Tijekom procesa ekstruzije ekstrudiranih materijala od aluminijskih legura, posebno aluminijskih profila, na površini se često pojavljuje "pitting" defekt. Specifične manifestacije uključuju vrlo male tumore različite gustoće, repove i očigledan osjećaj ruke, s osjećajem šiljaka. Nakon oksidacije ili elektroforetske površinske obrade, često se pojavljuju kao crne granule koje se lijepe na površinu proizvoda.
U proizvodnji ekstruzijom profila velikog presjeka vjerojatnije je da će se ovaj nedostatak pojaviti zbog utjecaja strukture ingota, temperature ekstruzije, brzine ekstruzije, složenosti kalupa itd. Većina finih čestica rupičastih nedostataka može se ukloniti tijekom postupak predobrade površine profila, posebno proces jetkanja alkalijama, dok mali broj velikih, čvrsto zalijepljenih čestica ostaje na površini profila, utječući na kvalitetu izgleda završne proizvod.
U uobičajenim proizvodima od profila za građevinska vrata i prozore, kupci općenito prihvaćaju manje rupičaste nedostatke, ali za industrijske profile koji zahtijevaju jednak naglasak na mehanička svojstva i dekorativnu izvedbu ili veći naglasak na dekorativnu izvedbu, kupci općenito ne prihvaćaju ovaj nedostatak, osobito rupičaste nedostatke koji su nije u skladu s različitom bojom pozadine.
Kako bi se analizirao mehanizam nastanka grubih čestica, analizirani su morfologija i sastav mjesta defekata pod različitim sastavima legura i procesima ekstruzije, te su uspoređene razlike između defekata i matrice. Predloženo je razumno rješenje za učinkovito rješavanje grubih čestica i provedeno je probno testiranje.
Da bi se riješili rupičasti defekti profila, potrebno je razumjeti mehanizam nastanka rupičastih defekata. Tijekom procesa ekstruzije, aluminij koji se lijepi za radnu traku matrice glavni je uzrok rupičastih defekata na površini ekstrudiranog aluminijskog materijala. To je zato što se proces ekstruzije aluminija provodi na visokoj temperaturi od oko 450°C. Ako se dodaju učinci topline deformacije i topline trenja, temperatura metala će biti viša kada istječe iz otvora matrice. Kada proizvod istječe iz otvora kalupa, zbog visoke temperature, dolazi do pojave lijepljenja aluminija između metala i radne trake kalupa.
Oblik ovog lijepljenja često je: ponovljeni proces lijepljenja – kidanja – lijepljenja – ponovno kidanja, a proizvod teče naprijed, što rezultira mnogim malim udubljenjima na površini proizvoda.
Ovaj fenomen vezivanja povezan je s čimbenicima kao što su kvaliteta ingota, stanje površine radne trake kalupa, temperatura ekstruzije, brzina ekstruzije, stupanj deformacije i otpornost metala na deformaciju.
1 Ispitni materijali i metode
Preliminarnim istraživanjem saznali smo da čimbenici poput metalurške čistoće, statusa kalupa, procesa ekstruzije, sastojaka i uvjeta proizvodnje mogu utjecati na hrapave površine čestica. U testu su korištene dvije šipke od legure, 6005A i 6060, za istiskivanje istog dijela. Morfologija i sastav hrapavih položaja čestica analizirani su spektrometrom s izravnim očitavanjem i SEM metodama detekcije, te uspoređeni s okolnom normalnom matricom.
Kako bi se jasno razlikovala morfologija dvaju nedostataka, rupičastog i čestica, definirani su na sljedeći način:
(1) Rupičasti defekti ili defekti povlačenja vrsta su točkastih defekata koji su nepravilni ogrebotinski defekti poput punoglavca ili točkastih ogrebotina koji se pojavljuju na površini profila. Oštećenje počinje od pruge ogrebotine i završava otpadanjem oštećenja, akumulirajući se u metalna zrnca na kraju linije ogrebotine. Veličina rupičastog defekta općenito je 1-5 mm, a postaje tamnocrna nakon tretmana oksidacijom, što u konačnici utječe na izgled profila, kao što je prikazano crvenim krugom na slici 1.
(2) Površinske čestice također se nazivaju metalna zrnca ili adsorpcijske čestice. Površina profila od aluminijske legure pričvršćena je sfernim sivo-crnim česticama tvrdog metala i ima labavu strukturu. Postoje dvije vrste profila od aluminijske legure: oni koji se mogu brisati i oni koji se ne mogu brisati. Veličina je općenito manja od 0,5 mm i gruba je na dodir. Nema ogrebotine u prednjem dijelu. Nakon oksidacije, ne razlikuje se mnogo od matrice, kao što je prikazano u žutom krugu na slici 1.
2 Rezultati ispitivanja i analiza
2.1 Defekti pri izvlačenju površine
Slika 2 prikazuje mikrostrukturnu morfologiju defekta povlačenja na površini legure 6005A. U prednjem dijelu potezanja nalaze se stepenaste ogrebotine, koje završavaju naslaganim kvržicama. Nakon pojave nodula, površina se vraća u normalu. Mjesto defekta hrapavosti nije glatko na dodir, ima oštar trnoviti dodir i prianja ili se nakuplja na površini profila. Kroz test istiskivanja, uočeno je da je morfologija izvlačenja 6005A i 6060 ekstrudiranih profila slična, a rep proizvoda je veći od vrha; razlika je u tome što je ukupna veličina izvlačenja 6005A manja i dubina ogrebotine je oslabljena. To može biti povezano s promjenama u sastavu legure, stanju lijevane šipke i uvjetima kalupa. Promatrano pod 100X, postoje očiti tragovi ogrebotina na prednjem kraju područja za izvlačenje, koje je izduženo duž smjera ekstruzije, a oblik konačnih čestica kvržica je nepravilan. Na 500X, prednji kraj površine za povlačenje ima ogrebotine poput stepenica duž smjera ekstruzije (veličina ovog defekta je oko 120 μm), a na kraju repa postoje očiti tragovi slaganja na nodularnim česticama.
Kako bi se analizirali uzroci povlačenja, spektrometar s izravnim očitavanjem i EDX korišteni su za analizu komponenti na mjestima defekata i matrici triju komponenti legure. Tablica 1 prikazuje rezultate ispitivanja profila 6005A. Rezultati EDX-a pokazuju da je sastav položaja slaganja čestica koje vuku u osnovi sličan sastavu matrice. Osim toga, neke fine čestice nečistoće nakupljaju se ui oko defekta povlačenja, a čestice nečistoće sadrže C, O (ili Cl) ili Fe, Si i S.
Analiza nedostataka hrapavosti finih oksidiranih ekstrudiranih profila 6005A pokazuje da su čestice koje se vuku velike veličine (1-5 mm), površina je uglavnom naslagana, a na prednjem dijelu postoje ogrebotine poput stepenica; Sastav je blizak Al matrici, a oko njega će biti raspoređene heterogene faze koje sadrže Fe, Si, C i O. To pokazuje da je mehanizam formiranja povlačenja triju legura isti.
Tijekom procesa ekstruzije, trenje strujanja metala uzrokovat će porast temperature radne trake kalupa, stvarajući "ljepljivi aluminijski sloj" na reznom rubu ulaza radne trake. U isto vrijeme, višak Si i drugih elemenata kao što su Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako se formiraju zamjenske čvrste otopine s Fe, što će pospješiti stvaranje "ljepljivog aluminijskog sloja" na ulazu u radnu zonu kalupa.
Dok metal teče naprijed i trlja se o radnu traku, recipročni fenomen kontinuiranog spajanja-kidanja-spajanja događa se na određenom položaju, uzrokujući da se metal kontinuirano preklapa na tom položaju. Kada se čestice povećaju do određene veličine, tekući proizvod će ih povući i stvoriti tragove ogrebotina na metalnoj površini. Ostat će na metalnoj površini i formirati vučne čestice na kraju ogrebotine. stoga se može smatrati da je stvaranje hrapavih čestica uglavnom povezano s lijepljenjem aluminija na radnu traku kalupa. Heterogene faze raspoređene oko njega mogu potjecati od ulja za podmazivanje, oksida ili čestica prašine, kao i nečistoća koje donosi hrapava površina ingota.
Međutim, broj povlačenja u rezultatima testa 6005A manji je i stupanj je lakši. S jedne strane, to je zbog skošenja na izlazu radne trake kalupa i pažljivog poliranja radne trake kako bi se smanjila debljina sloja aluminija; s druge strane, to je povezano s viškom sadržaja Si.
Prema rezultatima izravnog očitavanja spektralnog sastava, može se vidjeti da se osim Si u kombinaciji s Mg Mg2Si, preostali Si pojavljuje u obliku jednostavne tvari.
2.2 Male čestice na površini
Pod vizualnim pregledom s malim povećanjem, čestice su male (≤0,5 mm), nisu glatke na dodir, imaju oštar osjećaj i prianjaju na površinu profila. Promatrano ispod 100X, male čestice na površini su nasumično raspoređene, a postoje čestice male veličine pričvršćene na površinu bez obzira na to ima li ogrebotina ili ne;
Na 500X, bez obzira na to postoje li očite ogrebotine poput stepenica na površini duž smjera ekstruzije, mnoge su čestice još uvijek pričvršćene, a veličine čestica variraju. Najveća veličina čestica je oko 15 μm, a male čestice su oko 5 μm.
Kroz analizu sastava površinskih čestica legure 6060 i netaknute matrice, čestice se uglavnom sastoje od elemenata O, C, Si i Fe, a sadržaj aluminija je vrlo nizak. Gotovo sve čestice sadrže O i C elemente. Sastav svake čestice je malo drugačiji. Među njima, a čestice su blizu 10 μm, što je znatno više od matriksa Si, Mg i O; U c česticama, Si, O i Cl su očito viši; Čestice d i f sadrže visoke količine Si, O i Na; čestice e sadrže Si, Fe i O; h čestice su spojevi koji sadrže Fe. Rezultati 6060 čestica slični su ovim, ali budući da je sadržaj Si i Fe u samom 6060 nizak, odgovarajući sadržaj Si i Fe u površinskim česticama također je nizak; sadržaj C u 6060 čestica je relativno nizak.
Površinske čestice ne moraju biti pojedinačne male čestice, već također mogu postojati u obliku nakupina mnogih malih čestica različitih oblika, a maseni postoci različitih elemenata u različitim česticama variraju. Vjeruje se da se čestice uglavnom sastoje od dvije vrste. Jedan su precipitati kao što su AlFeSi i elementarni Si, koji potječu od nečistoća s visokim talištem kao što su FeAl3 ili AlFeSi(Mn) u ingotu, ili faze precipitata tijekom procesa ekstruzije. Drugi je adhezivna strana tvar.
2.3 Učinak hrapavosti površine ingota
Tijekom testa ustanovljeno je da je stražnja površina tokarilice za lijevanu šipku 6005A hrapava i zaprljana prašinom. Postojale su dvije lijevane šipke s najdubljim tragovima alata za okretanje na lokalnim lokacijama, što je odgovaralo značajnom povećanju broja povlačenja nakon istiskivanja, a veličina jednog povlačenja bila je veća, kao što je prikazano na slici 7.
Lijevana šipka 6005A nema tokarilicu, tako da je hrapavost površine niska i broj izvlačenja je smanjen. Osim toga, budući da nema viška tekućine za rezanje vezane za tragove tokarilice lijevane šipke, sadržaj C u odgovarajućim česticama je smanjen. Dokazano je da će tragovi okretanja na površini lijevane šipke u određenoj mjeri pogoršati povlačenje i stvaranje čestica.
3 Rasprava
(1) Komponente defekata vučenja u osnovi su iste kao one matrice. To su strane čestice, stara koža na površini ingota i druge nečistoće nakupljene u stijenci cijevi ekstruzije ili mrtvom području kalupa tijekom procesa ekstruzije, koje se donose na metalnu površinu ili aluminijski sloj radnog kalupa. pojas. Kako proizvod teče naprijed, nastaju površinske ogrebotine, a kada se proizvod nakupi do određene veličine, proizvod ga izvlači kako bi se povukao. Nakon oksidacije poteg je korodirao, a zbog velike veličine na njemu su se nalazili jamičasti defekti.
(2) Površinske čestice ponekad se pojavljuju kao pojedinačne male čestice, a ponekad postoje u agregiranom obliku. Njihov sastav se očito razlikuje od sastava matrice i uglavnom sadrži elemente O, C, Fe i Si. U nekim česticama dominiraju O i C elementi, a u nekim česticama O, C, Fe i Si. Stoga se zaključuje da površinske čestice dolaze iz dva izvora: jedan su precipitati kao što su AlFeSi i elementarni Si, a nečistoće kao što su O i C zalijepljene su za površinu; Drugi je adhezivna strana tvar. Čestice se korodiraju nakon oksidacije. Zbog svoje male veličine nemaju ili imaju mali utjecaj na površinu.
(3) Čestice bogate elementima C i O uglavnom potječu od ulja za podmazivanje, prašine, zemlje, zraka itd. zalijepljenih za površinu ingota. Glavne komponente ulja za podmazivanje su C, O, H, S itd., a glavna komponenta prašine i zemlje je SiO2. Sadržaj O u površinskim česticama općenito je visok. Budući da su čestice u visokotemperaturnom stanju neposredno nakon izlaska iz radne trake, a zbog velike specifične površine čestica lako adsorbiraju O atome u zraku i uzrokuju oksidaciju nakon kontakta sa zrakom, što rezultira većim O sadržaj nego matrica.
(4) Fe, Si, itd. uglavnom potječu od oksida, starog kamenca i faza nečistoća u ingotu (visoka točka tališta ili druga faza koja nije u potpunosti eliminirana homogenizacijom). Fe element potječe iz Fe u aluminijskim ingotima, tvoreći nečistoće s visokim talištem kao što su FeAl3 ili AlFeSi(Mn), koje se ne mogu otopiti u čvrstoj otopini tijekom procesa homogenizacije ili nisu u potpunosti pretvorene; Silicij postoji u aluminijskoj matrici u obliku Mg2Si ili prezasićene krute otopine Si tijekom procesa lijevanja. Tijekom procesa vruće ekstruzije lijevane šipke, može se istaložiti višak Si. Topivost Si u aluminiju je 0,48% na 450°C i 0,8% (tež.%) na 500°C. Višak sadržaja Si u 6005 je oko 0,41%, a istaloženi Si može biti agregacija i taloženje uzrokovano fluktuacijama koncentracije.
(5) Aluminij koji se lijepi za radnu traku kalupa glavni je uzrok povlačenja. Ekstruzijska matrica je okruženje visoke temperature i visokog tlaka. Trenje strujanja metala povećat će temperaturu radne trake kalupa, stvarajući "ljepljivi aluminijski sloj" na reznom rubu ulaza radne trake.
U isto vrijeme, višak Si i drugih elemenata kao što su Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako se formiraju zamjenske čvrste otopine s Fe, što će pospješiti stvaranje "ljepljivog aluminijskog sloja" na ulazu u radnu zonu kalupa. Metal koji teče kroz "ljepljivi aluminijski sloj" pripada unutarnjem trenju (klizno smicanje unutar metala). Metal se deformira i stvrdne zbog unutarnjeg trenja, što potiče lijepljenje metala ispod kalupa i kalupa. Istodobno, radna traka kalupa se zbog pritiska deformira u oblik trube, a ljepljivi aluminij koji nastaje reznim rubom radne trake u kontaktu s profilom sličan je oštrici alata za okretanje.
Stvaranje ljepljivog aluminija je dinamičan proces rasta i odlijevanja. Čestice se neprestano izvlače iz profila. Prianjaju na površinu profila, stvarajući defekte povlačenja. Ako istječe izravno iz radne trake i trenutno se adsorbira na površini profila, male čestice koje su termički prilijepljene na površinu nazivaju se "adsorpcijske čestice". Ako će ekstrudirana aluminijska legura razbiti neke čestice, neke će se čestice zalijepiti za površinu radne trake prilikom prolaska kroz radnu traku, uzrokujući ogrebotine na površini profila. Zadnji kraj je naslagana aluminijska matrica. Kada je puno aluminija zaglavljeno u sredini radnog remena (veza je jaka), to će pogoršati površinske ogrebotine.
(6) Brzina ekstruzije ima velik utjecaj na povlačenje. Utjecaj brzine istiskivanja. Što se tiče legure 6005 s gusjenicama, brzina ekstruzije raste unutar ispitnog raspona, izlazna temperatura se povećava, a broj čestica koje vuku površinu raste i postaje teže kako se mehaničke linije povećavaju. Brzina ekstruzije treba biti što stabilnija kako bi se izbjegle nagle promjene brzine. Prevelika brzina ekstruzije i visoka izlazna temperatura dovest će do povećanog trenja i ozbiljnog povlačenja čestica. Specifični mehanizam utjecaja brzine ekstruzije na fenomen povlačenja zahtijeva naknadno praćenje i provjeru.
(7) Kvaliteta površine lijevane šipke također je važan čimbenik koji utječe na vučne čestice. Površina lijevane šipke je hrapava, s neravninama od piljenja, mrljama od ulja, prašinom, korozijom itd., što sve povećava sklonost česticama povlačenja.
4 Zaključak
(1) Sastav defekata povlačenja je u skladu sa sastavom matrice; sastav položaja čestica očito je drugačiji od sastava matrice, koja uglavnom sadrži elemente O, C, Fe i Si.
(2) Defekti čestica povlačenja uglavnom su uzrokovani lijepljenjem aluminija na radnu traku kalupa. Svi čimbenici koji potiču lijepljenje aluminija na radnu traku kalupa uzrokovat će nedostatke povlačenja. Pod pretpostavkom osiguranja kvalitete lijevane šipke, stvaranje vučnih čestica nema izravan utjecaj na sastav legure.
(3) Pravilna ujednačena obrada vatrom korisna je za smanjenje površinskog povlačenja.
Vrijeme objave: 10. rujna 2024
