Tokom procesa ekstruzije ekstrudiranih materijala od aluminijskih legura, posebno aluminijskih profila, na površini se često javlja “pitting” defekt. Specifične manifestacije uključuju vrlo male tumore različite gustine, repove i očigledan osjećaj šake, sa šiljastim osjećajem. Nakon oksidacije ili elektroforetskog tretmana površine, često se pojavljuju kao crne granule koje prianjaju na površinu proizvoda.
U ekstruzijskoj proizvodnji profila velikih presjeka, ovaj nedostatak je vjerojatniji zbog utjecaja strukture ingota, temperature ekstruzije, brzine ekstruzije, složenosti kalupa, itd. proces predobrade površine profila, posebno proces alkalnog jetkanja, dok mali broj krupnih, čvrsto prianjanih čestica ostaje na površini profila, što utiče na kvalitetu izgleda finalnog proizvoda.
U običnim proizvodima profila za vrata i prozore, kupci općenito prihvaćaju manje nedostatke udubljenja, ali za industrijske profile koji zahtijevaju jednak naglasak na mehanička svojstva i dekorativne performanse ili veći naglasak na dekorativne performanse, kupci općenito ne prihvaćaju ovaj nedostatak, posebno defekte udubljenja koji su nije u skladu s različitom bojom pozadine.
U cilju analize mehanizma formiranja hrapavih čestica, analizirana je morfologija i sastav lokacija defekta pod različitim sastavima legura i procesima ekstruzije, te su uspoređene razlike između defekata i matrice. Predloženo je razumno rješenje za efikasno rješavanje grubih čestica i izvršeno je probno ispitivanje.
Da bi se riješili pitting defekti profila, potrebno je razumjeti mehanizam formiranja pitting defekata. Tokom procesa ekstruzije, lijepljenje aluminija za radnu traku matrice glavni je uzrok oštećenja udubljenja 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 topline deformacije i topline trenja, temperatura metala će biti viša kada istječe iz otvora za matrice. Kada proizvod iscuri iz otvora za kalup, zbog visoke temperature dolazi do pojave lijepljenja aluminija između metala i radne trake kalupa.
Oblik ovog vezivanja je često: ponovljeni proces spajanja – kidanja – spajanja – ponovno kidanje, a proizvod teče naprijed, što rezultira mnogim malim udubljenjima na površini proizvoda.
Ovaj fenomen vezivanja povezan je sa faktorima kao što su kvalitet ingota, stanje površine radne trake kalupa, temperatura ekstruzije, brzina ekstruzije, stepen deformacije i otpornost metala na deformaciju.
1 Ispitni materijali i metode
Kroz preliminarna istraživanja, saznali smo da faktori kao što su metalurška čistoća, status kalupa, proces ekstruzije, sastojci i uvjeti proizvodnje mogu utjecati na hrapave površine. U testu su dvije legure šipke, 6005A i 6060, korištene za ekstrudiranje istog dijela. Morfologija i sastav pozicija hrapavih čestica analizirani su spektrometrom direktnog očitavanja i metodama SEM detekcije i upoređeni sa okolnom normalnom matricom.
Kako bi se jasno razlikovala morfologija dva defekta rupica i čestica, oni su definirani na sljedeći način:
(1) Ispucani defekti ili defekti povlačenja su neka vrsta točkastog defekta koji je nepravilna ogrebotina nalik punoglavcu ili točkasti defekt koji se pojavljuje na površini profila. Defekt počinje od pruge za ogrebotine i završava tako što defekt otpada, akumulirajući se u metalne zrnce na kraju linije ogrebotine. Veličina udubljenja je općenito 1-5 mm, a nakon oksidacijske obrade postaje tamno crna, što u konačnici utječe na izgled profila, kao što je prikazano u crvenom krugu na slici 1.
(2) Površinske čestice se također nazivaju metalnim zrnima ili adsorpcionim česticama. 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 obrisati i oni koji se ne mogu obrisati. Veličina je uglavnom manja od 0,5 mm i na dodir je gruba. Na prednjem dijelu nema ogrebotine. 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. Na prednjem dijelu izvlačenja nalaze se stepeničaste ogrebotine koje se završavaju naslaganim nodulama. Nakon pojave nodula, površina se vraća u normalu. Lokacija defekta hrapavosti nije glatka na dodir, ima oštar trnovit osjećaj i prianja ili se nakuplja na površini profila. Testom ekstruzije uočeno je da je morfologija vučenja ekstrudiranih profila 6005A i 6060 slična, a zadnji kraj proizvoda je više od glave; razlika je u tome što je ukupna veličina povlačenja od 6005A manja i dubina grebanja je oslabljena. Ovo može biti povezano s promjenama u sastavu legure, stanju livene šipke i uvjetima kalupa. Posmatrano ispod 100X, vidljive su ogrebotine na prednjem kraju područja povlačenja, koje je izduženo duž pravca ekstruzije, a oblik završnih čestica nodula je nepravilan. Na 500X, prednji kraj vučne površine ima stepenaste ogrebotine duž pravca ekstruzije (veličina ovog defekta je oko 120 μm), a na repu su vidljivi tragovi slaganja na nodularnim česticama.
Kako bi se analizirali uzroci povlačenja, korišteni su spektrometar s direktnim očitavanjem i EDX za analizu komponenti na lokacijama defekata i matrici tri komponente legure. U tabeli 1 prikazani su rezultati ispitivanja profila 6005A. EDX rezultati pokazuju da je sastav slaganja vučnih čestica u osnovi sličan onom matrice. Osim toga, neke fine čestice nečistoće se nakupljaju u i oko defekta povlačenja, a čestice nečistoće sadrže C, O (ili Cl), ili Fe, Si i S.
Analiza defekata hrapavosti fino oksidiranih ekstrudiranih profila 6005A pokazuje da su vučne čestice velike veličine (1-5mm), površina je uglavnom naslagana, a na prednjem dijelu postoje stepeničaste ogrebotine; Sastav je blizak Al matrici, a oko njega će postojati heterogene faze koje sadrže Fe, Si, C i O. To pokazuje da je mehanizam formiranja povlačenja za tri legure isti.
Tokom procesa ekstruzije, trenje protoka metala će uzrokovati porast temperature radne trake kalupa, formirajući "ljepljivi sloj aluminija" na rubu sečenja ulaza u radnu traku. Istovremeno, višak Si i drugih elemenata kao što su Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako se formiraju zamjenske čvrste otopine sa Fe, što će potaknuti stvaranje “ljepljivog sloja aluminija” na ulazu u radnu zonu kalupa.
Kako metal teče naprijed i trlja se o radni remen, dolazi do povratnog fenomena kontinuiranog spajanja-kidanja-vezivanja na određenoj poziciji, uzrokujući da se metal kontinuirano nalaže na ovoj poziciji. Kada se čestice povećaju na određenu veličinu, povući će ih tekući proizvod i formirati ogrebotine na metalnoj površini. Ostat će na metalnoj površini i formirati vučne čestice 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 njega mogu nastati od ulja za podmazivanje, oksida ili čestica prašine, kao i nečistoća koje donosi hrapava površina ingota.
Međutim, broj povlačenja u rezultatima testa 6005A je manji i stepen je manji. 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 sa viškom sadržaja Si.
Prema rezultatima direktnog očitavanja spektralnog sastava, može se vidjeti da se osim Si u kombinaciji sa Mg Mg2Si, preostali Si pojavljuje u obliku jednostavne tvari.
2.2 Male čestice na površini
Pod vizuelnim pregledom sa malim uvećanjem, čestice su male (≤0,5 mm), nisu glatke na dodir, imaju oštar osećaj i prianjaju na površinu profila. Posmatrano ispod 100X, male čestice na površini su nasumično raspoređene, a na površini su pričvršćene čestice male veličine bez obzira na to ima li ogrebotina ili ne;
Na 500X, bez obzira da li postoje očigledne stepeničaste 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 netaknute matrice, čestice se uglavnom sastoje od O, C, Si i Fe elemenata, 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 matrice Si, Mg i O; U c česticama, Si, O i Cl su očigledno veći; Čestice d i f sadrže visoke količine Si, O i Na; čestice e sadrže Si, Fe i O; h čestice su jedinjenja koja sadrže Fe. Rezultati 6060 čestica su slični ovome, ali pošto je sadržaj Si i Fe u samom 6060 nizak, odgovarajući sadržaji Si i Fe u površinskim česticama su također niski; sadržaj C u 6060 česticama je relativno nizak.
Površinske čestice ne moraju biti pojedinačne male čestice, već mogu postojati i u obliku nakupina mnogih malih čestica različitih oblika, a maseni postoci različitih elemenata u različitim česticama variraju. Vjeruje se da su čestice uglavnom sastavljene od dvije vrste. Jedan su precipitati kao što su AlFeSi i elementarni Si, koji potiču iz faza nečistoća visoke tačke topljenja kao što su FeAl3 ili AlFeSi(Mn) u ingotu, ili faze precipitata tokom procesa ekstruzije. Druga je prianjajuća strana materija.
2.3. Utjecaj hrapavosti površine ingota
Tijekom testiranja ustanovljeno je da je stražnja površina tokarilice s livenom šipkom 6005A bila hrapava i umrljana prašinom. Postojale su dvije livene 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.
Livena šipka 6005A nema strug, tako da je hrapavost površine niska i broj povlačenja je smanjen. Osim toga, budući da nema viška tekućine za rezanje vezan za oznake struga na livenoj šipki, sadržaj C u odgovarajućim česticama je smanjen. Dokazano je da će tragovi okretanja na površini livene šipke u određenoj mjeri pogoršati povlačenje i stvaranje čestica.
3 Diskusija
(1) Komponente defekta povlačenja su u osnovi iste kao i komponente matrice. To su strane čestice, stara koža na površini ingota i druge nečistoće nakupljene u stijenci ekstruzione cijevi ili mrtvi dio kalupa tokom procesa ekstruzije, koji se dovode do površine metala ili aluminijumskog sloja kalupa koji radi. pojas. Kako proizvod teče naprijed, nastaju površinske ogrebotine, a kada se proizvod nakupi do određene veličine, proizvod ga vadi kako bi se stvorilo povlačenje. Nakon oksidacije, povlačenje je korodiralo, a zbog velike veličine na njemu su se pojavili defekti u obliku jame.
(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 O, C, Fe i Si elemente. Nekim od čestica dominiraju O i C elementi, a nekim česticama dominiraju 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 su prianjale na površinu; Druga je prianjajuća strana materija. Čestice su korodirane nakon oksidacije. Zbog svoje male veličine, nemaju ili imaju mali utjecaj na površinu.
(3) Čestice bogate elementima C i O uglavnom potiču iz ulja za podmazivanje, prašine, zemlje, vazduha itd. nalepljenih na 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 je općenito visok. Budući da su čestice u visokotemperaturnom stanju odmah po izlasku iz radnog pojasa, a zbog velike specifične površine čestica, one lako adsorbiraju atome O u zraku i uzrokuju oksidaciju nakon kontakta sa zrakom, što rezultira većim O sadržaja nego matrice.
(4) Fe, Si itd. uglavnom potiču iz oksida, stare kamene i nečistoće 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 livenja. Tokom procesa vruće ekstruzije livene šipke, višak Si može taložiti. Rastvorljivost Si u aluminijumu je 0,48% na 450°C i 0,8% (tež.%) na 500°C. Višak sadržaja Si u 6005 iznosi oko 0,41%, a istaloženi Si može biti agregacija i precipitacija uzrokovana fluktuacijama koncentracije.
(5) Aluminij se lijepi za radnu traku kalupa glavni je uzrok povlačenja. Matrica za ekstruziju je okruženje visoke temperature i visokog pritiska. Trenje protoka metala će povećati temperaturu radne trake kalupa, formirajući “ljepljivi sloj aluminija” na rubu sečenja ulaza u radnu traku.
Istovremeno, višak Si i drugih elemenata kao što su Mn i Cr u aluminijskoj leguri lako se formiraju zamjenske čvrste otopine sa Fe, što će potaknuti stvaranje “ljepljivog sloja aluminija” na ulazu u radnu zonu kalupa. Metal koji teče kroz „ljepljivi sloj aluminija“ pripada unutrašnjem trenju (klizni smicanje unutar metala). Metal se deformiše i stvrdne zbog unutrašnjeg trenja, što potiče da se metal ispod i kalup zalijepe zajedno. Istovremeno, radna traka kalupa se zbog pritiska deformiše u oblik trube, a ljepljivi aluminij formiran tako da rezni dio radne trake dodiruje profil sličan je reznoj ivici alata za struganje.
Formiranje ljepljivog aluminija je dinamičan proces rasta i opadanja. Čestice se konstantno izbacuju profilom. Prianjaju uz površinu profila stvarajući defekte pri povlačenju. Ako teče direktno iz radnog pojasa i trenutno se adsorbira na površini profila, male čestice koje se termički prianjaju na površinu nazivaju se „adsorpcione čestice“. Ako ekstrudirana aluminijska legura razbije neke čestice, neke će se čestice zalijepiti za površinu radnog pojasa prilikom prolaska kroz radni pojas, uzrokujući ogrebotine na površini profila. Zadnji kraj je naslagana aluminijumska matrica. Kada je puno aluminijuma zaglavljeno u sredini radnog pojasa (veza je jaka), to će pogoršati površinske ogrebotine.
(6) Brzina ekstruzije ima veliki utjecaj na povlačenje. Utjecaj brzine ekstruzije. Što se tiče legure 6005 sa gusjenicama, brzina ekstruzije raste unutar testnog opsega, izlazna temperatura raste, a broj površinskih čestica za povlačenje raste i postaje teži kako se mehaničke linije povećavaju. Brzinu ekstruzije treba održavati što je moguće stabilnijom kako bi se izbjegle nagle promjene brzine. Prevelika 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 livene šipke je takođe važan faktor koji utiče na vučne čestice. Površina livene šipke je hrapava, sa neravninama od piljenja, mrljama od ulja, prašinom, korozijom, itd., što sve povećava sklonost povlačenju čestica.
4 Zaključak
(1) Sastav defekta povlačenja je u skladu sa sastavom matrice; sastav položaja čestica se očigledno razlikuje od matrice, uglavnom sadrži O, C, Fe i Si elemente.
(2) Defekti vučnih čestica uglavnom su uzrokovani lijepljenjem aluminija za radnu traku kalupa. Svaki faktor koji potiče lijepljenje aluminija za radnu traku kalupa će uzrokovati defekte povlačenja. Uz pretpostavku osiguranja kvaliteta livene šipke, stvaranje vučnih čestica nema direktnog utjecaja na sastav legure.
(3) Pravilna uniformna obrada požara je korisna za smanjenje povlačenja površine.
Vrijeme objave: Sep-10-2024
