Under extruderingsprocessen av extruderade aluminiumlegeringar, särskilt aluminiumprofiler, uppstår ofta en "pitting"-defekt på ytan. De specifika manifestationerna inkluderar mycket små tumörer med varierande densitet, avskalning och tydlig känsla i handen, med en taggig känsla. Efter oxidation eller elektroforetisk ytbehandling uppträder de ofta som svarta granuler som fäster på produktens yta.
Vid extrudering av profiler med stor sektion är det mer sannolikt att denna defekt uppstår på grund av påverkan av götstrukturen, extruderingstemperaturen, extruderingshastigheten, formens komplexitet etc. De flesta fina partiklarna från gropiga defekter kan avlägsnas under förbehandlingsprocessen av profilytan, särskilt alkalietsningsprocessen, medan ett litet antal stora, fast vidhäftande partiklar kvarstår på profilytan, vilket påverkar slutproduktens utseende och kvalitet.
I vanliga dörr- och fönsterprofilprodukter för byggnader accepterar kunderna i allmänhet mindre gropiga defekter, men för industriprofiler som kräver lika stor vikt vid mekaniska egenskaper och dekorativ prestanda eller mer vikt vid dekorativ prestanda, accepterar kunderna i allmänhet inte denna defekt, särskilt inte gropiga defekter som inte överensstämmer med den olika bakgrundsfärgen.
För att analysera bildningsmekanismen för grova partiklar analyserades morfologin och sammansättningen av defektplatserna under olika legeringskompositioner och extruderingsprocesser, och skillnaderna mellan defekterna och matrisen jämfördes. En rimlig lösning för att effektivt lösa de grova partiklarna lades fram, och ett försök utfördes.
För att lösa gropfrätningsdefekter i profiler är det nödvändigt att förstå mekanismen för gropfrätningsdefekter. Under extruderingsprocessen är det den främsta orsaken till gropfrätningsdefekter på ytan av extruderade aluminiummaterial som fastnar i formbearbetningsbandet. Detta beror på att extruderingsprocessen av aluminium utförs vid en hög temperatur på cirka 450 °C. Om effekterna av deformationsvärme och friktionsvärme läggs till kommer metallens temperatur att vara högre när den flyter ut ur formhålet. När produkten flyter ut ur formhålet, på grund av den höga temperaturen, uppstår ett fenomen med aluminium som fastnar mellan metallen och formbearbetningsbandet.
Formen för denna bindning är ofta: en upprepad process av bindning – rivning – bindning – återigen rivning, och produkten flyter framåt, vilket resulterar i många små gropar på produktens yta.
Detta bindningsfenomen är relaterat till faktorer som götets kvalitet, formarbetsbandets yttillstånd, extruderingstemperatur, extruderingshastighet, deformationsgrad och metallens deformationsmotstånd.
1 Testmaterial och metoder
Genom preliminär forskning lärde vi oss att faktorer som metallurgisk renhet, formstatus, extruderingsprocess, ingredienser och produktionsförhållanden kan påverka de ytupprufna partiklarna. I testet användes två legeringsstavar, 6005A och 6060, för att extrudera samma sektion. Morfologin och sammansättningen av de upprufna partiklarnas positioner analyserades med hjälp av direktavläsningsspektrometer och SEM-detektionsmetoder och jämfördes med den omgivande normala matrisen.
För att tydligt kunna skilja morfologin hos de två defekterna, gropformade och partiklar, definieras de enligt följande:
(1) Gropdefekter eller dragdefekter är en typ av punktdefekt som är en oregelbunden grodyngelliknande eller punktliknande repdefekt som uppträder på profilens yta. Defekten börjar från repranden och slutar med att defekten faller av och ackumuleras till metallbönor i slutet av replinjen. Storleken på den gropformade defekten är vanligtvis 1–5 mm och blir mörksvart efter oxidationsbehandling, vilket i slutändan påverkar profilens utseende, som visas i den röda cirkeln i figur 1.
(2) Ytpartiklar kallas även metallbönor eller adsorptionspartiklar. Ytan på aluminiumlegeringsprofilen är fäst med sfäriska gråsvarta hårdmetallpartiklar och har en lös struktur. Det finns två typer av aluminiumlegeringsprofiler: de som kan torkas bort och de som inte kan torkas bort. Storleken är generellt mindre än 0,5 mm och den känns grov vid beröring. Det finns ingen repa på framsidan. Efter oxidation skiljer den sig inte mycket från matrisen, vilket visas i den gula cirkeln i figur 1.
2 Testresultat och analys
2.1 Ytdragningsdefekter
Figur 2 visar den mikrostrukturella morfologin för dragdefekten på ytan av 6005A-legeringen. Det finns stegliknande repor i den främre delen av dragningen, och de slutar med staplade noduler. Efter att nodulerna uppträder återgår ytan till det normala. Placeringen av uppruggningsdefekten är inte slät vid beröring, har en skarp taggig känsla och fäster eller ackumuleras på profilens yta. Genom extruderingstestet observerades att dragmorfologin hos 6005A- och 6060-extruderade profiler är likartad, och produktens bakände är större än den främre änden; skillnaden är att den totala dragstorleken för 6005A är mindre och repdjupet är försvagat. Detta kan vara relaterat till förändringar i legeringens sammansättning, gjutstångens tillstånd och formförhållandena. Observerat under 100X finns det tydliga repmärken på den främre änden av dragområdet, som är förlängt längs extruderingsriktningen, och formen på de slutliga nodulpartiklarna är oregelbunden. Vid 500X har den främre änden av draganslaget stegliknande repor längs extruderingsriktningen (storleken på denna defekt är cirka 120 μm), och det finns tydliga staplingsmärken på de nodulära partiklarna vid svansänden.
För att analysera orsakerna till dragningen användes direktavläsningsspektrometer och EDX för att utföra komponentanalys av defektplatserna och matrisen hos de tre legeringskomponenterna. Tabell 1 visar testresultaten för 6005A-profilen. EDX-resultaten visar att sammansättningen av staplingspositionen för dragpartiklarna i princip är densamma som matrisens. Dessutom ackumuleras några fina föroreningspartiklar i och runt dragdefekten, och föroreningspartiklarna innehåller C, O (eller Cl), eller Fe, Si och S.
Analys av uppruggningsdefekterna hos finoxiderade extruderade 6005A-profiler visar att dragpartiklarna är stora (1–5 mm), ytan är mestadels staplad och det finns stegliknande repor på den främre delen. Sammansättningen är nära Al-matrisen och det finns heterogena faser innehållande Fe, Si, C och O fördelade runt den. Det visar att dragbildningsmekanismen för de tre legeringarna är densamma.
Under extruderingsprocessen kommer metallflödesfriktionen att orsaka att temperaturen på formarbetsbandet stiger, vilket bildar ett "klibbigt aluminiumlager" vid skärkanten av arbetsbandets ingång. Samtidigt kan överskott av Si och andra element som Mn och Cr i aluminiumlegeringen lätt ersättas med fasta lösningar med Fe, vilket kommer att främja bildandet av ett "klibbigt aluminiumlager" vid ingången till formarbetszonen.
När metallen flyter framåt och gnuggar mot arbetsbandet uppstår ett fram- och återgående fenomen av kontinuerlig bindning-riv-bindning vid en viss position, vilket gör att metallen kontinuerligt överlagras vid denna position. När partiklarna ökar till en viss storlek kommer de att dras bort av den flytande produkten och bilda repor på metallytan. De kommer att stanna kvar på metallytan och bilda dragande partiklar i slutet av repan. Därför kan man anta att bildandet av grova partiklar huvudsakligen är relaterat till att aluminiumet fastnar på formarbetsbandet. De heterogena faserna som är fördelade runt den kan komma från smörjolja, oxider eller dammpartiklar, såväl som föroreningar som orsakas av götets grova yta.
Antalet dragningar i 6005A-testresultaten är dock mindre och graden är lättare. Å ena sidan beror det på avfasningen vid utgången av formarbetsbandet och den noggranna poleringen av arbetsbandet för att minska tjockleken på aluminiumskiktet; å andra sidan är det relaterat till överskottet av Si-innehåll.
Enligt de direkta avläsningarna av den spektrala sammansättningen kan man se att utöver Si i kombination med MgMg2Si, förekommer återstående Si i form av en enkel substans.
2.2 Små partiklar på ytan
Vid visuell inspektion med låg förstoring är partiklarna små (≤0,5 mm), inte släta vid beröring, har en skarp känsla och fäster vid profilens yta. Observerade under 100X är små partiklar på ytan slumpmässigt fördelade, och det finns små partiklar fästa vid ytan oavsett om det finns repor eller inte;
Vid 500X, oavsett om det finns tydliga stegliknande repor på ytan längs extruderingsriktningen, är många partiklar fortfarande fästa, och partikelstorlekarna varierar. Den största partikelstorleken är cirka 15 μm, och de små partiklarna är cirka 5 μm.
Genom sammansättningsanalysen av 6060-legeringens ytpartiklar och den intakta matrisen, består partiklarna huvudsakligen av O-, C-, Si- och Fe-element, och aluminiumhalten är mycket låg. Nästan alla partiklar innehåller O- och C-element. Sammansättningen av varje partikel är något annorlunda. Bland dem är a-partiklarna nära 10 μm, vilket är betydligt högre än matrisens Si, Mg och O; i c-partiklarna är Si, O och Cl uppenbarligen högre; partiklarna d och f innehåller höga halter av Si, O och Na; partiklarna e innehåller Si, Fe och O; h-partiklarna är Fe-innehållande föreningar. Resultaten för 6060-partiklarna liknar detta, men eftersom Si- och Fe-halten i själva 6060 är låg, är motsvarande Si- och Fe-halter i ytpartiklarna också låga; C-halten i 6060-partiklarna är relativt låg.
Ytpartiklar behöver inte vara enskilda små partiklar, utan kan också existera i form av aggregeringar av många små partiklar med olika former, och massprocenten av olika element i olika partiklar varierar. Man tror att partiklarna huvudsakligen består av två typer. Den ena är utfällningar såsom AlFeSi och elementärt Si, som härrör från föroreningsfaser med hög smältpunkt såsom FeAl3 eller AlFeSi(Mn) i götet, eller utfällningsfaser under extruderingsprocessen. Den andra är vidhäftande främmande material.
2.3 Effekt av ytjämnhet hos göt
Under testet konstaterades att baksidan av 6005A-svarven för gjutstångsfräsning var grov och dammfläckad. Det fanns två gjutstångsfräsningar med de djupaste svarvmärkena på lokala ställen, vilket motsvarade en betydande ökning av antalet drag efter extrudering, och storleken på ett enskilt drag var större, såsom visas i figur 7.
Den gjutna stången 6005A har ingen svarv, så ytjämnheten är låg och antalet dragningar minskas. Eftersom det inte finns något överskott av skärvätska fäst vid svarvmärkena på den gjutna stången minskas dessutom kolinnehållet i motsvarande partiklar. Det är bevisat att svarvmärkena på ytan av den gjutna stången i viss mån förvärrar dragning och partikelbildning.
3 Diskussion
(1) Komponenterna i dragdefekterna är i princip desamma som i matrisen. Det är främmande partiklar, gammalt skinn på götets yta och andra föroreningar som samlats i extruderingsrörets vägg eller i formens döda område under extruderingsprocessen, som förs till metallytan eller aluminiumskiktet i formens arbetsband. När produkten flyter framåt uppstår ytre repor, och när produkten ansamlas till en viss storlek tas den ut av produkten för att bilda dragning. Efter oxidation korroderade dragningen, och på grund av sin stora storlek uppstod gropliknande defekter där.
(2) Ytpartiklar uppträder ibland som enskilda små partiklar och existerar ibland i aggregerad form. Deras sammansättning skiljer sig uppenbarligen från matrisens och innehåller huvudsakligen O-, C-, Fe- och Si-element. Vissa av partiklarna domineras av O- och C-element, och vissa partiklar domineras av O, C, Fe och Si. Därför kan man dra slutsatsen att ytpartiklarna kommer från två källor: den ena är utfällningar såsom AlFeSi och elementärt Si, och föroreningar såsom O och C är fastnade på ytan; den andra är vidhäftande främmande material. Partiklarna korroderas bort efter oxidation. På grund av sin lilla storlek har de ingen eller liten inverkan på ytan.
(3) Partiklar rika på C- och O-element kommer huvudsakligen från smörjolja, damm, jord, luft etc. som fästs på götets yta. Huvudkomponenterna i smörjolja är C, O, H, S etc., och huvudkomponenten i damm och jord är SiO2. O-halten i ytpartiklarna är generellt hög. Eftersom partiklarna omedelbart efter att de lämnat arbetsbandet befinner sig i ett högt temperaturtillstånd, och på grund av partiklarnas stora specifika yta, adsorberar de lätt O-atomer i luften och orsakar oxidation efter kontakt med luften, vilket resulterar i en högre O-halt än matrisen.
(4) Fe, Si etc. kommer huvudsakligen från oxider, gamla glödskal och föroreningsfaser i götet (högsmältande eller andra fas som inte helt elimineras genom homogenisering). Fe-elementet härrör från Fe i aluminiumgöt och bildar föroreningsfaser med hög smältpunkt, såsom FeAl3 eller AlFeSi(Mn), vilka inte kan lösas upp i fast lösning under homogeniseringsprocessen eller inte omvandlas helt. Si finns i aluminiummatrisen i form av Mg2Si eller en övermättad fast lösning av Si under gjutningsprocessen. Under den varma extruderingsprocessen av den gjutna stången kan överskott av Si utfällas. Lösligheten av Si i aluminium är 0,48 % vid 450 °C och 0,8 % (viktprocent) vid 500 °C. Överskottshalten av Si i 6005 är cirka 0,41 %, och den utfällda Si kan vara aggregering och utfällning orsakad av koncentrationsfluktuationer.
(5) Aluminium som fastnar på formens arbetsband är den främsta orsaken till dragning. Extruderingsmunstycket är en miljö med hög temperatur och högt tryck. Metallflödesfriktionen ökar temperaturen på formens arbetsband och bildar ett "klibbigt aluminiumlager" vid skärkanten av arbetsbandets ingång.
Samtidigt kan överskott av Si och andra element som Mn och Cr i aluminiumlegeringen lätt ersättas med Fe i fasta lösningar, vilket främjar bildandet av ett "klibbigt aluminiumskikt" vid ingången till formens bearbetningszon. Metallen som flyter genom det "klibbiga aluminiumskiktet" tillhör den inre friktionen (glidande skjuvning inuti metallen). Metallen deformeras och hårdnar på grund av den inre friktionen, vilket gör att den underliggande metallen och formen fäster ihop. Samtidigt deformeras formens bearbetningsband till en trumpetform på grund av trycket, och det klibbiga aluminiumet som bildas av den skärande delen av bearbetningsbandet som kommer i kontakt med profilen liknar skäreggen på ett svarvverktyg.
Bildningen av klibbigt aluminium är en dynamisk process av tillväxt och avgivning. Partiklar förs ständigt ut av profilen. De fäster vid profilens yta och bildar dragdefekter. Om det flyter direkt ut ur arbetsbandet och omedelbart adsorberas på profilens yta kallas de små partiklarna som termiskt fäster vid ytan för "adsorptionspartiklar". Om vissa partiklar bryts av den extruderade aluminiumlegeringen kommer vissa partiklar att fastna på arbetsbandets yta när de passerar genom arbetsbandet och orsaka repor på profilens yta. Den bakre änden är den staplade aluminiummatrisen. När det finns mycket aluminium som fastnar i mitten av arbetsbandet (bindningen är stark) kommer det att förvärra ytreporna.
(6) Extruderingshastigheten har stor inverkan på dragningen. Inverkan av extruderingshastigheten. När det gäller den spårade 6005-legeringen ökar extruderingshastigheten inom testområdet, utloppstemperaturen ökar och antalet ytdragande partiklar ökar och blir tyngre allt eftersom de mekaniska linjerna ökar. Extruderingshastigheten bör hållas så stabil som möjligt för att undvika plötsliga hastighetsförändringar. För hög extruderingshastighet och hög utloppstemperatur leder till ökad friktion och allvarlig partikeldragning. Den specifika mekanismen för extruderingshastighetens inverkan på dragningsfenomenet kräver efterföljande uppföljning och verifiering.
(7) Ytkvaliteten på den gjutna stången är också en viktig faktor som påverkar de dragande partiklarna. Ytan på den gjutna stången är grov, med såggrader, oljefläckar, damm, korrosion etc., vilket allt ökar tendensen att dra ut partiklar.
4 Slutsats
(1) Dragdefekternas sammansättning överensstämmer med matrisens; partikelpositionens sammansättning skiljer sig uppenbarligen från matrisens och innehåller huvudsakligen O-, C-, Fe- och Si-elementen.
(2) Dragpartikeldefekter orsakas huvudsakligen av att aluminium fastnar på formarbetningsbandet. Alla faktorer som främjar att aluminium fastnar på formarbetningsbandet kommer att orsaka dragdefekter. Med tanke på att säkerställa kvaliteten på gjutstången har genereringen av dragpartiklar ingen direkt inverkan på legeringssammansättningen.
(3) Korrekt och jämn brandbehandling är fördelaktig för att minska ytdragning.
Publiceringstid: 10 sep-2024
