В процессе экструзии экструдированных материалов из алюминиевых сплавов, особенно алюминиевых профилей, на поверхности часто возникает «питтинговый» дефект. Специфические проявления включают очень маленькие опухоли различной плотности, хвосты и явное ощущение на руке с ощущением остроты. После окисления или электрофоретической обработки поверхности они часто выглядят как черные гранулы, прилипшие к поверхности продукта.
При экструзионном производстве профилей большого сечения этот дефект чаще возникает из-за влияния структуры слитка, температуры экструзии, скорости экструзии, сложности формы и т. д. Большую часть мелких частиц ямочных дефектов можно удалить в процессе экструзии. процесс предварительной обработки поверхности профиля, особенно процесс травления щелочью, при этом небольшое количество крупных, прочно прилипших частиц остается на поверхности профиля, влияя на качество внешнего вида конечного продукта.
В обычных строительных дверных и оконных профилях покупатели обычно принимают незначительные дефекты с ямками, но для промышленных профилей, которые требуют равного внимания к механическим свойствам и декоративным характеристикам или большего внимания к декоративным характеристикам, клиенты обычно не принимают этот дефект, особенно дефекты с ямками, которые несовместим с разным цветом фона.
Для анализа механизма образования шероховатых частиц были проанализированы морфология и состав мест дефектов при различных составах сплавов и процессах экструзии, а также проведено сравнение различий между дефектами и матрицей. Было предложено разумное решение для эффективного удаления грубых частиц и проведено пробное испытание.
Для решения проблемы питтинговых дефектов профилей необходимо понять механизм образования питтинговых дефектов. В процессе экструзии прилипание алюминия к рабочей ленте матрицы является основной причиной точечных дефектов на поверхности экструдированных алюминиевых материалов. Это связано с тем, что процесс экструзии алюминия осуществляется при высокой температуре около 450°С. Если добавить эффекты тепла деформации и тепла трения, температура металла будет выше, когда он вытечет из отверстия матрицы. Когда продукт вытекает из отверстия матрицы, из-за высокой температуры возникает явление прилипания алюминия между металлом и рабочей лентой формы.
Форма этого склеивания часто бывает следующей: повторяющийся процесс склеивания – разрыв – склеивание – снова разрыв, и продукт течет вперед, в результате чего на поверхности продукта образуется множество мелких ямок.
Это явление сцепления связано с такими факторами, как качество слитка, состояние поверхности рабочей ленты формы, температура экструзии, скорость экструзии, степень деформации и сопротивление деформации металла.
1 Материалы и методы испытаний
Благодаря предварительным исследованиям мы узнали, что такие факторы, как металлургическая чистота, состояние пресс-формы, процесс экструзии, ингредиенты и условия производства, могут влиять на шероховатую поверхность частиц. В ходе испытания для выдавливания одной и той же секции использовались два стержня из сплава 6005А и 6060. Морфологию и состав положений шероховатых частиц анализировали с помощью спектрометра прямого считывания и методов обнаружения SEM и сравнивали с окружающей нормальной матрицей.
Чтобы четко различать морфологию двух дефектов: ямок и частиц, их определяют следующим образом:
(1) Ямчатые дефекты или дефекты вытягивания — это своего рода точечные дефекты, которые представляют собой дефекты неправильной формы, похожие на головастиков или точечные царапины, которые появляются на поверхности профиля. Дефект начинается с полосы царапины и заканчивается отпадением дефекта, накапливаясь в виде металлических бобов в конце линии царапины. Размер ямочного дефекта обычно составляет 1-5 мм, и после окислительной обработки он становится темно-черным, что в конечном итоге влияет на внешний вид профиля, как показано красным кружком на рисунке 1.
(2) Поверхностные частицы также называются металлическими бобами или адсорбционными частицами. Поверхность профиля из алюминиевого сплава скреплена сферическими частицами твердого металла серо-черного цвета и имеет рыхлую структуру. Существует два типа профилей из алюминиевого сплава: те, которые можно стирать, и те, которые нельзя стирать. Размер обычно меньше 0,5 мм, и на ощупь он грубый. В передней части царапин нет. После окисления она мало чем отличается от матрицы, как показано желтым кружком на рисунке 1.
2 Результаты испытаний и анализ
2.1 Дефекты поверхностного вытягивания
На рис. 2 представлена микроструктурная морфология дефекта вытягивания на поверхности сплава 6005А. В передней части вытяжки имеются ступенчатые царапины, заканчивающиеся многоярусными узелками. После появления узелков поверхность возвращается в нормальное состояние. Место дефекта шероховатости не гладкое на ощупь, имеет острый колючий оттенок, налипает или скапливается на поверхности профиля. В ходе испытания на экструзию было замечено, что морфология вытягивания экструдированных профилей 6005A и 6060 аналогична, а хвостовая часть продукта больше, чем головная часть; разница в том, что общий размер вытягивания 6005A меньше, а глубина царапины уменьшена. Это может быть связано с изменениями состава сплава, состояния литого стержня и состояния пресс-формы. При увеличении 100Х на переднем конце области вытягивания, вытянутой в направлении экструзии, имеются явные царапины, а форма конечных частиц узелков неправильная. При увеличении 500Х на переднем конце вытягивающей поверхности имеются ступенчатые царапины вдоль направления экструзии (размер этого дефекта составляет около 120 мкм), а на хвостовом конце имеются явные следы наложения узловатых частиц.
Чтобы проанализировать причины вытягивания, были использованы спектрометр прямого считывания и EDX для проведения компонентного анализа мест дефектов и матрицы трех компонентов сплава. В таблице 1 представлены результаты испытаний профиля 6005А. Результаты EDX показывают, что состав положения укладки вытягивающих частиц в основном аналогичен составу положения матрицы. Кроме того, некоторые мелкие частицы примесей накапливаются внутри и вокруг дефекта вытягивания, причем частицы примесей содержат C, O (или Cl) или Fe, Si и S.
Анализ дефектов шероховатости тонкооксидированных экструдированных профилей марки 6005А показывает, что вытягивающие частицы имеют крупные размеры (1-5 мм), поверхность в основном сложена, на лицевой части имеются ступенчатые царапины; Состав близок к матрице Al, вокруг нее будут распределены гетерогенные фазы, содержащие Fe, Si, C и O. Это показывает, что механизм образования вытягивания у трех сплавов один и тот же.
В процессе экструзии трение потока металла приводит к повышению температуры рабочей ленты формы, образуя «липкий алюминиевый слой» на режущей кромке входа рабочей ленты. В то же время избыток Si и других элементов, таких как Mn и Cr, в алюминиевом сплаве легко образуют замещающие твердые растворы с Fe, что будет способствовать образованию «липкого алюминиевого слоя» на входе в рабочую зону формы.
Когда металл движется вперед и трется о рабочую ленту, в определенном положении возникает возвратно-поступательное явление непрерывного соединения-разрыва-склеивания, в результате чего металл постоянно накладывается в этом положении. Когда частицы увеличиваются до определенного размера, они будут оттягиваться текущим продуктом и образовывать царапины на металлической поверхности. Он останется на металлической поверхности и образует тянущие частицы в конце царапины. поэтому можно считать, что образование шероховатых частиц связано главным образом с прилипанием алюминия к рабочей ленте формы. Гетерогенные фазы, распределенные вокруг него, могут возникать из-за смазочного масла, оксидов или частиц пыли, а также примесей, принесенных шероховатой поверхностью слитка.
Однако количество натяжений в результатах испытаний 6005A меньше, а степень меньше. С одной стороны, это связано со снятием фаски на выходе рабочей ленты формы и тщательной полировкой рабочей ленты для уменьшения толщины алюминиевого слоя; с другой стороны, это связано с избыточным содержанием Si.
По результатам прямого считывания спектрального состава видно, что помимо Si в сочетании с Mg Mg2Si в виде простого вещества выступает оставшийся Si.
2.2 Мелкие частицы на поверхности
При визуальном осмотре при малом увеличении частицы мелкие (<0,5 мм), негладкие на ощупь, острые на ощупь и прилипают к поверхности профиля. При увеличении в 100 раз мелкие частицы на поверхности распределены случайным образом, и к поверхности прикреплены частицы небольшого размера независимо от того, есть ли царапины или нет;
При увеличении 500Х, независимо от того, имеются ли на поверхности в направлении экструзии очевидные ступенчатые царапины, многие частицы все еще прикреплены, а размеры частиц различаются. Самый крупный размер частиц составляет около 15 мкм, а мелкие частицы — около 5 мкм.
Анализ состава поверхностных частиц сплава 6060 и неповрежденной матрицы показал, что частицы в основном состоят из элементов O, C, Si и Fe, а содержание алюминия очень низкое. Почти все частицы содержат элементы О и С. Состав каждой частицы немного отличается. Среди них а-частицы имеют размер, близкий к 10 мкм, что значительно выше, чем у матриц Si, Mg и O; В c-частицах Si, O и Cl явно выше; Частицы d и f содержат большое количество Si, O и Na; частицы е содержат Si, Fe и O; h-частицы представляют собой Fe-содержащие соединения. Результаты для частиц 6060 аналогичны этому, но поскольку содержание Si и Fe в самом 6060 низкое, соответствующее содержание Si и Fe в поверхностных частицах также низкое; содержание С в частицах 6060 относительно низкое.
Поверхностные частицы могут не быть одиночными мелкими частицами, но могут существовать и в виде агрегатов множества мелких частиц различной формы, причем массовое процентное содержание разных элементов в разных частицах различно. Считается, что частицы в основном состоят из двух типов. Одним из них являются выделения, такие как AlFeSi и элементарный Si, которые возникают из примесных фаз с высокой температурой плавления, таких как FeAl3 или AlFeSi(Mn) в слитке, или выделяются фазы во время процесса экструзии. Другой - прилипший посторонний предмет.
2.3 Влияние шероховатости поверхности слитка
В ходе испытаний было обнаружено, что задняя поверхность токарно-винторезного станка 6005А шероховатая и покрыта пылью. Было два литых стержня с самыми глубокими следами токарного инструмента в отдельных местах, что соответствовало значительному увеличению количества вытягиваний после экструзии, а размер одного вытягивания был больше, как показано на рисунке 7.
Литой стержень 6005А не имеет токарного станка, поэтому шероховатость поверхности низкая, а количество протяжек уменьшено. Кроме того, поскольку на следах токарного станка литого стержня нет избыточной смазочно-охлаждающей жидкости, содержание углерода в соответствующих частицах снижается. Доказано, что следы точения на поверхности литого стержня в определенной степени усугубляют вытягивание и образование частиц.
3 Обсуждение
(1) Компоненты вытягивающих дефектов в основном такие же, как и компоненты матрицы. Именно посторонние частицы, старая корка на поверхности слитка и другие примеси, накопившиеся в стенке экструзионного барабана или мертвой зоне формы в процессе экструзии, выносятся на поверхность металла или алюминиевый слой рабочей формы. пояс. По мере продвижения продукта вперед на поверхности возникают царапины, а когда продукт накапливается до определенного размера, он вытягивается продуктом, образуя вытягивание. После окисления протяжка подверглась коррозии, а из-за больших размеров там были ямкообразные дефекты.
(2) Поверхностные частицы иногда выглядят как отдельные мелкие частицы, а иногда существуют в агрегированном виде. Их состав явно отличается от состава матрицы и содержит в основном элементы O, C, Fe и Si. В некоторых частицах преобладают элементы O и C, а в некоторых — O, C, Fe и Si. Таким образом, предполагается, что поверхностные частицы происходят из двух источников: один — это осадки, такие как AlFeSi и элементарный кремний, и примеси, такие как O и C, прилипшие к поверхности; Другой - прилипший посторонний предмет. После окисления частицы разъедаются. Из-за своего небольшого размера они не оказывают или оказывают незначительное воздействие на поверхность.
(3) Частицы, богатые элементами C и O, в основном происходят из смазочного масла, пыли, почвы, воздуха и т. д., прилипших к поверхности слитка. Основными компонентами смазочного масла являются C, O, H, S и т. д., а основным компонентом пыли и почвы является SiO2. Содержание O в поверхностных частицах обычно высокое. Поскольку частицы находятся в высокотемпературном состоянии сразу после выхода из рабочей ленты, а также из-за большой удельной поверхности частиц, они легко адсорбируют атомы O в воздухе и вызывают окисление после контакта с воздухом, что приводит к более высокому содержанию O. содержание, чем матрица.
(4) Fe, Si и т. д. в основном происходят из оксидов, старой окалины и примесных фаз в слитке (высокая температура плавления или вторая фаза, которая не полностью удаляется гомогенизацией). Элемент Fe происходит из Fe в алюминиевых слитках, образуя примесные фазы с высокой температурой плавления, такие как FeAl3 или AlFeSi(Mn), которые не могут растворяться в твердом растворе в процессе гомогенизации или не полностью превращаются; Si присутствует в алюминиевой матрице в виде Mg2Si или пересыщенного твердого раствора Si в процессе литья. В процессе горячей экструзии литого стержня может осаждаться избыток Si. Растворимость Si в алюминии составляет 0,48% при 450°С и 0,8% (мас.%) при 500°С. Избыточное содержание Si в 6005 составляет около 0,41%, а осажденный Si может представлять собой агрегацию и осаждение, вызванное колебаниями концентрации.
(5) Прилипание алюминия к рабочей ленте формы является основной причиной вытягивания. Экструзионная головка представляет собой среду с высокой температурой и высоким давлением. Трение обтекания металла приведет к повышению температуры рабочего пояса формы, образуя «липкий алюминиевый слой» на режущей кромке входа рабочего пояска.
В то же время избыток Si и других элементов, таких как Mn и Cr, в алюминиевом сплаве легко образуют замещающие твердые растворы с Fe, что будет способствовать образованию «липкого алюминиевого слоя» на входе в рабочую зону формы. Протекание металла через «липкий алюминиевый слой» принадлежит внутреннему трению (скользящему сдвигу внутри металла). Металл деформируется и затвердевает из-за внутреннего трения, что способствует слипанию основного металла и формы. В то же время под действием давления рабочий пояс формы деформируется в воронкообразную форму, а липкий алюминий, образуемый режущей кромкой рабочего ремня, контактирующей с профилем, подобен режущей кромке токарного инструмента.
Образование липкого алюминия представляет собой динамический процесс роста и отслаивания. Частицы постоянно выносятся за профиль. Прилипают к поверхности профиля, образуя дефекты вытягивания. Если он вытекает непосредственно из рабочей ленты и мгновенно адсорбируется на поверхности профиля, мелкие частицы, термически прилипшие к поверхности, называются «адсорбционными частицами». Если некоторые частицы будут разрушены экструдированным алюминиевым сплавом, некоторые частицы прилипнут к поверхности рабочей ленты при прохождении через рабочую ленту, вызывая царапины на поверхности профиля. Хвостовая часть представляет собой сложенную алюминиевую матрицу. Если в середине рабочего ремня застряло много алюминия (связка прочная), это усугубит царапины на поверхности.
(6) Скорость экструзии оказывает большое влияние на вытягивание. Влияние скорости экструзии. Что касается гусеничного сплава 6005, то скорость экструзии увеличивается в пределах испытательного диапазона, температура на выходе увеличивается, а количество частиц, вытягивающих поверхность, увеличивается и становится тяжелее по мере увеличения механических линий. Скорость экструзии должна поддерживаться как можно более стабильной, чтобы избежать резких изменений скорости. Чрезмерная скорость экструзии и высокая температура на выходе приведут к увеличению трения и серьезному вытягиванию частиц. Конкретный механизм влияния скорости экструзии на явление вытягивания требует последующего наблюдения и проверки.
(7) Качество поверхности литого стержня также является важным фактором, влияющим на вытягивание частиц. Поверхность литого стержня шероховатая, с заусенцами, масляными пятнами, пылью, коррозией и т. д., все это увеличивает склонность частиц к вытягиванию.
4 Заключение
1. Состав дефектов вытягивания соответствует составу матрицы; состав позиции частиц явно отличается от состава матрицы, содержащей в основном элементы O, C, Fe и Si.
(2) Дефекты вытягивания частиц в основном вызваны прилипанием алюминия к рабочей ленте формы. Любые факторы, способствующие прилипанию алюминия к рабочей ленте формы, приведут к дефектам вытягивания. Для обеспечения качества отлитого стержня образование вытягивающих частиц не оказывает прямого влияния на состав сплава.
(3) Правильная равномерная огневая обработка способствует уменьшению растягивания поверхности.
Время публикации: 10 сентября 2024 г.
