Med postopkom ekstrudiranja ekstrudiranih materialov iz aluminijevih zlitin, zlasti aluminijastih profilov, se na površini pogosto pojavi napaka v obliki jamk. Specifične manifestacije vključujejo zelo majhne tumorje z različno gostoto, repičenje in očiten občutek na otip z ostrim občutkom. Po oksidaciji ali elektroforetski površinski obdelavi se pogosto pojavijo kot črne granule, ki se oprimejo površine izdelka.
Pri ekstruzijski proizvodnji profilov velikega prereza se ta napaka pogosteje pojavi zaradi vpliva strukture ingota, temperature ekstrudiranja, hitrosti ekstrudiranja, kompleksnosti kalupa itd. Večino drobnih delcev jamkastih napak je mogoče odstraniti med postopkom predobdelave površine profila, zlasti s postopkom alkalnega jedkanja, medtem ko na površini profila ostane majhno število velikih, trdno oprijetih delcev, kar vpliva na videz končnega izdelka.
Pri običajnih izdelkih iz profilov za vrata in okna v stavbah stranke običajno sprejemajo manjše jamice, pri industrijskih profilih, ki zahtevajo enak poudarek na mehanskih lastnostih in dekorativni učinkovitosti ali večji poudarek na dekorativni učinkovitosti, stranke te napake običajno ne sprejemajo, zlasti jamic, ki niso skladne z različno barvo ozadja.
Za analizo mehanizma nastajanja hrapavih delcev smo analizirali morfologijo in sestavo lokacij napak pri različnih sestavah zlitin in postopkih ekstrudiranja ter primerjali razlike med napakami in matrico. Predlagali smo razumno rešitev za učinkovito reševanje problema hrapavih delcev in izvedli poskusni test.
Za reševanje problema jamkastih napak v profilih je potrebno razumeti mehanizem nastanka jamkastih napak. Med postopkom ekstrudiranja je glavni vzrok za jamkaste napake na površini ekstrudiranih aluminijastih materialov lepljenje aluminija na delovni trak kalupa. To je zato, ker postopek ekstrudiranja aluminija poteka pri visoki temperaturi, približno 450 °C. Če se dodajo učinki deformacijske toplote in toplote trenja, bo temperatura kovine, ko bo iztekala iz luknje kalupa, višja. Ko izdelek izteče iz luknje kalupa, zaradi visoke temperature pride do pojava lepljenja aluminija med kovino in delovni trak kalupa.
Oblika tega vezanja je pogosto: ponavljajoč se postopek vezanja – trganja – vezanja – ponovno trganja, pri čemer izdelek teče naprej, kar ima za posledico številne majhne vdolbine na površini izdelka.
Ta pojav vezanja je povezan z dejavniki, kot so kakovost ingota, stanje površine delovnega traku kalupa, temperatura ekstrudiranja, hitrost ekstrudiranja, stopnja deformacije in odpornost kovine proti deformaciji.
1 Testni materiali in metode
S predhodnimi raziskavami smo ugotovili, da lahko dejavniki, kot so metalurška čistost, stanje kalupa, postopek ekstrudiranja, sestavine in proizvodni pogoji, vplivajo na hrapavo površino delcev. V testu sta bili za ekstrudiranje istega dela uporabljeni dve palici iz zlitine, 6005A in 6060. Morfologija in sestava položajev hrapavih delcev sta bili analizirani z neposrednim odčitavanjem spektrometra in metodami SEM detekcije ter primerjani z okoliško normalno matrico.
Da bi jasno razlikovali morfologijo obeh napak, kot so jamice in delci, sta opredeljeni na naslednji način:
(1) Jamčaste napake ali napake v obliki vlečenja so vrsta točkovne napake, ki je nepravilna napaka v obliki paglavca ali praske, ki se pojavi na površini profila. Napaka se začne od praske in konča z odpadanjem napake, ki se na koncu praske kopiči v kovinske zrnce. Velikost jamčaste napake je običajno 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) Površinski delci se imenujejo tudi kovinski delci ali adsorpcijski delci. Površina profila iz aluminijeve zlitine je pritrjena s sferičnimi sivo-črnimi delci trde kovine 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 prask. Po oksidaciji se ne razlikuje veliko od matrice, kot je prikazano v rumenem krogu na sliki 1.
2 Rezultati testov in analiza
2.1 Površinske napake zaradi vlečenja
Slika 2 prikazuje mikrostrukturno morfologijo vlečne napake na površini zlitine 6005A. Na sprednjem delu vlečne napake so stopničaste praske, ki se končajo z naloženimi vozlički. Ko se vozlički pojavijo, se površina vrne v normalno stanje. Lokacija hrapave napake ni gladka na dotik, ima oster trnast občutek in se oprime ali nabira na površini profila. Med testom ekstruzije je bilo ugotovljeno, da je vlečna morfologija ekstrudiranih profilov 6005A in 6060 podobna, repni del izdelka pa je večji od glavnega dela; razlika je v tem, da je celotna vlečna velikost 6005A manjša in globina praske oslabljena. To je lahko povezano s spremembami v sestavi zlitine, stanju ulitke in pogojih v kalupu. Pri 100-kratnem povečanju so na sprednjem delu vlečnega območja, ki je podolgovato vzdolž smeri ekstruzije, očitne praske, oblika končnih delcev vozličkov pa je nepravilna. Pri 500X ima sprednji konec vlečne površine stopničaste praske vzdolž smeri ekstruzije (velikost te napake je približno 120 μm), na repu pa so na nodularnih delcih očitne sledi zlaganja.
Za analizo vzrokov vlečenja sta bila uporabljena spektrometer za direktno odčitavanje in EDX za analizo komponent na lokacijah napak in matrici treh komponent zlitine. Tabela 1 prikazuje rezultate preskusov profila 6005A. Rezultati EDX kažejo, da je sestava položaja zlaganja vlečnih delcev v osnovi podobna sestavi matrice. Poleg tega se v in okoli vlečne napake nabirajo nekateri drobni delci nečistoč, ki vsebujejo C, O (ali Cl) ali Fe, Si in S.
Analiza napak hrapavosti fino oksidiranih ekstrudiranih profilov 6005A kaže, da so vlečni delci veliki (1-5 mm), površina je večinoma zložena in na sprednjem delu so stopničaste praske; sestava je blizu Al matrice, okoli nje pa so razporejene heterogene faze, ki vsebujejo Fe, Si, C in O. To kaže, da je mehanizem nastajanja vlečnih delcev vseh treh zlitin enak.
Med postopkom ekstrudiranja trenje kovine povzroči dvig temperature delovnega traku kalupa, kar na rezalnem robu vhoda v delovni trak tvori "lepljivo aluminijasto plast". Hkrati pa presežek Si in drugih elementov, kot sta Mn in Cr v aluminijevi zlitini, zlahka tvori trdne raztopine, ki nadomestijo Fe, kar spodbuja nastanek "lepljive aluminijaste plasti" na vhodu v delovno območje 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 mestu nenehno nalaga. Ko delci dosežejo določeno velikost, jih tekoči material odvleče in na kovinski površini tvorijo praske. Ostanejo na kovinski površini in na koncu praske tvorijo vlečne delce. Zato lahko sklepamo, da je nastanek hrapavih delcev povezan predvsem z oprijemom aluminija na delovni trak kalupa. Heterogene faze, razporejene okoli njega, lahko izvirajo iz mazalnega olja, oksidov ali prašnih delcev, pa tudi iz nečistoč, ki jih prinaša hrapava površina ingota.
Vendar je število vlekov v rezultatih testa 6005A manjše in stopnja je lažja. Po eni strani je to posledica poševnega roba na izhodu delovnega traku kalupa in skrbnega poliranja delovnega traku za zmanjšanje debeline aluminijaste plasti, po drugi strani pa je to povezano s prekomerno vsebnostjo silicija.
Glede na rezultate neposrednega odčitavanja spektralne sestave je razvidno, da se poleg Si v kombinaciji z MgMg2Si preostali Si pojavlja v obliki preproste snovi.
2.2 Majhni delci na površini
Pri vizualnem pregledu z majhno povečavo so delci majhni (≤ 0,5 mm), niso gladki na dotik, so ostri na otip in se oprimejo površine profila. Pri 100-kratni povečavi so majhni delci na površini naključno razporejeni in so prisotni majhni delci, ki se oprimejo površine ne glede na to, ali so praske ali ne;
Pri 500X, ne glede na to, ali so na površini vzdolž smeri ekstruzije očitne stopničaste praske, je veliko delcev še vedno pritrjenih, njihove velikosti pa se razlikujejo. Največja velikost delcev je približno 15 μm, najmanjši delci pa približno 5 μm.
Z analizo sestave površinskih delcev zlitine 6060 in nepoškodovane matrice je bilo ugotovljeno, da delci sestavljajo predvsem elementi O, C, Si in Fe, vsebnost aluminija pa je zelo nizka. Skoraj vsi delci vsebujejo elementa O in C. Sestava posameznih delcev se nekoliko razlikuje. Med njimi so delci a blizu 10 μm, kar je bistveno več kot v matrici Si, Mg in O; v delcih c so Si, O in Cl očitno večji; delca d in f vsebujeta veliko Si, O in Na; delci e vsebujejo Si, Fe in O; delci h so spojine, ki vsebujejo Fe. Rezultati za delce 6060 so podobni tem, vendar je zaradi nizke vsebnosti Si in Fe v sami zlitini 6060 ustrezna vsebnost Si in Fe v površinskih delcih prav tako nizka; vsebnost C v delcih 6060 je relativno nizka.
Površinski delci morda niso posamezni majhni delci, temveč lahko obstajajo tudi v obliki agregacij številnih majhnih delcev različnih oblik, masni odstotki različnih elementov v različnih delcih pa se razlikujejo. Domneva se, da so delci sestavljeni predvsem iz dveh vrst. Ena so oborine, kot sta AlFeSi in elementarni Si, ki izvirajo iz nečistočnih faz z visokim tališčem, kot sta FeAl3 ali AlFeSi(Mn) v ingotu, ali iz oborin med postopkom ekstrudiranja. Druga so prilepljene tuje snovi.
2.3 Vpliv hrapavosti površine ingota
Med preskusom je bilo ugotovljeno, da je bila zadnja površina stružnice za lite palice 6005A hrapava in umazana s prahom. Na dveh liti palici sta bili lokalni sledi struženja, kar je ustrezalo znatnemu povečanju števila vlekov po ekstruziji, velikost posameznega vleka pa je bila večja, kot je prikazano na sliki 7.
Lita palica 6005A nima stružnice, zato je hrapavost površine majhna in število vlečenja zmanjšano. Poleg tega se vsebnost C v ustreznih delcih zmanjša, ker na stružnih sledi lite palice ni odvečne rezalne tekočine. Dokazano je, da stružne sledi na površini lite palice do neke mere poslabšajo vlečenje in nastajanje delcev.
3 Razprava
(1) Sestavine napak pri vlečenju so v osnovi enake kot pri matrici. Gre za tuje delce, staro plast na površini ingota in druge nečistoče, ki se med postopkom ekstrudiranja naberejo v steni ekstruzijske cevi ali v mrtvem delu kalupa, ki se prenesejo na kovinsko površino ali aluminijasto plast delovnega traku kalupa. Med gibanjem izdelka nastanejo površinske praske, ki ko dosežejo določeno velikost, se izvlečejo iz izdelka in tvorijo vlečenje. Po oksidaciji je vlečenje korodiralo in zaradi velike velikosti so se tam pojavile napake v obliki jamic.
(2) Površinski delci se včasih pojavljajo kot posamezni majhni delci, včasih pa obstajajo v agregirani obliki. Njihova sestava se očitno razlikuje od sestave matrice in vsebuje predvsem elemente O, C, Fe in Si. V nekaterih delcih prevladujejo elementi O in C, v nekaterih pa O, C, Fe in Si. Zato sklepamo, da površinski delci izvirajo iz dveh virov: eden so oborine, kot sta AlFeSi in elementarni Si, na površino pa se prilepijo nečistoče, kot sta O in C; drugi pa so prilepljene tuje snovi. Delci po oksidaciji korodirajo. Zaradi svoje majhnosti nimajo ali imajo le majhen vpliv na površino.
(3) Delci, bogati z elementi C in O, prihajajo predvsem iz mazalnega olja, prahu, zemlje, zraka itd., ki se oprimejo površine 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 običajno visoka. Ker so delci takoj po izstopu iz delovnega traku v stanju visoke temperature in zaradi velike specifične površine delcev zlahka adsorbirajo atome O iz zraka in po stiku z zrakom povzročijo oksidacijo, kar ima za posledico višjo vsebnost O kot v matrici.
(4) Fe, Si itd. večinoma izvirajo iz oksidov, starega ostankov in nečistočnih faz v ingotu (faza z visokim tališčem ali druga faza, ki se s homogenizacijo ne odstrani v celoti). Element Fe izvira iz Fe v aluminijevih ingotih, pri čemer tvori nečistočne faze z visokim tališčem, kot sta FeAl3 ali AlFeSi(Mn), ki se med postopkom homogenizacije ne morejo raztopiti v trdni raztopini ali pa se ne pretvorijo v celoti; Si obstaja v aluminijevi matrici v obliki Mg2Si ali prenasičene trdne raztopine Si med postopkom litja. Med postopkom vročega iztiskanja ulitka se lahko presežek Si obori. Topnost Si v aluminiju je 0,48 % pri 450 °C in 0,8 % (mas. %) pri 500 °C. Presežek Si v 6005 je približno 0,41 %, oborjeni Si pa je lahko posledica agregacije in oborine zaradi nihanj koncentracije.
(5) Glavni vzrok za vlečenje je lepljenje aluminija na delovni trak kalupa. Ekstruzijska matrica je okolje z visoko temperaturo in visokim tlakom. Trenje zaradi pretoka kovine poveča temperaturo delovnega traku kalupa in na rezalnem robu vhoda delovnega traku tvori "lepljivo aluminijasto plast".
Hkrati presežek Si in drugih elementov, kot sta Mn in Cr v aluminijevi zlitini, zlahka tvori trdne raztopine, ki se nadomestijo z Fe, kar spodbuja nastanek "lepljive aluminijeve plasti" na vhodu v delovno območje kalupa. Kovina, ki teče skozi "lepljivo aluminijasto plast", je del notranjega trenja (drsno striženje znotraj kovine). Kovina se zaradi notranjega trenja deformira in strdi, kar spodbuja zlepljenje kovine pod kalupom in kalupa. Hkrati se delovni trak kalupa zaradi pritiska deformira v obliko trobente, lepljivi aluminij, ki ga tvori rezalni del delovnega traku, ki se stika s profilom, pa je podoben rezalnemu robu stružnega orodja.
Nastanek lepljivega aluminija je dinamičen proces rasti in luščenja. Profil nenehno izloča delce. Ti se oprimejo površine profila in tvorijo vlečne napake. Če teče neposredno iz delovnega traku in se takoj adsorbira na površino profila, se majhni delci, ki se toplotno oprimejo površine, imenujejo "adsorpcijski delci". Če ekstrudirana aluminijeva zlitina nekatere delce zlomi, se bodo drugi delci pri prehodu skozi delovni trak oprijeli površine delovnega traku in povzročili praske na površini profila. Zadnji del je zložena aluminijeva matrica. Ko je na sredini delovnega traku veliko aluminija (vez je močna), se bodo površinske praske še poslabšale.
(6) Hitrost ekstrudiranja ima velik vpliv na vlečenje. Vpliv hitrosti ekstrudiranja. Kar zadeva zlitino 6005 s sledenjem, se hitrost ekstrudiranja v preskusnem območju poveča, izhodna temperatura se poveča, število površinskih vlečnih delcev pa se poveča in postane težje, ko se mehanske linije povečajo. Hitrost ekstrudiranja je treba ohranjati čim bolj stabilno, da se preprečijo nenadne spremembe hitrosti. Prekomerna hitrost ekstrudiranja in visoka izhodna temperatura bosta povzročili povečano trenje in resno vlečenje delcev. Specifičen mehanizem vpliva hitrosti ekstrudiranja na pojav vlečenja zahteva nadaljnje spremljanje in preverjanje.
(7) Kakovost površine lite palice je prav tako pomemben dejavnik, ki vpliva na vlečne delce. Površina lite palice je hrapava, z žagastimi robovi, oljnimi madeži, prahom, korozijo itd., kar vse povečuje nagnjenost k vlečenju delcev.
4 Zaključek
(1) Sestava vlečnih napak je skladna s sestavo matrice; sestava položaja delcev se očitno razlikuje od sestave matrice, ki vsebuje predvsem elemente O, C, Fe in Si.
(2) Napake zaradi vlečnih delcev so predvsem posledica lepljenja aluminija na delovni trak kalupa. Vsi dejavniki, ki spodbujajo lepljenje aluminija na delovni trak kalupa, bodo povzročili napake zaradi vlečnih delcev. Ob predpostavki zagotavljanja kakovosti ulitka nastajanje vlečnih delcev nima neposrednega vpliva na sestavo zlitine.
(3) Ustrezna enakomerna obdelava z ognjem je koristna za zmanjšanje površinskega vlečenja.
Čas objave: 10. september 2024
