Med postopkom iztiskanja ekstrudiranih materialov iz aluminijeve zlitine, zlasti aluminijastih profilov, se na površini pogosto pojavi napaka "pitting". Posebne manifestacije vključujejo zelo majhne tumorje z različnimi gostotami, repom in očitnim občutkom rok z bodičastim občutkom. Po oksidaciji ali elektroforetski površinski obdelavi so pogosto videti kot črna zrnca, ki se držijo površine izdelka.
Pri iztiskanju profilov z velikim prerezom je verjetnost, da se bo ta napaka pojavila zaradi vpliva strukture ingota, temperature iztiskanja, hitrosti iztiskanja, kompleksnosti kalupa itd. Večino drobnih delcev luknjičastih napak je mogoče odstraniti med postopek predobdelave površine profila, zlasti postopek alkalnega jedkanja, medtem ko na površini profila ostane majhno število velikih, trdno sprijetih delcev, ki vplivajo na kakovost videza končnega izdelka.
Pri izdelkih običajnih gradbenih profilov za vrata in okna kupci na splošno sprejemajo manjše luknjičaste napake, toda pri industrijskih profilih, ki zahtevajo enak poudarek na mehanskih lastnostih in dekorativnih lastnostih ali večji poudarek na dekorativnih lastnostih, kupci na splošno ne sprejemajo te napake, zlasti luknjičastih napak, ki so ni v skladu z drugačno barvo ozadja.
Da bi analizirali mehanizem nastajanja grobih delcev, smo analizirali morfologijo in sestavo lokacij napak pri različnih sestavah zlitin in procesih ekstruzije ter primerjali razlike med napakami in matriko. Predlagana je bila razumna rešitev za učinkovito reševanje grobih delcev in izveden je bil poskusni test.
Za rešitev luknjičastih napak profilov je potrebno razumeti mehanizem nastanka luknjičastih napak. Med postopkom ekstrudiranja je oprijem aluminija na delovni trak matrice glavni vzrok za luknjičaste napake na površini materialov iz ekstrudiranega aluminija. To je zato, ker postopek iztiskanja aluminija poteka pri visoki temperaturi okoli 450 °C. Če dodamo še učinke deformacijske toplote in toplote trenja, bo temperatura kovine višja, ko izteče iz luknje matrice. Ko izdelek izteče iz luknje matrice, zaradi visoke temperature pride do pojava lepljenja aluminija med kovino in delovnim pasom kalupa.
Oblika tega lepljenja je pogosto: ponavljajoč se proces lepljenja – trganje – lepljenje – ponovno trganje, izdelek pa teče naprej, kar ima za posledico številne majhne jamice na površini izdelka.
Ta pojav lepljenja je povezan z dejavniki, kot so kakovost ingota, stanje površine delovnega pasu kalupa, temperatura iztiskanja, hitrost iztiskanja, stopnja deformacije in odpornost kovine na deformacijo.
1 Testni materiali in metode
S predhodnimi raziskavami smo ugotovili, da lahko dejavniki, kot so metalurška čistost, status plesni, postopek iztiskanja, sestavine in proizvodni pogoji, vplivajo na površinsko hrapave delce. Pri preskusu sta bili za ekstrudiranje istega dela uporabljeni dve palici iz zlitine, 6005A in 6060. Morfologijo in sestavo hrapavih položajev delcev smo analizirali s spektrometrom z neposrednim odčitavanjem in metodami detekcije SEM ter primerjali z okoliško normalno matriko.
Da bi jasno razlikovali morfologijo dveh napak, luknjičastih in delcev, so opredeljeni na naslednji način:
(1) Jamčaste napake ali napake pri vlečenju so neke vrste točkaste napake, ki so nepravilne praske v obliki paglavca ali konice, ki se pojavijo na površini profila. Napaka se začne pri praskalnem traku in konča tako, da napaka odpade in se nabere v kovinske zrnce na koncu praske. Velikost luknjičaste napake je na splošno 1–5 mm in po oksidacijski obdelavi postane temno črna, kar na koncu vpliva na videz profila, kot je prikazano v rdečem krogu na sliki 1.
(2) Površinske delce imenujemo tudi kovinski zrni ali adsorpcijski delci. Površina profila iz aluminijeve zlitine je pritrjena s sferičnimi sivo-črnimi trdimi kovinskimi delci in ima ohlapno strukturo. Obstajata dve vrsti profilov iz aluminijeve zlitine: tisti, ki jih je mogoče obrisati, in tisti, ki jih ni mogoče obrisati. Velikost je običajno manjša od 0,5 mm in je na otip hrapava. Na sprednjem delu ni nobene praske. Po oksidaciji se ne razlikuje veliko od matrice, kot je prikazano v rumenem krogu na sliki 1.
2 Rezultati testov in analiza
2.1 Napake pri vlečenju površine
Slika 2 prikazuje mikrostrukturno morfologijo vlečnega defekta na površini zlitine 6005A. V sprednjem delu vlečenja so stopničaste praske, ki se končajo z naloženimi nodulami. Po pojavu nodul se površina vrne v normalno stanje. Mesto hrapave napake ni gladko na dotik, ima oster trnast otip in se drži ali nabira na površini profila. S testom iztiskanja je bilo ugotovljeno, da je vlečna morfologija ekstrudiranih profilov 6005A in 6060 podobna, zadnji del izdelka pa je večji od glavnega dela; razlika je v tem, da je skupna velikost vlečenja 6005A manjša in globina praske je oslabljena. To je lahko povezano s spremembami v sestavi zlitine, stanju ulite palice in pogojih kalupa. Opazovano pod 100X so očitne sledi prask na sprednjem koncu vlečnega območja, ki je podolgovat vzdolž smeri iztiskanja, oblika končnih delcev vozličkov pa je nepravilna. Pri 500X ima sprednji del vlečne površine stopničaste praske vzdolž smeri iztiskanja (velikost te napake je približno 120 μm), na koncu repa pa so očitne oznake zlaganja na nodularnih delcih.
Da bi analizirali vzroke vlečenja, smo uporabili spektrometer z neposrednim odčitavanjem in EDX za analizo komponent na lokacijah napak in matrici treh komponent zlitine. Tabela 1 prikazuje rezultate testiranja profila 6005A. Rezultati EDX kažejo, da je sestava položaja zlaganja vlečnih delcev v bistvu podobna sestavi matrike. Poleg tega se nekaj drobnih delcev nečistoč nabere v in okoli vlečne napake, delci nečistoč pa vsebujejo C, O (ali Cl) ali Fe, Si in S.
Analiza napak hrapavosti finih oksidiranih ekstrudiranih profilov 6005A kaže, da so vlečni delci veliki (1-5 mm), površina je večinoma zložena, na sprednjem delu pa so stopničaste praske; Sestava je blizu Al matrice, okoli nje pa bodo razporejene heterogene faze, ki vsebujejo Fe, Si, C in O. Kaže, da je mehanizem oblikovanja vlečenja treh zlitin enak.
Med postopkom iztiskanja bo trenje kovinskega toka povzročilo dvig temperature delovnega traku kalupa, kar bo oblikovalo "lepljivo plast aluminija" na rezalnem robu vstopa v delovni trak. Hkrati je presežek Si in drugih elementov, kot sta Mn in Cr v aluminijevi zlitini, enostavno oblikovati nadomestne trdne raztopine z Fe, kar bo spodbudilo nastanek "lepljive aluminijaste plasti" na vhodu v delovno cono kalupa.
Ko kovina teče naprej in se drgne ob delovni trak, se na določenem mestu pojavi recipročni pojav neprekinjenega lepljenja-trganja-lepljenja, zaradi česar se kovina na tem položaju nenehno prekriva. Ko se delci povečajo na določeno velikost, jih bo tekoči izdelek potegnil proč in na kovinski površini naredil praske. Ostala bo na kovinski površini in na koncu praske tvorila vlečne delce. zato se lahko šteje, da je tvorba hrapavih delcev povezana predvsem z lepljenjem aluminija na delovni trak kalupa. Heterogene faze, porazdeljene okoli njega, lahko izvirajo iz mazalnega olja, oksidov ali prašnih delcev, kot tudi nečistoč, ki jih prinaša groba površina ingota.
Vendar pa je število potegov v rezultatih testa 6005A manjše in stopnja nižja. Po eni strani je to posledica posnemanja na izstopu iz delovnega pasu kalupa in skrbnega poliranja delovnega pasu za zmanjšanje debeline aluminijaste plasti; po drugi strani pa je to povezano s presežkom Si.
Glede na rezultate spektralne sestave neposrednega odčitavanja je razvidno, da se poleg Si v kombinaciji z Mg Mg2Si preostali Si pojavlja v obliki enostavne snovi.
2.2 Majhni delci na površini
Pri vizualnem pregledu z majhno povečavo so delci majhni (≤0,5 mm), niso gladki na dotik, imajo oster občutek in se držijo površine profila. Opazovano pod 100X so majhni delci na površini naključno porazdeljeni in na površino so pritrjeni majhni delci ne glede na to, ali so praske ali ne;
Pri 500X, ne glede na to, ali so na površini očitne stopničaste praske vzdolž smeri iztiskanja, je veliko delcev še vedno pritrjenih in velikosti delcev se razlikujejo. Največja velikost delcev je približno 15 μm, majhni delci pa približno 5 μm.
Z analizo sestave površinskih delcev zlitine 6060 in nedotaknjene matrice so delci v glavnem sestavljeni iz elementov O, C, Si in Fe, vsebnost aluminija pa je zelo nizka. Skoraj vsi delci vsebujejo O in C elementa. Sestava vsakega delca je nekoliko drugačna. Med njimi so delci a blizu 10 μm, kar je bistveno več kot matrični Si, Mg in O; V c delcih so Si, O in Cl očitno višji; Delci d in f vsebujejo veliko Si, O in Na; delci e vsebujejo Si, Fe in O; h delci so spojine, ki vsebujejo Fe. Rezultati delcev 6060 so podobni temu, toda ker je vsebnost Si in Fe v samem 6060 nizka, sta tudi ustrezni vsebnosti Si in Fe v površinskih delcih nizki; vsebnost C v delcih 6060 je relativno nizka.
Površinski delci morda niso posamezni majhni delci, ampak lahko obstajajo tudi v obliki agregacije številnih majhnih delcev različnih oblik, masni deleži različnih elementov v različnih delcih pa se razlikujejo. Menijo, da so delci v glavnem sestavljeni iz dveh vrst. Ena so oborine, kot sta AlFeSi in elementarni Si, ki izvirajo iz faz nečistoč z visokim tališčem, kot sta FeAl3 ali AlFeSi(Mn) v ingotu, ali faze oborine med postopkom ekstruzije. Drugi je adhezivni tujek.
2.3 Vpliv površinske hrapavosti ingota
Med preskusom je bilo ugotovljeno, da je zadnja površina stružnice za lito palico 6005A hrapava in umazana s prahom. Na lokalnih lokacijah sta bili dve uliti palici z najglobljimi oznakami orodja za struženje, kar je ustrezalo znatnemu povečanju števila potegov po iztiskanju, velikost posameznega potega pa je bila večja, kot je prikazano na sliki 7.
Lita palica 6005A nima stružnice, zato je hrapavost površine majhna in število vlečenj je zmanjšano. Poleg tega, ker ni odvečne rezalne tekočine, pritrjene na oznake stružnice lite palice, se vsebnost C v ustreznih delcih zmanjša. Dokazano je, da bodo sledi obračanja na površini lite palice do določene mere poslabšale vlečenje in nastajanje delcev.
3 Razprava
(1) Komponente vlečnih napak so v bistvu enake komponentam matrice. To so tujki, stara koža na površini ingota in druge nečistoče, ki se naberejo v steni ekstruzijske cevi ali mrtvem območju kalupa med postopkom ekstrudiranja, ki se prenesejo na kovinsko površino ali aluminijasto plast dela kalupa. pas. Ko izdelek teče naprej, nastanejo površinske praske, in ko se izdelek nabere do določene velikosti, ga izdelek izvleče, da oblikuje vlečenje. Po oksidaciji je bila vleka razjedena, zaradi velike velikosti pa so bile tam jamice podobne napake.
(2) Površinski delci so včasih videti kot posamezni majhni delci, včasih pa obstajajo v agregirani obliki. Njihova sestava je očitno drugačna od sestave matrice in vsebuje predvsem elemente O, C, Fe in Si. V nekaterih delcih prevladujeta elementa O in C, v nekaterih delcih pa O, C, Fe in Si. Zato se sklepa, da površinski delci prihajajo iz dveh virov: eden so oborine, kot sta AlFeSi in elementarni Si, nečistoče, kot sta O in C, pa so prilepljene na površino; Druga je adhezivna tuja snov. Delci se po oksidaciji razjedajo. Zaradi svoje majhnosti nimajo ali imajo majhen vpliv na površino.
(3) Delci, bogati z elementi C in O, večinoma izvirajo iz mazalnega olja, prahu, zemlje, zraka itd., prilepljenih na površino ingota. Glavne sestavine mazalnega olja so C, O, H, S itd., Glavna sestavina prahu in zemlje pa je SiO2. Vsebnost O v površinskih delcih je na splošno visoka. Ker so delci takoj po izstopu iz delovnega traku v visokotemperaturnem stanju in zaradi velike specifične površine delcev zlahka adsorbirajo O atome v zraku in po stiku z zrakom povzročijo oksidacijo, kar povzroči višjo O vsebino kot matrico.
(4) Fe, Si itd. v glavnem izvirajo iz oksidov, starega kamna in nečistoč v ingotu (visoko tališče ali druga faza, ki ni v celoti odstranjena s homogenizacijo). Element Fe izvira iz Fe v aluminijevih ingotih, ki tvorijo nečistoče z visokim tališčem, kot sta FeAl3 ali AlFeSi(Mn), ki jih med postopkom homogenizacije ni mogoče raztopiti v trdni raztopini ali pa niso popolnoma pretvorjene; Si obstaja v aluminijevi matrici v obliki Mg2Si ali prenasičene trdne raztopine Si med postopkom litja. Med postopkom vročega iztiskanja lite palice se lahko obori presežek Si. Topnost Si v aluminiju je 0,48 % pri 450 °C in 0,8 % (mas. %) pri 500 °C. Presežna vsebnost Si v 6005 je približno 0,41 %, izločeni Si pa je lahko agregacija in padavine, ki jih povzročajo nihanja koncentracije.
(5) Glavni vzrok vlečenja je oprijem aluminija na delovni trak kalupa. Ekstruzijska matrica je okolje z visoko temperaturo in visokim pritiskom. Trenje kovinskega toka bo povečalo temperaturo delovnega pasu kalupa in oblikovalo "lepljivo plast aluminija" na rezalnem robu vstopa v delovni trak.
Hkrati je presežek Si in drugih elementov, kot sta Mn in Cr v aluminijevi zlitini, enostavno oblikovati nadomestne trdne raztopine z Fe, kar bo spodbudilo nastanek "lepljive aluminijaste plasti" na vhodu v delovno cono kalupa. Kovina, ki teče skozi "lepljivo aluminijasto plast", pripada notranjemu trenju (drsni strig znotraj kovine). Kovina se deformira in strdi zaradi notranjega trenja, ki spodbuja, da se osnovna kovina in kalup zlepita. Hkrati se delovni trak kalupa zaradi pritiska deformira v obliko trobente, lepljiv aluminij, ki nastane zaradi stika rezalnega roba delovnega traku s profilom, je podoben rezalnemu robu stružnega orodja.
Nastajanje lepljivega aluminija je dinamičen proces rasti in odpadanja. Profil neprestano iznaša delce. Prilepi se na površino profila in tvori vlečne napake. Če teče neposredno iz delovnega traku in se takoj adsorbira na površini profila, se majhni delci, toplotno sprijeti s površino, imenujejo "adsorpcijski delci". Če bo ekstrudirana aluminijeva zlitina zlomila nekatere delce, se bodo nekateri delci prilepili na površino delovnega traku, ko gredo skozi delovni trak, kar bo povzročilo praske na površini profila. Zadnji konec je zložena aluminijasta matrica. Če je na sredini delovnega pasu veliko aluminija (spoj je močan), bo to povečalo površinske praske.
(6) Hitrost iztiskanja ima velik vpliv na vlečenje. Vpliv hitrosti ekstrudiranja. Kar zadeva zlitino 6005 z gosenicami, se hitrost ekstrudiranja poveča znotraj preskusnega območja, izhodna temperatura se poveča, število delcev, ki vlečejo površino, pa se poveča in postane težji, ko se povečajo mehanske linije. Hitrost iztiskanja mora biti čim bolj stabilna, da se izognete nenadnim spremembam hitrosti. Prekomerna hitrost iztiskanja in visoka izhodna temperatura bosta povzročila povečano trenje in močno vlečenje delcev. Poseben mehanizem vpliva hitrosti iztiskanja na pojav vlečenja zahteva naknadno spremljanje in preverjanje.
(7) Pomemben dejavnik, ki vpliva na vlečne delce, je tudi kakovost površine lite palice. Površina ulite palice je hrapava, z rezinami, oljnimi madeži, prahom, korozijo itd., kar vse poveča nagnjenost k vlečenju delcev.
4 Zaključek
(1) Sestava vlečnih napak je skladna s sestavo matrice; sestava položaja delcev je očitno drugačna od sestave matrike, ki večinoma vsebuje elemente O, C, Fe in Si.
(2) Okvare vlečnih delcev so v glavnem posledica lepljenja aluminija na delovni trak kalupa. Vsi dejavniki, ki spodbujajo lepljenje aluminija na delovni trak kalupa, bodo povzročili napake pri vlečenju. Ob predpostavki zagotavljanja kakovosti ulite palice nastajanje vlečnih delcev nima neposrednega vpliva na sestavo zlitine.
(3) Pravilna enakomerna obdelava z ognjem je koristna za zmanjšanje vlečenja površine.
Čas objave: 10. septembra 2024
