Under ekstruderingsprosessen av ekstruderte materialer av aluminiumslegering, spesielt aluminiumsprofiler, oppstår det ofte en "pitting"-defekt på overflaten. De spesifikke manifestasjonene inkluderer svært små svulster med varierende tetthet, haledannelse 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 stor seksjon er det mer sannsynlig at denne feilen oppstår på grunn av påvirkningen fra barrens struktur, ekstruderingstemperatur, ekstruderingshastighet, formkompleksitet osv. De fleste av de fine partiklene fra gropdefekter kan fjernes under forbehandlingsprosessen av profiloverflaten, spesielt alkalietsingsprosessen, mens et lite antall store, fastklebende partikler forblir på profiloverflaten, noe som påvirker utseendet til sluttproduktet.
I vanlige dør- og vindusprofilprodukter for bygninger aksepterer kundene vanligvis mindre groper, men for industriprofiler som krever like stor vekt på mekaniske egenskaper og dekorativ ytelse eller mer vekt på dekorativ ytelse, aksepterer kundene vanligvis ikke denne feilen, spesielt ikke groper som ikke stemmer overens med den forskjellige bakgrunnsfargen.
For å analysere dannelsesmekanismen til ru partikler ble morfologien og sammensetningen av defektlokasjonene under forskjellige legeringssammensetninger og ekstruderingsprosesser analysert, og forskjellene mellom defektene og matrisen ble sammenlignet. En rimelig løsning for effektivt å løse de ru partiklene ble foreslått, og en prøvetest ble utført.
For å løse gropdefekter i profiler er det nødvendig å forstå dannelsesmekanismen for gropdefekter. Under ekstruderingsprosessen er det hovedårsaken til gropdefekter på overflaten av ekstruderte aluminiumsmaterialer som fester seg til formens arbeidsbånd. Dette skyldes at ekstruderingsprosessen av aluminium utføres ved en høy temperatur på omtrent 450 °C. Hvis effektene av deformasjonsvarme og friksjonsvarme legges til, vil temperaturen på metallet være høyere når det strømmer ut av formhullet. Når produktet strømmer ut av formhullet, på grunn av den høye temperaturen, oppstår det et fenomen med aluminium som fester seg mellom metallet og formens arbeidsbånd.
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 formbeltet, ekstruderingstemperatur, ekstruderingshastighet, deformasjonsgrad og metallets deformasjonsmotstand.
1 Testmaterialer og -metoder
Gjennom forundersøkelser lærte vi at faktorer som metallurgisk renhet, formstatus, ekstruderingsprosess, ingredienser og produksjonsforhold kan påvirke de overflateruede partiklene. I testen ble to legeringsstenger, 6005A og 6060, brukt til å ekstrudere den samme seksjonen. Morfologien og sammensetningen av de ruede partikkelposisjonene ble analysert ved hjelp av direkteavlesningsspektrometer og SEM-deteksjonsmetoder, og sammenlignet med den omkringliggende normalmatrisen.
For å tydelig skille morfologien til de to defektene av groper og partikler, er de definert som følger:
(1) Gropdefekter eller trekkdefekter er en type punktdefekt som er en uregelmessig rumpetrolllignende eller spisslignende ripefeil som oppstår på overflaten av profilen. Feilen starter fra ripestripen og slutter med at feilen faller av, og samler seg til metallbønner på enden av ripelinjen. Størrelsen på gropdefekten er vanligvis 1–5 mm, og den blir mørkesvart etter oksidasjonsbehandling, noe som til slutt påvirker profilens utseende, som vist i den røde sirkelen i figur 1.
(2) Overflatepartikler kalles også metallbønner eller adsorpsjonspartikler. Overflaten på aluminiumslegeringsprofilen er festet med sfæriske gråsvarte 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 ru å ta på. Det er ingen riper i den fremre delen. 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 den fremre delen av trekkdelen, og de ender med stablede knuter. Etter at knutene dukker opp, går overflaten tilbake til normalen. Plasseringen av ruhetsdefekten er ikke glatt å ta på, har en skarp, tornete følelse, 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 at bakenden av produktet er større enn hodeenden; forskjellen er at den totale trekkstørrelsen på 6005A er mindre og ripedybden er svekket. Dette kan være relatert til endringer i legeringssammensetning, støpestangens tilstand og formforhold. Observert under 100X er det tydelige riper i den fremre enden 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 omtrent 120 μm), og det er tydelige stablingsmerker på de nodulære partiklene i bakenden.
For å analysere årsakene til trekkingen ble et direkteavlesningsspektrometer og EDX brukt til å utføre komponentanalyse på defektlokasjonene og matrisen til de tre legeringskomponentene. Tabell 1 viser testresultatene for 6005A-profilen. EDX-resultatene viser at sammensetningen av stablingsposisjonen til trekkingspartiklene i utgangspunktet er lik matrisens. I tillegg akkumuleres noen fine urenhetspartikler i og rundt trekkingsdefekten, og urenhetspartiklene inneholder C, O (eller Cl), eller Fe, Si og S.
Analyse av ruhetsdefektene i 6005A fint oksiderte ekstruderte profiler viser at trekkpartiklene er store (1-5 mm), overflaten er for det meste stablet, og det er trinnlignende riper på den fremre delen. Sammensetningen er nær Al-matrisen, og det vil være heterogene faser som inneholder Fe, Si, C og O fordelt rundt den. Det viser at trekkdannelsesmekanismen for de tre legeringene er den samme.
Under ekstruderingsprosessen vil metallstrømningsfriksjon føre til at temperaturen på formbearbeidingsbåndet stiger, noe som danner et "klebrig aluminiumslag" ved skjærekanten av arbeidsbåndinngangen. Samtidig kan overflødig Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumslegeringen lett erstattes med faste løsninger med Fe, noe som vil fremme dannelsen av et "klebrig aluminiumslag" ved inngangen til formbearbeidingssonen.
Når metallet flyter fremover og gnis mot arbeidsbåndet, oppstår et frem- og tilbakegående fenomen med kontinuerlig binding-riving-binding på en bestemt posisjon, noe som fører til at metallet kontinuerlig legges over hverandre på denne posisjonen. Når partiklene øker til en viss størrelse, vil de bli trukket bort av det flytende produktet og danne riper på metalloverflaten. De vil forbli på metalloverflaten og danne trekkende partikler på slutten av ripen. Derfor kan det antas at dannelsen av ru partikler hovedsakelig er relatert til at aluminiumet fester seg til støpebåndet. De heterogene fasene som er fordelt rundt det, kan stamme fra smøreolje, oksider eller støvpartikler, samt urenheter som kommer fra den ru overflaten på barren.
Imidlertid er antallet trekk i 6005A-testresultatene mindre og graden er lettere. På den ene siden skyldes det avfasingen ved utgangen av formbeltet og den nøye poleringen av arbeidsbeltet for å redusere tykkelsen på aluminiumslaget; på den andre siden er det relatert til overflødig Si-innhold.
I følge resultatene fra den direkte avlesningen av spektralsammensetningen kan man se at i tillegg til Si kombinert med MgMg2Si, forekommer 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 profiloverflaten. 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 omtrent 15 μm, og de små partiklene er omtrent 5 μm.
Gjennom sammensetningsanalysen av 6060-legeringsoverflatepartiklene og den intakte matrisen, består partiklene hovedsakelig av O-, C-, Si- og Fe-elementer, og aluminiuminnholdet er svært lavt. Nesten alle partiklene 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 matrisens Si, Mg og O; i c-partiklene er Si, O og Cl åpenbart høyere; partiklene d og f inneholder mye Si, O og Na; partiklene e inneholder Si, Fe og O; h-partiklene er Fe-holdige forbindelser. Resultatene for 6060-partiklene ligner på 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-partiklene er relativt lavt.
Overflatepartikler trenger ikke å være enkeltstående små partikler, men kan også eksistere i form av aggregeringer av mange små partikler med forskjellige former, og masseprosenten av forskjellige elementer i forskjellige partikler varierer. Det antas at partiklene hovedsakelig består av to typer. Den ene er utfellinger som AlFeSi og elementært Si, som stammer fra urenhetsfaser med høyt smeltepunkt som FeAl3 eller AlFeSi(Mn) i barren, eller utfelte faser under ekstruderingsprosessen. Den andre er vedhengende fremmedlegemer.
2.3 Effekt av overflateruhet på barren
Under testen ble det funnet at baksiden av 6005A støpestangdreiebenk var ru og flekket med støv. Det var to støpestenger 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.
6005A støpestangen har ingen dreiebenk, så overflateruheten er lav og antallet trekkinger reduseres. I tillegg, siden det ikke er overflødig skjærevæske festet til dreiemerkene 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 i trekkdefektene er i utgangspunktet de samme som i matrisen. Det er fremmedpartikler, gammelt skinn på overflaten av barren og andre urenheter som har samlet seg i ekstruderingsrørets vegg eller i formens døde område under ekstruderingsprosessen, som bringes til metalloverflaten eller aluminiumslaget i formens arbeidsbånd. Når produktet strømmer fremover, oppstår det riper i overflaten, og når produktet har samlet seg til en viss størrelse, fjernes det av produktet og danner trekk. Etter oksidasjon korroderes trekkmaterialet, og på grunn av sin store størrelse oppstår det groplignende defekter der.
(2) Overflatepartikler fremstår noen ganger som små enkeltpartikler, og noen ganger i aggregert form. Sammensetningen deres er åpenbart forskjellig fra matriksens, og inneholder hovedsakelig O-, C-, Fe- og Si-elementer. Noen av partiklene domineres av O- og C-elementer, og noen partikler domineres av O, C, Fe og Si. Derfor antas det at overflatepartiklene kommer fra to kilder: den ene er utfellinger som AlFeSi og elementært Si, og urenheter som O og C fester seg til overflaten; den andre er vedhengende fremmedlegemer. Partiklene korroderes bort etter oksidasjon. 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. som fester seg til overflaten av barren. Hovedkomponentene i smøreolje er C, O, H, S osv., og hovedkomponenten i støv og jord er SiO2. O-innholdet i overflatepartiklene er generelt høyt. Fordi partiklene er i en høy temperaturtilstand umiddelbart etter at de forlater arbeidsbåndet, og på grunn av partiklenes store spesifikke overflateareal, absorberer de lett O-atomer i luften og forårsaker oksidasjon etter kontakt med luften, noe som resulterer i et høyere O-innhold enn matrisen.
(4) Fe, Si osv. kommer hovedsakelig fra oksider, gammelt skall og urenhetsfaser i barren (høyt smeltepunkt eller andre fase som ikke elimineres fullstendig ved homogenisering). Fe-elementet stammer fra Fe i aluminiumsbarrer, og danner urenhetsfaser med høyt smeltepunkt som FeAl3 eller AlFeSi(Mn), som ikke kan løses opp i fast løsning under homogeniseringsprosessen, eller som ikke omdannes fullstendig. Si finnes i aluminiummatrisen i form av Mg2Si eller en overmettet fast løsning av Si under støpeprosessen. Under varm ekstruderingsprosessen av støpestangen kan overskudd av Si utfelles. Løseligheten av Si i aluminium er 0,48 % ved 450 °C og 0,8 % (vekt%) ved 500 °C. Overskuddsinnholdet av Si i 6005 er omtrent 0,41 %, og det utfelte Si kan være aggregering og utfelling forårsaket av konsentrasjonssvingninger.
(5) Aluminium som fester seg til formens arbeidsbånd er hovedårsaken til at det trekkes. Ekstruderingsdysen er et miljø med høy temperatur og høyt trykk. Metallstrømningsfriksjonen vil øke temperaturen på formens arbeidsbånd, og danne et "klebrig aluminiumslag" i skjærekanten av arbeidsbåndinngangen.
Samtidig er overflødig Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumlegeringen lett å danne som erstatning for faste løsninger med Fe, noe som vil fremme dannelsen av et "klebrig aluminiumslag" ved inngangen til formens arbeidsområde. Metallet som strømmer gjennom det "klebrige aluminiumslaget" tilhører intern friksjon (glidende skjæring inne i metallet). Metallet deformeres og herdes på grunn av intern friksjon, noe som fremmer at det underliggende metallet og formen kleber seg sammen. Samtidig deformeres formens arbeidsbånd til en trompetform på grunn av trykket, og det klebrige aluminiumet som dannes av skjærekantdelen av arbeidsbåndet som kommer i kontakt med profilen, ligner på skjærekanten til et dreieverktøy.
Dannelsen av klebrig aluminium er en dynamisk prosess med vekst og avskalling. Partikler bringes stadig ut av profilen. De fester seg til profilens overflate og danner trekkdefekter. Hvis det flyter direkte ut av arbeidsbåndet og umiddelbart absorberes på profilens overflate, kalles de små partiklene som er termisk festet til overflaten "adsorpsjonspartikler". Hvis noen partikler brytes av den ekstruderte aluminiumslegeringen, vil noen partikler feste seg til overflaten av arbeidsbåndet når de passerer gjennom arbeidsbåndet, noe som forårsaker riper på profilens overflate. Bakenden er den stablede aluminiumsmatrisen. Når det er mye aluminium fast i midten av arbeidsbåndet (bindingen er sterk), vil det forverre overflateriper.
(6) Ekstruderingshastigheten har stor innflytelse på trekkingen. Innflytelsen av ekstruderingshastigheten. Når det gjelder den sporede 6005-legeringen, øker ekstruderingshastigheten innenfor testområdet, utløpstemperaturen øker, og antallet overflatetrekkende partikler øker og blir tyngre etter hvert som de mekaniske linjene øker. Ekstruderingshastigheten bør holdes så stabil som mulig for å unngå plutselige hastighetsendringer. For høy ekstruderingshastighet og høy utløpstemperatur vil føre til økt friksjon og alvorlig partikkeltrekking. Den spesifikke mekanismen for ekstruderingshastighetens påvirkning på trekkingsfenomenet krever etterfølgende oppfølging og verifisering.
(7) Overflatekvaliteten til støpestangen er også en viktig faktor som påvirker de trekkende partiklene. Overflaten på støpestangen er ru, med saggrater, oljeflekker, støv, korrosjon osv., som alle øker tendensen til å trekke partikler.
4 Konklusjon
(1) Sammensetningen av trekkdefektene er konsistent med matrisens; sammensetningen av partikkelposisjonen er åpenbart forskjellig fra matrisens, og inneholder hovedsakelig O-, C-, Fe- og Si-elementer.
(2) Trekkpartikkeldefekter skyldes hovedsakelig at aluminium fester seg til formbeltet. Enhver faktor som fremmer at aluminium fester seg til formbeltet vil forårsake trekkkelser. For å sikre kvaliteten på støpestangen har genereringen av trekkkartikler ingen direkte innvirkning på legeringssammensetningen.
(3) Riktig og jevn brannbehandling er gunstig for å redusere overflateavtrekking.
Publisert: 10. september 2024
