Під час процесу екструзії екструдованих матеріалів з алюмінієвих сплавів, особливо алюмінієвих профілів, на поверхні часто виникає дефект «точка». Специфічні прояви включають дуже маленькі пухлини з різною щільністю, хвостами та очевидним дотиком долоні з колючим відчуттям. Після окислення або електрофоретичної обробки поверхні вони часто виглядають як чорні гранули, що прилипають до поверхні виробу.
При екструзійному виробництві профілів великого перерізу цей дефект частіше виникає через вплив структури зливка, температури екструзії, швидкості екструзії, складності форми тощо. Більшість дрібних часток дефектів із ямками можна видалити під час процес попередньої обробки поверхні профілю, особливо процес травлення лугом, тоді як невелика кількість великих, міцно приклеєних частинок залишається на поверхні профілю, впливаючи на якість зовнішнього вигляду кінцевого продукту.
У звичайних будівельних дверних і віконних профільних виробах клієнти зазвичай приймають незначні ямчасті дефекти, але для промислових профілів, які вимагають однакового акценту на механічних властивостях і декоративних характеристиках або більшого акценту на декоративних характеристиках, клієнти зазвичай не приймають цей дефект, особливо ямчасті дефекти, які несумісні з іншим кольором фону.
Щоб проаналізувати механізм утворення шорстких частинок, було проаналізовано морфологію та склад місць дефектів при різних композиціях сплавів та процесах екструзії, а також порівняно відмінності між дефектами та матрицею. Було запропоновано розумне рішення для ефективного усунення грубих частинок і проведено пробне випробування.
Для усунення точкових дефектів профілів необхідно зрозуміти механізм утворення точкових дефектів. Під час процесу екструзії алюміній, що прилипає до робочої стрічки матриці, є основною причиною ямкових дефектів на поверхні екструдованих алюмінієвих матеріалів. Це тому, що процес екструзії алюмінію здійснюється при високій температурі близько 450°C. Якщо додати тепло деформації та тепло тертя, температура металу буде вищою, коли він витікає з отвору матриці. Коли продукт витікає з отвору матриці, через високу температуру відбувається явище прилипання алюмінію між металом і робочою стрічкою форми.
Форма цього склеювання часто така: повторюваний процес склеювання – розривання – склеювання – знову розрив, і продукт тече вперед, у результаті чого на поверхні виробу утворюється багато маленьких ямок.
Це явище з’єднання пов’язане з такими факторами, як якість злитка, стан поверхні робочої стрічки прес-форми, температура екструзії, швидкість екструзії, ступінь деформації та опір деформації металу.
1 Тестові матеріали та методи
Завдяки попереднім дослідженням ми дізналися, що такі фактори, як металургійна чистота, стан форми, процес екструзії, інгредієнти та умови виробництва можуть впливати на шорсткість поверхні частинок. Під час випробування два стрижні зі сплаву, 6005A та 6060, використовувалися для екструдування однієї секції. Морфологію та склад шорстких позицій частинок аналізували за допомогою спектрометра з прямим зчитуванням і методів виявлення SEM і порівнювали з навколишньою нормальною матрицею.
Для того, щоб чітко розрізнити морфологію двох дефектів без кісточок і частинок, їх визначають наступним чином:
(1) Ямчасті дефекти або дефекти витягування — це різновид точкових дефектів, які є неправильними подряпинами, схожими на пуголовок або точку, які з’являються на поверхні профілю. Дефект починається від смуги подряпин і закінчується тим, що дефект відпадає, накопичуючись у вигляді металевих бобів на кінці лінії подряпин. Розмір ямчастого дефекту зазвичай становить 1-5 мм, і він стає темно-чорним після обробки окисленням, що в кінцевому підсумку впливає на зовнішній вигляд профілю, як показано в червоному колі на малюнку 1.
(2) Поверхневі частинки також називають металевими бобами або адсорбційними частинками. Поверхня профілю з алюмінієвого сплаву скріплена сферичними сіро-чорними частинками твердого металу і має пухку структуру. Профілі з алюмінієвого сплаву бувають двох типів: ті, які можна стирати, і ті, які не можна стирати. Розмір, як правило, менше 0,5 мм, і на дотик він грубий. У передній частині немає жодної подряпини. Після окислення він мало чим відрізняється від матриці, як показано жовтим колом на малюнку 1.
2 Результати тестування та аналіз
2.1 Дефекти витягування поверхні
На малюнку 2 показано мікроструктурну морфологію дефекту витягування на поверхні сплаву 6005A. У передній частині витягування є ступінчасті подряпини, які закінчуються накопиченими вузликами. Після появи вузликів поверхня нормалізується. Розташування дефекту шорсткості не є гладким на дотик, має гострий шип, прилипає або накопичується на поверхні профілю. Під час тесту на екструзію було виявлено, що морфологія витягування екструдованих профілів 6005A та 6060 подібна, а хвостова частина продукту більша, ніж головна; різниця полягає в тому, що загальний розмір витягування 6005A менший, а глибина подряпини послаблена. Це може бути пов’язано зі змінами складу сплаву, стану литого стержня та стану форми. При спостереженні під 100X є очевидні подряпини на передньому кінці зони витягування, яка витягнута вздовж напрямку екструзії, а форма кінцевих частинок вузликів є неправильною. При 500X передній кінець поверхні, що тягне, має ступінчасті подряпини вздовж напрямку екструзії (розмір цього дефекту становить близько 120 мкм), а на хвостовій частині є очевидні сліди укладання на вузликових частинках.
Щоб проаналізувати причини витягування, спектрометр прямого зчитування та EDX використовувалися для проведення компонентного аналізу місць дефектів і матриці трьох компонентів сплаву. У таблиці 1 наведено результати випробувань профілю 6005A. Результати EDX показують, що склад позиції укладання тягових частинок в основному подібний до складу матриці. Крім того, деякі дрібні частинки домішок накопичуються в дефекті витягування та навколо нього, і частинки домішок містять C, O (або Cl) або Fe, Si та S.
Аналіз дефектів шорсткості тонкооксидованих екструдованих профілів 6005A показує, що тягнучі частинки мають великий розмір (1-5 мм), поверхня в основному складена, а на передній частині є ступінчасті подряпини; Склад близький до матриці Al, і навколо нього будуть розподілені гетерогенні фази, що містять Fe, Si, C і O. Це показує, що механізм формування витягування трьох сплавів однаковий.
Під час процесу екструзії тертя потоку металу призведе до підвищення температури робочої стрічки форми, утворюючи «липкий шар алюмінію» на ріжучому краю входу робочої стрічки. У той же час надлишок Si та інших елементів, таких як Mn і Cr в алюмінієвому сплаві, легко утворює замінні тверді розчини з Fe, що сприятиме утворенню «липкого шару алюмінію» на вході в робочу зону прес-форми.
Коли метал тече вперед і стирається об робочий ремінь, у певному положенні відбувається зворотно-поступальне явище безперервного склеювання-розриву-склеювання, що змушує метал постійно накладатися в цьому положенні. Коли частинки збільшаться до певного розміру, вони будуть витягнуті потоком продукту та утворять подряпини на металевій поверхні. Він залишиться на металевій поверхні та утворить тягнучі частинки на кінці подряпини. отже, можна вважати, що утворення шорстких частинок в основному пов'язане з прилипанням алюмінію до робочої стрічки форми. Гетерогенні фази, розподілені навколо нього, можуть походити від мастила, оксидів або частинок пилу, а також домішок, принесених шорсткою поверхнею злитка.
Однак кількість витягувань у результатах тесту 6005A менша, а ступінь легша. З одного боку, це пов’язано з фаскою на виході з робочої стрічки прес-форми та ретельним поліруванням робочої стрічки для зменшення товщини шару алюмінію; з іншого боку, це пов'язано з надлишковим вмістом Si.
Згідно з результатами прямого зчитування спектрального складу, можна побачити, що на додаток до Si в поєднанні з Mg Mg2Si, решта Si з'являється у формі простої речовини.
2.2 Дрібні частинки на поверхні
При візуальному огляді з малим збільшенням частинки малі (≤0,5 мм), не гладкі на дотик, мають різке відчуття та прилипають до поверхні профілю. При спостереженні під 100-кратним збільшенням дрібні частинки на поверхні розподілені випадковим чином, і є частинки дрібного розміру, прикріплені до поверхні незалежно від того, чи є подряпини чи ні;
При 500X, незалежно від того, чи є на поверхні очевидні східчасті подряпини вздовж напрямку екструзії, багато частинок все ще прикріплені, а розміри частинок змінюються. Найбільший розмір частинок становить близько 15 мкм, а дрібні частинки - близько 5 мкм.
Завдяки аналізу складу поверхневих частинок сплаву 6060 і непошкодженої матриці частинки в основному складаються з елементів O, C, Si та Fe, а вміст алюмінію дуже низький. Майже всі частинки містять елементи О і С. Склад кожної частинки дещо відрізняється. Серед них частинки a близькі до 10 мкм, що значно більше, ніж матриця Si, Mg і O; У частинках c Si, O і Cl, очевидно, вищі; Частинки d і f містять багато Si, O і Na; частинки е містять Si, Fe, O; h частинки є Fe-вмісними сполуками. Результати для частинок 6060 подібні до цього, але оскільки вміст Si та Fe у самому 6060 низький, відповідний вміст Si та Fe у поверхневих частинках також низький; вміст C у 6060 частинках відносно низький.
Поверхневі частинки можуть не бути окремими дрібними частинками, а можуть також існувати у формі агрегацій багатьох дрібних частинок різної форми, і масові відсотки різних елементів у різних частинках відрізняються. Вважається, що частинки в основному складаються з двох типів. Одним з них є виділення, такі як AlFeSi та елементарний Si, які походять із домішкових фаз з високою температурою плавлення, таких як FeAl3 або AlFeSi(Mn) у зливку, або фази виділення під час процесу екструзії. Інший – сторонні речовини, що прилипли.
2.3 Вплив шорсткості поверхні злитка
Під час випробування було виявлено, що задня поверхня токарного верстата 6005A була шорсткою та забрудненою пилом. Існували два литі стрижні з найглибшими слідами токарного інструменту в локальних місцях, що відповідало значному збільшенню кількості витягувань після екструзії, а розмір одного витягування був більшим, як показано на малюнку 7.
Литий стрижень 6005A не має токарного верстата, тому шорсткість поверхні низька, а кількість витягувань зменшена. Крім того, оскільки немає надлишку ріжучої рідини, прикріпленої до токарних слідів литого стрижня, вміст С у відповідних частинках знижується. Доведено, що сліди повороту на поверхні литого стрижня певною мірою посилять витягування та утворення частинок.
3 Обговорення
(1) Компоненти дефектів витягування в основному такі ж, як і компоненти матриці. Це сторонні частинки, стара шкіра на поверхні злитка та інші домішки, накопичені в стінці екструзійної стовбура або мертвій зоні форми під час процесу екструзії, які переносяться на металеву поверхню або алюмінієвий шар робочої форми. ремінь. Коли продукт рухається вперед, на поверхні утворюються подряпини, і коли продукт накопичується до певного розміру, він виймається продуктом, щоб утворити тягу. Після окислення затяжка піддавалася корозії, а через великі розміри на ній були ямкоподібні дефекти.
(2) Поверхневі частинки іноді виглядають як окремі маленькі частинки, а іноді існують в агрегованій формі. Їх склад, очевидно, відрізняється від складу матриці, і в основному містить елементи O, C, Fe та Si. У деяких частинках переважають елементи O і C, а в деяких частинках домінують O, C, Fe і Si. Таким чином, можна зробити висновок, що поверхневі частинки походять з двох джерел: одне - це осади, такі як AlFeSi та елементарний Si, а домішки, такі як O і C, прилипають до поверхні; Інший – сторонні речовини, що прилипли. Частинки роз'їдаються після окислення. Завдяки своїм невеликим розмірам вони не впливають на поверхню або майже не впливають на неї.
(3) Частинки, багаті елементами C і O, в основному походять із мастила, пилу, ґрунту, повітря тощо, прилиплих до поверхні злитка. Основними компонентами мастила є C, O, H, S тощо, а основним компонентом пилу та ґрунту є SiO2. Вміст О в поверхневих частинках, як правило, високий. Оскільки частинки знаходяться у високотемпературному стані відразу після виходу з робочої стрічки, і через велику питому поверхню частинок, вони легко адсорбують атоми O в повітрі та викликають окислення після контакту з повітрям, що призводить до більш високого O вмісту, ніж матриця.
(4) Fe, Si тощо в основному походять із оксидів, старої окалини та фаз домішок у зливку (висока температура плавлення або друга фаза, яка не повністю видалена шляхом гомогенізації). Елемент Fe походить від Fe в алюмінієвих злитках, утворюючи домішки з високою температурою плавлення, такі як FeAl3 або AlFeSi(Mn), які не можуть бути розчинені в твердому розчині під час процесу гомогенізації або не повністю перетворені; Si існує в алюмінієвій матриці у формі Mg2Si або перенасиченого твердого розчину Si під час процесу лиття. Під час процесу гарячої екструзії литого стрижня може випадати в осад надлишок Si. Розчинність Si в алюмінії становить 0,48% при 450°C і 0,8% (мас.%) при 500°C. Надлишковий вміст Si в 6005 становить приблизно 0,41%, а осад Si може бути агрегацією та осадженням, викликаним коливаннями концентрації.
(5) Алюміній, що прилипає до робочої стрічки форми, є основною причиною витягування. Екструзійна матриця - це середовище з високою температурою та високим тиском. Тертя потоку металу підвищить температуру робочої стрічки прес-форми, утворюючи «липкий шар алюмінію» на ріжучому краю входу робочої стрічки.
У той же час надлишок Si та інших елементів, таких як Mn і Cr в алюмінієвому сплаві, легко утворює замінні тверді розчини з Fe, що сприятиме утворенню «липкого шару алюмінію» на вході в робочу зону прес-форми. Метал, що протікає через «липкий алюмінієвий шар», відноситься до внутрішнього тертя (ковзання зсуву всередині металу). Метал деформується і твердне через внутрішнє тертя, яке сприяє злипанню металу, що лежить під ним, і форми. У той же час робоча стрічка прес-форми деформується в форму труби через тиск, а липкий алюміній, утворений частиною ріжучої кромки робочої стрічки, що контактує з профілем, схожий на ріжучу кромку токарного інструменту.
Утворення липкого алюмінію є динамічним процесом росту та осипання. Частинки постійно виносяться назовні профілем. Прилипають до поверхні профілю, утворюючи тягнучі дефекти. Якщо він витікає безпосередньо з робочої стрічки та миттєво адсорбується на поверхні профілю, дрібні частинки, термічно прилиплі до поверхні, називаються «адсорбційними частинками». Якщо деякі частинки будуть розбиті екструдованим алюмінієвим сплавом, деякі частинки прилипнуть до поверхні робочої стрічки під час проходження через робочу стрічку, викликаючи подряпини на поверхні профілю. Хвостовий кінець - це складена алюмінієва матриця. Якщо в середині робочої стрічки застрягло багато алюмінію (з’єднання міцне), це посилить подряпини на поверхні.
(6) Швидкість екструзії має великий вплив на витягування. Вплив швидкості екструзії. Що стосується гусеничного сплаву 6005, швидкість екструзії збільшується в межах діапазону випробувань, температура на виході зростає, а кількість частинок, що тягнуть поверхню, збільшується та стає важчою, оскільки збільшується кількість механічних ліній. Швидкість екструзії повинна бути максимально стабільною, щоб уникнути різких змін швидкості. Надмірна швидкість екструзії та висока температура на виході призведуть до збільшення тертя та серйозного витягування частинок. Конкретний механізм впливу швидкості екструзії на явище витягування вимагає подальшого спостереження та перевірки.
(7) Якість поверхні литого стрижня також є важливим фактором, що впливає на тягнучі частинки. Поверхня литого стрижня є шорсткою, із задирками, масляними плямами, пилом, корозією тощо, що посилює тенденцію до витягування частинок.
4 Висновок
(1) Склад дефектів витягування узгоджується зі складом матриці; склад позиції частинок, очевидно, відрізняється від складу матриці, яка в основному містить елементи O, C, Fe та Si.
(2) Дефекти тягових частинок в основному викликані прилипанням алюмінію до робочої стрічки форми. Будь-які фактори, які сприяють прилипанню алюмінію до робочої стрічки форми, призведуть до дефектів витягування. Виходячи з передумови забезпечення якості литого стрижня, утворення тягових частинок не має прямого впливу на склад сплаву.
(3) Правильна рівномірна обробка вогнем сприяє зменшенню розтягування поверхні.
Час публікації: 10 вересня 2024 р
