Durant el procés d'extrusió de materials extrudits d'aliatge d'alumini, especialment perfils d'alumini, sovint es produeix un defecte de "picadura" a la superfície. Les manifestacions específiques inclouen tumors molt petits amb densitats variables, cues i una sensació evident al tacte, amb una sensació punxeguda. Després de l'oxidació o el tractament electroforètic de la superfície, sovint apareixen com a grànuls negres adherits a la superfície del producte.
En la producció per extrusió de perfils de secció gran, és més probable que aquest defecte es produeixi a causa de la influència de l'estructura del lingot, la temperatura d'extrusió, la velocitat d'extrusió, la complexitat del motlle, etc. La majoria de les partícules fines dels defectes picats es poden eliminar durant el procés de pretractament de la superfície del perfil, especialment el procés de gravat alcalí, mentre que un petit nombre de partícules de mida gran i fermament adherides romanen a la superfície del perfil, cosa que afecta la qualitat de l'aspecte del producte final.
En els productes de perfils de portes i finestres d'edificis ordinaris, els clients generalment accepten defectes menors amb picades, però per als perfils industrials que requereixen la mateixa èmfasi en les propietats mecàniques i el rendiment decoratiu o més èmfasi en el rendiment decoratiu, els clients generalment no accepten aquest defecte, especialment els defectes amb picades que són inconsistents amb el diferent color de fons.
Per tal d'analitzar el mecanisme de formació de partícules rugoses, es va analitzar la morfologia i la composició de les ubicacions dels defectes sota diferents composicions d'aliatge i processos d'extrusió, i es van comparar les diferències entre els defectes i la matriu. Es va proposar una solució raonable per resoldre eficaçment les partícules rugoses i es va dur a terme una prova de prova.
Per resoldre els defectes de picadura dels perfils, cal entendre el mecanisme de formació dels defectes de picadura. Durant el procés d'extrusió, l'alumini que s'enganxa a la cinta de treball del motlle és la principal causa dels defectes de picadura a la superfície dels materials d'alumini extrudit. Això es deu al fet que el procés d'extrusió d'alumini es duu a terme a una temperatura elevada d'uns 450 °C. Si s'hi sumen els efectes de la calor de deformació i la calor de fricció, la temperatura del metall serà més alta quan surti del forat del motlle. Quan el producte surt del forat del motlle, a causa de l'alta temperatura, es produeix un fenomen d'enganxament d'alumini entre el metall i la cinta de treball del motlle.
La forma d'aquesta unió sovint és: un procés repetit d'unió – esquinçament – unió – esquinçament de nou, i el producte flueix cap endavant, donant lloc a molts petits forats a la superfície del producte.
Aquest fenomen d'unió està relacionat amb factors com la qualitat del lingot, l'estat de la superfície de la cinta de treball del motlle, la temperatura d'extrusió, la velocitat d'extrusió, el grau de deformació i la resistència a la deformació del metall.
1 Materials i mètodes de prova
A través d'una investigació preliminar, vam aprendre que factors com la puresa metal·lúrgica, l'estat del motlle, el procés d'extrusió, els ingredients i les condicions de producció poden afectar les partícules rugoses de la superfície. A la prova, es van utilitzar dues barres d'aliatge, 6005A i 6060, per extrudir la mateixa secció. La morfologia i la composició de les posicions de les partícules rugoses es van analitzar mitjançant un espectròmetre de lectura directa i mètodes de detecció SEM, i es van comparar amb la matriu normal circumdant.
Per tal de distingir clarament la morfologia dels dos defectes, de picat i de partícules, es defineixen de la manera següent:
(1) Els defectes de corba o defectes d'arrossegament són un tipus de defecte puntual que és un defecte de ratllada irregular en forma de capgròs o punt que apareix a la superfície del perfil. El defecte comença a la franja de ratllada i acaba amb la caiguda del defecte, acumulant-se en grans metàl·lics al final de la línia de ratllada. La mida del defecte de corba és generalment d'1-5 mm, i es torna negre fosc després del tractament d'oxidació, cosa que afecta finalment l'aspecte del perfil, tal com es mostra al cercle vermell de la Figura 1.
(2) Les partícules superficials també s'anomenen grans metàl·lics o partícules d'adsorció. La superfície del perfil d'aliatge d'alumini està unida amb partícules esfèriques de metall dur gris-negre i té una estructura solta. Hi ha dos tipus de perfils d'aliatge d'alumini: els que es poden netejar i els que no es poden netejar. La mida és generalment inferior a 0,5 mm i es nota rugosa al tacte. No hi ha cap ratllada a la secció frontal. Després de l'oxidació, no és gaire diferent de la matriu, tal com es mostra al cercle groc de la Figura 1.
2 Resultats de les proves i anàlisi
2.1 Defectes d'arrencada superficial
La figura 2 mostra la morfologia microestructural del defecte d'arrossegament a la superfície de l'aliatge 6005A. Hi ha ratllades esglaonades a la part frontal de l'arrossegament, que acaben amb nòduls apilats. Després que apareguin els nòduls, la superfície torna a la normalitat. La ubicació del defecte d'aspersió no és llisa al tacte, té una sensació espinosa i aguda i s'adhereix o s'acumula a la superfície del perfil. A través de la prova d'extrusió, es va observar que la morfologia d'arrossegament dels perfils extrudits 6005A i 6060 és similar, i l'extrem posterior del producte és més gran que l'extrem posterior; la diferència és que la mida total d'arrossegament del 6005A és més petita i la profunditat de les ratllades s'afebleix. Això pot estar relacionat amb canvis en la composició de l'aliatge, l'estat de la vareta de fosa i les condicions del motlle. Observat sota 100X, hi ha marques de ratllades evidents a l'extrem frontal de la zona d'arrossegament, que s'allarga al llarg de la direcció d'extrusió, i la forma de les partícules finals del nòdul és irregular. A 500X, l'extrem frontal de la superfície d'arrossegament té ratllades esglaonades al llarg de la direcció d'extrusió (la mida d'aquest defecte és d'uns 120 μm), i hi ha marques d'apilament evidents a les partícules nodulars de l'extrem posterior.
Per tal d'analitzar les causes de l'arrossegament, es van utilitzar un espectròmetre de lectura directa i un EDX per dur a terme una anàlisi de components sobre les ubicacions dels defectes i la matriu dels tres components de l'aliatge. La Taula 1 mostra els resultats de les proves del perfil 6005A. Els resultats de l'EDX mostren que la composició de la posició d'apilament de les partícules d'arrossegament és bàsicament similar a la de la matriu. A més, s'acumulen algunes partícules fines d'impuresa dins i al voltant del defecte d'arrossegament, i les partícules d'impuresa contenen C, O (o Cl) o Fe, Si i S.
L'anàlisi dels defectes de rugositat dels perfils extrudits oxidats fins 6005A mostra que les partícules d'arrossegament són de mida gran (1-5 mm), la superfície està majoritàriament apilada i hi ha ratllades esglaonades a la secció frontal; La composició és propera a la matriu d'Al i hi haurà fases heterogènies que contenen Fe, Si, C i O distribuïdes al seu voltant. Això demostra que el mecanisme de formació d'arrossegament dels tres aliatges és el mateix.
Durant el procés d'extrusió, la fricció del flux metàl·lic farà que la temperatura de la cinta de treball del motlle augmenti, formant una "capa d'alumini enganxosa" a la vora de tall de l'entrada de la cinta de treball. Al mateix temps, l'excés de Si i altres elements com el Mn i el Cr de l'aliatge d'alumini són fàcils de formar solucions sòlides de reemplaçament amb Fe, cosa que promourà la formació d'una "capa d'alumini enganxosa" a l'entrada de la zona de treball del motlle.
A mesura que el metall flueix cap endavant i frega contra la cinta de treball, es produeix un fenomen alternatiu d'unió-esquinçament-unió contínua en una determinada posició, cosa que fa que el metall se superposi contínuament en aquesta posició. Quan les partícules augmenten fins a una determinada mida, seran arrossegades pel producte que flueix i formaran marques de ratllades a la superfície metàl·lica. Romandran a la superfície metàl·lica i formaran partícules d'arrossegament al final de la ratllada. Per tant, es pot considerar que la formació de partícules rugoses està relacionada principalment amb l'adherència d'alumini a la cinta de treball del motlle. Les fases heterogènies distribuïdes al seu voltant poden provenir d'oli lubricant, òxids o partícules de pols, així com d'impureses aportades per la superfície rugosa del lingot.
Tanmateix, el nombre d'estiraments en els resultats de la prova 6005A és menor i el grau és més lleuger. D'una banda, es deu al bisellatge a la sortida de la cinta de treball del motlle i al poliment acurat de la cinta de treball per reduir el gruix de la capa d'alumini; d'altra banda, està relacionat amb l'excés de contingut de Si.
Segons els resultats de la composició espectral de lectura directa, es pot veure que a més del Si combinat amb MgMg2Si, el Si restant apareix en forma d'una substància simple.
2.2 Petites partícules a la superfície
Sota una inspecció visual de baixa magnificació, les partícules són petites (≤0,5 mm), no són llises al tacte, tenen una sensació nítida i s'adhereixen a la superfície del perfil. Observades sota 100X, les partícules petites de la superfície es distribueixen aleatòriament i hi ha partícules de mida petita adherides a la superfície independentment de si hi ha ratllades o no;
A 500X, independentment de si hi ha ratllades esglaonades evidents a la superfície al llarg de la direcció d'extrusió, moltes partícules encara estan adherides i les mides de les partícules varien. La mida de partícula més gran és d'uns 15 μm i les partícules petites són d'uns 5 μm.
Mitjançant l'anàlisi de la composició de les partícules superficials de l'aliatge 6060 i la matriu intacta, les partícules estan compostes principalment d'elements O, C, Si i Fe, i el contingut d'alumini és molt baix. Gairebé totes les partícules contenen elements O i C. La composició de cada partícula és lleugerament diferent. Entre elles, les partícules a són properes a 10 μm, que és significativament més alta que la matriu Si, Mg i O; en les partícules c, Si, O i Cl són òbviament més alts; les partícules d i f contenen alts continguts de Si, O i Na; les partícules e contenen Si, Fe i O; les partícules h són compostos que contenen Fe. Els resultats de les partícules 6060 són similars a aquest, però com que el contingut de Si i Fe en el 6060 en si és baix, els continguts corresponents de Si i Fe a les partícules superficials també són baixos; el contingut de C a les partícules 6060 és relativament baix.
Les partícules superficials poden no ser partícules petites individuals, sinó que també poden existir en forma d'agregacions de moltes partícules petites amb formes diferents, i els percentatges en massa dels diferents elements en les diferents partícules varien. Es creu que les partícules estan compostes principalment de dos tipus. Un són precipitats com AlFeSi i Si elemental, que s'originen a partir de fases d'impureses d'alt punt de fusió com FeAl3 o AlFeSi(Mn) al lingot, o fases de precipitat durant el procés d'extrusió. L'altre és matèria estranya adherent.
2.3 Efecte de la rugositat superficial del lingot
Durant la prova, es va trobar que la superfície posterior del torn de varetes foses 6005A era rugosa i tacada de pols. Hi havia dues varetes foses amb les marques d'eina de tornejat més profundes en ubicacions locals, cosa que corresponia a un augment significatiu del nombre de tirades després de l'extrusió, i la mida d'una sola tirada era més gran, com es mostra a la Figura 7.
La vareta de fosa 6005A no té torn, de manera que la rugositat superficial és baixa i el nombre d'estiraments es redueix. A més, com que no hi ha un excés de fluid de tall adherit a les marques de torn de la vareta de fosa, es redueix el contingut de C a les partícules corresponents. S'ha demostrat que les marques de gir a la superfície de la vareta de fosa agreujaran l'estirament i la formació de partícules fins a cert punt.
3 Discussió
(1) Els components dels defectes d'extrusió són bàsicament els mateixos que els de la matriu. Són les partícules estranyes, la pell vella a la superfície del lingot i altres impureses acumulades a la paret del barril d'extrusió o a la zona morta del motlle durant el procés d'extrusió, les que es porten a la superfície metàl·lica o a la capa d'alumini de la cinta de treball del motlle. A mesura que el producte flueix cap endavant, es produeixen ratllades superficials i, quan el producte s'acumula fins a una determinada mida, el producte l'extreu per formar una extrusió. Després de l'oxidació, l'extrusió es va corroir i, a causa de la seva gran mida, hi havia defectes semblants a fosses.
(2) Les partícules superficials de vegades apareixen com a partícules petites individuals i de vegades existeixen en forma agregada. La seva composició és òbviament diferent de la de la matriu i conté principalment elements O, C, Fe i Si. Algunes de les partícules estan dominades per elements O i C, i algunes partícules estan dominades per O, C, Fe i Si. Per tant, es dedueix que les partícules superficials provenen de dues fonts: una són precipitats com AlFeSi i Si elemental, i impureses com O i C adherides a la superfície; l'altra és matèria estranya adherida. Les partícules es corroeixen després de l'oxidació. A causa de la seva petita mida, no tenen cap o poc impacte a la superfície.
(3) Les partícules riques en elements C i O provenen principalment d'oli lubricant, pols, terra, aire, etc. adherits a la superfície del lingot. Els components principals de l'oli lubricant són C, O, H, S, etc., i el component principal de la pols i la terra és SiO2. El contingut d'O de les partícules superficials és generalment elevat. Com que les partícules es troben en un estat d'alta temperatura immediatament després de sortir de la cinta de treball, i a causa de la gran superfície específica de les partícules, adsorbeixen fàcilment els àtoms d'O a l'aire i provoquen oxidació després del contacte amb l'aire, donant lloc a un contingut d'O més alt que la matriu.
(4) El Fe, el Si, etc. provenen principalment dels òxids, la incrustació antiga i les fases d'impureses del lingot (punt de fusió alt o segona fase que no s'elimina completament per homogeneïtzació). L'element Fe s'origina a partir del Fe dels lingots d'alumini, formant fases d'impureses d'alt punt de fusió com ara FeAl3 o AlFeSi(Mn), que no es poden dissoldre en solució sòlida durant el procés d'homogeneïtzació o no es converteixen completament; el Si existeix a la matriu d'alumini en forma de Mg2Si o una solució sòlida sobresaturada de Si durant el procés de fosa. Durant el procés d'extrusió en calent de la vareta de fosa, l'excés de Si pot precipitar. La solubilitat del Si en alumini és del 0,48% a 450 °C i del 0,8% (pes%) a 500 °C. L'excés de contingut de Si en 6005 és d'aproximadament el 0,41%, i el Si precipitat pot ser agregació i precipitació causada per fluctuacions de concentració.
(5) L'alumini que s'enganxa a la corretja de treball del motlle és la principal causa de l'estirament. La matriu d'extrusió és un entorn d'alta temperatura i alta pressió. La fricció del flux metàl·lic augmentarà la temperatura de la corretja de treball del motlle, formant una "capa d'alumini enganxosa" a la vora de tall de l'entrada de la corretja de treball.
Al mateix temps, l'excés de Si i altres elements com el Mn i el Cr a l'aliatge d'alumini són fàcils de formar solucions sòlides de reemplaçament amb Fe, cosa que promourà la formació d'una "capa d'alumini enganxosa" a l'entrada de la zona de treball del motlle. El metall que flueix a través de la "capa d'alumini enganxosa" pertany a la fricció interna (cisallament lliscant dins del metall). El metall es deforma i s'endureix a causa de la fricció interna, cosa que promou que el metall subjacent i el motlle s'enganxin. Al mateix temps, la corretja de treball del motlle es deforma en forma de trompeta a causa de la pressió, i l'alumini enganxós format per la part de la vora de tall de la corretja de treball en contacte amb el perfil és similar a la vora de tall d'una eina de tornejat.
La formació d'alumini enganxós és un procés dinàmic de creixement i despreniment. El perfil expulsa constantment partícules que s'adhereixen a la superfície del perfil i formen defectes d'arrossegament. Si surt directament de la cinta de treball i s'adsorbeix instantàniament a la superfície del perfil, les petites partícules adherides tèrmicament a la superfície s'anomenen "partícules d'adsorció". Si algunes partícules es trenquen per l'aliatge d'alumini extrudit, algunes partícules s'adheriran a la superfície de la cinta de treball en passar per la cinta de treball, causant ratllades a la superfície del perfil. L'extrem posterior és la matriu d'alumini apilada. Quan hi ha molt d'alumini enganxat al mig de la cinta de treball (la unió és forta), agreujarà les ratllades superficials.
(6) La velocitat d'extrusió té una gran influència en l'arrossegament. La influència de la velocitat d'extrusió. Pel que fa a l'aliatge 6005 rastrejat, la velocitat d'extrusió augmenta dins del rang de prova, la temperatura de sortida augmenta i el nombre de partícules d'arrossegament superficial augmenta i es torna més pesat a mesura que augmenten les línies mecàniques. La velocitat d'extrusió s'ha de mantenir el més estable possible per evitar canvis sobtats de velocitat. Una velocitat d'extrusió excessiva i una temperatura de sortida elevada provocaran un augment de la fricció i un arrossegament important de partícules. El mecanisme específic de l'impacte de la velocitat d'extrusió en el fenomen d'arrossegament requereix un seguiment i una verificació posteriors.
(7) La qualitat superficial de la vareta de fosa també és un factor important que afecta les partícules d'arrossegament. La superfície de la vareta de fosa és rugosa, amb rebaves de serra, taques d'oli, pols, corrosió, etc., que augmenten la tendència a arrossegar partícules.
4 Conclusió
(1) La composició dels defectes d'arrossegament és coherent amb la de la matriu; la composició de la posició de les partícules és òbviament diferent de la de la matriu, i conté principalment elements d'O, C, Fe i Si.
(2) Els defectes de partícules d'arrossegament són causats principalment per l'adherència de l'alumini a la corretja de treball del motlle. Qualsevol factor que promogui l'adherència de l'alumini a la corretja de treball del motlle causarà defectes d'arrossegament. Amb la premissa de garantir la qualitat de la vareta de fosa, la generació de partícules d'arrossegament no té cap impacte directe en la composició de l'aliatge.
(3) Un tractament uniforme i adequat contra incendis és beneficiós per reduir l'esquinçament de la superfície.
Data de publicació: 10 de setembre de 2024
