Durant el procés d'extrusió de materials extruïts d'aliatge d'alumini, especialment els perfils d'alumini, sovint es produeix un defecte de "picadura" a la superfície. Les manifestacions específiques inclouen tumors molt petits amb densitats variables, cua i sensació òbvia de la mà, 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 d'extrusió de perfils de gran secció, aquest defecte és més probable que 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 amb picat es poden eliminar durant la procés de pretractament de la superfície del perfil, especialment el procés de gravat alcalí, mentre que un petit nombre de partícules de gran mida i fermament adherides romanen a la superfície del perfil, afectant la qualitat de l'aspecte del producte final.
En els productes de perfils de finestres i portes d'edificis ordinaris, els clients generalment accepten defectes menors, però per als perfils industrials que requereixen el mateix 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 picats que són inconsistent amb el color de fons diferent.
Per 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 realitzar 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 enganxat al cinturó de treball de la matriu és la principal causa dels defectes de picada a la superfície dels materials d'alumini extruït. Això es deu al fet que el procés d'extrusió de l'alumini es porta a terme a una temperatura elevada d'uns 450 °C. Si s'afegeixen els efectes de la calor de deformació i la calor de fricció, la temperatura del metall serà més alta quan surti del forat de la matriu. Quan el producte surt del forat de la matriu, a causa de l'alta temperatura, hi ha un fenomen d'enganxament d'alumini entre el metall i el cinturó de treball del motlle.
La forma d'aquesta unió és sovint: un procés repetit d'unió - esquinçament - unió - trencament 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 del cinturó 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 d'assaig
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 extruir la mateixa secció. La morfologia i la composició de les posicions de partícules rugoses es van analitzar mitjançant espectròmetres de lectura directa i mètodes de detecció SEM, i es van comparar amb la matriu normal que l'envolta.
Per tal de distingir clarament la morfologia dels dos defectes de picat i partícules, es defineixen de la següent manera:
(1) Els defectes punxats o els defectes d'estirament són una mena de defecte puntual que és un defecte de rascada irregular semblant a capgròs o punt que apareix a la superfície del perfil. El defecte comença des de la ratlla i acaba amb la caiguda del defecte, acumulant-se en grans de metall al final de la línia de rascades. La mida del defecte picat és generalment d'1 a 5 mm i es torna negre fosc després del tractament d'oxidació, que finalment afecta l'aspecte del perfil, tal com es mostra al cercle vermell de la figura 1.
(2) Les partícules superficials també s'anomenen grans metàl·liques 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 generalment és inferior a 0,5 mm i se sent rugós al tacte. No hi ha rascades a la part davantera. Després de l'oxidació, no és molt diferent de la matriu, tal com es mostra al cercle groc de la figura 1.
2 Resultats de la prova i anàlisi
2.1 Defectes de tracció superficial
La figura 2 mostra la morfologia microestructural del defecte de tracció a la superfície de l'aliatge 6005A. Hi ha rascades en forma de pas a la part davantera de la tirada i acaben amb nòduls apilats. Després que apareguin els nòduls, la superfície torna a la normalitat. La ubicació del defecte de rugositat no és suau al tacte, té una sensació espinosa 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 de tracció dels perfils extruïts 6005A i 6060 és similar i l'extrem de la cua del producte és més que el cap; la diferència és que la mida general de tracció de 6005A és més petita i la profunditat del rascat es debilita. Això pot estar relacionat amb canvis en la composició de l'aliatge, l'estat de la vareta de fosa i les condicions del motlle. Observats sota 100X, hi ha marques de rascades evidents a l'extrem frontal de la zona d'estirament, que s'allarga al llarg de la direcció d'extrusió, i la forma de les partícules de nòdul final és irregular. A 500X, l'extrem frontal de la superfície d'estirament té rascades en forma de pas 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 a l'extrem de la cua.
Per analitzar les causes de l'estirada, es va utilitzar l'espectròmetre de lectura directa i l'EDX per dur a terme l'anàlisi de components sobre les ubicacions dels defectes i la matriu dels tres components d'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'estirament és bàsicament similar a la de la matriu. A més, algunes partícules fines d'impureses s'acumulen dins i al voltant del defecte de tracció, i les partícules d'impureses contenen C, O (o Cl) o Fe, Si i S.
L'anàlisi dels defectes de rugositat dels perfils extruïts oxidats fins 6005A mostra que les partícules d'estirament són de gran mida (1-5 mm), la superfície s'apila majoritàriament i hi ha rascades en forma de pas a la secció frontal; La composició és propera a la matriu Al, i hi haurà fases heterogènies que continguin Fe, Si, C i O distribuïdes al seu voltant. Mostra que el mecanisme de formació de tracció dels tres aliatges és el mateix.
Durant el procés d'extrusió, la fricció del flux metàl·lic farà que la temperatura del cinturó de treball del motlle augmenti, formant una "capa d'alumini enganxosa" a la vora de tall de l'entrada del cinturó de treball. Al mateix temps, l'excés de Si i altres elements com ara Mn i Cr de l'aliatge d'alumini són fàcils de formar solucions sòlides de substitució amb Fe, 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 es frega contra el cinturó de treball, es produeix un fenomen alternatiu d'unió-esquinçament-unió contínua en una posició determinada, fent que el metall es superposi contínuament en aquesta posició. Quan les partícules augmenten a una mida determinada, el producte que flueix s'allunyarà i formaran marques de rascades a la superfície metàl·lica. Es mantindrà a la superfície metàl·lica i formarà partícules d'estirament al final de la rascada. per tant, es pot considerar que la formació de partícules rugoses està relacionada principalment amb l'adhesió de l'alumini al cinturó de treball del motlle. Les fases heterogènies distribuïdes al seu voltant poden provenir d'oli lubricant, òxids o partícules de pols, així com impureses aportades per la superfície rugosa del lingot.
Tanmateix, el nombre de tirades dels resultats de la prova 6005A és menor i el grau és més lleuger. D'una banda, es deu al xamfranat a la sortida de la cinta de treball del motlle i al polit 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 Mg Mg2Si, el Si restant apareix en forma de substància simple.
2.2 Petites partícules a la superfície
Sota una inspecció visual de baix augment, les partícules són petites (≤0,5 mm), no són suaus al tacte, tenen una sensació nítida i s'adhereixen a la superfície del perfil. Observades a 100X, les partícules petites a la superfície es distribueixen aleatòriament i hi ha partícules de mida petita unides a la superfície, independentment de si hi ha ratllades o no;
A 500X, independentment de si hi ha esgarrapades evidents a la superfície al llarg de la direcció d'extrusió, encara hi ha moltes partícules connectades 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 de superfície d'aliatge 6060 i la matriu intacta, les partícules es componen 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 als 10 μm, que és significativament superior a la matriu Si, Mg i O; En partícules c, Si, O i Cl són evidentment més alts; Les partícules d i f contenen alts 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 mateix 6060 és baix, els continguts de Si i Fe corresponents a les partícules superficials també són baixos; el contingut de C en 6060 partícules 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 diferents formes, i els percentatges de massa dels diferents elements en diferents partícules varien. Es creu que les partícules es componen principalment de dos tipus. Un són els precipitats com l'AlFeSi i el Si elemental, que s'originen a partir de fases d'impureses d'alt punt de fusió com FeAl3 o AlFeSi(Mn) al lingot, o les 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 de fosa 6005A era rugosa i tacada de pols. Hi havia dues varetes de fosa amb les marques d'eines de tornejat més profundes a les ubicacions locals, que corresponien a un augment significatiu del nombre d'estirades després de l'extrusió, i la mida d'una sola estirada era més gran, tal com es mostra a la figura 7.
La vareta de fosa 6005A no té torn, de manera que la rugositat de la superfície és baixa i el nombre d'estiraments es redueix. A més, com que no hi ha excés de fluid de tall unit a les marques del torn de la vareta de fosa, es redueix el contingut de C a les partícules corresponents. Està demostrat que les marques de gir a la superfície de la vareta de fosa agreujaran l'estirada i la formació de partícules fins a cert punt.
3 Discussió
(1) Els components dels defectes de tracció 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 la zona morta del motlle durant el procés d'extrusió, que es porten a la superfície metàl·lica o a la capa d'alumini del motlle de treball. cinturó. A mesura que el producte flueix cap endavant, es produeixen rascades a la superfície i, quan el producte s'acumula a una mida determinada, el producte el treu per formar estirar. Després de l'oxidació, l'estirada es va corroir i, a causa de la seva gran mida, hi havia defectes semblants a fossats.
(2) Les partícules superficials de vegades apareixen com a petites partícules simples 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 s'adhereixen a la superfície; L'altre és matèria estranya adherent. Les partícules es corroeixen després de l'oxidació. A causa de la seva petita mida, tenen poc o nul 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 el sòl 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 del cinturó de treball, i a causa de la gran superfície específica de les partícules, adsorbeixen fàcilment els àtoms d'O a l'aire i provoquen l'oxidació després del contacte amb l'aire, donant lloc a un O més alt. contingut que la matriu.
(4) Fe, Si, etc. provenen principalment de les fases d'òxids, incrustacions antigues i impureses del lingot (punt de fusió elevat o segona fase que no s'elimina totalment per homogeneïtzació). L'element Fe s'origina a partir de Fe en lingots d'alumini, formant fases d'impuresa d'alt punt de fusió com 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 colada. Durant el procés d'extrusió en calent de la vareta de fosa, l'excés de Si pot precipitar. La solubilitat del Si a l'alumini és del 0,48% a 450 °C i del 0,8% (en 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 enganxat al cinturó de treball del motlle és la principal causa de l'estirada. La matriu d'extrusió és un entorn d'alta temperatura i alta pressió. La fricció del flux metàl·lic augmentarà la temperatura del cinturó de treball del motlle, formant una "capa d'alumini enganxosa" a la vora de tall de l'entrada del cinturó de treball.
Al mateix temps, l'excés de Si i altres elements com ara Mn i Cr de l'aliatge d'alumini són fàcils de formar solucions sòlides de substitució amb Fe, 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 (cisalla lliscant dins del metall). El metall es deforma i s'endureix a causa de la fricció interna, la qual cosa afavoreix que el metall subjacent i el motlle s'enganxin. Al mateix temps, el cinturó de treball del motlle es deforma en forma de trompeta a causa de la pressió, i l'alumini enganxós format per la part de tall del cinturó de treball en contacte amb el perfil és similar al tall d'una eina de tornejat.
La formació d'alumini enganxós és un procés dinàmic de creixement i vessament. El perfil treu partícules constantment. S'adhereixen a la superfície del perfil, formant defectes d'estirament. Si flueix directament fora del cinturó 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 trencaran per l'aliatge d'alumini extruït, algunes partícules s'adheriran a la superfície del cinturó de treball en passar pel cinturó de treball, provocant rascades a la superfície del perfil. L'extrem de cua és la matriu d'alumini apilada. Quan hi ha molt d'alumini enganxat al mig del cinturó de treball (l'enllaç és fort), agreujarà les rascades superficials.
(6) La velocitat d'extrusió té una gran influència en l'estirada. 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 de tracció de superfície augmenta i es fa més pesat a mesura que augmenten les línies mecàniques. La velocitat d'extrusió s'ha de mantenir el més estable possible per evitar canvis bruscos de velocitat. Una velocitat d'extrusió excessiva i una temperatura de sortida elevada provocaran un augment de la fricció i una tracció greu de partícules. El mecanisme específic de l'impacte de la velocitat d'extrusió sobre el fenomen de tracció requereix un seguiment i verificació posteriors.
(7) La qualitat de la superfície de la vareta fosa també és un factor important que afecta les partícules d'estirament. La superfície de la vareta fosa és rugosa, amb rebaves de serra, taques d'oli, pols, corrosió, etc., tot això augmenta la tendència d'estirar partícules.
4 Conclusió
(1) La composició dels defectes de tracció és coherent amb la de la matriu; la composició de la posició de la partícula és òbviament diferent de la de la matriu, que conté principalment elements O, C, Fe i Si.
(2) Els defectes de les partícules de tracció són causats principalment per l'adhesió de l'alumini al cinturó de treball del motlle. Qualsevol factor que promogui l'adhesió de l'alumini al cinturó de treball del motlle provocarà defectes d'estirament. Sota la premissa de garantir la qualitat de la vareta fosa, la generació de partícules d'estirament no té cap impacte directe en la composició de l'aliatge.
(3) El tractament uniforme adequat del foc és beneficiós per reduir la tracció de la superfície.
Hora de publicació: 10-set-2024
