Как правило, для получения более высоких механических свойств следует выбирать более высокую температуру прессования. Однако для сплава 6063 при температуре прессования выше 540 °C механические свойства профиля не улучшаются, а при температуре ниже 480 °C предел прочности на растяжение может оказаться неудовлетворительным.
При слишком высокой температуре экструзии на изделии могут появиться пузырьки, трещины, царапины и даже заусенцы из-за прилипания алюминия к форме. Поэтому для получения изделий с высоким качеством поверхности часто используют относительно низкие температуры экструзии.
Хорошее оборудование также является ключевым фактором повышения эффективности производства алюминиевой экструзии, особенно три основных компонента: экструдер для алюминия, печь для нагрева алюминиевого прутка и печь для нагрева пресс-формы. Кроме того, важнейшим фактором является наличие высококвалифицированного оператора экструзионной линии.
Термический анализ
Алюминиевые прутки и стержни необходимо предварительно нагревать перед экструзией до температуры, близкой к температуре растворения, чтобы магний в алюминиевом прутке мог расплавиться и равномерно распределиться в алюминиевом материале. После загрузки алюминиевого прутка в экструдер температура существенно не меняется.
При запуске экструдера огромное толкающее усилие экструдирующего стержня выталкивает размягченный алюминий из отверстия фильеры, что создает сильное трение, преобразующееся в температуру, в результате чего температура экструдированного профиля превышает температуру растворения. В этот момент магний плавится и растекается, что крайне нестабильно.
При повышении температуры она не должна превышать температуру солидуса, иначе алюминий также расплавится, и профиль не сможет быть сформирован. Например, для сплава серии 6000 температура алюминиевого прутка должна поддерживаться в диапазоне 400–540 °C, предпочтительно 470–500 °C.
Слишком высокая температура приведёт к разрывам, слишком низкая — к снижению скорости экструзии, при этом большая часть трения, создаваемого экструзией, будет преобразована в тепло, что приведёт к повышению температуры. Рост температуры пропорционален скорости и давлению экструзии.
Температура на выходе должна поддерживаться в диапазоне 550–575 °C, но не ниже 500–530 °C, в противном случае магний в алюминиевом сплаве не расплавится и не повлияет на свойства металла. Однако она не должна превышать температуру солидуса, так как слишком высокая температура на выходе может привести к образованию трещин и ухудшить качество поверхности профиля.
Оптимальную температуру прессования алюминиевого прутка следует подбирать в сочетании со скоростью прессования таким образом, чтобы разница температур прессования была не ниже температуры сольвуса и не выше температуры солидуса. Температура сольвуса у разных сплавов различна. Например, температура сольвуса сплава 6063 составляет 498 °C, а у сплава 6005 — 510 °C.
Скорость трактора
Скорость трактора — важный показатель эффективности производства. Однако на скорость трактора могут влиять различные профили, формы, сплавы, размеры и т. д., и это нельзя обобщать. Современные западные заводы по производству прессованных профилей могут развивать скорость трактора до 80 метров в минуту.
Скорость экструзионной машины — ещё один важный показатель производительности. Она измеряется в миллиметрах в минуту, и при оценке эффективности производства скорость экструзионной машины часто оказывается более надёжным показателем, чем скорость трактора.
Температура пресс-формы очень важна для качества экструдированных профилей. Перед экструзией температура пресс-формы должна поддерживаться на уровне около 426 °C, иначе она легко засорится или даже повредится. Цель закалки — «заморозить» легирующий элемент магний, стабилизировать нестабильные атомы магния и предотвратить их осаждение, что позволит сохранить прочность профиля.
Три основных метода закалки включают: воздушное охлаждение, охлаждение водяным туманом и охлаждение в водяной ванне. Выбор способа закалки зависит от скорости экструзии, толщины и требуемых физических свойств профиля, особенно от требований к прочности. Тип сплава является комплексным показателем его твёрдости и упругости. Американская алюминиевая ассоциация подробно описала типы алюминиевых сплавов, которые различаются по пяти основным состояниям:
F означает «как изготовлено».
О означает «отожженные кованые изделия».
T означает, что продукт подвергся «термической обработке».
W означает, что материал подвергся термической обработке на твердый раствор.
H относится к необрабатываемым термически сплавам, которые подвергаются «холодной обработке» или «деформационному упрочнению».
Температура и время – два показателя, требующие строгого контроля при искусственном старении. В печи искусственного старения температура на всех участках должна быть одинаковой. Хотя низкотемпературное старение может повысить прочность профилей, необходимое время должно быть соответственно увеличено. Для достижения наилучших физических свойств металла необходимо выбрать подходящий алюминиевый сплав и его оптимальную форму, использовать подходящий режим закалки, контролировать температуру и время старения для повышения выхода годного. Выход годного – ещё один важный показатель эффективности производства. Теоретически невозможно достичь 100% выхода годного, поскольку торцы будут срезать материал из-за защемлений тракторов и носилок.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 05 июня 2023 г.
