По време на процеса на екструдиране на екструдирани материали от алуминиеви сплави, особено на алуминиеви профили, на повърхността често се появява дефект „питинг“. Специфичните прояви включват много малки тумори с различна плътност, опашка и очевидно усещане за ръката, с усещане за шипове. След окисляване или електрофоретично третиране на повърхността те често изглеждат като черни гранули, полепнали по повърхността на продукта.
При екструзионното производство на профили с голямо сечение този дефект е по-вероятно да се появи поради влиянието на структурата на блока, температурата на екструдиране, скоростта на екструдиране, сложността на матрицата и т.н. Повечето от фините частици на дефектите с ямки могат да бъдат отстранени по време на процес на предварителна обработка на повърхността на профила, особено процеса на алкално ецване, докато малък брой големи, здраво залепени частици остават върху повърхността на профила, което влияе върху качеството на външния вид на крайния продукт.
При обикновените строителни профилни продукти за врати и прозорци клиентите обикновено приемат незначителни дефекти с ямки, но за промишлени профили, които изискват еднакъв акцент върху механичните свойства и декоративните характеристики или повече акцент върху декоративните характеристики, клиентите обикновено не приемат този дефект, особено дефектите с ямки, които са несъвместим с различния цвят на фона.
За да се анализира механизмът на образуване на груби частици, бяха анализирани морфологията и съставът на местата на дефектите при различни състави на сплави и процеси на екструзия и бяха сравнени разликите между дефектите и матрицата. Беше предложено разумно решение за ефективно разрешаване на грубите частици и беше проведен пробен тест.
За да се решат дефектите на профилите, е необходимо да се разбере механизмът на образуване на дефекти. По време на процеса на екструдиране алуминият, полепнал върху работната лента на матрицата, е основната причина за дефекти на повърхността на екструдираните алуминиеви материали. Това е така, защото процесът на екструдиране на алуминий се извършва при висока температура от около 450°C. Ако се добавят ефектите на топлината на деформация и топлината на триене, температурата на метала ще бъде по-висока, когато изтича от отвора на матрицата. Когато продуктът изтича от отвора на матрицата, поради високата температура, има феномен на залепване на алуминий между метала и работния ремък на формата.
Формата на това залепване често е: повтарящ се процес на залепване – разкъсване – залепване – разкъсване отново и продуктът тече напред, което води до множество малки вдлъбнатини по повърхността на продукта.
Това явление на свързване е свързано с фактори като качеството на слитъка, състоянието на повърхността на работния ремък на формата, температурата на екструзия, скоростта на екструзия, степента на деформация и устойчивостта на деформация на метала.
1 Тестови материали и методи
Чрез предварителни изследвания научихме, че фактори като металургична чистота, състояние на матрицата, процес на екструдиране, съставки и производствени условия могат да повлияят на грапавите повърхностни частици. При теста бяха използвани два пръта от сплав, 6005A и 6060, за екструдиране на една и съща секция. Морфологията и съставът на грапавите позиции на частиците бяха анализирани чрез спектрометър с директно отчитане и SEM методи за откриване и сравнени със заобикалящата нормална матрица.
За да се разграничи ясно морфологията на двата дефекта на костилките и частиците, те се дефинират, както следва:
(1) Язмисти дефекти или дефекти при издърпване са вид точкови дефекти, които представляват неправилен подобен на попова лъжица или точков дефект надраскване, който се появява на повърхността на профила. Дефектът започва от ивицата за надраскване и завършва с падане на дефекта, натрупвайки се в метални зърна в края на линията за надраскване. Размерът на вдлъбнатия дефект обикновено е 1-5 mm и става тъмно черен след окисляване, което в крайна сметка се отразява на външния вид на профила, както е показано в червения кръг на Фигура 1.
(2) Повърхностните частици се наричат още метални зърна или адсорбционни частици. Повърхността на профила от алуминиева сплав е закрепена със сферични сиво-черни твърди метални частици и има рехава структура. Има два вида профили от алуминиеви сплави: такива, които могат да бъдат изтрити, и такива, които не могат да бъдат изтрити. Размерът обикновено е по-малък от 0,5 мм и е груб на допир. В предната част няма драскотина. След окисляване той не се различава много от матрицата, както е показано в жълтия кръг на фигура 1.
2 Резултати от теста и анализ
2.1 Дефекти при издърпване на повърхността
Фигура 2 показва микроструктурната морфология на дефекта на издърпване на повърхността на сплав 6005A. В предната част на издърпването има стъпаловидни драскотини, които завършват с подредени възли. След появата на нодулите повърхността се нормализира. Мястото на дефекта на грапавостта не е гладко на пипане, има остър трън на усещане и залепва или се натрупва върху повърхността на профила. Чрез теста за екструдиране беше наблюдавано, че морфологията на издърпване на екструдираните профили 6005A и 6060 е сходна и опашката на продукта е по-голяма от главата; разликата е, че общият размер на издърпване на 6005A е по-малък и дълбочината на надраскване е отслабена. Това може да е свързано с промени в състава на сплавта, състоянието на отливката и условията на формата. Наблюдавани под 100Х, има очевидни следи от надраскване в предния край на зоната за издърпване, която е удължена по посока на екструзия, а формата на крайните частици на нодулите е неправилна. При 500X, предният край на издърпващата повърхност има стъпаловидни драскотини по посока на екструзия (размерът на този дефект е около 120 μm) и има очевидни следи от натрупване върху нодуларните частици в опашния край.
За да се анализират причините за издърпване, спектрометърът с директно отчитане и EDX бяха използвани за извършване на компонентен анализ на местата на дефектите и матрицата на трите компонента на сплавта. Таблица 1 показва резултатите от теста на профила 6005A. Резултатите от EDX показват, че съставът на позицията на подреждане на издърпващите частици е основно подобен на този на матрицата. В допълнение, някои фини частици примеси се натрупват в и около дефекта на издърпване и частиците примеси съдържат C, O (или Cl) или Fe, Si и S.
Анализът на дефектите на грапавост на фино оксидирани екструдирани профили 6005A показва, че издърпващите частици са с големи размери (1-5 mm), повърхността е предимно подредена и има стъпаловидни драскотини по предната част; Съставът е близък до Al матрицата и ще има хетерогенни фази, съдържащи Fe, Si, C и O, разпределени около него. Това показва, че механизмът на образуване на издърпване на трите сплави е един и същ.
По време на процеса на екструдиране, триенето на металния поток ще доведе до повишаване на температурата на работния ремък на формата, образувайки „лепкав алуминиев слой“ на режещия ръб на входа на работния ремък. В същото време излишъкът от Si и други елементи като Mn и Cr в алуминиевата сплав лесно се образуват заместващи твърди разтвори с Fe, което ще насърчи образуването на „лепкав алуминиев слой“ на входа на работната зона на формата.
Тъй като металът тече напред и се трие в работната лента, възвратно-постъпателно явление на непрекъснато свързване-разкъсване-залепване възниква в определена позиция, което кара метала непрекъснато да се наслагва в тази позиция. Когато частиците се увеличат до определен размер, те ще бъдат изтеглени от течащия продукт и ще образуват следи от надраскване върху металната повърхност. Той ще остане върху металната повърхност и ще образува дърпащи частици в края на драскотината. следователно може да се счита, че образуването на грапави частици е свързано главно с алуминия, полепнал върху работния ремък на формата. Хетерогенните фази, разпределени около него, могат да произхождат от смазочно масло, оксиди или прахови частици, както и примеси, донесени от грапавата повърхност на блока.
Въпреки това, броят на издърпванията в резултатите от теста 6005A е по-малък и степента е по-лека. От една страна, това се дължи на скосяването на изхода на работния ремък на формата и внимателното полиране на работния ремък за намаляване на дебелината на алуминиевия слой; от друга страна, това е свързано с излишното съдържание на Si.
Според резултатите от директното отчитане на спектралния състав може да се види, че в допълнение към Si, комбиниран с Mg Mg2Si, останалият Si се появява под формата на просто вещество.
2.2 Малки частици по повърхността
При визуална проверка с малко увеличение частиците са малки (≤0,5 mm), не са гладки на допир, имат остро усещане и се придържат към повърхността на профила. Наблюдавани под 100Х, малките частици по повърхността са произволно разпределени и има частици с малък размер, прикрепени към повърхността, независимо дали има драскотини или не;
При 500X, независимо дали има очевидни стъпаловидни драскотини по повърхността по посока на екструдиране, много частици все още са прикрепени и размерите на частиците варират. Най-големият размер на частиците е около 15 μm, а малките частици са около 5 μm.
Чрез анализа на състава на повърхностните частици от сплав 6060 и непокътнатата матрица, частиците са съставени главно от O, C, Si и Fe елементи, а съдържанието на алуминий е много ниско. Почти всички частици съдържат О и С елементи. Съставът на всяка частица е малко по-различен. Сред тях частиците a са близки до 10 μm, което е значително по-високо от матрицата Si, Mg и O; В c частиците Si, O и Cl очевидно са по-високи; Частиците d и f съдържат високо съдържание на Si, O и Na; частиците e съдържат Si, Fe и O; h частиците са Fe-съдържащи съединения. Резултатите от 6060 частици са подобни на тези, но тъй като съдържанието на Si и Fe в самия 6060 е ниско, съответното съдържание на Si и Fe в повърхностните частици също е ниско; съдържанието на C в 6060 частици е относително ниско.
Повърхностните частици може да не са единични малки частици, но могат също да съществуват под формата на струпвания от много малки частици с различни форми и масовите проценти на различните елементи в различните частици варират. Смята се, че частиците са съставени главно от два вида. Единият е утайки като AlFeSi и елементарен Si, които произхождат от примесни фази с висока точка на топене като FeAl3 или AlFeSi(Mn) в слитъка, или фази на утаяване по време на процеса на екструзия. Другото е полепнала чужда материя.
2.3 Влияние на повърхностната грапавост на блока
По време на теста беше установено, че задната повърхност на струга за лят прът 6005A е грапава и зацапана с прах. Имаше две отлети пръти с най-дълбоки следи от инструмента за въртене на местни места, което съответстваше на значително увеличение на броя на издърпванията след екструдиране, а размерът на едно издърпване беше по-голям, както е показано на Фигура 7.
Лятата пръчка 6005A няма струг, така че грапавостта на повърхността е ниска и броят на издърпванията е намален. В допълнение, тъй като няма излишък от флуид за рязане, прикрепен към следите от струг на отлятия прът, съдържанието на С в съответните частици се намалява. Доказано е, че следите от завъртане върху повърхността на отлятата пръчка ще утежнят издърпването и образуването на частици до известна степен.
3 Дискусия
(1) Компонентите на дефектите при изтегляне са основно същите като тези на матрицата. Това са чуждите частици, старата кожа на повърхността на слитъка и други примеси, натрупани в стената на екструзионния цилиндър или мъртвата зона на формата по време на процеса на екструдиране, които се пренасят върху металната повърхност или алуминиевия слой на обработващата форма. колан. Докато продуктът тече напред, се причиняват повърхностни драскотини и когато продуктът се натрупа до определен размер, той се изважда от продукта, за да образува издърпване. След окисляване издърпването беше корозирало и поради големия си размер имаше ямковидни дефекти.
(2) Повърхностните частици понякога изглеждат като единични малки частици, а понякога съществуват в агрегирана форма. Техният състав очевидно е различен от този на матрицата и съдържа главно елементи O, C, Fe и Si. Някои от частиците са доминирани от O и C елементи, а някои частици са доминирани от O, C, Fe и Si. Следователно се предполага, че повърхностните частици идват от два източника: единият е утайки като AlFeSi и елементарен Si, а примесите като O и C са полепнали по повърхността; Другото е полепнала чужда материя. Частиците се разяждат след окисляване. Поради малкия си размер, те нямат или имат малко въздействие върху повърхността.
(3) Частиците, богати на C и O елементи, идват главно от смазочно масло, прах, почва, въздух и т.н., полепнали по повърхността на блока. Основните компоненти на смазочното масло са C, O, H, S и т.н., а основният компонент на праха и почвата е SiO2. Съдържанието на O в повърхностните частици обикновено е високо. Тъй като частиците са във високотемпературно състояние веднага след напускане на работната лента и поради голямата специфична повърхност на частиците, те лесно адсорбират O атоми във въздуха и причиняват окисление след контакт с въздуха, което води до по-висок O съдържание от матрицата.
(4) Fe, Si и др. идват главно от оксидите, стария котлен камък и фазите на примеси в блока (висока точка на топене или втора фаза, която не е напълно елиминирана чрез хомогенизиране). Елементът Fe произхожда от Fe в алуминиеви блокове, образувайки примесни фази с висока точка на топене като FeAl3 или AlFeSi(Mn), които не могат да бъдат разтворени в твърд разтвор по време на процеса на хомогенизиране или не са напълно преобразувани; Si съществува в алуминиевата матрица под формата на Mg2Si или пренаситен твърд разтвор на Si по време на процеса на леене. По време на процеса на горещо екструдиране на отлятата пръчка може да се утаи излишък от Si. Разтворимостта на Si в алуминий е 0,48% при 450°C и 0,8% (wt%) при 500°C. Излишното съдържание на Si в 6005 е около 0,41%, а утаеният Si може да бъде агрегация и утаяване, причинени от колебания в концентрацията.
(5) Залепването на алуминий по работната лента на формата е основната причина за издърпване. Екструзионната матрица е среда с висока температура и високо налягане. Триенето на металния поток ще повиши температурата на работния ремък на матрицата, образувайки „лепкав алуминиев слой“ на режещия ръб на входа на работния ремък.
В същото време излишъкът от Si и други елементи като Mn и Cr в алуминиевата сплав лесно се образуват заместващи твърди разтвори с Fe, което ще насърчи образуването на „лепкав алуминиев слой“ на входа на работната зона на формата. Металът, протичащ през „лепкавия алуминиев слой“, принадлежи към вътрешното триене (плъзгащо се срязване вътре в метала). Металът се деформира и втвърдява поради вътрешно триене, което насърчава залепването на основния метал и формата. В същото време работният ремък на матрицата се деформира във форма на тръба поради натиска, а лепкавият алуминий, образуван от частта на режещия ръб на работния ремък, контактуваща с профила, е подобен на режещия ръб на струговащ инструмент.
Образуването на лепкав алуминий е динамичен процес на растеж и отделяне. Частиците непрекъснато се извеждат от профила. Прилепват към повърхността на профила, образувайки дефекти при издърпване. Ако тече директно от работната лента и незабавно се адсорбира върху повърхността на профила, малките частици, термично залепени за повърхността, се наричат „адсорбционни частици“. Ако някои частици бъдат счупени от екструдираната алуминиева сплав, някои частици ще залепнат по повърхността на работната лента, когато преминават през работната лента, причинявайки драскотини по повърхността на профила. Краят на опашката е подредената алуминиева матрица. Когато има много алуминий, заседнал в средата на работния ремък (връзката е силна), това ще влоши повърхностните драскотини.
(6) Скоростта на екструдиране има голямо влияние върху издърпването. Влиянието на скоростта на екструдиране. Що се отнася до проследената сплав 6005, скоростта на екструдиране се увеличава в рамките на тестовия диапазон, температурата на изхода се увеличава и броят на издърпващите повърхността частици се увеличава и става по-тежък с увеличаването на механичните линии. Скоростта на екструдиране трябва да се поддържа възможно най-стабилна, за да се избегнат внезапни промени в скоростта. Прекомерната скорост на екструдиране и високата температура на изхода ще доведат до повишено триене и сериозно издърпване на частици. Специфичният механизъм на влиянието на скоростта на екструдиране върху феномена на издърпване изисква последващо проследяване и проверка.
(7) Качеството на повърхността на отлятата пръчка също е важен фактор, влияещ върху издърпващите частици. Повърхността на лятата пръчка е грапава, с резки, маслени петна, прах, корозия и т.н., като всички те увеличават склонността към издърпване на частици.
4 Заключение
(1) Съставът на дефектите при изтегляне е в съответствие с този на матрицата; съставът на позицията на частиците очевидно е различен от този на матрицата, съдържаща главно O, C, Fe и Si елементи.
(2) Дефектите на теглещите частици се причиняват главно от залепване на алуминий към работния ремък на формата. Всички фактори, които насърчават залепването на алуминия към работния ремък на матрицата, ще причинят дефекти при издърпване. Предпоставката за осигуряване на качеството на отлятата пръчка, генерирането на издърпващи частици няма пряко въздействие върху състава на сплавта.
(3) Правилното равномерно третиране с огън е от полза за намаляване на издърпването на повърхността.
Време на публикуване: 10 септември 2024 г
