摘要：随着科学技术的进步和人民生活水平的不断提高，对铝合金挤压产品质量和品种提出了越来越高的要求，特别是近年来产品个性化的出现，促进了具有个性化特点、性能与功能特殊、用途专一的特种型材与管材的发展。穿孔针粘铝是铝合金管材挤压内表面缺陷的主要原因之一。用扫描电镜研究了挤出过程中穿孔针与铝的相互作用。分析了该机制及其影响因素。
关键词：挤压；铝合金；穿孔针；粘铝
1前言
铝材是仅次于钢材的第二大金属材料，近几十年发展十分迅猛，在国民经济和人民生活各领域获得了十分广泛的应用。2016年，全世界铝加工材产销量均超过50000kt/a，其中铝及铝合金挤压材的产销量超过20000kt/a，占铝材总产销量的40%以上。铝挤压材中型棒材占90%，其中通用型材和棒材以及中小型民用建筑型材占型棒材的80%以上，大中型型材和特种专用型材和棒材仅约占15%。管材约占铝合金挤压材的8%，而异形管材和特种专用管材仅约占管材的20%。由上可见，铝及铝合金挤压材中产销量最大、应用范围最广泛的是中小型民用建筑型材、通用型材和棒材、管材。而特种型材、棒材和管材仅占15%左右，这类产品的主要特点是：具有特种功能或性能；专门用于某种特定用途；具有较大或极小的规格尺寸；具有特高的尺寸精度或表面要求等。因此，其品种多而批量少，需要增加特殊工序或增添某些特殊设备和工具，生产难度大而技术含量高，生产成本增高而附加值也增高。
随着科学技术的进步和人民生活水平的不断提高，对铝及铝合金挤压产品的产量、质量和品种提出了越来越高的要求，特别是近年来产品个性化的出现，促进了具有个性化特点、用途专一的特种型材和管材的发展。
2接触表面上的性质及状态
2.1接触表面的温度高、压力大
铝合金管材挤压温度通常在大约400℃。由于变形热、摩擦热和散热条件的不同，穿孔针和铝的接触面温度更高。接触表面的压力通常达到几百兆，而机械运动中一般的重型轴承的压力只有20-50mpa。
2.2接触时间长
某些铝合金管的挤压速度相对较慢。例如，7A04合金的金属流出模孔的速度为0.5-1.5m/min。因此，在挤压过程中，穿孔针与铝之间的接触时间较长。
2.3接触应力状态复杂
挤压过程中，接触面的应力状态非常复杂，是变形区内金属所处应力状态、几何参数、加工条件（温度、速度、变形程度等）的函数。
2.4接触表面的状况不断变化
当按固定针时，针固定，铝沿穿孔针表面流动。同时，也可以观察到铝与穿孔针之间的相对运动。这种相对运动使接触面不断地更新，特别是在润滑剂的情况下，变化情况更加多变。
2.5真实接触面积大
通常当两个物体接触时，由于表面凹凸不平，实际接触面积很小，一般只占表面积的0.01%-0.1%。在铝的挤压过程中，由于高温高压，金属具有塑性变形，其真实接触面积增大。在局部区域内，可能会出现接触率趋向于1的情况。
2.6润滑剂不能连续加入
热挤压铝合金管，在穿孔针表面上的润滑剂是一次性涂抹的。在挤压过程中，用于针的润滑剂逐渐随金属流动而消散，不能连续增加，从而加剧润滑状况恶化。
3影响穿孔针粘铝的因素
3.1铝合金的变形抗力
挤压力大小与铝合金的变形抗力成正比。随变形阻力的增加，挤压力增大，金属变形过程中穿孔针表面正压力，穿孔针表面的微凸体凸峰产生弹性变形的增加，导致在实际接触面积增加，增加粘附的利率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这是导致内表面磨损比软铝合金挤压严重的主要原因。
3.2铝合金的化学成分
铝合金的化学成分对穿孔针胶粘剂的影响取决于接触面是否能形成固溶。当铝合金中元素的原子半径与穿孔针铁原子半径没有太大的差别时，在穿孔针孔层中容易形成替代固溶体，以促进扩散层的形成。
当挤压铝合金中元素原子半径远小于铁原子半径时，接触表面会倾向于形成嵌入型固溶体，可以显著改善穿孔针表面硬度和耐磨性，防止扩散层的形成。
当挤压铝合金中元素的原子半径与铁原子半径相比非常大时，很难在铁的基体中形成固溶体，从而阻碍了扩散层的形成。
3.3穿孔针的表面状况
穿孔针的表面状况主要是指表面粗糙度、硬度和化学热处理。表面粗糙度越大，铝的粘性越大，表面硬度较低，针表面微凸体的凸峰受高压作用下会发生较大的弹性变形，甚至产生塑性变形，使其与铝的实际接触面积增加，具有很强的附着力。在实际生产中，我们发现当穿孔针由于热处理不合格时，在挤压过程中特别容易产生粘性铝，甚至观察到针的变形和伸长。
3.4变形程度
铝材变形程度增大，一方面，挤压压力增加，铝合金的变形对穿孔针表面的压力增加，针表面微凸体产生弹性变形的增加，这样它的实际接触面积增加，铝胶加固；增加变形程度，另一方面，导致变形热增加，使接触表面元素原子（或分子）活性增加，促进针状表面层的扩散，容易形成铝层的扩散。
3.5挤压温度
扩散系数随温度的升高而增大。因此，挤压温度越高，就越有利于铝元素在针表面的扩散和扩散层的形成。
3.6挤压速度
挤压速度越快，变形热和摩擦热就不易散失。由于热效应，接触面温度升高，有利于扩散层的形成。
3.7铸锭内孔表面状况
铝合金空心铸锭铿孔加工后，通常必须进行均匀化处理，在表面形成氧化层，它在挤压时不能随基体金属一起变形，而被压碎，破碎的氧化物一方面随金属流动流向制品中，恶化制品表面，另一方面，会破坏针表面的润滑油膜，从而划伤穿孔针，造成的穿孔针粘铝。
3.8铸锭长度
铸锭长度对穿孔针粘铝的影响主要是在挤压后期，随着针表面上润滑剂的消耗出现了干摩擦，造成穿孔针粘铝。
3.9工艺润滑
采用有效的工艺润滑可减少铝与穿孔针表面直接接触，减少穿孔针粘铝。铝合金管材润滑挤压时，通常采用石墨和汽缸油按一定比例均匀混合后来润滑挤压针。目前，我们使用的润滑剂配比（质量比）为：74#汽缸油60～80%，粒度400目以上的石墨40～20%。
4结束语
在铝合金管材的挤压过程中，由于各种因素的影响，穿孔针与铝材之间会有直接接触。由于穿孔针表面微凸体以及接触表面原子（或分子）的吸附和扩散作用，形成不均匀的粘铝散布在表面上，使挤压出的管材表面往往出现划痕缺陷。针对不同划痕可采用不同措施处理，比如挤压针粘铝是产生直条状擦伤的主要原因。挤压针表面氮化处理可以有效减少铝粘着。此外配合较好的润滑，可以减少直条状擦伤的产生。
参考文献：
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[3]刘煌萍 黎柏松 刘静安.特种铝合金型材和管材的发展趋势[J].轻合金加工技术，2017（06）
论文作者:孙亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：表面论文; 铝合金论文; 管材论文; 型材论文; 过程中论文; 原子论文; 接触面论文; 《基层建设》2018年第24期论文;