În timpul procesului de extrudare a materialelor extrudate din aliaje de aluminiu, în special a profilelor de aluminiu, apare adesea un defect de „pitting” la suprafață. Manifestările specifice includ tumori foarte mici, cu densități variate, coadă și senzație evidentă a mâinii, cu o senzație înțepătoare. După oxidare sau tratamentul electroforetic al suprafeței, acestea apar adesea ca granule negre care aderă la suprafața produsului.
În producția de extrudare a profilelor cu secțiuni mari, acest defect este mai probabil să apară din cauza influenței structurii lingoului, a temperaturii de extrudare, a vitezei de extrudare, a complexității matriței etc. Majoritatea particulelor fine ale defectelor cu sâmburi pot fi îndepărtate în timpul procesului de extrudare. Procesul de pretratare a suprafeței profilului, în special procesul de gravare alcalină, în timp ce un număr mic de particule de dimensiuni mari, ferm lipite, rămân pe suprafața profilului, afectând calitatea aspectului produsului final.
În produsele de profil obișnuite pentru uși și ferestre pentru clădiri, clienții acceptă în general defecte minore cu sâmburi, dar pentru profilele industriale care necesită un accent egal pe proprietățile mecanice și performanța decorativă sau mai mult accent pe performanța decorativă, clienții în general nu acceptă acest defect, în special defectele cu sâmburi care sunt incompatibil cu culoarea de fundal diferită.
Pentru a analiza mecanismul de formare a particulelor brute, s-au analizat morfologia și compoziția locațiilor defectelor în diferite compoziții de aliaje și procese de extrudare și au fost comparate diferențele dintre defecte și matrice. A fost propusă o soluție rezonabilă pentru a rezolva eficient particulele aspre și a fost efectuat un test de probă.
Pentru a rezolva defectele de pitting ale profilelor, este necesar să înțelegem mecanismul de formare a defectelor de pitting. În timpul procesului de extrudare, lipirea aluminiului de cureaua de prelucrare a matriței este principala cauză a defectelor de găuri pe suprafața materialelor din aluminiu extrudat. Acest lucru se datorează faptului că procesul de extrudare a aluminiului se realizează la o temperatură ridicată de aproximativ 450°C. Dacă se adaugă efectele căldurii de deformare și căldurii de frecare, temperatura metalului va fi mai mare atunci când curge din orificiul matriței. Când produsul curge din orificiul matriței, din cauza temperaturii ridicate, există un fenomen de lipire a aluminiului între metal și centura de lucru.
Forma acestei lipiri este adesea: un proces repetat de lipire – rupere – lipire – rupere din nou, iar produsul curge înainte, rezultând multe gropi mici pe suprafața produsului.
Acest fenomen de lipire este legat de factori precum calitatea lingoului, starea suprafeței curelei de lucru a matriței, temperatura de extrudare, viteza de extrudare, gradul de deformare și rezistența la deformare a metalului.
1 Materiale și metode de testare
Prin cercetări preliminare, am aflat că factori precum puritatea metalurgică, starea mucegaiului, procesul de extrudare, ingredientele și condițiile de producție pot afecta particulele rugoase la suprafață. În test, două tije de aliaj, 6005A și 6060, au fost folosite pentru a extruda aceeași secțiune. Morfologia și compoziția pozițiilor particulelor rugoase au fost analizate prin spectrometru cu citire directă și metode de detectare SEM și comparate cu matricea normală din jur.
Pentru a distinge clar morfologia celor două defecte de sâmburi și particule, acestea sunt definite după cum urmează:
(1) Defectele cu sâmburi sau defectele de tragere sunt un fel de defect punctual care este un defect de zgârietură neregulat, asemănător unui mormoloc sau a unui punct, care apare pe suprafața profilului. Defectul începe de la dunga de zgârietură și se termină cu defectul căzând, acumulându-se în boabe de metal la capătul liniei de zgârietură. Dimensiunea defectului cu sâmburi este în general de 1-5 mm și devine negru închis după tratamentul de oxidare, ceea ce afectează în cele din urmă aspectul profilului, așa cum se arată în cercul roșu din Figura 1.
(2) Particulele de suprafață sunt numite și boabe de metal sau particule de adsorbție. Suprafața profilului din aliaj de aluminiu este atașată cu particule de metal dure sferice gri-negru și are o structură liberă. Exista doua tipuri de profile din aliaj de aluminiu: cele care pot fi sterse si cele care nu pot fi sterse. Dimensiunea este în general mai mică de 0,5 mm și se simte dur la atingere. Nu există zgârieturi în partea din față. După oxidare, nu este mult diferită de matrice, așa cum se arată în cercul galben din figura 1.
2 Rezultatele testelor și analizei
2.1 Defecte de tragere la suprafață
Figura 2 prezintă morfologia microstructurală a defectului de tragere pe suprafața aliajului 6005A. Există zgârieturi în formă de trepte în partea din față a tragerii și se termină cu noduli stivuiți. După ce apar nodulii, suprafața revine la normal. Locația defectului de aspru nu este netedă la atingere, are o senzație spinoasă ascuțită și aderă sau se acumulează pe suprafața profilului. Prin testul de extrudare, s-a observat că morfologia de tragere a profilelor extrudate 6005A și 6060 este similară, iar capătul de coadă al produsului este mai mult decât capătul de cap; diferența este că dimensiunea totală de tragere a 6005A este mai mică și adâncimea zgârieturii este slăbită. Acest lucru poate fi legat de schimbări în compoziția aliajului, starea tijei turnate și condițiile matriței. Observate sub 100X, există urme evidente de zgârieturi pe capătul frontal al zonei de tragere, care este alungită de-a lungul direcției de extrudare, iar forma particulelor de nodul final este neregulată. La 500X, capătul frontal al suprafeței de tragere are zgârieturi în trepte de-a lungul direcției de extrudare (dimensiunea acestui defect este de aproximativ 120 μm) și există semne evidente de stivuire pe particulele nodulare la capătul cozii.
Pentru a analiza cauzele tragerii, s-au folosit spectrometru cu citire directă și EDX pentru a efectua analiza componentelor asupra locațiilor defectelor și matricei celor trei componente ale aliajului. Tabelul 1 prezintă rezultatele testelor profilului 6005A. Rezultatele EDX arată că compoziția poziției de stivuire a particulelor de tragere este practic similară cu cea a matricei. În plus, unele particule fine de impurități se acumulează în și în jurul defectului de tragere, iar particulele de impurități conțin C, O (sau Cl) sau Fe, Si și S.
Analiza defectelor de rugosire ale profilelor extrudate fine oxidate 6005A arată că particulele de tragere sunt mari ca dimensiuni (1-5 mm), suprafața este în mare parte stivuită și există zgârieturi în trepte pe secțiunea frontală; Compoziția este apropiată de matricea Al și vor exista faze eterogene care conțin Fe, Si, C și O distribuite în jurul acesteia. Acesta arată că mecanismul de formare de tragere al celor trei aliaje este același.
În timpul procesului de extrudare, frecarea fluxului de metal va face ca temperatura curelei de lucru a matriței să crească, formând un „strat de aluminiu lipicios” la marginea de tăiere a intrării curelei de lucru. În același timp, excesul de Si și alte elemente precum Mn și Cr din aliajul de aluminiu sunt ușor de format soluții solide de înlocuire cu Fe, ceea ce va promova formarea unui „strat de aluminiu lipicios” la intrarea în zona de lucru a matriței.
Pe măsură ce metalul curge înainte și se freacă de cureaua de lucru, la o anumită poziție are loc un fenomen alternativ de lipire-rupere-lipire continuă, determinând suprapunerea continuă a metalului în această poziție. Când particulele cresc la o anumită dimensiune, acestea vor fi trase de produsul care curge și vor forma urme de zgârieturi pe suprafața metalică. Va rămâne pe suprafața metalică și va forma particule de tragere la sfârșitul zgârieturii. prin urmare, se poate considera că formarea particulelor rugoase este legată în principal de lipirea aluminiului de cureaua de prelucrare a matriței. Fazele eterogene distribuite în jurul acestuia pot proveni din ulei lubrifiant, oxizi sau particule de praf, precum și impurități aduse de suprafața rugoasă a lingoului.
Cu toate acestea, numărul de trageri în rezultatele testului 6005A este mai mic, iar gradul este mai ușor. Pe de o parte, se datorează teșirii la ieșirea din cureaua de lucru a matriței și lustruirii cu grijă a curelei de lucru pentru a reduce grosimea stratului de aluminiu; pe de altă parte, este legat de conținutul în exces de Si.
Conform rezultatelor compoziției spectrale de citire directă, se poate observa că pe lângă Si combinat cu Mg Mg2Si, Siul rămas apare sub forma unei substanțe simple.
2.2 Particule mici de pe suprafață
La inspecția vizuală cu mărire redusă, particulele sunt mici (≤0,5 mm), nu sunt netede la atingere, au o senzație ascuțită și aderă la suprafața profilului. Observate sub 100X, particulele mici de pe suprafață sunt distribuite aleatoriu și există particule de dimensiuni mici atașate la suprafață, indiferent dacă există sau nu zgârieturi;
La 500X, indiferent dacă există zgârieturi evidente în trepte pe suprafață de-a lungul direcției de extrudare, multe particule sunt încă atașate, iar dimensiunile particulelor variază. Cea mai mare dimensiune a particulelor este de aproximativ 15 μm, iar particulele mici sunt de aproximativ 5 μm.
Prin analiza compoziției particulelor de suprafață de aliaj 6060 și a matricei intacte, particulele sunt compuse în principal din elemente O, C, Si și Fe, iar conținutul de aluminiu este foarte scăzut. Aproape toate particulele conțin elemente O și C. Compoziția fiecărei particule este ușor diferită. Printre acestea, particulele a sunt aproape de 10 μm, ceea ce este semnificativ mai mare decât matricea Si, Mg și O; În particulele c, Si, O și Cl sunt evident mai mari; Particulele d și f conțin un nivel ridicat de Si, O și Na; particulele e conţin Si, Fe şi O; particulele h sunt compuși care conțin Fe. Rezultatele particulelor 6060 sunt similare cu aceasta, dar deoarece conținutul de Si și Fe din 6060 în sine este scăzut, conținutul corespunzător de Si și Fe din particulele de suprafață este, de asemenea, scăzut; conținutul de C în 6060 particule este relativ scăzut.
Particulele de suprafață pot să nu fie particule mici simple, dar pot exista și sub formă de agregare a multor particule mici cu forme diferite, iar procentele de masă ale diferitelor elemente în diferite particule variază. Se crede că particulele sunt compuse în principal din două tipuri. Unul este precipitații precum AlFeSi și Si elementar, care provin din faze de impurități cu punct de topire ridicat, cum ar fi FeAl3 sau AlFeSi(Mn) în lingou, sau fazele de precipitare în timpul procesului de extrudare. Celălalt este materia străină aderentă.
2.3 Efectul rugozității suprafeței lingoului
În timpul testului, s-a constatat că suprafața din spate a strungului cu tije turnate 6005A era aspră și pătată de praf. Au existat două tije turnate cu cele mai adânci semne de scule de strunjire în locații locale, ceea ce a corespuns unei creșteri semnificative a numărului de trageri după extrudare, iar dimensiunea unei singure trageri a fost mai mare, așa cum se arată în Figura 7.
Tija turnată 6005A nu are strung, astfel încât rugozitatea suprafeței este redusă și numărul de trageri este redus. În plus, deoarece nu există exces de fluid de tăiere atașat la semnele de strung ale tijei turnate, conținutul de C din particulele corespunzătoare este redus. Este dovedit că semnele de rotire de pe suprafața tijei turnate vor agrava tragerea și formarea de particule într-o anumită măsură.
3 Discuție
(1) Componentele defectelor de tragere sunt practic aceleași cu cele ale matricei. Particulele străine, pielea veche de pe suprafața lingoului și alte impurități acumulate în peretele butoiului de extrudare sau zona moartă a matriței în timpul procesului de extrudare sunt aduse pe suprafața metalică sau pe stratul de aluminiu al formei de lucru. centura. Pe măsură ce produsul curge înainte, apar zgârieturi la suprafață, iar atunci când produsul se acumulează la o anumită dimensiune, acesta este scos de produs pentru a forma tragere. După oxidare, tragerea a fost corodată și, datorită dimensiunilor sale mari, acolo au existat defecte asemănătoare gropii.
(2) Particulele de suprafață apar uneori ca particule mici unice și uneori există sub formă agregată. Compoziția lor este evident diferită de cea a matricei și conține în principal elemente O, C, Fe și Si. Unele dintre particule sunt dominate de elemente O și C, iar unele particule sunt dominate de O, C, Fe și Si. Prin urmare, se deduce că particulele de suprafață provin din două surse: una este precipitate precum AlFeSi și Si elementar, iar impuritățile precum O și C sunt aderate la suprafață; Celălalt este materia străină aderentă. Particulele sunt corodate după oxidare. Datorită dimensiunilor lor mici, au impact redus sau redus asupra suprafeței.
(3) Particulele bogate în elemente C și O provin în principal din uleiul lubrifiant, praful, pământul, aerul etc. lipite de suprafața lingoului. Principalele componente ale uleiului de lubrifiere sunt C, O, H, S etc., iar componenta principală a prafului și a solului este SiO2. Conținutul de O al particulelor de suprafață este în general mare. Deoarece particulele se află într-o stare de temperatură ridicată imediat după părăsirea centurii de lucru și datorită suprafeței specifice mari a particulelor, ele absorb cu ușurință atomii de O în aer și provoacă oxidare după contactul cu aerul, rezultând un O mai mare. conținut decât matricea.
(4) Fe, Si etc. provin în principal din fazele de oxizi, calcar vechi și impurități din lingou (punct de topire ridicat sau a doua fază care nu este complet eliminată prin omogenizare). Elementul Fe provine din Fe din lingourile de aluminiu, formând faze de impurități cu punct de topire ridicat, cum ar fi FeAl3 sau AlFeSi(Mn), care nu pot fi dizolvate în soluție solidă în timpul procesului de omogenizare sau nu sunt complet transformate; Si există în matricea de aluminiu sub formă de Mg2Si sau o soluție solidă suprasaturată de Si în timpul procesului de turnare. În timpul procesului de extrudare la cald a tijei turnate, excesul de Si poate precipita. Solubilitatea Si în aluminiu este de 0,48% la 450°C și 0,8% (în greutate%) la 500°C. Conținutul în exces de Si în 6005 este de aproximativ 0,41%, iar Si precipitat poate fi agregare și precipitare cauzate de fluctuațiile concentrației.
(5) Aluminiul lipit de cureaua de lucru a matriței este cauza principală a tragerii. Matrița de extrudare este un mediu cu temperatură ridicată și presiune înaltă. Frecarea fluxului de metal va crește temperatura curelei de lucru a matriței, formând un „strat de aluminiu lipicios” la marginea de tăiere a intrării curelei de lucru.
În același timp, excesul de Si și alte elemente precum Mn și Cr din aliajul de aluminiu sunt ușor de format soluții solide de înlocuire cu Fe, ceea ce va promova formarea unui „strat de aluminiu lipicios” la intrarea în zona de lucru a matriței. Metalul care curge prin „stratul lipicios de aluminiu” aparține frecării interne (forfecare de alunecare în interiorul metalului). Metalul se deformează și se întărește din cauza frecării interne, ceea ce face ca metalul de bază și matrița să se lipească. În același timp, cureaua de lucru a matriței este deformată într-o formă de trompetă din cauza presiunii, iar aluminiul lipicios format de partea de tăiere a curelei de lucru care contactează profilul este similar cu muchia de tăiere a unei scule de strunjire.
Formarea aluminiului lipicios este un proces dinamic de creștere și pierdere. Particulele sunt scoase în mod constant de profil. Aderă la suprafața profilului, formând defecte de tragere. Dacă curge direct din banda de lucru și este adsorbită instantaneu pe suprafața profilului, particulele mici aderate termic la suprafață sunt numite „particule de adsorbție”. Dacă unele particule vor fi sparte de aliajul de aluminiu extrudat, unele particule se vor lipi de suprafața benzii de lucru atunci când trec prin centura de lucru, provocând zgârieturi pe suprafața profilului. Capătul din coadă este matricea de aluminiu stivuită. Când există mult aluminiu blocat în mijlocul curelei de lucru (legatura este puternică), se va agrava zgârieturile de suprafață.
(6) Viteza de extrudare are o mare influență asupra tragerii. Influența vitezei de extrudare. În ceea ce privește aliajul 6005 pe șenile, viteza de extrudare crește în intervalul de testare, temperatura de ieșire crește, iar numărul de particule de tragere la suprafață crește și devine mai greu pe măsură ce liniile mecanice cresc. Viteza de extrudare trebuie menținută cât mai stabilă posibil pentru a evita schimbările bruște ale vitezei. Viteza excesivă de extrudare și temperatura ridicată de ieșire vor duce la frecare crescută și la tragere serioasă a particulelor. Mecanismul specific al impactului vitezei de extrudare asupra fenomenului de tragere necesită o urmărire și verificare ulterioară.
(7) Calitatea suprafeței tijei turnate este, de asemenea, un factor important care afectează particulele de tragere. Suprafața tijei turnate este aspră, cu bavuri de ferăstrău, pete de ulei, praf, coroziune etc., toate acestea crescând tendința de tragere a particulelor.
4 Concluzie
(1) Compoziția defectelor de tragere este în concordanță cu cea a matricei; compoziția poziției particulelor este în mod evident diferită de cea a matricei, conținând în principal elemente O, C, Fe și Si.
(2) Defectele de tragere ale particulelor sunt cauzate în principal de lipirea aluminiului de cureaua de lucru a matriței. Orice factor care favorizează lipirea aluminiului de cureaua de lucru va cauza defecte de tragere. Pe premisa asigurării calității tijei turnate, generarea de particule de tragere nu are un impact direct asupra compoziției aliajului.
(3) Tratarea uniformă adecvată a focului este benefică pentru reducerea tragerii de suprafață.
Ora postării: 10-sept-2024
