铝盒生产后出现脆化现象可能是由多种因素导致的,以下是详细的分析:
一、材料因素
铝合金成分问题
杂质元素影响:如果铝盒生产所使用的铝合金材料中含有过多杂质元素,可能会导致脆化。例如,铁、硅等杂质在铝合金中形成硬脆相。当铁含量过高时,会形成粗大的针状或片状的 Al - Fe 化合物,这些化合物分布在铝基体中,降低了材料的韧性,使铝盒容易发生脆化。一般来说,在优质的铝合金中,铁含量会控制在较低水平,如在某些铝合金系列中,铁含量要求低于 0.7%。
合金元素配比不当:铝合金中合金元素的配比对于其性能至关重要。例如,镁、锌等合金元素在铝合金中可以起到强化作用,但如果含量过高或与其他元素配比不合理,可能会导致合金的韧性下降。以 7xxx 系铝合金(主要合金元素为锌、镁)为例,如果锌、镁含量过高,在加工过程中容易产生应力集中,并且在时效处理后形成过强的强化相,使材料变脆。
材料的原始状态
坯料质量不佳:铝盒生产所用的坯料如果在前期加工过程中受到损伤,如在轧制、挤压过程中产生了内部微裂纹,这些裂纹在后续的铝盒加工过程中可能会进一步扩展,导致铝盒脆化。另外,坯料的晶粒大小和均匀性也会影响铝盒的性能。如果坯料的晶粒粗大,材料的韧性通常较低,在成型为铝盒后更容易出现脆化现象。
二、加工工艺因素
成型工艺影响
冲压工艺参数不合理:在铝盒冲压成型过程中,冲压速度、冲压力等参数如果设置不当,可能会导致铝盒脆化。例如,过高的冲压力会使铝材料在短时间内承受过大的变形力,超过其塑性变形极限,产生微裂纹,进而使铝盒变脆。另外,冲压速度过快可能会导致材料局部温度过高,产生热应力,引发脆化。
拉伸工艺不当:对于一些有拉伸工艺要求的铝盒(如深拉伸铝盒),拉伸系数选择不合理会使材料在拉伸过程中过度减薄,局部区域的应变硬化程度过高。当拉伸应变超过材料的极限应变时,材料的韧性降低,出现脆化。而且,拉伸过程中的润滑不良也会增加摩擦力,导致材料表面拉伤,形成应力集中点,促使铝盒脆化。
热处理工艺问题
时效处理过度:如果铝盒在生产过程中进行了时效处理来提高其强度,过度的时效可能会导致脆化。在时效过程中,合金元素会以细小的沉淀相析出,强化铝基体。然而,当时效时间过长或温度过高时,沉淀相可能会过度长大,形成粗大的析出物,这些析出物会割裂基体,降低材料的韧性。例如,对于 6xxx 系铝合金,时效温度超过 200℃且时间过长,就容易出现这种情况。
退火工艺不当:退火是为了消除材料的加工应力,但如果退火温度、时间或冷却速度控制不好,也可能导致铝盒脆化。例如,退火温度过低,无法有效消除加工应力,材料内部的残余应力在后续使用过程中可能会导致脆化;而退火温度过高或冷却速度过快,可能会改变材料的微观组织,使其韧性下降。
三、环境因素
腐蚀环境影响
化学腐蚀:如果铝盒处于腐蚀性环境中,如接触到酸性或碱性溶液,铝会发生化学反应而被腐蚀。在腐蚀过程中,铝表面会形成腐蚀坑,这些坑洼处会产生应力集中。随着腐蚀的进行,应力集中程度不断增加,当达到材料的断裂强度时,铝盒就会发生脆化断裂。例如,在一些食品包装铝盒中,如果包装的食品含有酸性成分,铝盒内壁可能会被腐蚀,导致脆化。
应力腐蚀开裂(SCC):在特定的腐蚀环境和拉应力共同作用下,铝盒可能会发生应力腐蚀开裂。例如,在含有氯离子的潮湿环境中,铝盒表面的保护膜被破坏,同时如果铝盒受到内部或外部的拉应力(如在成型过程中产生的残余拉应力或在使用过程中受到的外部载荷),就容易在材料的晶界或缺陷处引发裂纹,并且裂纹会随着时间逐渐扩展,最终导致铝盒脆化和失效。
温度影响
低温环境:在低温环境下,铝的韧性会下降,出现低温脆化现象。这是因为低温会使铝原子的活动能力减弱,位错运动阻力增加,从而导致材料的塑性变形能力降低。例如,一些用于冷藏或冷冻食品包装的铝盒,在低温环境下,其韧性明显低于常温环境下的韧性,更容易在受到外力作用时发生脆化。