1 前言
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋁合金在日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，除了日常使用的建筑型材外，工業(yè)型材的比例也越來(lái)越高。由于使用者對(duì)產(chǎn)品性能和外觀的要求越來(lái)越高，所以對(duì)于鋁合金坯料的質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格。
鋁合金擠壓制品的常見(jiàn)缺陷有：外形尺寸不良、表面拉溝、劃傷、擦傷、氣泡起皮、毛刺、組織線紋、花邊狀組織、分層、縮尾、擠壓裂紋等。其中的組織線紋、花邊狀組織、分層、縮尾、擠壓裂紋等缺陷是隱性的，需要借助金相的檢測(cè)手段來(lái)檢測(cè)。下面分享我廠金相檢測(cè)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的兩個(gè)實(shí)例，以供同行參考討論。
2 應(yīng)用實(shí)例
2.1 圓棒分層縮尾檢測(cè)
2.1.1 產(chǎn)品要求簡(jiǎn)介
我廠提供的本型號(hào)型材為長(zhǎng)3000mm實(shí)心圓棒，合金狀態(tài)為6061-O。該產(chǎn)品最終使用在高山越野比賽自行車上，是自行車車輪軸承，最后的成品如圖1所示。其部位受力大，安全性能要求極高。其產(chǎn)品的尺寸、縮尾、硬度必須嚴(yán)格控制。
圖1 產(chǎn)品圖
客戶的主要要求：
（1）表面質(zhì)量：允許有輕微缺陷，嚴(yán)禁碰、劃傷；
（2）尺寸：嚴(yán)格按圖紙尺寸公差控制，嚴(yán)禁超公差生產(chǎn)；
（3）硬度要求：完全退火后韋氏硬度為 0HW，如有硬度客戶沖壓過(guò)程中導(dǎo)致產(chǎn)品破裂；
（4）縮尾分層：此缺陷為致命缺陷，客戶主要沖壓加工成車軸、剎車等關(guān)鍵部件，安生性能要求極高，必須杜絕縮尾分層缺陷。
針對(duì)客戶對(duì)質(zhì)量的上述要求，前三項(xiàng)都屬于顯性缺陷，可以在生產(chǎn)過(guò)程中借助量具來(lái)檢測(cè)并加以控制。最后也是最關(guān)鍵的要求，縮尾分層屬于隱性缺陷，必須通過(guò)金相的檢測(cè)手段來(lái)加以分析和處理。
2.1.2 檢測(cè)及質(zhì)量控制
客戶加工后，因?yàn)榭s尾分層造成的不良品如圖2所示。
圖2 客戶加工后不良品（縮尾、分層）
根據(jù)GB/T 3246.2-2000《變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢測(cè)方法》規(guī)定的檢測(cè)焊縫、縮尾和分層的工藝流程為：取樣→堿洗→酸洗→水洗→檢查。
參考其中的6XXX系合金，堿洗的工藝為下表1所示，檢查焊縫及氧化膜的試片堿蝕時(shí)間相應(yīng)的增加1到2倍，并應(yīng)以顯示組織或缺陷清晰為準(zhǔn)。
表1
試樣經(jīng)堿洗后，迅速轉(zhuǎn)入流動(dòng)的清水（自來(lái)水）中沖洗，然后放入20%~30%（V/V)的HNO3溶液中進(jìn)行光洗，除去黑色堿蝕產(chǎn)物，最后再經(jīng)流動(dòng)的清水沖干凈，即可進(jìn)行檢查。
要做到此型號(hào)批量質(zhì)量控制，使得流入客戶的坯料中分層縮尾缺陷得到完全控制，僅僅依靠取樣抽檢是無(wú)法100%保證的。同時(shí)，該取樣檢測(cè)屬于破壞性檢測(cè)，無(wú)法做到全檢。針對(duì)這種情況，參考GB/T 3246.2-2000中的檢測(cè)要求，同時(shí)結(jié)合本廠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的設(shè)備和工藝條件，采用了以下幾點(diǎn)來(lái)加以檢測(cè)和控制：
（1）生產(chǎn)開(kāi)始階段取樣檢測(cè)縮尾分層，固定頭尾廢料的長(zhǎng)度。根據(jù)金屬流動(dòng)的特點(diǎn)和縮尾分層形成的原理，對(duì)于連續(xù)擠壓，縮尾分層都發(fā)生在出料的頭部和尾部的一定長(zhǎng)度內(nèi)。所以，對(duì)于同一批次生產(chǎn)的坯料，生產(chǎn)開(kāi)始階段檢測(cè)出縮尾分層的長(zhǎng)度，然后在鋸切下料的時(shí)候固定住頭尾廢料的長(zhǎng)度，將有缺陷的坯料去除掉。
（2）將頭部和尾部的第一手料單獨(dú)裝框并區(qū)分標(biāo)識(shí)好。雖然是同一批次生產(chǎn)的坯料，由于鋁鑄錠的質(zhì)量、溫度等擠壓條件的變化，都會(huì)對(duì)縮尾分層的長(zhǎng)度產(chǎn)生影響。所以固定了頭尾廢料的長(zhǎng)度還不能做到100%保證，后續(xù)還需要進(jìn)一步的控制。
（3）對(duì)頭部和尾部的第一手料進(jìn)行全批量非破壞性檢測(cè)。利用我廠氧化生產(chǎn)線上擁有的設(shè)備和工藝條件，結(jié)合GB/T 3246.2-2000中的要求設(shè)計(jì)出的非破壞性檢測(cè)流程：上架→除油→水洗→堿蝕→水洗→中和→水洗→下架→檢查。堿蝕的工藝為下表2所示。
表2
GB/T 3246.2-2000中雖然對(duì)于堿蝕工藝有規(guī)定，但是其最終要求是以顯示組織或缺陷清晰為準(zhǔn)。上述堿蝕工藝能清晰的顯示出縮尾分層缺陷，滿足最終檢測(cè)要求。
2.2 厚板晶粒度檢測(cè)
2.2.1 產(chǎn)品要求簡(jiǎn)介
我廠提供的本型號(hào)型材為長(zhǎng)200mm的擠壓厚板，合金狀態(tài)為6063-T6。該產(chǎn)品最終加工成電子主機(jī)外殼，起到保護(hù)和裝飾的作用，所以對(duì)于性能和表面質(zhì)量有很高的要求。
客戶收到坯料后需要經(jīng)過(guò)CNC加工，然后氧化處理為噴砂銀白?？蛻糁饕笥校?/p>
（1）表面允許有輕微缺陷，嚴(yán)禁碰、劃傷，平面度、平行度必須在公差范圍內(nèi)；
（2）表面硬度要達(dá)到≧73HB（巴氏硬度）；
（3）保證加工后表面晶粒度在三級(jí)以下；
客戶對(duì)坯料做CNC加工和氧化的成本很高，所以對(duì)于加工后的成品率要求很高，必須將隱性缺陷降到最低點(diǎn)。對(duì)于客戶主要要求中的前兩項(xiàng)能夠在坯料加工處理之前借助計(jì)量工具得到很好的控制，最后一項(xiàng)往往只有在氧化處理后才能顯現(xiàn)出來(lái)。
2.1.2 檢測(cè)及質(zhì)量控制
客戶對(duì)坯料表面CNC加工的量很小，只有1mm，如果要檢測(cè)加工后的表面晶粒度，檢測(cè)過(guò)程中對(duì)于加工樣品的要求很高，檢測(cè)成本太高。結(jié)合客戶加工的方式和要求，以及本廠生產(chǎn)的坯料的實(shí)際情況，要控制住加工后表面晶粒度達(dá)到要求，其實(shí)就是控制厚板在在線淬火過(guò)程中發(fā)生的表層晶粒長(zhǎng)大，即粗晶環(huán)。
在GB/T 3246.2-2000中，對(duì)于粗晶環(huán)檢測(cè)的工藝流程為：取樣→浸蝕→水洗→檢查。對(duì)于浸蝕時(shí)間和次數(shù)沒(méi)有規(guī)定，最終以晶粒顯示清楚為準(zhǔn)。
結(jié)合上述情況，我廠采用了以下幾點(diǎn)來(lái)加以檢測(cè)和控制：
（1）擠壓每個(gè)棒次的坯料頭尾都取樣檢測(cè)。粗晶環(huán)在坯料縱向的分布，從尾端向前端深度逐漸減少。我廠采用先進(jìn)的宇部擠壓機(jī)控制等溫?cái)D壓，所以只要頭尾取樣檢測(cè)合格，整個(gè)棒次的料都是合格的。
（2）每個(gè)棒次的坯料都編號(hào)標(biāo)識(shí)（包括頭尾、擠壓方向）。在坯料進(jìn)行人工時(shí)效的同時(shí)做出檢測(cè)結(jié)果，如果出現(xiàn)問(wèn)題，在鋸切成發(fā)貨長(zhǎng)度前，可以做出進(jìn)一步的處理。
（3）對(duì)所取樣品進(jìn)行快速檢測(cè)。結(jié)合GB/T 3246.2-2000中的要求和生產(chǎn)對(duì)檢測(cè)快速性的需求，我廠檢測(cè)的工藝流程為：取樣→堿洗→水洗→擦蝕→水洗→檢查。加工樣品的過(guò)程中會(huì)在表面產(chǎn)生油污，同時(shí)檢測(cè)的樣品數(shù)量大，如果直接采用特強(qiáng)混合酸溶液浸蝕，則溶液消耗量大且大量的溶液揮發(fā)對(duì)操作者也有影響。采用先堿洗去油污，后用沾溶液的棉花快速擦拭，節(jié)約溶液的使用的同時(shí)還減少了操作者對(duì)溶液的接觸。
上述檢測(cè)方法顯示出的晶粒清晰，滿足檢測(cè)要求，同時(shí)完全不會(huì)影響到生產(chǎn)的進(jìn)度，達(dá)到了客戶對(duì)質(zhì)量控制的要求。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文主要介紹了金相知識(shí)在我廠鋁型材生產(chǎn)中的幾個(gè)應(yīng)用，分享了一些金相知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)成功結(jié)合以及其在質(zhì)量控制中靈活運(yùn)用的實(shí)例。隨著高要求的鋁合金制品在生產(chǎn)和生活中的使用越來(lái)越多，金相檢測(cè)作為檢測(cè)手段中的一種，在質(zhì)量控制上的使用也會(huì)越來(lái)越多。結(jié)合現(xiàn)有的工藝流程和產(chǎn)品使用的實(shí)際情況，靈活運(yùn)用檢測(cè)手段，將會(huì)更好的滿足生產(chǎn)和客戶需求。
