Током процеса екструзије екструдираних материјала од легура алуминијума, посебно алуминијумских профила, на површини се често јавља дефект у облику „јамица“. Специфичне манифестације укључују веома мале туморе различите густине, „репове“ и очигледан осећај на додир, са бодљастим осећајем. Након оксидације или електрофоретске површинске обраде, често се појављују као црне грануле које се лепе за површину производа.
У производњи профила великог пресека екструзијом, овај дефект се вероватније јавља због утицаја структуре ингота, температуре екструзије, брзине екструзије, сложености калупа итд. Већина финих честица јамичастих дефеката може се уклонити током процеса претходне обраде површине профила, посебно процеса алкалног нагризања, док мали број великих, чврсто прилепљених честица остаје на површини профила, што утиче на изглед финалног производа.
Код обичних профила за врата и прозоре у зградама, купци углавном прихватају мање јамичасте недостатке, али код индустријских профила који захтевају једнак нагласак на механичка својства и декоративне перформансе или већи нагласак на декоративне перформансе, купци углавном не прихватају овај недостатак, посебно јамичасте недостатке који нису у складу са различитом бојом позадине.
Да би се анализирао механизам формирања храпавих честица, анализирана је морфологија и састав места дефеката под различитим саставима легура и процесима екструзије, а разлике између дефеката и матрице су упоређене. Предложено је разумно решење за ефикасно решавање проблема храпавих честица и спроведено је пробно тестирање.
Да би се решили проблеми са тачкастим дефекатима профила, неопходно је разумети механизам њиховог настанка. Током процеса екструзије, лепљење алуминијума за радну траку калупа је главни узрок тачкастих дефеката на површини екструдираних алуминијумских материјала. То је зато што се процес екструзије алуминијума изводи на високој температури од око 450°C. Ако се додају ефекти топлоте деформације и топлоте трења, температура метала ће бити виша када истиче из отвора калупа. Када производ истиче из отвора калупа, због високе температуре, долази до феномена лепљења алуминијума између метала и радне траке калупа.
Облик овог везивања је често: поновљени процес везивања – кидања – везивања – поновног кидања, а производ тече напред, што резултира многим малим удубљењима на површини производа.
Овај феномен везивања повезан је са факторима као што су квалитет ингота, стање површине радне траке калупа, температура екструзије, брзина екструзије, степен деформације и отпорност метала на деформацију.
1 Материјали и методе тестирања
Кроз прелиминарно истраживање, сазнали смо да фактори као што су металуршка чистоћа, статус калупа, процес екструзије, састојци и услови производње могу утицати на површински храпаву честице. У тесту, две легуре, 6005А и 6060, коришћене су за екструдирање истог пресека. Морфологија и састав положаја храпавих честица анализирани су помоћу спектрометра са директним очитавањем и SEM метода детекције, и упоређени са околном нормалном матрицом.
Да би се јасно разликовала морфологија два дефекта, јамичастих и честица, они су дефинисани на следећи начин:
(1) Копривни дефекти или дефекти извлачења су врста тачкастог дефекта који представља неправилан дефект у облику пуноглавца или тачкасте огреботине који се појављује на површини профила. Дефект почиње од траке огреботине и завршава се отпадањем дефекта, акумулирајући се у метална зрна на крају линије огреботине. Величина копривног дефекта је генерално 1-5 мм, а након оксидационе обраде постаје тамно црн, што на крају утиче на изглед профила, као што је приказано црвеним кругом на слици 1.
(2) Површинске честице се називају и метална зрна или адсорпционе честице. Површина профила од легуре алуминијума је причвршћена сферним сиво-црним честицама тврдог метала и има растреситу структуру. Постоје две врсте профила од легуре алуминијума: они који се могу обрисати и они који се не могу обрисати. Величина је генерално мања од 0,5 мм и храпава је на додир. Нема огреботина на предњем делу. Након оксидације, не разликује се много од матрице, као што је приказано жутим кругом на слици 1.
2 Резултати теста и анализа
2.1 Дефекти површинског повлачења
Слика 2 приказује микроструктурну морфологију дефекта извлачења на површини легуре 6005А. У предњем делу извлачења постоје степенасте огреботине, које се завршавају наслаганим чворићима. Након појаве чворића, површина се враћа у нормалу. Локација дефекта храпавости није глатка на додир, има оштар трнасти осећај и лепи се или акумулира на површини профила. Тестом екструзије примећено је да је морфологија извлачења екструдираних профила 6005А и 6060 слична, а задњи крај производа је већи од предњег краја; разлика је у томе што је укупна величина извлачења 6005А мања, а дубина огреботине је ослабљена. Ово може бити повезано са променама у саставу легуре, стању ливене шипке и условима калупа. Посматрано под увећањем од 100X, постоје очигледне огреботине на предњем крају подручја извлачења, које је издужено дуж правца екструзије, а облик коначних честица чворића је неправилан. На 500X, предњи крај површине за вучу има степенасте огреботине дуж правца екструзије (величина овог дефекта је око 120 μм), а на задњем крају постоје очигледни трагови слагања на нодуларним честицама.
Да би се анализирали узроци извлачења, коришћени су спектрометар са директним очитавањем и EDX за анализу компоненти на локацијама дефеката и матрици три компоненте легуре. Табела 1 приказује резултате испитивања профила 6005A. EDX резултати показују да је састав положаја слагања честица извлачења у основи сличан саставу матрице. Поред тога, неке фине честице нечистоћа су акумулиране у и око дефекта извлачења, а честице нечистоћа садрже C, O (или Cl), или Fe, Si и S.
Анализа дефеката храпавости фино оксидованих екструдираних профила од 6005А показује да су честице извлачења велике величине (1-5 мм), површина је углавном наслагана, а на предњем делу постоје степенасте огреботине; састав је близак Al матрици, а око ње ће бити хетерогене фазе које садрже Fe, Si, C и O. То показује да је механизам формирања извлачења три легуре исти.
Током процеса екструзије, трење течења метала ће узроковати пораст температуре радне траке калупа, формирајући „лепљиви слој алуминијума“ на сечиву ивице улаза у радну траку. Истовремено, вишак Si и других елемената као што су Mn и Cr у легури алуминијума лако формира чврсте растворе замене са Fe, што ће подстаћи стварање „лепљивог слоја алуминијума“ на улазу у радну зону калупа.
Како метал тече напред и трља се о радну траку, на одређеној позицији се јавља реципрочни феномен континуираног лепљења-кидања-лепљења, што узрокује да се метал континуирано наслања на тој позицији. Када честице достигну одређену величину, биће одвучене текућим производом и формираће трагове гребања на површини метала. Остаће на површини метала и формираће честице које вуче на крају гребања. Стога се може сматрати да је формирање храпавих честица углавном повезано са лепљењем алуминијума на радну траку калупа. Хетерогене фазе распоређене око ње могу потицати од уља за подмазивање, оксида или честица прашине, као и нечистоћа које доноси храпава површина ингота.
Међутим, број повлачења у резултатима теста 6005А је мањи, а степен је лакши. С једне стране, то је због закошења на излазу из радне траке калупа и пажљивог полирања радне траке ради смањења дебљине слоја алуминијума; с друге стране, то је повезано са вишком садржаја Si.
Према резултатима директног очитавања спектралног састава, може се видети да се поред Si комбинованог са MgMg2Si, преостали Si појављује у облику једноставне супстанце.
2.2 Мале честице на површини
При визуелном прегледу са малим увећањем, честице су мале (≤0,5 мм), нису глатке на додир, оштре су на додир и пријањају за површину профила. Посматрано под увећањем од 100 пута, мале честице на површини су насумично распоређене и постоје честице мале величине причвршћене за површину без обзира на то да ли постоје огреботине или не;
При 500X, без обзира на то да ли постоје очигледне степенасте огреботине на површини дуж правца екструзије, многе честице су и даље причвршћене, а величине честица варирају. Највећа величина честица је око 15 μm, а мале честице су око 5 μm.
Анализом састава површинских честица легуре 6060 и нетакнуте матрице, честице се углавном састоје од елемената O, C, Si и Fe, а садржај алуминијума је веома низак. Скоро све честице садрже елементе O и C. Састав сваке честице се мало разликује. Међу њима, a честице су близу 10 μm, што је знатно више него код матрице Si, Mg и O; код c честица, Si, O и Cl су очигледно већи; d и f садрже висок садржај Si, O и Na; e честице садрже Si, Fe и O; h честице су једињења која садрже Fe. Резултати за 6060 честице су слични овим, али пошто је садржај Si и Fe у самој 6060 низак, одговарајући садржај Si и Fe у површинским честицама је такође низак; садржај C у 6060 честицама је релативно низак.
Површинске честице можда нису појединачне мале честице, већ могу постојати и у облику агрегација многих малих честица различитих облика, а масени проценти различитих елемената у различитим честицама варирају. Верује се да су честице углавном састављене од две врсте. Једна су талози као што су AlFeSi и елементарни Si, који потичу од фаза нечистоћа са високом тачком топљења као што су FeAl3 или AlFeSi(Mn) у инготу, или талога током процеса екструзије. Друга је прилепљена страна материја.
2.3 Утицај површинске храпавости ингота
Током испитивања, утврђено је да је задња површина струга за ливене шипке 6005А била храпава и запрљана прашином. Постојале су две ливене шипке са најдубљим траговима алата за стругање на локалним локацијама, што је одговарало значајном повећању броја извлачења након екструзије, а величина једног извлачења је била већа, као што је приказано на слици 7.
Ливена шипка 6005А нема струг, тако да је храпавост површине мала и број извлачења је смањен. Поред тога, пошто нема вишка течности за резање везане за трагове струга на ливеној шипки, садржај C у одговарајућим честицама је смањен. Доказано је да трагови стругања на површини ливене шипке донекле погоршавају извлачење и стварање честица.
3 Дискусија
(1) Компоненте дефеката извлачења су у основи исте као и оне матрице. То су стране честице, стара облога на површини ингота и друге нечистоће нагомилане у зиду цеви за екструзију или мртвом делу калупа током процеса екструзије, које се доводе до металне површине или алуминијумског слоја радне траке калупа. Како производ тече напред, настају површинске огреботине, а када се производ накупи до одређене величине, производ га извлачи и формира извлачење. Након оксидације, извлачење је кородирало, а због своје велике величине, појавили су се дефекти слични јамицама.
(2) Површинске честице се понекад појављују као појединачне мале честице, а понекад постоје у агрегираном облику. Њихов састав се очигледно разликује од састава матрице и углавном садржи елементе O, C, Fe и Si. У неким честицама доминирају елементи O и C, а у неким честицама доминирају O, C, Fe и Si. Стога се закључује да површинске честице потичу из два извора: један су талози као што су AlFeSi и елементарни Si, а нечистоће као што су O и C су прилепљене за површину; други су прилепљене стране материје. Честице кородирају након оксидације. Због своје мале величине, оне немају или имају мали утицај на површину.
(3) Честице богате елементима C и O углавном потичу из уља за подмазивање, прашине, земље, ваздуха итд. које су се залепиле за површину ингота. Главне компоненте уља за подмазивање су C, O, H, S итд., а главна компонента прашине и земље је SiO2. Садржај O у површинским честицама је генерално висок. Пошто су честице у стању високе температуре одмах након напуштања радне траке, и због велике специфичне површине честица, лако адсорбују атоме O у ваздуху и изазивају оксидацију након контакта са ваздухом, што резултира већим садржајем O него у матрици.
(4) Fe, Si итд. углавном потичу од оксида, старе каменице и нечистоћа у инготу (висока тачка топљења или друга фаза која није у потпуности елиминисана хомогенизацијом). Елемент Fe потиче од Fe у алуминијумским инготима, формирајући нечистоће високе тачке топљења као што су FeAl3 или AlFeSi(Mn), које се не могу растворити у чврстом раствору током процеса хомогенизације или нису у потпуности конвертоване; Si постоји у алуминијумској матрици у облику Mg2Si или презасићеног чврстог раствора Si током процеса ливења. Током процеса вруће екструзије ливене шипке, вишак Si може се исталожити. Растворљивост Si у алуминијуму је 0,48% на 450°C и 0,8% (теж.%) на 500°C. Вишак садржаја Si у 6005 је око 0,41%, а исталожени Si може бити агрегација и таложење узроковано флуктуацијама концентрације.
(5) Лепљење алуминијума на радну траку калупа је главни узрок повлачења. Екструзиони калуп је окружење високе температуре и високог притиска. Трење протока метала ће повећати температуру радне траке калупа, формирајући „лепљиви слој алуминијума“ на сечиву улаза радне траке.
Истовремено, вишак Si и других елемената као што су Mn и Cr у легури алуминијума лако се замењује са Fe као чврстим растворима, што ће подстаћи стварање „лепљивог слоја алуминијума“ на улазу у радну зону калупа. Метал који тече кроз „лепљиви слој алуминијума“ је део унутрашњег трења (клизно смицање унутар метала). Метал се деформише и стврдњава због унутрашњег трења, што подстиче лепљење метала испод калупа и калупа. Истовремено, радна трака калупа се деформише у облик трубе због притиска, а лепљиви алуминијум који се формира од стране сечива радне траке у контакту са профилом сличан је сечиву алата за стругање.
Формирање лепљивог алуминијума је динамичан процес раста и одвајања. Честице се стално избацују из профила. Прилепљују се за површину профила, формирајући дефекте услед повлачења. Ако директно истиче из радне траке и тренутно се адсорбује на површину профила, мале честице које се термички прилепљују за површину називају се „адсорпционе честице“. Ако неке честице буду поломљене екструдираном алуминијумском легуром, неке честице ће се залепити за површину радне траке приликом проласка кроз њу, узрокујући огреботине на површини профила. Завршни део је наслагана алуминијумска матрица. Када је пуно алуминијума заглављено у средини радне траке (веза је јака), то ће погоршати површинске огреботине.
(6) Брзина екструзије има велики утицај на повлачење. Утицај брзине екструзије. Што се тиче праћене легуре 6005, брзина екструзије се повећава унутар опсега испитивања, температура на излазу се повећава, а број површинских честица које се повлаче повећава и постаје тежи како се механичке линије повећавају. Брзина екструзије треба да буде што стабилнија како би се избегле нагле промене брзине. Прекомерна брзина екструзије и висока температура на излазу довешће до повећаног трења и озбиљног повлачења честица. Специфични механизам утицаја брзине екструзије на феномен повлачења захтева накнадно праћење и верификацију.
(7) Квалитет површине ливене шипке је такође важан фактор који утиче на извлачење честица. Површина ливене шипке је храпава, са огреботинама од тестере, мрљама од уља, прашином, корозијом итд., што све повећава склоност ка извлачењу честица.
4 Закључак
(1) Састав дефеката извлачења је у складу са саставом матрице; састав положаја честица је очигледно другачији од састава матрице, углавном садржи елементе O, C, Fe и Si.
(2) Дефекти честица извлачења углавном су узроковани лепљењем алуминијума на радну траку калупа. Било који фактор који подстиче лепљење алуминијума на радну траку калупа изазваће дефекте извлачења. Под претпоставком обезбеђивања квалитета ливене шипке, стварање честица извлачења нема директан утицај на састав легуре.
(3) Правилна једнообразна обрада ватром је корисна за смањење површинског повлачења.
Време објаве: 10. септембар 2024.
