За време на процесот на екструдирање на екструдирани материјали од алуминиумски легури, особено алуминиумски профили, на површината често се јавува дефект на „вдлабнатини“. Специфичните манифестации вклучуваат многу мали тумори со различна густина, опашка и очигледно чувство на дланка, со чувство на шилест изглед. По оксидација или електрофоретска површинска обработка, тие често се појавуваат како црни гранули кои се лепат на површината на производот.
При екструдирање на профили со голем пресек, овој дефект е поверојатно да се појави поради влијанието на структурата на инготот, температурата на екструдирање, брзината на екструдирање, сложеноста на мувлата итн. Повеќето од фините честички од вдлабнатите дефекти може да се отстранат за време на процесот на претходна обработка на површината на профилот, особено процесот на алкално јоргање, додека мал број на големи, цврсто залепени честички остануваат на површината на профилот, што влијае на квалитетот на изгледот на финалниот производ.
Кај обичните профили за градежни врати и прозорци, клиентите генерално прифаќаат мали вдлабнатини, но за индустриските профили кои бараат еднаков акцент на механичките својства и декоративните перформанси или поголем акцент на декоративните перформанси, клиентите генерално не го прифаќаат овој дефект, особено вдлабнатите дефекти кои се неконзистентни со различната боја на позадината.
За да се анализира механизмот на формирање на груби честички, беа анализирани морфологијата и составот на локациите на дефекти под различни состави на легури и процеси на екструзија, а разликите помеѓу дефектите и матрицата беа споредени. Беше предложено разумно решение за ефикасно решавање на грубите честички и беше спроведено пробно тестирање.
За да се решат дефектите на вдлабнатини на профилите, потребно е да се разбере механизмот на формирање на дефекти на вдлабнатини. За време на процесот на екструдирање, лепењето на алуминиумот на работната лента на калапот е главната причина за дефекти на вдлабнатини на површината на екструдираните алуминиумски материјали. Ова е затоа што процесот на екструдирање на алуминиум се изведува на висока температура од околу 450°C. Ако се додадат ефектите од топлината на деформација и топлината на триење, температурата на металот ќе биде повисока кога ќе истече од дупката на калапот. Кога производот истекува од дупката на калапот, поради високата температура, се јавува феномен на лепење на алуминиум помеѓу металот и работната лента на калапот.
Формата на ова врзување често е: повторен процес на лепење – кинење – лепење – повторно кинење, и производот тече напред, што резултира со многу мали вдлабнатини на површината на производот.
Овој феномен на врзување е поврзан со фактори како што се квалитетот на инготот, состојбата на површината на работната лента на калапот, температурата на екструдирање, брзината на екструдирање, степенот на деформација и отпорноста на деформација на металот.
1 Материјали и методи за тестирање
Преку прелиминарно истражување, дознавме дека фактори како што се металуршката чистота, состојбата на калапот, процесот на екструдирање, состојките и условите на производство можат да влијаат на површинските груби честички. Во тестот, две легирани прачки, 6005A и 6060, беа користени за екструдирање на истиот дел. Морфологијата и составот на позициите на грубите честички беа анализирани преку спектрометар со директно читање и методи на детекција со SEM, и споредени со околната нормална матрица.
За јасно да се разликува морфологијата на двата дефекти, вдлабнатини и честички, тие се дефинирани на следниов начин:
(1) Вдлабнати дефекти или дефекти на влечење се вид на точкест дефект, односно неправилен полноглавец или точкест дефект од гребење што се појавува на површината на профилот. Дефектот започнува од гребната лента и завршува со отпаѓање на дефектот, акумулирајќи се во метални зрна на крајот од линијата на гребење. Големината на вдлабнатиот дефект е генерално 1-5 mm и по оксидациската обработка станува темно црна, што на крајот влијае на изгледот на профилот, како што е прикажано во црвениот круг на Слика 1.
(2) Површинските честички се нарекуваат и метални зрна или адсорпциски честички. Површината на профилот од алуминиумска легура е поврзана со сферични сиво-црни тврди метални честички и има лабава структура. Постојат два вида профили од алуминиумска легура: оние што можат да се избришат и оние што не можат да се избришат. Големината е генерално помала од 0,5 mm и е груба на допир. Нема гребнатини во предниот дел. По оксидацијата, не се разликува многу од матрицата, како што е прикажано во жолтиот круг на Слика 1.
2 Резултати од тестовите и анализа
2.1 Дефекти на површинско влечење
Слика 2 ја прикажува микроструктурната морфологија на дефектот на влечење на површината на легурата 6005A. Во предниот дел од влечењето има гребнатини во форма на скали, кои завршуваат со наредени нодули. Откако ќе се појават нодулите, површината се враќа во нормала. Локацијата на дефектот на грубоста не е мазна на допир, има остар трнлив допир и се лепи или акумулира на површината на профилот. Преку тестот за екструзија, беше забележано дека морфологијата на влечење на екструдираните профили 6005A и 6060 е слична, а задниот крај на производот е поголем од главниот крај; разликата е во тоа што вкупната големина на влечење на 6005A е помала и длабочината на гребење е ослабена. Ова може да биде поврзано со промени во составот на легурата, состојбата на леаната прачка и условите на калапот. Набљудувано под 100X, има очигледни гребнатини на предниот крај од областа на влечење, која е издолжена по насоката на екструдирање, а обликот на конечните честички на нодулите е неправилен. На 500X, предниот крај на површината за влечење има гребнатини во облик на скали по должината на правецот на екструзија (големината на овој дефект е околу 120 μm), а има и очигледни траги од натрупување на нодуларните честички на задниот крај.
За да се анализираат причините за влечење, спектрометар за директно отчитување и EDX беа користени за да се спроведе анализа на компонентите на локациите на дефектите и матрицата на трите компоненти на легурата. Табела 1 ги прикажува резултатите од тестот на профилот 6005A. Резултатите од EDX покажуваат дека составот на положбата на редење на честичките што влечат е во основа сличен на оној на матрицата. Покрај тоа, некои фини честички од нечистотии се акумулирани во и околу дефектот на влечење, а честичките од нечистотии содржат C, O (или Cl) или Fe, Si и S.
Анализата на дефектите на грубоста на фините оксидирани екструдирани профили 6005A покажува дека честичките за влечење се големи по големина (1-5 mm), површината е претежно наредена и има гребнатини во облик на скали на предниот дел; Составот е близок до Al матрицата, а околу него ќе има хетерогени фази што содржат Fe, Si, C и O. Покажува дека механизмот на формирање на влечење на трите легури е ист.
За време на процесот на екструдирање, триењето на металниот тек ќе предизвика зголемување на температурата на работната лента на калапот, формирајќи „леплив алуминиумски слој“ на сечилото од влезот на работната лента. Во исто време, вишокот Si и други елементи како што се Mn и Cr во алуминиумската легура лесно се формираат како замена за цврсти раствори со Fe, што ќе го поттикне формирањето на „леплив алуминиумски слој“ на влезот од работната зона на калапот.
Како што металот тече напред и се трие од работната лента, на одредена позиција се јавува реципрочен феномен на континуирано лепење-кинење-лепење, предизвикувајќи металот континуирано да се надложува на оваа позиција. Кога честичките ќе се зголемат до одредена големина, тие ќе бидат повлечени од течечкиот производ и ќе формираат гребнатини на металната површина. Ќе останат на металната површина и ќе формираат влечни честички на крајот од гребењето. Затоа, може да се смета дека формирањето на груби честички е главно поврзано со алуминиумот што се лепи на работната лента на калапот. Хетерогените фази распоредени околу него може да потекнуваат од масло за подмачкување, оксиди или честички прашина, како и нечистотии донесени од грубата површина на инготот.
Сепак, бројот на влечења во резултатите од тестот 6005A е помал, а степенот е полесен. Од една страна, тоа се должи на закосувањето на излезот од работната лента на калапот и внимателното полирање на работната лента за да се намали дебелината на алуминиумскиот слој; од друга страна, тоа е поврзано со вишокот содржина на Si.
Според резултатите од директното отчитување на спектралниот состав, може да се види дека покрај Si комбиниран со MgMg2Si, преостанатиот Si се појавува во форма на едноставна супстанца.
2.2 Мали честички на површината
При визуелна инспекција со мало зголемување, честичките се мали (≤0,5 mm), не се мазни на допир, имаат остри оштрици и се лепат на површината на профилот. Набљудувани под 100X, малите честички на површината се случајно распоредени и има честички со мала големина прикачени на површината без оглед на тоа дали има гребнатини или не;
На 500X, без разлика дали има очигледни гребнатини во облик на скали на површината по должината на насоката на екструзија, многу честички се сè уште прицврстени, а големините на честичките варираат. Најголемата големина на честичките е околу 15 μm, а малите честички се околу 5 μm.
Преку анализата на составот на површинските честички од легура 6060 и недопрената матрица, честичките се главно составени од O, C, Si и Fe елементи, а содржината на алуминиум е многу ниска. Речиси сите честички содржат O и C елементи. Составот на секоја честичка е малку различен. Меѓу нив, a честичките се блиску до 10 μm, што е значително повисоко од матрицата Si, Mg и O; Кај c честичките, Si, O и Cl се очигледно повисоки; Честичките d и f содржат високи Si, O и Na; честичките e содржат Si, Fe и O; h честичките се соединенија што содржат Fe. Резултатите од честичките 6060 се слични на ова, но бидејќи содржината на Si и Fe во самата 6060 е ниска, соодветните содржини на Si и Fe во површинските честички се исто така ниски; содржината на C во честичките 6060 е релативно ниска.
Површинските честички може да не се единечни мали честички, туку може да постојат и во форма на агрегации од многу мали честички со различни форми, а масените проценти на различни елементи во различни честички варираат. Се верува дека честичките се составени главно од два вида. Едниот е талог како што се AlFeSi и елементарен Si, кои потекнуваат од фази со нечистотии со висока точка на топење како што се FeAl3 или AlFeSi(Mn) во инготот, или фази на талог за време на процесот на екструдирање. Другиот е адхерентна туѓа материја.
2.3 Ефект на површинската грубост на инготата
За време на тестот, беше откриено дека задната површина на стругот со леани прачки 6005A беше груба и извалкана со прашина. Имаше две леани прачки со најдлабоки траги од алатката за стругање на локални локации, што одговараше на значително зголемување на бројот на влечења по екструдирањето, а големината на едно влечење беше поголема, како што е прикажано на Слика 7.
Леаната прачка 6005A нема струг, па затоа грубоста на површината е мала, а бројот на влечења е намален. Покрај тоа, бидејќи нема вишок течност за сечење прикачена на трагите од стругот на леаната прачка, содржината на C во соодветните честички е намалена. Докажано е дека трагите од вртење на површината на леаната прачка ќе го влошат влечењето и формирањето на честички до одреден степен.
3 Дискусија
(1) Компонентите на дефектите на влечење се во основа исти како и оние на матрицата. Тоа се туѓи честички, стара обвивка на површината на инготот и други нечистотии акумулирани во ѕидот на екструдирачката цевка или во мртвата површина на калапот за време на процесот на екструдирање, кои се доведуваат до металната површина или алуминиумскиот слој на работната лента на калапот. Како што производот тече напред, се предизвикуваат површински гребнатини, а кога производот се акумулира до одредена големина, тој се отстранува од производот за да се формира влечење. По оксидацијата, влечењето било кородирано, и поради неговата голема големина, таму имало дефекти слични на јами.
(2) Површинските честички понекогаш се појавуваат како единечни мали честички, а понекогаш постојат во агрегирана форма. Нивниот состав е очигледно различен од оној на матрицата и главно содржи O, C, Fe и Si елементи. Некои од честичките се доминирани од O и C елементи, а некои честички се доминирани од O, C, Fe и Si. Затоа, се заклучува дека површинските честички доаѓаат од два извори: едниот се талози како што се AlFeSi и елементарен Si, и нечистотии како што се O и C кои се залепени на површината; другиот е адхерентна туѓа материја. Честичките се кородираат по оксидацијата. Поради нивната мала големина, тие немаат никакво или имаат мало влијание врз површината.
(3) Честичките богати со C и O елементи главно доаѓаат од масло за подмачкување, прашина, почва, воздух итн., залепени на површината на инготот. Главните компоненти на маслото за подмачкување се C, O, H, S итн., а главната компонента на прашината и почвата е SiO2. Содржината на O во површинските честички е генерално висока. Бидејќи честичките се во состојба на висока температура веднаш по напуштањето на работната лента, и поради големата специфична површина на честичките, тие лесно ги адсорбираат атомите на O во воздухот и предизвикуваат оксидација по контакт со воздухот, што резултира со поголема содржина на O од матрицата.
(4) Fe, Si, итн. главно доаѓаат од оксидите, стариот бигор и фазите на нечистотии во инготот (висока точка на топење или втора фаза што не се елиминира целосно со хомогенизација). Елементот Fe потекнува од Fe во алуминиумските инготи, формирајќи фази на нечистотии со висока точка на топење како што се FeAl3 или AlFeSi(Mn), кои не можат да се растворат во цврст раствор за време на процесот на хомогенизација или не се целосно конвертирани; Si постои во алуминиумската матрица во форма на Mg2Si или презаситен цврст раствор на Si за време на процесот на леење. За време на процесот на топло истиснување на леаната прачка, вишокот Si може да се таложи. Растворливоста на Si во алуминиум е 0,48% на 450°C и 0,8% (тежински%) на 500°C. Содржината на вишок Si во 6005 е околу 0,41%, а таложениот Si може да биде агрегација и таложење предизвикани од флуктуации на концентрацијата.
(5) Лепењето на алуминиумот на работната лента на калапот е главната причина за влечење. Екструзионата матрица е средина со висока температура и висок притисок. Триењето на металниот проток ќе ја зголеми температурата на работната лента на калапот, формирајќи „леплив алуминиумски слој“ на сечилото од влезот на работната лента.
Во исто време, вишокот Si и други елементи како што се Mn и Cr во алуминиумската легура лесно се формираат како замена за цврсти раствори со Fe, што ќе го поттикне формирањето на „леплив алуминиумски слој“ на влезот од работната зона на калапот. Металот што тече низ „лепливиот алуминиумски слој“ припаѓа на внатрешно триење (лизгачко смолкнување во металот). Металот се деформира и стврднува поради внатрешно триење, што го поттикнува лепењето на основниот метал и калапот. Во исто време, работниот ремен на калапот се деформира во форма на труба поради притисокот, а лепливиот алуминиум формиран од делот со сечилото на работниот ремен што е во контакт со профилот е сличен на сечилото на алатка за стружење.
Формирањето на леплив алуминиум е динамичен процес на раст и разлевање. Честичките постојано се извлекуваат од профилот. Се лепат на површината на профилот, формирајќи дефекти на влечење. Ако тече директно од работната лента и веднаш се адсорбира на површината на профилот, малите честички термички адсорбирани на површината се нарекуваат „адсорпциски честички“. Ако некои честички се скршат од екструдирана алуминиумска легура, некои честички ќе се залепат на површината на работната лента кога ќе поминат низ работната лента, предизвикувајќи гребнатини на површината на профилот. Задниот крај е наредената алуминиумска матрица. Кога има многу алуминиум заглавен во средината на работната лента (врската е силна), тоа ќе ги влоши површинските гребнатини.
(6) Брзината на екструдирање има големо влијание врз влечењето. Влијанието на брзината на екструдирање. Што се однесува до гасенираната легура 6005, брзината на екструдирање се зголемува во рамките на тест опсегот, температурата на излезот се зголемува, а бројот на површински честички за влечење се зголемува и станува потежок со зголемувањето на механичките линии. Брзината на екструдирање треба да се одржува што е можно постабилна за да се избегнат ненадејни промени во брзината. Прекумерната брзина на екструдирање и високата температура на излезот ќе доведат до зголемено триење и сериозно влечење на честичките. Специфичниот механизам на влијанието на брзината на екструдирање врз феноменот на влечење бара последователно следење и верификација.
(7) Квалитетот на површината на леаната прачка е исто така важен фактор што влијае на влечечките честички. Површината на леаната прачка е груба, со гребнатини од пила, дамки од масло, прашина, корозија итн., што сето тоа ја зголемува тенденцијата за влечење честички.
4 Заклучок
(1) Составот на дефектите на влечење е во согласност со оној на матрицата; составот на положбата на честичките е очигледно различен од оној на матрицата, главно содржи O, C, Fe и Si елементи.
(2) Дефектите на влечните честички се главно предизвикани од лепење на алуминиумот на работната лента на калапот. Сите фактори што го поттикнуваат лепењето на алуминиумот на работната лента на калапот ќе предизвикаат дефекти на влечење. Врз основа на обезбедување на квалитетот на леаната прачка, генерирањето на влечни честички нема директно влијание врз составот на легурата.
(3) Соодветниот рамномерен третман на пожар е корисен за намалување на површинското влечење.
Време на објавување: 10 септември 2024 година
