引言
擠壓鋁型材出現(xiàn)"黑心"缺陷,是指型材橫截面中心或內(nèi)部出現(xiàn)深色、疏松、氧化或有問題的區(qū)域。這一問題不僅影響產(chǎn)品外觀,更會顯著降低型材的力學性能和耐腐蝕性。
擠壓
鋁
型材"黑心"缺陷的根源分析
"黑心"缺陷本質上是鋁型材內(nèi)部金屬流動不均勻、局部過熱、氧化或存在疏松缺陷的表現(xiàn),具體原因可分為以下幾類:
鑄錠質量不達標
鑄錠存在偏析(成分分布不均)或夾雜(如非金屬雜質)
鑄錠未充分均勻化退火,內(nèi)部組織粗大或不均勻
鑄錠含氫量過高(>0.2mL/100g鋁)
影響機理
偏析或組織不均會導致擠壓時金屬流動速度差異,形成局部應力集中;氫在高溫下形成氣泡,冷卻后留下疏松;夾雜物會阻礙金屬融合,形成缺陷中心。
擠壓工藝參數(shù)設置不當
擠壓溫度過高(超過鋁合金臨界溫度,如6061合金超過550℃)
擠壓速度過快,金屬變形熱集中
擠壓時潤滑不足或潤滑劑選擇不當
影響機理
過高溫度會導致局部金屬過熱,晶粒粗大甚至局部熔化,冷卻后形成深色氧化區(qū);過快的擠壓速度會使金屬內(nèi)部摩擦熱積聚,無法及時散熱,引發(fā)內(nèi)部氧化;潤滑不足則會加劇模具與金屬的摩擦,導致局部溫度驟升。
金屬流動不均勻
模具設計不合理(如分流孔分布不均、模芯尺寸不當)
擠壓筒與模具對中性差
擠壓過程中金屬"死區(qū)"過大
影響機理
模具設計缺陷會導致金屬向中心流動時速度不一致,中心區(qū)域金屬受擠壓不充分,形成疏松;"死區(qū)"(擠壓筒內(nèi)未參與流動的金屬)過大會使中心金屬滯留時間過長,受熱氧化,隨流動進入型材內(nèi)部。
冷卻速率不足
擠壓后型材冷卻緩慢(如風冷強度不夠、水冷延遲)
環(huán)境溫度過高,散熱條件差
影響機理
高溫型材若冷卻不及時,中心區(qū)域金屬會持續(xù)氧化,或因晶粒粗大形成深色區(qū);緩慢冷卻還會導致內(nèi)部應力集中,引發(fā)微裂紋,進一步加劇"黑心"缺陷。
解決擠壓
鋁
型材"黑心"問題的實操方案
針對上述原因,可從材料、工藝、模具三方面進行優(yōu)化,具體步驟如下:
嚴格控制鑄錠質量,從源頭減少缺陷
確保原材料質量,從生產(chǎn)源頭控制"黑心"缺陷
將鑄錠加熱至500-550℃(根據(jù)合金成分調整),保溫4-8小時,緩慢冷卻,消除內(nèi)部偏析和粗大晶粒,確保金屬組織均勻。
通過在線除氣、真空鑄造等工藝,將氫含量控制在0.15mL/100g鋁以下,避免擠壓時形成氣泡導致疏松。
鑄錠表面需清理干凈(無油污、氧化皮),內(nèi)部不允許有非金屬夾雜(如氧化渣),可通過探傷檢測篩選合格鑄錠。
檢測建議
使用超聲波探傷儀對鑄錠進行全面檢測,確保內(nèi)部無夾雜缺陷。
優(yōu)化擠壓工藝參數(shù),避免局部異常
以6063鋁合金為例,精確控制擠壓參數(shù)
鑄錠溫度控制在480-520℃;模具溫度控制在450-480℃。溫度過高會導致金屬過熱氧化;溫度過低則會使變形抗力增大,金屬流動不均。
調整原則
需根據(jù)型材壁厚調整:薄壁型材取上限溫度(保證流動性),厚壁型材取下限溫度(避免過熱)。
速度范圍控制在10-30m/min。速度過快會導致摩擦熱驟增,中心區(qū)域過熱;速度過慢則會降低生產(chǎn)效率,且金屬在模具內(nèi)滯留時間過長,易氧化。
調整原則
厚壁型材宜慢速擠壓(≤20m/min),薄壁型材可適當加快(≤30m/min)。
模具工作帶應涂覆石墨或專用潤滑劑;確保金屬與模具之間潤滑均勻,減少摩擦熱集中,避免局部"粘模"導致的金屬流動受阻。
潤滑劑選擇
選用高溫穩(wěn)定性好的專用擠壓潤滑劑,避免在高溫下分解失效。
改進模具設計,保證金屬流動均勻
優(yōu)化模具結構設計,確保金屬均勻流動
分流孔數(shù)量需與型材截面匹配(如對稱型材采用偶數(shù)孔),孔面積總和應略大于型材斷面積,確保金屬分流均勻;導流腔(焊合室)深度應適中(一般為型材最大壁厚的3-5倍),保證金屬充分焊合,避免中心區(qū)域未焊合形成疏松。
工作帶(模具出口處的平直段)長度需根據(jù)型材各部位壁厚調整,厚壁部位工作帶稍長(增加阻力,減緩流動),薄壁部位稍短(減少阻力,加快流動),使型材各區(qū)域金屬流出速度一致,避免中心區(qū)域因流動過慢形成"滯留區(qū)"。
安裝模具時,確保模具中心與擠壓筒中心對齊,偏差控制在≤0.5mm,避免金屬向一側偏移導致中心區(qū)域受力不均。
預防"黑心"缺陷的核心要點總結
鋁型材"黑心"問題是材料均勻性、工藝穩(wěn)定性、模具適配性共同作用的結果。解決時需優(yōu)先排查鑄錠質量(源頭控制),再通過溫度、速度等工藝參數(shù)優(yōu)化避免局部過熱或流動不均,最后通過模具設計保證金屬均勻流動與焊合。
生產(chǎn)中可通過"試擠-截面檢測-參數(shù)調整"的循環(huán)流程,快速定位問題點,從根本上減少黑心缺陷,提升型材整體質量。定期對生產(chǎn)線進行維護和檢查,建立完善的質量監(jiān)控體系,是長期穩(wěn)定生產(chǎn)高質量鋁擠壓型材的關鍵。
優(yōu)先排查鑄錠質量,從源頭控制缺陷
優(yōu)化擠壓工藝參數(shù),避免局部過熱或流動不均
改進模具設計,保證金屬均勻流動與焊合
建立"試擠-檢測-調整"的循環(huán)流程
定期維護生產(chǎn)線,建立完善的質量監(jiān)控體系



