Tijdens het extrusieproces van geëxtrudeerde materialen van aluminiumlegeringen, vooral aluminiumprofielen, treedt vaak een “pitting”-defect op het oppervlak op. De specifieke manifestaties omvatten zeer kleine tumoren met verschillende dichtheden, staartvorming en een duidelijk handgevoel, met een stekelig gevoel. Na oxidatie of elektroforetische oppervlaktebehandeling verschijnen ze vaak als zwarte korrels die aan het oppervlak van het product hechten.
Bij de extrusieproductie van profielen met een grote doorsnede is de kans groter dat dit defect optreedt als gevolg van de invloed van de blokstructuur, de extrusietemperatuur, de extrusiesnelheid, de complexiteit van de matrijs, enz. De meeste fijne deeltjes van putdefecten kunnen tijdens het proces worden verwijderd. het voorbehandelingsproces van het profieloppervlak, vooral het alkali-etsproces, terwijl een klein aantal grote, stevig gehechte deeltjes op het profieloppervlak achterblijven, wat de uiterlijke kwaliteit van het eindproduct beïnvloedt.
Bij gewone deur- en raamprofielproducten voor gebouwen accepteren klanten over het algemeen kleine putdefecten, maar voor industriële profielen die gelijke nadruk vereisen op mechanische eigenschappen en decoratieve prestaties of meer nadruk op decoratieve prestaties, accepteren klanten dit defect over het algemeen niet, vooral putdefecten die inconsistent met de verschillende achtergrondkleur.
Om het vormingsmechanisme van ruwe deeltjes te analyseren, werden de morfologie en samenstelling van de defectlocaties onder verschillende legeringssamenstellingen en extrusieprocessen geanalyseerd, en werden de verschillen tussen de defecten en de matrix vergeleken. Er werd een redelijke oplossing voorgesteld om de ruwe deeltjes effectief op te lossen, en er werd een proeftest uitgevoerd.
Om de putdefecten van profielen op te lossen, is het noodzakelijk om het vormingsmechanisme van putdefecten te begrijpen. Tijdens het extrusieproces is aluminium dat aan de matrijswerkband blijft kleven de belangrijkste oorzaak van putdefecten op het oppervlak van geëxtrudeerde aluminiummaterialen. Dit komt omdat het extrusieproces van aluminium wordt uitgevoerd bij een hoge temperatuur van ongeveer 450°C. Als de effecten van vervormingswarmte en wrijvingswarmte worden toegevoegd, zal de temperatuur van het metaal hoger zijn wanneer het uit het matrijsgat stroomt. Wanneer het product uit het matrijsgat stroomt, is er vanwege de hoge temperatuur een fenomeen waarbij aluminium tussen het metaal en de vormwerkband blijft plakken.
De vorm van deze verbinding is vaak: een herhaald proces van verbinden – scheuren – verbinden – opnieuw scheuren, en het product stroomt naar voren, waardoor er veel kleine putjes op het oppervlak van het product ontstaan.
Dit bindingsverschijnsel houdt verband met factoren zoals de kwaliteit van de staaf, de oppervlakteconditie van de vormwerkband, extrusietemperatuur, extrusiesnelheid, mate van vervorming en de vervormingsweerstand van het metaal.
1 Testmaterialen en methoden
Door voorlopig onderzoek hebben we geleerd dat factoren zoals metallurgische zuiverheid, matrijsstatus, extrusieproces, ingrediënten en productieomstandigheden de opgeruwde deeltjes aan het oppervlak kunnen beïnvloeden. In de test werden twee legeringsstaven, 6005A en 6060, gebruikt om hetzelfde gedeelte te extruderen. De morfologie en samenstelling van de opgeruwde deeltjesposities werden geanalyseerd met behulp van directe afleesspectrometers en SEM-detectiemethoden, en vergeleken met de omringende normale matrix.
Om de morfologie van de twee defecten van putjes en deeltjes duidelijk te onderscheiden, worden ze als volgt gedefinieerd:
(1) Pitted-defecten of trekdefecten zijn een soort puntdefect, een onregelmatig kikkervisjeachtig of puntachtig krasdefect dat op het oppervlak van het profiel verschijnt. Het defect begint bij de krasstreep en eindigt met het afvallen, waarbij zich aan het einde van de kraslijn metalen bonen ophopen. De grootte van het putdefect is over het algemeen 1-5 mm en wordt donkerzwart na oxidatiebehandeling, wat uiteindelijk het uiterlijk van het profiel beïnvloedt, zoals weergegeven in de rode cirkel in figuur 1.
(2) Oppervlaktedeeltjes worden ook wel metaalbonen of adsorptiedeeltjes genoemd. Het oppervlak van het aluminiumlegeringsprofiel is bevestigd met bolvormige grijszwarte hardmetaaldeeltjes en heeft een losse structuur. Er zijn twee soorten profielen van aluminiumlegeringen: profielen die kunnen worden afgeveegd en profielen die niet kunnen worden afgeveegd. De maat is over het algemeen minder dan 0,5 mm en voelt ruw aan. Er zit geen kras op het voorste gedeelte. Na oxidatie verschilt het niet veel van de matrix, zoals weergegeven in de gele cirkel in figuur 1.
2 Testresultaten en analyse
2.1 Gebreken aan het oppervlaktrekken
Figuur 2 toont de microstructurele morfologie van het trekdefect op het oppervlak van de 6005A-legering. Er zijn stapvormige krassen in het voorste deel van het trekken en ze eindigen met gestapelde knobbeltjes. Nadat de knobbeltjes verschijnen, keert het oppervlak terug naar normaal. De locatie van het opruwingsdefect voelt niet glad aan, voelt scherp en stekelig aan en hecht zich aan of hoopt zich op op het oppervlak van het profiel. Door de extrusietest werd waargenomen dat de trekmorfologie van de geëxtrudeerde profielen 6005A en 6060 vergelijkbaar is en dat het staartuiteinde van het product meer is dan het kopuiteinde; het verschil is dat de totale trekgrootte van 6005A kleiner is en de krasdiepte verzwakt. Dit kan verband houden met veranderingen in de samenstelling van de legering, de toestand van de gietstaaf en de schimmelomstandigheden. Waargenomen onder 100X zijn er duidelijke krassen op de voorkant van het trekgebied, dat langwerpig is langs de extrusierichting, en de vorm van de uiteindelijke knobbeldeeltjes is onregelmatig. Bij 500X heeft de voorkant van het trekoppervlak stapvormige krassen langs de extrusierichting (de grootte van dit defect is ongeveer 120 μm) en zijn er duidelijke stapelsporen op de nodulaire deeltjes aan de achterkant.
Om de oorzaken van het trekken te analyseren, werden directe afleesspectrometers en EDX gebruikt om componentanalyse uit te voeren op de defectlocaties en de matrix van de drie legeringscomponenten. Tabel 1 toont de testresultaten van het 6005A-profiel. De EDX-resultaten laten zien dat de samenstelling van de stapelpositie van de trekkende deeltjes in principe vergelijkbaar is met die van de matrix. Bovendien hopen zich enkele fijne onzuiverheidsdeeltjes op in en rond het trekdefect, en de onzuiverheidsdeeltjes bevatten C, O (of Cl), of Fe, Si en S.
Analyse van de opruwingsdefecten van 6005A fijne geoxideerde geëxtrudeerde profielen laat zien dat de trekdeeltjes groot zijn (1-5 mm), het oppervlak grotendeels gestapeld is en dat er stapvormige krassen op het voorste gedeelte zitten; De samenstelling ligt dicht bij de Al-matrix en er zullen heterogene fasen zijn die Fe, Si, C en O bevatten, daaromheen verdeeld. Het laat zien dat het trekvormingsmechanisme van de drie legeringen hetzelfde is.
Tijdens het extrusieproces zal de wrijving van de metaalstroom ervoor zorgen dat de temperatuur van de matrijswerkband stijgt, waardoor een “plakkerige aluminiumlaag” ontstaat op de snijkant van de ingang van de werkband. Tegelijkertijd zijn overtollige Si en andere elementen zoals Mn en Cr in de aluminiumlegering gemakkelijk vervangende vaste oplossingen met Fe te vormen, wat de vorming van een "plakkerige aluminiumlaag" bij de ingang van de matrijswerkzone zal bevorderen.
Terwijl het metaal naar voren stroomt en tegen de werkband wrijft, treedt op een bepaalde positie een heen en weer bewegend fenomeen van continu verbinden, scheuren en hechten op, waardoor het metaal zich op deze positie voortdurend op elkaar legt. Wanneer de deeltjes een bepaalde grootte bereiken, worden ze door het stromende product weggetrokken en vormen ze krassen op het metalen oppervlak. Het blijft op het metalen oppervlak achter en vormt aan het einde van de kras trekkende deeltjes. daarom kan worden aangenomen dat de vorming van opgeruwde deeltjes voornamelijk verband houdt met het feit dat aluminium aan de vormwerkband blijft kleven. De heterogene fasen die eromheen zijn verdeeld, kunnen afkomstig zijn van smeerolie, oxiden of stofdeeltjes, maar ook van onzuiverheden die door het ruwe oppervlak van de staaf worden meegebracht.
Het aantal trekkingen in de 6005A-testresultaten is echter kleiner en de mate is lichter. Enerzijds is dit te danken aan het afschuinen bij de uitgang van de vormwerkband en het zorgvuldig polijsten van de werkband om de dikte van de aluminiumlaag te verminderen; aan de andere kant houdt het verband met het overtollige Si-gehalte.
Volgens de resultaten van de directe aflezing van de spectrale samenstelling kan worden gezien dat naast Si gecombineerd met Mg Mg2Si het resterende Si verschijnt in de vorm van een eenvoudige substantie.
2.2 Kleine deeltjes op het oppervlak
Bij visuele inspectie met een lage vergroting zijn de deeltjes klein (≤0,5 mm), voelen niet glad aan, voelen scherp aan en hechten zich aan het oppervlak van het profiel. Waargenomen onder 100X zijn kleine deeltjes op het oppervlak willekeurig verdeeld en zitten er kleine deeltjes aan het oppervlak vast, ongeacht of er krassen zijn of niet;
Bij 500X blijven er, ongeacht of er duidelijke stapvormige krassen op het oppervlak langs de extrusierichting aanwezig zijn, nog steeds veel deeltjes vastzitten en variëren de deeltjesgroottes. De grootste deeltjesgrootte is ongeveer 15 μm en de kleine deeltjes zijn ongeveer 5 μm.
Door de samenstellingsanalyse van de oppervlaktedeeltjes van de 6060-legering en de intacte matrix bestaan de deeltjes voornamelijk uit O-, C-, Si- en Fe-elementen en is het aluminiumgehalte zeer laag. Bijna alle deeltjes bevatten O- en C-elementen. De samenstelling van elk deeltje is iets anders. Onder hen zijn de a-deeltjes bijna 10 μm, wat aanzienlijk hoger is dan de matrix Si, Mg en O; In c-deeltjes zijn Si, O en Cl duidelijk hoger; Deeltjes d en f bevatten een hoog Si-, O- en Na-gehalte; deeltjes e bevatten Si, Fe en O; h-deeltjes zijn Fe-bevattende verbindingen. De resultaten van 6060-deeltjes zijn vergelijkbaar, maar omdat het Si- en Fe-gehalte in 6060 zelf laag is, zijn de overeenkomstige Si- en Fe-gehalten in de oppervlaktedeeltjes ook laag; het C-gehalte in 6060-deeltjes is relatief laag.
Oppervlaktedeeltjes zijn mogelijk geen enkele kleine deeltjes, maar kunnen ook voorkomen in de vorm van aggregaties van vele kleine deeltjes met verschillende vormen, en de massapercentages van verschillende elementen in verschillende deeltjes variëren. Er wordt aangenomen dat de deeltjes hoofdzakelijk uit twee typen bestaan. Eén daarvan zijn precipitaten zoals AlFeSi en elementair Si, die afkomstig zijn van onzuiverheidsfasen met een hoog smeltpunt, zoals FeAl3 of AlFeSi(Mn) in de gieteling, of precipitaatfasen tijdens het extrusieproces. De andere is aangehecht vreemd materiaal.
2.3 Effect van oppervlakteruwheid van ingots
Tijdens de test werd vastgesteld dat het achteroppervlak van de 6005A draaibank met gegoten staven ruw was en stoffig was. Er waren twee gegoten staven met de diepste sporen van het draaigereedschap op lokale locaties, wat overeenkwam met een aanzienlijke toename van het aantal trekbewegingen na extrusie, en de omvang van een enkele trekkracht was groter, zoals weergegeven in Figuur 7.
De gegoten staaf 6005A heeft geen draaibank, waardoor de oppervlakteruwheid laag is en het aantal trekbewegingen wordt verminderd. Bovendien wordt, omdat er geen overtollige snijvloeistof aan de draaimarkeringen van de gegoten staaf vastzit, het C-gehalte in de overeenkomstige deeltjes verminderd. Het is bewezen dat de draaisporen op het oppervlak van de gegoten staaf het trekken en de vorming van deeltjes tot op zekere hoogte zullen verergeren.
3 Discussie
(1) De componenten van trekdefecten zijn in principe dezelfde als die van de matrix. Het zijn de vreemde deeltjes, oude huid op het oppervlak van de staaf en andere onzuiverheden die zich tijdens het extrusieproces ophopen in de wand van het extrusievat of het dode gebied van de mal, die naar het metalen oppervlak of de aluminiumlaag van de mal worden gebracht. riem. Terwijl het product naar voren stroomt, ontstaan er krassen op het oppervlak, en wanneer het product zich tot een bepaalde grootte ophoopt, wordt het door het product eruit gehaald om te trekken. Na oxidatie was het trekken gecorrodeerd en vanwege de grote omvang waren daar putachtige defecten.
(2) Oppervlaktedeeltjes verschijnen soms als enkele kleine deeltjes, en soms bestaan ze in geaggregeerde vorm. Hun samenstelling is duidelijk anders dan die van de matrix en bevat voornamelijk O-, C-, Fe- en Si-elementen. Sommige deeltjes worden gedomineerd door O- en C-elementen, en sommige deeltjes worden gedomineerd door O, C, Fe en Si. Daarom wordt geconcludeerd dat de oppervlaktedeeltjes afkomstig zijn van twee bronnen: de ene bestaat uit precipitaten zoals AlFeSi en elementair Si, en onzuiverheden zoals O en C hechten zich aan het oppervlak; De andere is aangehecht vreemd materiaal. De deeltjes worden na oxidatie weggecorrodeerd. Door hun kleine formaat hebben ze geen of weinig impact op de ondergrond.
(3) Deeltjes die rijk zijn aan C- en O-elementen zijn voornamelijk afkomstig van smeerolie, stof, grond, lucht, enz. die aan het oppervlak van de staaf zijn gehecht. De belangrijkste componenten van smeerolie zijn C, O, H, S, enz., En het hoofdbestanddeel van stof en grond is SiO2. Het O-gehalte van oppervlaktedeeltjes is over het algemeen hoog. Omdat de deeltjes zich onmiddellijk na het verlaten van de werkband in een hoge temperatuurtoestand bevinden, en vanwege het grote specifieke oppervlak van de deeltjes, adsorberen ze gemakkelijk O-atomen in de lucht en veroorzaken ze oxidatie na contact met de lucht, wat resulteert in een hogere O-atomen. inhoud dan de matrix.
(4) Fe, Si, enz. zijn voornamelijk afkomstig van de fasen van oxiden, oude aanslag en onzuiverheden in de staaf (hoog smeltpunt of tweede fase die niet volledig wordt geëlimineerd door homogenisatie). Het Fe-element is afkomstig van Fe in aluminium blokken en vormt onzuiverheidsfasen met een hoog smeltpunt, zoals FeAl3 of AlFeSi(Mn), die tijdens het homogenisatieproces niet in een vaste oplossing kunnen worden opgelost of niet volledig worden omgezet; Si komt in de aluminiummatrix voor in de vorm van Mg2Si of een oververzadigde vaste oplossing van Si tijdens het gietproces. Tijdens het hete extrusieproces van de gegoten staaf kan overtollig Si neerslaan. De oplosbaarheid van Si in aluminium is 0,48% bij 450°C en 0,8% (gew.%) bij 500°C. Het overtollige Si-gehalte in 6005 bedraagt ongeveer 0,41%, en het neergeslagen Si kan aggregatie en neerslag zijn, veroorzaakt door concentratieschommelingen.
(5) Aluminium dat aan de vormwerkband blijft plakken, is de belangrijkste oorzaak van trekken. De extrusiematrijs is een omgeving met hoge temperaturen en hoge druk. Metaalstroomwrijving zal de temperatuur van de werkband van de mal verhogen, waardoor een "plakkerige aluminiumlaag" ontstaat op de snijrand van de ingang van de werkband.
Tegelijkertijd zijn overtollige Si en andere elementen zoals Mn en Cr in de aluminiumlegering gemakkelijk vervangende vaste oplossingen met Fe te vormen, wat de vorming van een "plakkerige aluminiumlaag" bij de ingang van de matrijswerkzone zal bevorderen. Het metaal dat door de “plakkerige aluminiumlaag” stroomt, is het gevolg van interne wrijving (glijdende schuifkracht in het metaal). Het metaal vervormt en hardt uit door interne wrijving, waardoor het onderliggende metaal en de mal beter aan elkaar blijven kleven. Tegelijkertijd wordt de vormwerkband door de druk vervormd tot een trompetvorm, en het kleverige aluminium gevormd door het snijkantgedeelte van de werkband dat in contact komt met het profiel is vergelijkbaar met de snijkant van een draaigereedschap.
De vorming van kleverig aluminium is een dynamisch proces van groei en verlies. Er worden voortdurend deeltjes door het profiel naar buiten gebracht. Hecht zich aan het oppervlak van het profiel en vormt trekfouten. Als het rechtstreeks uit de werkband stroomt en onmiddellijk wordt geadsorbeerd op het oppervlak van het profiel, worden de kleine deeltjes die thermisch aan het oppervlak hechten “adsorptiedeeltjes” genoemd. Als sommige deeltjes door de geëxtrudeerde aluminiumlegering worden gebroken, zullen sommige deeltjes aan het oppervlak van de werkband blijven plakken wanneer ze door de werkband gaan, waardoor er krassen op het oppervlak van het profiel ontstaan. Het uiteinde is de gestapelde aluminiummatrix. Wanneer er veel aluminium in het midden van de werkband vastzit (de verbinding is sterk), zal dit krassen op het oppervlak verergeren.
(6) De extrusiesnelheid heeft een grote invloed op het trekken. De invloed van extrusiesnelheid. Wat de gevolgde 6005-legering betreft, neemt de extrusiesnelheid toe binnen het testbereik, neemt de uitlaattemperatuur toe en neemt het aantal oppervlaktetrekkende deeltjes toe en wordt zwaarder naarmate de mechanische lijnen toenemen. De extrusiesnelheid moet zo stabiel mogelijk worden gehouden om plotselinge snelheidsveranderingen te voorkomen. Een te hoge extrusiesnelheid en een hoge uitlaattemperatuur zullen leiden tot verhoogde wrijving en ernstige deeltjestrekking. Het specifieke mechanisme van de impact van de extrusiesnelheid op het trekfenomeen vereist daaropvolgende follow-up en verificatie.
(7) De oppervlaktekwaliteit van de gegoten staaf is ook een belangrijke factor die de trekdeeltjes beïnvloedt. Het oppervlak van de gegoten staaf is ruw, met zaagbramen, olievlekken, stof, corrosie, enz., die allemaal de neiging vergroten om deeltjes mee te trekken.
4 Conclusie
(1) De samenstelling van trekdefecten komt overeen met die van de matrix; de samenstelling van de deeltjespositie is duidelijk anders dan die van de matrix en bevat voornamelijk O-, C-, Fe- en Si-elementen.
(2) Defecten bij het trekken van deeltjes worden voornamelijk veroorzaakt doordat aluminium aan de vormwerkband blijft kleven. Alle factoren die ervoor zorgen dat aluminium aan de vormwerkband blijft kleven, zullen trekdefecten veroorzaken. Uitgaande van het waarborgen van de kwaliteit van de gegoten staaf, heeft het genereren van trekkende deeltjes geen directe invloed op de samenstelling van de legering.
(3) Een goede uniforme brandbehandeling is gunstig voor het verminderen van oppervlaktetrekken.
Posttijd: 10 september 2024
