Током процеса екструзије екструдираних материјала од легуре алуминијума, посебно алуминијумских профила, на површини се често јавља „питтинг“ дефект. Специфичне манифестације укључују веома мале туморе различите густине, репове и очигледан осећај шаке, са шиљастим осећајем. Након оксидације или електрофоретског третмана површине, често се појављују као црне грануле које се пријањају на површину производа.
У екструзионој производњи профила великог пресека, овај недостатак је вероватније да настане услед утицаја структуре ингота, температуре екструзије, брзине екструзије, сложености калупа, итд. процес предобраде површине профила, посебно процес алкалног јеткања, док мали број крупних, чврсто прилепљених честица остаје на површини профила, што утиче на квалитет изгледа финалног производа.
Код обичних грађевинских профила за врата и прозоре, купци углавном прихватају мање дефекте удубљења, али за индустријске профиле који захтевају једнак нагласак на механичке особине и декоративне перформансе или већи нагласак на декоративне перформансе, купци генерално не прихватају овај недостатак, посебно дефекте са удубљењем који су није у складу са различитом бојом позадине.
У циљу анализе механизма формирања храпавих честица, анализирана је морфологија и састав места дефекта под различитим саставима легура и процесима екструзије и упоређене су разлике између дефеката и матрице. Предложено је разумно решење за ефикасно решавање грубих честица и извршено је пробно испитивање.
Да би се решили дефекти питтинг профила, неопходно је разумети механизам формирања дефекта питтинг. Током процеса екструзије, лепљење алуминијума за радну траку матрице је главни узрок оштећења удубљења на површини екструдираних алуминијумских материјала. То је зато што се процес екструзије алуминијума одвија на високој температури од око 450°Ц. Ако се додају ефекти топлоте деформације и топлоте трења, температура метала ће бити виша када исцури из отвора матрице. Када производ исцури из отвора за калуп, услед високе температуре, долази до појаве лепљења алуминијума између метала и радне траке калупа.
Облик овог везивања је често: поновљени процес везивања – кидање – лепљење – поново кидање, а производ тече напред, што резултира многим малим удубљењима на површини производа.
Овај феномен везивања је повезан са факторима као што су квалитет ингота, стање површине радног појаса калупа, температура екструзије, брзина екструзије, степен деформације и отпорност метала на деформацију.
1 Испитни материјали и методе
Кроз прелиминарна истраживања, сазнали смо да фактори као што су металуршка чистоћа, статус калупа, процес екструзије, састојци и услови производње могу утицати на површинске храпаве честице. У тесту су две шипке од легуре, 6005А и 6060, коришћене за екструдирање истог пресека. Морфологија и састав положаја храпавих честица анализирани су спектрометром директног очитавања и методама СЕМ детекције и упоређени са околном нормалном матрицом.
Да би се јасно разликовала морфологија два дефекта удубљења и честица, они су дефинисани на следећи начин:
(1) Испуцани дефекти или дефекти повлачења су нека врста тачкастог дефекта који је неправилна огреботина налик пуноглавцима или тачкасти дефект који се појављује на површини профила. Дефект почиње од пруге за огреботине и завршава се тако што дефект отпада, акумулирајући се у металне зрна на крају линије огреботине. Величина удубљења је углавном 1-5 мм и постаје тамно црна након оксидационог третмана, што на крају утиче на изглед профила, као што је приказано у црвеном кругу на слици 1.
(2) Површинске честице се такође називају металним зрнима или адсорпционим честицама. Површина профила од легуре алуминијума причвршћена је сферним сиво-црним честицама тврдог метала и има лабаву структуру. Постоје две врсте профила од алуминијумске легуре: они који се могу обрисати и они који се не могу обрисати. Величина је углавном мања од 0,5 мм и на додир је груба. На предњем делу нема огреботине. Након оксидације, не разликује се много од матрице, као што је приказано у жутом кругу на слици 1.
2 Резултати испитивања и анализа
2.1 Дефекти при извлачењу површине
На слици 2 приказана је микроструктурна морфологија дефекта вучења на површини легуре 6005А. На предњем делу извлачења налазе се степенасте огреботине, а завршавају се наслаганим чворићима. Након појаве чворова, површина се враћа у нормалу. Локација дефекта храпавости није глатка на додир, има оштар трновит осећај и пријања или се акумулира на површини профила. Кроз тест екструзије, уочено је да је морфологија вучења екструдираних профила 6005А и 6060 слична, а задњи крај производа је више од главног краја; разлика је у томе што је укупна величина повлачења од 6005А мања и дубина гребања је ослабљена. Ово може бити повезано са променама у саставу легуре, стању ливене шипке и условима калупа. Посматрано испод 100Кс, постоје очигледне огреботине на предњем крају подручја повлачења, које је издужено дуж правца екструзије, а облик завршних честица нодула је неправилан. На 500Кс, предњи крај површине за повлачење има огреботине у облику степеница дуж правца екструзије (величина овог дефекта је око 120 μм), а постоје очигледне ознаке слагања на нодуларним честицама на задњем крају.
Да би се анализирали узроци повлачења, коришћени су спектрометар са директним очитавањем и ЕДКС за анализу компоненти на локацијама дефекта и матрици три компоненте легуре. У табели 1 приказани су резултати испитивања профила 6005А. ЕДКС резултати показују да је композиција положаја слагања вучних честица у основи слична оној матрице. Поред тога, неке фине честице нечистоће се акумулирају у и око дефекта повлачења, а честице нечистоће садрже Ц, О (или Цл), или Фе, Си и С.
Анализа дефеката храпавости фино оксидованих екструдираних профила 6005А показује да су вучне честице велике величине (1-5мм), површина је углавном наслагана, а на предњем делу постоје степеничасте огреботине; Састав је близак Ал матрици и постојаће хетерогене фазе које садрже Фе, Си, Ц и О распоређене око ње. То показује да је механизам формирања повлачења за три легуре исти.
Током процеса екструзије, трење протока метала ће узроковати пораст температуре радног појаса калупа, формирајући „лепљиви алуминијумски слој“ на резној ивици улаза у радну траку. Истовремено, вишак Си и других елемената као што су Мн и Цр у легури алуминијума се лако формирају као заменски чврсти раствори са Фе, што ће промовисати формирање „лепљивог алуминијумског слоја“ на улазу у радну зону калупа.
Како метал тече напред и трља се о радни појас, на одређеној позицији долази до повратног феномена непрекидног спајања-цепања-везивања, што доводи до тога да се метал непрекидно налаже на овој позицији. Када се честице повећају до одређене величине, производ ће их повући и формирати огреботине на металној површини. Остаће на металној површини и формирати вучне честице на крају огреботине. стога се може сматрати да је формирање храпавих честица углавном повезано са лепљењем алуминијума за радну траку калупа. Хетерогене фазе распоређене око њега могу настати 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 и степен је лакши. С једне стране, то је због скошења на излазу из радног појаса калупа и пажљивог полирања радног појаса како би се смањила дебљина алуминијумског слоја; с друге стране, то је повезано са вишком садржаја Си.
Према резултатима директног очитавања спектралног састава, може се видети да се поред Си у комбинацији са Мг Мг2Си, преостали Си појављује у облику једноставне супстанце.
2.2 Мале честице на површини
Под визуелним прегледом са малим увећањем, честице су мале (≤0,5 мм), нису глатке на додир, имају оштар осећај и пријањају на површину профила. Посматрано испод 100Кс, мале честице на површини су насумично распоређене, а постоје честице мале величине причвршћене за површину без обзира да ли има огреботина или не;
На 500Кс, без обзира да ли постоје очигледне степеничасте огреботине на површини дуж правца екструзије, многе честице су и даље причвршћене, а величине честица варирају. Највећа величина честица је око 15 μм, а мале честице су око 5 μм.
Кроз анализу састава површинских честица легуре 6060 и нетакнуте матрице, честице се углавном састоје од О, Ц, Си и Фе елемената, а садржај алуминијума је веома низак. Скоро све честице садрже О и Ц елементе. Састав сваке честице је мало другачији. Међу њима, а честице су близу 10 μм, што је знатно веће од матрице Си, Мг и О; У ц честицама, Си, О и Цл су очигледно виши; Честице д и ф садрже високе вредности Си, О и На; честице е садрже Си, Фе и О; х честице су једињења која садрже Фе. Резултати 6060 честица су слични овоме, али пошто је садржај Си и Фе у самом 6060 низак, одговарајући садржаји Си и Фе у површинским честицама су такође ниски; садржај Ц у 6060 честица је релативно низак.
Површинске честице не могу бити појединачне мале честице, већ могу постојати и у облику агрегација много малих честица различитих облика, а масени проценти различитих елемената у различитим честицама варирају. Верује се да су честице углавном састављене од две врсте. Један су преципитати као што су АлФеСи и елементарни Си, који потичу из фаза нечистоћа високе тачке топљења као што су ФеАл3 или АлФеСи(Мн) у инготу, или фазе преципитата током процеса екструзије. Друга је прилепљена страна материја.
2.3 Утицај храпавости површине ингота
Током тестирања установљено је да је задња површина струга са ливеном шипком 6005А храпава и умрљана прашином. Постојале су две ливене шипке са најдубљим траговима алата за окретање на локалним локацијама, што је одговарало значајном повећању броја повлачења након екструзије, а величина једног потезања је била већа, као што је приказано на слици 7.
Ливена шипка 6005А нема струг, тако да је храпавост површине мала и број повлачења је смањен. Поред тога, пошто нема вишка течности за сечење причвршћеног за ознаке струга ливене шипке, садржај Ц у одговарајућим честицама је смањен. Доказано је да ће трагови окретања на површини ливене шипке у одређеној мери погоршати повлачење и формирање честица.
3 Дискусија
(1) Компоненте дефекта повлачења су у основи исте као и компоненте матрице. То су стране честице, стара кожа на површини ингота и друге нечистоће нагомилане у зиду екструзионе цеви или мртви део калупа током процеса екструзије, који се доводе до металне површине или алуминијумског слоја калупа који ради. појас. Како производ тече напред, настају огреботине на површини, а када се производ акумулира до одређене величине, производ га вади како би се формирало повлачење. Након оксидације, вучење је кородирало, а због велике величине ту су се појавили дефекти у облику јаме.
(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 О, Ц, Фе и Си елементе. Неким од честица доминирају О и Ц елементи, а неким честицама доминирају О, Ц, Фе и Си. Стога се закључује да површинске честице потичу из два извора: један су преципитати као што су АлФеСи и елементарни Си, а нечистоће као што су О и Ц су прилепљене на површину; Друга је прилепљена страна материја. Честице су кородиране након оксидације. Због своје мале величине, немају или имају мали утицај на површину.
(3) Честице богате елементима Ц и О углавном потичу из уља за подмазивање, прашине, земље, ваздуха итд. налепљених на површину ингота. Главне компоненте уља за подмазивање су Ц, О, Х, С, итд., а главна компонента прашине и земље је СиО2. Садржај О у површинским честицама је генерално висок. Пошто су честице у стању високе температуре одмах по изласку из радног појаса, а због велике специфичне површине честица, оне лако адсорбују атоме О у ваздуху и изазивају оксидацију након контакта са ваздухом, што резултира већим О садржај него матрица.
(4) Фе, Си, итд. углавном потичу из оксида, старе камене и нечистоће у инготу (висока тачка топљења или друга фаза која није у потпуности елиминисана хомогенизацијом). Елемент Фе потиче од Фе у инготима алуминијума, формирајући нечистоће високе тачке топљења као што су ФеАл3 или АлФеСи(Мн), које се не могу растворити у чврстом раствору током процеса хомогенизације, или нису у потпуности конвертоване; Си постоји у алуминијумској матрици у облику Мг2Си или презасићеног чврстог раствора Си током процеса ливења. Током процеса вруће екструзије ливеног штапа, вишак Си може да се исталожи. Растворљивост Си у алуминијуму је 0,48% на 450°Ц и 0,8% (теж.%) на 500°Ц. Садржај вишка Си у 6005 је око 0,41%, а исталожени Си може бити агрегација и преципитација узрокована флуктуацијама концентрације.
(5) Алуминијум који се лепи за радни појас калупа је главни узрок повлачења. Матрица за екструзију је окружење високе температуре и високог притиска. Трење протока метала ће повећати температуру радног појаса калупа, формирајући „лепљиви алуминијумски слој“ на резној ивици улаза у радну траку.
Истовремено, вишак Си и других елемената као што су Мн и Цр у легури алуминијума се лако формирају као заменски чврсти раствори са Фе, што ће промовисати формирање „лепљивог алуминијумског слоја“ на улазу у радну зону калупа. Метал који тече кроз „лепљиви алуминијумски слој“ припада унутрашњем трењу (клизни смицање унутар метала). Метал се деформише и стврдне услед унутрашњег трења, што подстиче да се основни метал и калуп држе заједно. Истовремено, радна трака калупа се због притиска деформише у облик трубе, а лепљиви алуминијум формиран тако што резни део радног појаса додирује профил сличан је резној ивици алата за стругање.
Формирање лепљивог алуминијума је динамичан процес раста и осипања. Честице се константно избацују профилом. Пријањају за површину профила, стварајући дефекте при повлачењу. Ако тече директно из радног појаса и тренутно се адсорбује на површини профила, мале честице термички прилепљене на површину називају се „адсорпционе честице“. Ако екструдирана легура алуминијума разбије неке честице, неке честице ће се залепити за површину радног појаса приликом проласка кроз радни појас, узрокујући огреботине на површини профила. Задњи крај је наслагана алуминијумска матрица. Када се у средини радног појаса заглави много алуминијума (веза је јака), то ће погоршати површинске огреботине.
(6) Брзина екструзије има велики утицај на повлачење. Утицај брзине екструзије. Што се тиче легуре 6005 са гусјеницама, брзина екструзије се повећава унутар тестног опсега, излазна температура се повећава, а број површинских честица за повлачење се повећава и постаје тежи како се механичке линије повећавају. Брзину екструзије треба одржавати што је могуће стабилнијом како би се избегле нагле промене у брзини. Превелика брзина екструзије и висока излазна температура довешће до повећаног трења и озбиљног повлачења честица. Специфичан механизам утицаја брзине екструзије на феномен вучења захтева накнадно праћење и верификацију.
(7) Квалитет површине ливеног штапа је такође важан фактор који утиче на вучне честице. Површина ливене шипке је храпава, са неравнинама од тестере, мрљама од уља, прашином, корозијом, итд., што све повећава тенденцију повлачења честица.
4 Закључак
(1) Састав дефекта повлачења је у складу са саставом матрице; композиција положаја честица се очигледно разликује од састава матрице, углавном садржи О, Ц, Фе и Си елементе.
(2) Дефекти честица повлачења су углавном узроковане лепљењем алуминијума за радни појас калупа. Било који фактор који подстиче лепљење алуминијума за радну траку калупа ће изазвати дефекте повлачења. Полазећи од претпоставке да се обезбеди квалитет ливене шипке, стварање вучних честица нема директног утицаја на састав легуре.
(3) Правилна униформна обрада пожара је корисна за смањење површинског повлачења.
Време поста: Сеп-10-2024
