Tokom procesa ekstruzije ekstrudiranih materijala od aluminijskih legura, posebno aluminijskih profila, na površini se često javlja defekt u obliku "rupica". Specifične manifestacije uključuju vrlo male tumore različite gustoće, "repiće" i očigledan osjećaj pri ruci, sa šiljastim osjećajem. Nakon oksidacije ili elektroforetske površinske obrade, često se pojavljuju kao crne granule koje prianjaju uz površinu proizvoda.
U proizvodnji profila velikog presjeka ekstruzijom, ovaj defekt se češće javlja zbog utjecaja strukture ingota, temperature ekstruzije, brzine ekstruzije, složenosti kalupa itd. Većina finih čestica rupičastih defekata može se ukloniti tokom procesa prethodne obrade površine profila, posebno procesa alkalnog nagrizanja, dok mali broj velikih, čvrsto prilijepljenih čestica ostaje na površini profila, što utiče na izgled konačnog proizvoda.
Kod uobičajenih profila za vrata i prozore u zgradama, kupci uglavnom prihvataju manje nedostatke u obliku rupica, ali kod industrijskih profila koji zahtijevaju jednak naglasak na mehanička svojstva i dekorativne performanse ili veći naglasak na dekorativne performanse, kupci uglavnom ne prihvataju ove nedostatke, posebno nedostatke u obliku rupica koji nisu u skladu s različitom bojom pozadine.
Kako bi se analizirao mehanizam formiranja hrapavih čestica, analizirana je morfologija i sastav lokacija defekata pod različitim sastavima legura i procesima ekstruzije, te su upoređene razlike između defekata i matrice. Predloženo je razumno rješenje za efikasno rješavanje problema hrapavih čestica i proveden je probni test.
Da bi se riješio problem tačkastih defekata na profilima, potrebno je razumjeti mehanizam nastanka tačkastih defekata. Tokom procesa ekstruzije, lijepljenje aluminija za radnu traku kalupa glavni je uzrok tačkastih defekata na površini ekstrudiranih aluminijskih materijala. To je zato što se proces ekstruzije aluminija izvodi na visokoj temperaturi od oko 450°C. Ako se dodaju efekti toplote deformacije i toplote trenja, temperatura metala će biti viša kada ističe iz otvora kalupa. Kada proizvod ističe iz otvora kalupa, zbog visoke temperature, postoji fenomen lijepljenja aluminija između metala i radne trake kalupa.
Oblik ovog vezivanja je često: ponovljeni proces vezivanja – kidanja – vezivanja – ponovnog kidanja, a proizvod teče naprijed, što rezultira mnogim malim udubljenjima na površini proizvoda.
Ovaj fenomen vezivanja povezan je s faktorima kao što su kvalitet ingota, stanje površine radne trake kalupa, temperatura ekstruzije, brzina ekstruzije, stepen deformacije i otpornost metala na deformaciju.
1 Materijali i metode ispitivanja
Kroz preliminarno istraživanje, saznali smo da faktori poput metalurške čistoće, statusa kalupa, procesa ekstruzije, sastojaka i proizvodnih uslova mogu uticati na čestice hrapave površine. U testu su korištene dvije legure, 6005A i 6060, za ekstruziju istog dijela. Morfologija i sastav položaja hrapavih čestica analizirani su putem spektrometra direktnog očitavanja i SEM metoda detekcije, te upoređeni sa okolnom normalnom matricom.
Da bi se jasno razlikovala morfologija dva defekta, rupičastog i čestičnog oblika, oni su definirani na sljedeći način:
(1) Kockasti defekti ili defekti izvlačenja su vrsta tačkastog defekta koji predstavlja nepravilan defekt nalik punoglavcu ili tačkastoj ogrebotini koji se pojavljuje na površini profila. Defekt počinje od ogrebotine i završava otpadom defekta, akumulirajući se u metalna zrna na kraju ogrebotine. Veličina kockastog defekta je obično 1-5 mm, a nakon oksidacije postaje tamno crn, što u konačnici utiče na izgled profila, kao što je prikazano crvenim krugom na Slici 1.
(2) Površinske čestice se nazivaju i metalna zrna ili adsorpcijske čestice. Površina profila aluminijske legure pričvršćena je sfernim sivo-crnim česticama tvrdog metala i ima rastresitu strukturu. Postoje dvije vrste profila aluminijske legure: oni koji se mogu obrisati i oni koji se ne mogu obrisati. Veličina je uglavnom manja od 0,5 mm i hrapava je na dodir. Nema ogrebotina na 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 površinskog povlačenja
Slika 2 prikazuje mikrostrukturnu morfologiju defekta izvlačenja na površini legure 6005A. U prednjem dijelu izvlačenja postoje stepenaste ogrebotine, koje završavaju naslaganim nodulima. Nakon pojave nodula, površina se vraća u normalu. Lokacija defekta hrapavosti nije glatka na dodir, ima oštar trnast osjećaj i prianja ili se nakuplja na površini profila. Testom ekstruzije uočeno je da je morfologija izvlačenja ekstrudiranih profila 6005A i 6060 slična, a rep proizvoda je veći od prednjeg kraja; razlika je u tome što je ukupna veličina izvlačenja 6005A manja, a dubina ogrebotine smanjena. To može biti povezano s promjenama u sastavu legure, stanju livene šipke i uvjetima kalupa. Posmatrano pod uvećanjem od 100X, postoje očigledni tragovi ogrebotina na prednjem kraju područja izvlačenja, koje je izduženo duž smjera ekstruzije, a oblik konačnih čestica nodula je nepravilan. Pri uvećanju od 500X, prednji kraj površine za izvlačenje ima stepenaste ogrebotine duž smjera ekstruzije (veličina ovog defekta je oko 120 μm), a na kraju su vidljivi tragovi slaganja na nodularnim česticama.
Kako bi se analizirali uzroci izvlačenja, korišteni su spektrometar s direktnim očitavanjem i EDX za analizu komponenti na lokacijama defekata i matrici tri komponente legure. Tabela 1 prikazuje rezultate ispitivanja profila 6005A. EDX rezultati pokazuju da je sastav pozicije slaganja čestica izvlačenja u osnovi sličan sastavu matrice. Osim toga, neke fine čestice nečistoća akumulirane su u i oko defekta izvlačenja, a čestice nečistoća sadrže C, O (ili Cl), ili Fe, Si i S.
Analiza nedostataka hrapavosti fino oksidiranih ekstrudiranih profila od 6005A pokazuje da su čestice izvlačenja velike veličine (1-5 mm), površina je uglavnom naslagana, a na prednjem dijelu postoje stepenaste ogrebotine; Sastav je blizak Al matrici, a oko nje će biti heterogene faze koje sadrže Fe, Si, C i O. To pokazuje da je mehanizam formiranja izvlačenja tri legure isti.
Tokom procesa ekstruzije, trenje tečenja metala uzrokovat će porast temperature radne trake kalupa, formirajući "ljepljivi sloj aluminija" na reznoj ivici ulaza radne trake. Istovremeno, višak Si i drugih elemenata poput Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako formira čvrste rastvore zamjene sa Fe, što će pospješiti formiranje "ljepljivog sloja aluminija" na ulazu u radnu zonu kalupa.
Kako metal teče naprijed i trlja se o radnu traku, na određenoj poziciji dolazi do recipročnog fenomena kontinuiranog lijepljenja-kidanja-lijepljenja, uzrokujući da se metal kontinuirano nanosi na toj poziciji. Kada čestice porastu do određene veličine, bit će povučene protokom proizvoda i formirat će ogrebotine na metalnoj površini. Ostat će na metalnoj površini i formirati čestice koje povlače na kraju ogrebotine. Stoga se može smatrati da je formiranje hrapavih čestica uglavnom povezano s lijepljenjem aluminija za radnu traku kalupa. Heterogene faze raspoređene oko nje mogu poticati od ulja za podmazivanje, oksida ili čestica prašine, kao i nečistoća koje donosi hrapava površina ingota.
Međutim, broj izvlačenja u rezultatima testa 6005A je manji, a stepen je lakši. S jedne strane, to je zbog zakošenja na izlazu iz 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 direktnog očitavanja spektralnog sastava, može se vidjeti da se pored Si u kombinaciji sa MgMg2Si, preostali Si pojavljuje u obliku jednostavne supstance.
2.2 Sitne čestice na površini
Vizuelnim pregledom sa malim uvećanjem, čestice su male (≤0,5 mm), nisu glatke na dodir, oštre su na dodir i prianjaju uz površinu profila. Posmatrano pod uvećanjem od 100X, male čestice na površini su nasumično raspoređene i postoje čestice male veličine pričvršćene za površinu bez obzira na to da li postoje ogrebotine ili ne;
Pri 500X, bez obzira na to da li postoje očigledne stepenaste ogrebotine na površini duž smjera ekstruzije, mnoge čestice su i dalje pričvršćene, a veličine čestica variraju. Najveća veličina čestica je oko 15 μm, a male čestice su oko 5 μm.
Analizom sastava površinskih čestica legure 6060 i neoštećene matrice, čestice se uglavnom sastoje od elemenata O, C, Si i Fe, dok je sadržaj aluminija vrlo nizak. Gotovo sve čestice sadrže elemente O i C. Sastav svake čestice se malo razlikuje. Među njima, a čestice su blizu 10 μm, što je znatno više od sadržaja Si, Mg i O u matrici; kod c čestica, Si, O i Cl su očito veći; čestice d i f sadrže visok sadržaj Si, O i Na; čestice e sadrže Si, Fe i O; h čestice su spojevi koji sadrže Fe. Rezultati za 6060 čestice su slični ovim, ali budući da je sadržaj Si i Fe u samoj 6060 nizak, odgovarajući sadržaj Si i Fe u površinskim česticama je također nizak; sadržaj C u 6060 česticama je relativno nizak.
Površinske čestice ne moraju biti pojedinačne male čestice, već mogu postojati i u obliku agregacija mnogih malih čestica različitih oblika, a maseni procenti različitih elemenata u različitim česticama variraju. Smatra se da su čestice uglavnom sastavljene od dvije vrste. Jedna su talozi poput AlFeSi i elementarnog Si, koji potiču od nečistoća visokih tačaka topljenja kao što su FeAl3 ili AlFeSi(Mn) u ingotu, ili taloženih faza tokom procesa ekstruzije. Druga je prilijepljena strana materija.
2.3 Utjecaj hrapavosti površine ingota
Tokom ispitivanja, utvrđeno je da je zadnja površina struga za livene šipke 6005A bila hrapava i umrljana prašinom. Postojale su dvije live šipke sa najdubljim tragovima alata za tokarenje na lokalnim lokacijama, što odgovara značajnom povećanju broja izvlačenja nakon ekstruzije, a veličina pojedinačnog izvlačenja bila je veća, kao što je prikazano na Slici 7.
Livena šipka 6005A nema strug, tako da je hrapavost površine mala i broj izvlačenja je smanjen. Osim toga, budući da nema viška tekućine za rezanje vezane za tragove struganja na livenoj šipki, sadržaj C u odgovarajućim česticama je smanjen. Dokazano je da će tragovi tokarenja na površini livene šipke do određene mjere pogoršati izvlačenje i stvaranje čestica.
3 Diskusija
(1) Komponente defekata nastalih izvlačenjem su u osnovi iste kao i one u matrici. To su strane čestice, stari sloj na površini ingota i druge nečistoće nakupljene u stijenci ekstruzijskog cilindra ili mrtvom području kalupa tokom procesa ekstruzije, koje se prenose na metalnu površinu ili aluminijski sloj radne trake kalupa. Kako proizvod teče naprijed, nastaju površinske ogrebotine, a kada se proizvod akumulira do određene veličine, proizvod ga izvlači i formira izvlačenje. Nakon oksidacije, izvlačenje je korodiralo, a zbog svoje velike veličine, pojavili su se defekti nalik rupama.
(2) Površinske čestice se ponekad pojavljuju kao pojedinačne male čestice, a ponekad postoje u agregiranom obliku. Njihov sastav se očigledno razlikuje od sastava matrice i uglavnom sadrži elemente O, C, Fe i Si. U nekim česticama dominiraju elementi O i C, a u nekim česticama dominiraju O, C, Fe i Si. Stoga se zaključuje da površinske čestice dolaze iz dva izvora: jedan su talozi poput AlFeSi i elementarnog Si, a nečistoće poput O i C prianjaju na površinu; drugi su prilijepljene strane tvari. Čestice korodiraju nakon oksidacije. Zbog svoje male veličine, nemaju ili imaju mali utjecaj na površinu.
(3) Čestice bogate C i O elementima uglavnom potiču iz ulja za podmazivanje, prašine, tla, zraka itd. koje se lijepe za površinu ingota. Glavne komponente ulja za podmazivanje su C, O, H, S itd., a glavna komponenta prašine i tla je SiO2. Sadržaj O u površinskim česticama je uglavnom visok. Budući da su čestice na visokoj temperaturi odmah nakon napuštanja radne trake, a zbog velike specifične površine čestica, one lako adsorbiraju atome O u zraku i uzrokuju oksidaciju nakon kontakta sa zrakom, što rezultira većim sadržajem O nego matrica.
(4) Fe, Si itd. uglavnom potiču od oksida, stare kamenca i nečistoća u ingotu (visoka tačka topljenja ili druga faza koja nije u potpunosti eliminisana homogenizacijom). Element Fe potiče od Fe u aluminijumskim ingotima, formirajući nečistoće visoke tačke topljenja kao što su FeAl3 ili AlFeSi(Mn), koje se ne mogu rastvoriti u čvrstom rastvoru tokom procesa homogenizacije ili nisu u potpunosti konvertovane; Si postoji u aluminijumskoj matrici u obliku Mg2Si ili prezasićenog čvrstog rastvora Si tokom procesa lijevanja. Tokom procesa vruće ekstruzije livene šipke, višak Si se može istaložiti. Rastvorljivost Si u aluminijumu 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 pritiska. Trenje tečenja metala povećat će temperaturu radne trake kalupa, formirajući "ljepljivi sloj aluminija" na reznoj ivici ulaza radne trake.
Istovremeno, višak Si i drugih elemenata poput Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako formira čvrste rastvore zamjene s Fe, što će potaknuti stvaranje "ljepljivog sloja aluminija" na ulazu u radnu zonu kalupa. Metal koji teče kroz "ljepljivi sloj aluminija" spada u unutrašnje trenje (klizno smicanje unutar metala). Metal se deformira i stvrdnjava zbog unutrašnjeg trenja, što potiče lijepljenje metala ispod kalupa i kalupa. Istovremeno, radna traka kalupa se deformira u oblik trube zbog pritiska, a ljepljivi aluminij koji nastaje dodirom rezne ivice radne trake s profilom sličan je reznoj ivici alata za tokarenje.
Formiranje ljepljivog aluminija je dinamičan proces rasta i otpadanja. Čestice se stalno izbacuju iz profila. Prianjaju za površinu profila, formirajući defekte usljed povlačenja. Ako direktno izlazi iz radne trake i trenutno se adsorbira na površinu profila, male čestice koje se termički prianjaju za površinu nazivaju se "adsorpcijske čestice". Ako neke čestice budu razbijene ekstrudiranom aluminijskom legurom, neke čestice će se zalijepiti za površinu radne trake prilikom prolaska kroz nju, uzrokujući ogrebotine na površini profila. Zadnja strana je složena aluminijska matrica. Kada se puno aluminija zaglavi u sredini radne trake (veza je jaka), to će pogoršati ogrebotine na površini.
(6) Brzina ekstruzije ima veliki utjecaj na povlačenje. Utjecaj brzine ekstruzije. Što se tiče legure 6005 s tragovima, brzina ekstruzije se povećava unutar raspona ispitivanja, izlazna temperatura se povećava, a broj čestica koje se povlače na površini se povećava i postaje teži kako se mehaničke linije povećavaju. Brzina ekstruzije treba biti što stabilnija kako bi se izbjegle nagle promjene brzine. Prekomjerna brzina ekstruzije i visoka izlazna temperatura dovest će do povećanog trenja i ozbiljnog povlačenja čestica. Specifičan mehanizam utjecaja brzine ekstruzije na fenomen povlačenja zahtijeva naknadno praćenje i provjeru.
(7) Kvalitet površine lijevane šipke je također važan faktor koji utječe na izvlačenje čestica. Površina lijevane šipke je hrapava, s tragovima piljenja, mrljama od ulja, prašinom, korozijom itd., što sve povećava sklonost izvlačenju čestica.
4 Zaključak
(1) Sastav defekata izvlačenja je u skladu sa sastavom matrice; sastav položaja čestica je očigledno drugačiji od sastava matrice, uglavnom sadrži elemente O, C, Fe i Si.
(2) Defekti čestica izvlačenja uglavnom su uzrokovani lijepljenjem aluminija za radnu traku kalupa. Bilo koji faktor koji potiče lijepljenje aluminija za radnu traku kalupa uzrokovat će defekte izvlačenja. Pod pretpostavkom osiguranja kvalitete livene šipke, stvaranje čestica izvlačenja nema direktan utjecaj na sastav legure.
(3) Pravilna ujednačena obrada vatrom korisna je za smanjenje površinskog povlačenja.
Vrijeme objave: 10. septembar 2024.
