Under ekstruderingsprosessen av aluminiumslegeringsekstruderte materialer, spesielt aluminiumsprofiler, oppstår det ofte en "pitting"-defekt på overflaten. De spesifikke manifestasjonene inkluderer svært små svulster med varierende tetthet, tailing og tydelig håndfølelse, med en piggete følelse. Etter oksidasjon eller elektroforetisk overflatebehandling fremstår de ofte som svarte granuler som fester seg til overflaten av produktet.
Ved ekstruderingsproduksjon av profiler med store seksjoner er det mer sannsynlig at denne defekten oppstår på grunn av påvirkningen av støpeblokken, ekstruderingstemperaturen, ekstruderingshastigheten, formkompleksiteten, etc. De fleste av de fine partiklene med groper kan fjernes under Forbehandlingsprosess for profiloverflate, spesielt alkali-etseprosessen, mens et lite antall store, fast vedheftede partikler forblir på profiloverflaten, som påvirker utseendekvaliteten til sluttproduktet.
I vanlige bygningsdør- og vindusprofilprodukter aksepterer kundene generelt mindre groper, men for industriprofiler som krever like stor vekt på mekaniske egenskaper og dekorativ ytelse eller mer vekt på dekorativ ytelse, aksepterer kundene generelt ikke denne defekten, spesielt groper defekter som er inkonsistent med den forskjellige bakgrunnsfargen.
For å analysere dannelsesmekanismen til grove partikler, ble morfologien og sammensetningen av defektstedene under forskjellige legeringssammensetninger og ekstruderingsprosesser analysert, og forskjellene mellom defektene og matrisen ble sammenlignet. En fornuftig løsning for å effektivt løse de grove partiklene ble fremmet, og en prøvetest ble utført.
For å løse gropfeilene til profiler, er det nødvendig å forstå formasjonsmekanismen for gropfeil. Under ekstruderingsprosessen er aluminium som fester seg til dysearbeidsbeltet hovedårsaken til gropfeil på overflaten av ekstruderte aluminiumsmaterialer. Dette er fordi ekstruderingsprosessen av aluminium utføres ved en høy temperatur på ca. 450°C. Hvis effektene av deformasjonsvarme og friksjonsvarme legges til, vil temperaturen på metallet være høyere når det strømmer ut av dysehullet. Når produktet strømmer ut av dysehullet, på grunn av den høye temperaturen, er det et fenomen med aluminium som fester seg mellom metallet og formarbeidsbeltet.
Formen for denne bindingen er ofte: en gjentatt prosess med binding – riving – binding – riving igjen, og produktet flyter fremover, noe som resulterer i mange små groper på overflaten av produktet.
Dette bindingsfenomenet er relatert til faktorer som kvaliteten på barren, overflatetilstanden til formarbeidsbeltet, ekstruderingstemperatur, ekstruderingshastighet, grad av deformasjon og deformasjonsmotstanden til metallet.
1 Test materialer og metoder
Gjennom foreløpig forskning har vi lært at faktorer som metallurgisk renhet, muggstatus, ekstruderingsprosess, ingredienser og produksjonsforhold kan påvirke de rude partikler på overflaten. I testen ble to legeringsstenger, 6005A og 6060, brukt til å ekstrudere samme seksjon. Morfologien og sammensetningen av de rude partikkelposisjonene ble analysert gjennom direkteavlesningsspektrometer og SEM-deteksjonsmetoder, og sammenlignet med den omkringliggende normalmatrisen.
For å tydelig skille morfologien til de to defektene av pitted og partikler, er de definert som følger:
(1) Pitted defekter eller trekkfeil er en slags punktdefekt som er en uregelmessig rumpetroll-lignende eller spisslignende ripe-defekt som vises på overflaten av profilen. Defekten starter fra ripestripen og slutter med at defekten faller av, og samler seg til metallbønner på slutten av ripelinjen. Størrelsen på den pitted defekten er vanligvis 1-5 mm, og den blir mørk svart etter oksidasjonsbehandling, noe som til slutt påvirker utseendet til profilen, som vist i den røde sirkelen i figur 1.
(2) Overflatepartikler kalles også metallbønner eller adsorpsjonspartikler. Overflaten på aluminiumslegeringsprofilen er festet med sfæriske grå-svarte hardmetallpartikler og har en løs struktur. Det finnes to typer aluminiumslegeringsprofiler: de som kan tørkes av og de som ikke kan tørkes av. Størrelsen er vanligvis mindre enn 0,5 mm, og den føles grov å ta på. Det er ingen riper i frontdelen. Etter oksidasjon er den ikke mye forskjellig fra matrisen, som vist i den gule sirkelen i figur 1.
2 Testresultater og analyse
2.1 Overflatetrekkfeil
Figur 2 viser den mikrostrukturelle morfologien til trekkdefekten på overflaten av 6005A-legeringen. Det er trinnlignende riper i fremre del av trekkingen, og de ender med stablede knuter. Etter at knutene vises, går overflaten tilbake til normal. Plasseringen av oppruningsdefekten er ikke glatt å ta på, har en skarp tornefølelse og fester seg eller samler seg på overflaten av profilen. Gjennom ekstruderingstesten ble det observert at trekkmorfologien til 6005A og 6060 ekstruderte profiler er lik, og endeenden av produktet er mer enn hodeenden; forskjellen er at den totale trekkstørrelsen på 6005A er mindre og ripedybden er svekket. Dette kan være relatert til endringer i legeringssammensetning, støpestavtilstand og formforhold. Observert under 100X er det tydelige ripemerker på fremre ende av trekkområdet, som er forlenget langs ekstruderingsretningen, og formen på de endelige knutepartiklene er uregelmessig. Ved 500X har den fremre enden av trekkflaten trinnlignende riper langs ekstruderingsretningen (størrelsen på denne defekten er ca. 120 μm), og det er tydelige stablingsmerker på de nodulære partiklene i haleenden.
For å analysere årsakene til trekking, ble direkteavlesningsspektrometer og EDX brukt til å utføre komponentanalyse på defektplasseringene og matrisen til de tre legeringskomponentene. Tabell 1 viser testresultatene for 6005A-profilen. EDX-resultatene viser at sammensetningen av stableposisjonen til de trekkende partiklene i utgangspunktet er lik den til matrisen. I tillegg akkumuleres noen fine urenhetspartikler i og rundt trekkdefekten, og urenhetspartikler inneholder C, O (eller Cl), eller Fe, Si og S.
Analyse av ruhetsdefektene til 6005A finoksiderte ekstruderte profiler viser at trekkepartiklene er store i størrelse (1-5 mm), overflaten er for det meste stablet, og det er trinnlignende riper på frontdelen; Sammensetningen er nær Al-matrisen, og det vil være heterogene faser som inneholder Fe, Si, C og O fordelt rundt den. Den viser at trekkformasjonsmekanismen til de tre legeringene er den samme.
Under ekstruderingsprosessen vil metallstrømningsfriksjon føre til at temperaturen på formarbeidsbeltet stiger, og danner et "klebrig aluminiumslag" ved skjærekanten av arbeidsbeltet. Samtidig er overflødig Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumslegeringen enkle å danne erstatningsfaste løsninger med Fe, noe som vil fremme dannelsen av et "klebrig aluminiumslag" ved inngangen til formarbeidssonen.
Når metallet strømmer fremover og gnis mot arbeidsbeltet, oppstår et frem- og tilbakegående fenomen med kontinuerlig binding-riv-binding i en bestemt posisjon, noe som får metallet til å kontinuerlig overlappe seg i denne posisjonen. Når partiklene øker til en viss størrelse, vil de bli trukket bort av det flytende produktet og danne ripemerker på metalloverflaten. Det vil forbli på metalloverflaten og danne trekkende partikler på slutten av ripen. derfor kan det betraktes at dannelsen av ru partikler hovedsakelig er relatert til at aluminium fester seg til formarbeidsbeltet. De heterogene fasene som er fordelt rundt den kan stamme fra smøreolje, oksider eller støvpartikler, samt urenheter som kommer av den ru overflaten til barren.
Imidlertid er antallet drag i 6005A-testresultatene mindre og graden er lettere. På den ene siden skyldes det avfasingen ved utgangen av formarbeidsbeltet og den forsiktige poleringen av arbeidsbeltet for å redusere tykkelsen på aluminiumslaget; på den annen side er det relatert til overflødig Si-innhold.
I henhold til resultatene av direkte avlesning av spektralsammensetningen kan det ses at i tillegg til Si kombinert med Mg Mg2Si, vises det gjenværende Si i form av et enkelt stoff.
2.2 Små partikler på overflaten
Under visuell inspeksjon med lav forstørrelse er partiklene små (≤0,5 mm), ikke glatte å ta på, har en skarp følelse og fester seg til overflaten av profilen. Observert under 100X er små partikler på overflaten tilfeldig fordelt, og det er små partikler festet til overflaten uavhengig av om det er riper eller ikke;
Ved 500X, uansett om det er tydelige trinnlignende riper på overflaten langs ekstruderingsretningen, er mange partikler fortsatt festet, og partikkelstørrelsene varierer. Den største partikkelstørrelsen er ca. 15 μm, og de små partiklene er ca. 5 μm.
Gjennom sammensetningsanalysen av 6060 legeringsoverflatepartiklene og den intakte matrisen, er partiklene hovedsakelig sammensatt av O-, C-, Si- og Fe-elementer, og aluminiuminnholdet er svært lavt. Nesten alle partikler inneholder O- og C-elementer. Sammensetningen av hver partikkel er litt forskjellig. Blant dem er a-partiklene nær 10 μm, som er betydelig høyere enn matrisen Si, Mg og O; I c-partikler er Si, O og Cl åpenbart høyere; Partiklene d og f inneholder høy Si, O og Na; partikler e inneholder Si, Fe og O; h-partikler er Fe-holdige forbindelser. Resultatene av 6060 partikler er lik dette, men fordi Si- og Fe-innholdet i selve 6060 er lavt, er det tilsvarende Si- og Fe-innholdet i overflatepartiklene også lavt; C-innholdet i 6060 partikler er relativt lavt.
Overflatepartikler er kanskje ikke enkeltstående små partikler, men kan også eksistere i form av aggregasjoner av mange små partikler med ulik form, og masseprosentene av ulike grunnstoffer i ulike partikler varierer. Det antas at partiklene hovedsakelig er sammensatt av to typer. Det ene er utfellinger som AlFeSi og elementært Si, som stammer fra urenhetsfaser med høyt smeltepunkt som FeAl3 eller AlFeSi(Mn) i barren, eller utfellingsfaser under ekstruderingsprosessen. Den andre er vedhengende fremmedlegemer.
2.3 Effekt av overflateruhet på ingot
Under testen ble det funnet at den bakre overflaten av 6005A støpte stangdreiebenk var ru og flekkete med støv. Det var to støpte stenger med de dypeste dreieverktøymerkene på lokale steder, noe som tilsvarte en betydelig økning i antall trekk etter ekstrudering, og størrelsen på et enkelt trekk var større, som vist i figur 7.
Den støpte 6005A-stangen har ingen dreiebenk, så overflateruheten er lav og antall trekk reduseres. I tillegg, siden det ikke er overflødig skjærevæske festet til dreiebenkene på støpestangen, reduseres C-innholdet i de tilsvarende partiklene. Det er bevist at dreiemerkene på overflaten av støpestangen vil forverre trekking og partikkeldannelse til en viss grad.
3 Diskusjon
(1) Komponentene til trekkfeil er i utgangspunktet de samme som i matrisen. Det er fremmedpartiklene, gammel hud på overflaten av barren og andre urenheter som samles i ekstruderingstønneveggen eller det døde området av formen under ekstruderingsprosessen, som bringes til metalloverflaten eller aluminiumlaget til formen. belte. Når produktet flyter fremover, oppstår det riper i overflaten, og når produktet samler seg til en viss størrelse, tas det ut av produktet for å danne trekk. Etter oksidering var trekkingen korrodert, og på grunn av sin store størrelse var det groplignende defekter der.
(2) Overflatepartikler vises noen ganger som enkeltstående små partikler, og noen ganger eksisterer de i aggregert form. Sammensetningen deres er åpenbart forskjellig fra matrisen, og inneholder hovedsakelig O-, C-, Fe- og Si-elementer. Noen av partiklene er dominert av O- og C-elementer, og noen partikler domineres av O, C, Fe og Si. Derfor utledes det at overflatepartiklene kommer fra to kilder: den ene er utfellinger som AlFeSi og elementært Si, og urenheter som O og C festes til overflaten; Den andre er vedhengende fremmedlegemer. Partiklene korroderes bort etter oksidering. På grunn av sin lille størrelse har de ingen eller liten innvirkning på overflaten.
(3) Partikler rike på C- og O-elementer kommer hovedsakelig fra smøreolje, støv, jord, luft osv. festet til overflaten av barren. Hovedkomponentene i smøreolje er C, O, H, S, etc., og hovedkomponenten i støv og jord er SiO2. O-innholdet i overflatepartikler er generelt høyt. Fordi partiklene er i høy temperatur umiddelbart etter at de har forlatt arbeidsbeltet, og på grunn av det store spesifikke overflatearealet til partiklene, adsorberer de lett O-atomer i luften og forårsaker oksidasjon etter kontakt med luften, noe som resulterer i en høyere O innhold enn matrisen.
(4) Fe, Si, etc. kommer hovedsakelig fra oksidene, gammel avleiring og urenhetsfasene i barren (høyt smeltepunkt eller andre fase som ikke elimineres fullstendig ved homogenisering). Fe-elementet stammer fra Fe i aluminiumsblokker, og danner urenhetsfaser med høyt smeltepunkt som FeAl3 eller AlFeSi(Mn), som ikke kan oppløses i fast løsning under homogeniseringsprosessen, eller ikke er fullstendig omdannet; Si eksisterer i aluminiummatrisen i form av Mg2Si eller en overmettet fast løsning av Si under støpeprosessen. Under den varme ekstruderingsprosessen av den støpte stangen kan overflødig Si utfelles. Løseligheten av Si i aluminium er 0,48% ved 450°C og 0,8% (vekt%) ved 500°C. Det overskytende Si-innholdet i 6005 er ca. 0,41 %, og det utfelte Si kan være aggregering og nedbør forårsaket av konsentrasjonssvingninger.
(5) Aluminium som fester seg til formarbeidsbeltet er hovedårsaken til trekking. Ekstrusjonsdysen er et miljø med høy temperatur og høyt trykk. Metallstrømfriksjon vil øke temperaturen på arbeidsbeltet til formen, og danne et "klebrig aluminiumslag" ved skjærekanten av arbeidsbelteinngangen.
Samtidig er overflødig Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumslegeringen enkle å danne erstatningsfaste løsninger med Fe, noe som vil fremme dannelsen av et "klebrig aluminiumslag" ved inngangen til formarbeidssonen. Metallet som strømmer gjennom det "klebrige aluminiumslaget" tilhører intern friksjon (glideskjær inne i metallet). Metallet deformeres og stivner på grunn av indre friksjon, noe som fremmer det underliggende metallet og formen til å feste seg sammen. Samtidig deformeres formarbeidsbeltet til en trompetform på grunn av trykket, og det klebrige aluminiumet som dannes av at skjærekantdelen av arbeidsbeltet kommer i kontakt med profilen, ligner skjærekanten til et dreieverktøy.
Dannelsen av klebrig aluminium er en dynamisk prosess med vekst og avfall. Partikler bringes stadig ut av profilen. Fester seg til overflaten av profilen og danner trekkfeil. Hvis det renner direkte ut av arbeidsbeltet og blir umiddelbart adsorbert på overflaten av profilen, kalles de små partiklene som er termisk festet til overflaten "adsorpsjonspartikler". Hvis noen partikler vil bli ødelagt av den ekstruderte aluminiumslegeringen, vil noen partikler feste seg til overflaten av arbeidsbeltet når de passerer gjennom arbeidsbeltet, og forårsake riper på overflaten av profilen. Bakenden er den stablede aluminiumsmatrisen. Når det sitter mye aluminium fast i midten av arbeidsbeltet (bindingen er sterk), vil det forverre overflateriper.
(6) Ekstrusjonshastigheten har stor innflytelse på trekking. Påvirkning av ekstruderingshastighet. Når det gjelder den sporede 6005-legeringen, øker ekstruderingshastigheten innenfor testområdet, utløpstemperaturen øker, og antallet overflatetrekkpartikler øker og blir tyngre etter hvert som de mekaniske linjene øker. Ekstruderingshastigheten bør holdes så stabil som mulig for å unngå plutselige endringer i hastighet. For høy ekstruderingshastighet og høy utløpstemperatur vil føre til økt friksjon og alvorlig partikkeltrekking. Den spesifikke mekanismen for påvirkningen av ekstruderingshastigheten på trekkefenomenet krever etterfølgende oppfølging og verifisering.
(7) Overflatekvaliteten til støpestangen er også en viktig faktor som påvirker trekkepartiklene. Overflaten på støpestangen er ru, med sagegrader, oljeflekker, støv, korrosjon, etc., som alle øker tendensen til å trekke partikler.
4 Konklusjon
(1) Sammensetningen av trekkdefekter er konsistent med matrisens; sammensetningen av partikkelposisjonen er åpenbart forskjellig fra matrisens, hovedsakelig inneholdende O-, C-, Fe- og Si-elementer.
(2) Trekkpartikkeldefekter er hovedsakelig forårsaket av aluminium som fester seg til formarbeidsbeltet. Eventuelle faktorer som fremmer at aluminium fester seg til formarbeidsbeltet vil forårsake trekkfeil. Ut fra forutsetningen om å sikre kvaliteten på den støpte stangen, har genereringen av trekkende partikler ingen direkte innvirkning på legeringssammensetningen.
(3) Riktig jevn brannbehandling er gunstig for å redusere overflatetrekk.
Innleggstid: 10. september 2024
