工模具干净，不被污染。

  七、起皮

  这是铝合金挤压制品表皮金属与基体金属间产生局部离落的现象。

  起皮主要的产生原因

  1、换合金挤压时，挤压筒内壁粘有原来金属形成的衬套，清理不干净；

  2、挤压筒与挤压垫配合不适当，在挤压筒内壁衬有局部残留金属；

  3、采用润滑挤压筒挤压；

  4、模孔上粘有金属或模子工作带过长。

  防止方法

  1、列换合金挤压时要彻底清理挤压筒；

  2、合理设计挤压筒和挤压垫片的配合尺寸，经常检查工具尺寸，挤压垫不能超差；

  3、及时清理模具上的残留金属。

  八、划伤

  因尖锐的物品与制品表面接触，在相对滑动时所造成的呈单条状分布的机械伤痕，称为划伤。

  划伤主要的产生原因

  1、工具装配不正，导路、工作台不平滑，有尖角或有异物等；

  2、模子工作带上粘有金属屑或模具工作带损坏；

  3、润滑油内有砂粒或碎金属屑；

  4、运办理过程中操作不当，吊具不合适。

  防止方法

  1、及时检查和抛光模具工作带；

  2、检查制品流出通道，应光滑，可适当润滑导路；

  3、防止搬运中的机械擦碰和划伤。

  九、磕碰伤

  制品间或制品与其他物体发生碰撞而在其表面形成的伤痕，称为磕碰伤。

  磕碰伤主要的产生原因

  1、工作台、料架等结构不合理；

  2、料筐、料架等对金属保护不当；

  3、操作时没有注意轻拿轻放。

  防止方法

  1、精心操作，轻拿轻放；

  2、打磨掉尖角，用垫木和软质材料包覆料筐、料架。

  十、擦伤

  挤压制品表面与其他物体的棱或面接触后发生相对滑动或错动而在制品表面造成的成束分布的伤痕，称为擦伤。

  擦伤主要的产生原因

  1、模具磨损严重；

  2、因铸锭温度过高，模孔粘铝或模孔工作带损坏；

  3、挤压筒内落入石墨及油等脏物；

  4、制品相互窜动，使表面擦伤、挤压流带不匀，造成制品不按直线流动，致使料与料与导路、工作台擦伤。

  防止方法

  1、及时检查、更换不合格的模具；

  2、控制毛料加热温度；

  3、保证挤压筒和毛料表面清洁、干燥；

  4、控制好挤压速度，保证速度均匀。

  十一、模痕

  这是挤压制品表面纵向凸凹不平的痕迹，所有挤压制品都存在程度不同的模痕。

  模痕主要的产生原因

  主要原因：模具工作带无法达到绝对的光滑。

  防止方法

  1、保证模具工作带表面光洁、平滑、无尖棱；

  2、合理氮化处理，保证高的表面硬度；

  3、正确地修模；

  4、合理地设计工作带，工作带不能过长。

  十二、扭拧、弯曲、波浪

  挤压制品横截面沿纵向发生角度偏转的现象，称为扭拧。制品沿纵向呈弧形或刀形不平直的现象称为弯曲。制品沿纵向发生的连续起伏不平的现象称为波浪。

  扭拧、弯曲、波浪主要的产生原因

  1、模孔设计排列不好，或工作带尺寸分配不合理；

  2、模孔加工精度差；

  3、未安装合适的导路；

  4、修模不当；

  5、挤压温度和速度不当；

  6、制品固溶处理前未进行预先矫直；

  7、在线热处理时冷却不均匀。

  防止方法

  1、搞高模具设计、制造水平；

  2、安装合适的导路，牵引挤压；

  3、用局部润滑、修模加导流或改变分流孔设计等来调节金属流速；

  4、合理调整挤压温度和速度，使变形更均匀；

  5、适当降低固溶处理温度或提高固溶处理用的水温；

  6、在线淬火时保证冷却均匀。

  十三、硬弯

  挤压制品在长度方向上某处的突然弯曲，称为硬弯。

  硬弯主要的产生原因

  1、挤压速度不匀，由低速突然变高速，或由高速突然变低速，以及突然停车等；

  2、在挤压过程中硬性搬动制品；

  3、挤压机工作台面不平。

  防止方法

  1、不要随便停车或突然改变挤压速度；

  2、不要用手突然搬动型材；

  3、保证出料台平整和出料辊道平滑、无异物，合制品畅通无阻。

  十四、麻面

  这是挤压制品的表面缺陷，是指制品表面呈细小的凸凹不平的连续的片状、点状擦伤、麻点、金属豆等。

  麻面主要的产生原因

  1、模具硬度不够或软硬不匀；

  2、挤压温度过高；

  3、挤压速度过快；

  4、模子工作带过长，粗糙或粘有金属；

  5、挤压毛料太长。

  防止方法

  1、提高模具工作带硬度和硬度均匀性；

  2、按规程加热挤压筒和铸锭，采用适当的挤压速度；

  3、合理设计模具，降低工作带表面粗糙度，加强表面检查、修理和抛光；

  4、采用合理的铸锭长度。

  十五、金属压入

  挤压生产过程中会将金属碎屑压入制品的表面，称为金属压入。

  金属压入主要的产生原因：

  1、毛料端头有毛病；

  2、毛料内表面粘有金属或润滑油内含有金属碎屑等脏物；

  3、挤压筒未清理干净，有其它金属杂物；

  4、铸锭硌入其它金属异物；

  5、毛料中有夹渣。

  防止方法

  1、清除毛料上的毛刺；

  2、保证毛料表面和润滑油内清洁、干燥；

  3、清理掉模具和挤压筒内的金属杂物；

  4、选用优质毛料。

  十六、非金属压入

  挤压制品内、外表面压入石黑等异物，称为非金属压入。异物刮掉后制品内表面呈现大小不等的凹陷，会破坏制品表面的连续性。

  非金属压入主要的产生原因

  1、石墨粒度粗大或结团，含有水分或油搅拌不匀；

  2、汽缸油的闪点低；

  3、汽缸油与石墨配比不当，石墨过多。

  防止方法

  1、采用合格的石墨，保持干燥；

  2、过滤和使用合格的润滑油；

  3、控制好润滑油和石墨的比例。

  十七、表面腐蚀

  未经过表面处理的挤压制品，其表面与外界介质发生化学或电化学反应后，引起表面局部破坏而产生的缺陷，称为表面腐蚀。被腐蚀制品表面失去金属光泽，严重时在表面产生灰白色的腐蚀产物。

  表面腐蚀主要的产生原因

  1、制品在生产和储运过程中接触水、酸、碱、盐等腐蚀介质，或在潮湿气氛中长期停放；

  2、合金成分配比不当；

  防止方法

  1、保持制品表面和生产、存放环境的清洁、干燥；

  2、控制合金中元素的含量。

  十八、橘皮

  挤压制品表面出现像橘皮一样凹凸不平的皱褶，又称表面皱褶，它是由挤压时晶粒粗大引起的，晶粒越粗大，皱褶越明显。

  橘皮主要的产生原因

  1、铸锭组织不均匀，均匀化处理不充分；

  2、挤压条件不合理，迼成制品晶粒粗大；

  3、拉伸矫直量过大。

  防止方法

  1、合理控制均匀化处理工艺；

  2、变形尽可能均匀（控制挤压温度、速度等）

  3、控制拉矫量不要过大。

  十九、凹凸不平

  挤压后制品在平面上厚度发生变化的区域出现凹陷或凸起，一般用肉眼观察不出来，通过表面处理后显现明细暗影或骨影。

  凹凸不平主要的产生原因

  1、模具工作带设计不当，修模不到位；

  2、分流孔或前置室大小不合适，交叉区域型材拉或胀的力导致平面发生微小变化；

  3、冷却过程不均匀，厚壁部分或交叉部分冷却速度慢，导致平面在冷却过程中收缩变形程度不一；

  4、由于厚度相差悬殊，厚壁部位或过渡区域组织与其他部位组织差异增大。

  防止方法

  1、提高模具设计制造和修模水平；

  2、保证冷却速度均匀。

  二十、振纹

  这是挤压制品表面橫向的周期条纹缺陷。其特征为制品表面呈橫向连续周期性条纹，条纹曲线与模具工作带形状相吻合，严重时有明显凹凸手感。

  振纹主要的产生原因

  1、因设备原因造成的挤压轴前进抖动，导致金属流出孔时抖动；

  2、因模具原因造成金属流出模孔时抖动；

  3、模具支撑垫不合适，模具刚度不佳，在挤压力波动时产生抖动。

  防止方法

  1、采用合格的模具；

  2、模具安装时要采用合适的支撑垫；

  3、调整好设备。

  二十一、夹杂

  夹杂主要的产生原因

  由于夹杂坯料带有金属或非金属夹杂，在上道工序未被发现，在挤压后残留在制品表面或内部。

  防止方法

  加强对坯料的检查（包括超声波检查），以杜绝含有金属或非金属夹杂的铸坯进入挤压工序。

  二十二、水痕

  制品表面的浅白色或浅黑色不规则的水线痕迹，称为水痕。

  水痕主要的产生原因

  1、清洗后烘干不好，制品表面残留水分；

  2、淋雨等原因造成制品表面残留水分，未及时处理干净；

  3、时效炉的燃料含水，水分在制品时效后的冷却中凝结在制品表面上；

  4、时效炉的燃料不干净，制品表面被燃烧后的二氧化硫腐蚀或被灰尘污染；

  5、淬火介质被污染。

  防止方法

  1、保持制品表面干燥、清洁；

  2、控制好时效炉然料的含水量和清洁程度；

  3、加强淬火介质的管理。

  二十三、间隙

  直尺橫向叠合在挤压制品某一平面上，直尺和该面之间呈现一定的缝隙，称为间隙。

  间隙主要的产生原因

  挤压时金属流动不均或精整矫直操作不当。

  防止方法

  合理地设计、制造模具，加强修模，严格按规程控制挤压温度和挤压速度。

  二十四、壁厚不均

  挤压制品同一个尺寸在同一截面或纵向上壁厚有薄有厚，不均匀的现象，称为壁厚不均。

  壁厚不均主要的产生原因

  1、模具设计不合理，或工模具装配不当；

  2、挤压筒与挤压针不在同一中心线上，形成偏心；

  3、挤压筒的内衬磨损过大，模具不能牢固地固定好，形成偏心；

  4、铸锭毛坯本身壁厚不均，在一次和二次挤压后，仍不能消除，毛料挤压后壁厚不均，经轧制、拉伸后没有削除；

  5、润滑油涂抹不均，使金属流动不均。

  防止方法

  1、优化工模具设计与制造，合理装配与调整；

  2、调整挤压机与挤压工模具的中心；

  3、选择合格的坯料；

  4、合理控制挤压温度、挤压速度等工艺参数。

  二十五、扩（并）口

  槽形、工字形等挤压型材产品两侧往外斜的缺陷，称为扩口，往内斜的缺陷，称为并口。

  扩（并）口主要的产生原因

  1、槽形或类似槽形型材或工字形型材的两个“腿部”（或一个“腿部”）的金属流速不均；

  2、槽底板两侧工作带流速不均；

  3、拉伸矫直机不当；

  4、制品出模孔后，在线固溶处理冷却不均。

  防止方法

  1、严格控制挤压速度和挤压温度；

  2、保证冷却的均匀性；

  3、正确设计与制造模具；

  4、严控挤压温度与速度，正确安装工模具。

  二十六、矫直痕

  挤压制品上辊矫直时产生的螺旋状条纹，称为矫直痕，凡是上辊矫直的制品都无法避免出现矫直痕。

  矫直痕主要的产生原因

  1、矫直辊辊面上有棱；

  2、制品的弯曲度过大；

  3、压力太大；

  4、矫直辊辊子角度过大

  5、制品椭圆度大。

  防止方法

  根据产生的原因采取相应的处理办法进行调整。

  二十七、停止痕、瞬间印痕、咬痕

  在挤压时停止挤压产生在制品表面并垂直于挤压方向的带状条纹，称为停车痕；在挤压过程中产生在制品表面并垂直于挤压方南的线状或带状条纹，称为咬痕或瞬间印痕（俗称“假停车痕”）

  在挤压时，稳定地黏附于工作带表面的附着物，瞬间脱落黏附在挤压制品表面形成花纹。停止挤压时出现的工作带橫纹，称为停车痕；在挤压过程中出现的橫纹，称为瞬间印痕或咬痕，在挤压时会发出声响。

  停止痕、瞬间印痕、咬痕主要的产生原因

  1、铸锭加热温度不均匀或挤压速度和压力有突变；

  2、模具主件设计、制造不良或装配不平、有间隙；

  3、有垂直于挤压方向的外力作用；

  4、挤压机运行不平稳，有爬行现象。

  防止方法

  1、高温、慢速、均匀挤压，挤压力保持平稳；

  2、防止垂直挤压方向的外力作用于制品上；

  3、合理设计工模具，正确选择模具的材料、尺寸配合、强度与硬度。

  二十八、内表面擦伤

  挤压制品内表面在挤压过程中产生的擦伤，称为内表面擦伤。

  内表面擦伤主要的产生原因

  1、挤压针粘有金属；

  2、挤压针温度低；

  3、挤压针表面质量差，有磕碰伤；

  4、挤压温度、速度控制不好；

  5、挤压润滑剂配比不当；

  6、抹油不均。

  防止方法

  1、提高挤压筒和挤压针的温度，控制好挤压温度和挤压速度；

  2、加强润滑油过滤，经常检查或更换废油，抹油应均匀、适量；

  3、保持毛料表面洁净；

  4、及时更换不合格的模具和挤压针，并保持挤压工模具表面干净、光洁。

  二十九、力学性能不合格

  挤压制品的hb、hv等力学性能指标不符合技术标准的要求或很不均匀，称为力学性能不合。

  力学性能不合格主要的产生原因

  1、合金的化学成分主元素超标或配比不合理；

  2、挤压工艺或热处理工艺不合理；

  3、铸锭或坯料质量差；

  4、在线淬火没达到淬火温度或冷却速度不够；

  5、人工时效工艺不当。

  防止与控制措施

  1、严格按标准控制化学成分或制定有效的内标；

  2、采用优质铸锭或坯料；

  3、优化挤压工艺；

  4、严格执行淬火工艺制度；

  5、严格执行人工时效制度并控制好炉温；

  6、严格测温与控温。