Při procesu vytlačování vytlačovaných materiálů z hliníkové slitiny, zejména hliníkových profilů, se na povrchu často vyskytuje „důlková“ vada. Specifické projevy zahrnují velmi malé nádory s různou hustotou, ocasy a zřejmým pocitem z ruky, s pocitem špičatosti. Po oxidaci nebo elektroforetické úpravě povrchu se často jeví jako černé granule ulpívající na povrchu produktu.
Při vytlačovací výrobě velkoprofilových profilů se tato vada vyskytuje častěji vlivem struktury ingotu, vytlačovací teploty, rychlosti vytlačování, složitosti formy atd. Většinu jemných částic důlkových vad lze odstranit během proces předúpravy povrchu profilu, zejména proces alkalického leptání, zatímco na povrchu profilu zůstává malé množství velkých, pevně přilnutých částic, které ovlivňují kvalitu vzhledu konečného produktu.
U běžných výrobků stavebních dveřních a okenních profilů zákazníci obecně akceptují drobné důlkové vady, ale u průmyslových profilů, které vyžadují stejný důraz na mechanické vlastnosti a dekorativní vlastnosti nebo větší důraz na dekorativní vlastnosti, zákazníci obecně tuto vadu nepřijímají, zejména důlkové vady, které jsou nekonzistentní s jinou barvou pozadí.
Za účelem analýzy mechanismu tvorby hrubých částic byla analyzována morfologie a složení míst defektů při různém složení slitin a procesů vytlačování a byly porovnány rozdíly mezi defekty a matricí. Bylo navrženo rozumné řešení pro účinné řešení hrubých částic a byl proveden zkušební test.
Pro řešení důlkových vad profilů je nutné pochopit mechanismus vzniku důlkových vad. Během procesu vytlačování je přilnutí hliníku k pracovnímu pásu matrice hlavní příčinou důlkových defektů na povrchu vytlačovaných hliníkových materiálů. Je to proto, že proces vytlačování hliníku se provádí při vysoké teplotě asi 450 °C. Pokud se přidají účinky deformačního tepla a třecího tepla, teplota kovu bude vyšší, když vytéká z otvoru matrice. Když produkt vytéká z otvoru matrice, v důsledku vysoké teploty dochází k jevu lepení hliníku mezi kovem a pracovním pásem formy.
Forma tohoto lepení je často: opakovaný proces lepení – trhání – lepení – opětovné trhání a produkt teče dopředu, což má za následek mnoho malých důlků na povrchu produktu.
Tento jev spojování souvisí s faktory, jako je kvalita ingotu, stav povrchu pracovního pásu formy, teplota vytlačování, rychlost vytlačování, stupeň deformace a odolnost kovu proti deformaci.
1 Zkušební materiály a metody
Prostřednictvím předběžného výzkumu jsme zjistili, že faktory jako metalurgická čistota, stav formy, proces vytlačování, přísady a výrobní podmínky mohou ovlivnit povrch zdrsněných částic. V testu byly použity dvě slitinové tyče, 6005A a 6060, k vytlačení stejného úseku. Morfologie a složení poloh zdrsněných částic byly analyzovány pomocí přímého čtení spektrometru a detekčních metod SEM a porovnány s okolní normální matricí.
Aby bylo možné jasně rozlišit morfologii dvou defektů důlků a částic, jsou definovány takto:
(1) Důlkové vady nebo tahové vady jsou druhem bodové vady, což je nepravidelná pulcovitá nebo bodová vrypová vada, která se objevuje na povrchu profilu. Vada začíná od škrábaného proužku a končí odpadnutím defektu, který se hromadí v kovových zrnkách na konci rýhy. Velikost důlkové vady je obecně 1-5 mm a po oxidační úpravě se změní na tmavě černou, což nakonec ovlivní vzhled profilu, jak je znázorněno v červeném kruhu na obrázku 1.
(2) Povrchové částice se také nazývají kovové boby nebo adsorpční částice. Povrch profilu z hliníkové slitiny je uchycen sférickými šedočernými částicemi tvrdokovu a má volnou strukturu. Existují dva typy profilů z hliníkové slitiny: ty, které lze setřít, a ty, které nelze setřít. Velikost je obecně menší než 0,5 mm a na dotek působí drsně. V přední části není žádný škrábanec. Po oxidaci se příliš neliší od matrice, jak je znázorněno ve žlutém kruhu na obrázku 1.
2 Výsledky testů a analýzy
2.1 Vady povrchového tahu
Obrázek 2 ukazuje mikrostrukturální morfologii defektu tahu na povrchu slitiny 6005A. V přední části tahu jsou stupňovité rýhy, které jsou zakončeny naskládanými uzlíky. Po objevení uzlů se povrch vrátí do normálu. Místo zdrsnění defektu není hladké na dotek, má ostrý trnitý pocit a přilne nebo se hromadí na povrchu profilu. Prostřednictvím testu vytlačování bylo pozorováno, že morfologie vytahování vytlačovaných profilů 6005A a 6060 je podobná a zadní konec produktu je větší než přední konec; rozdíl je v tom, že celková velikost tahu 6005A je menší a hloubka vrypu je oslabena. To může souviset se změnami ve složení slitiny, stavem lité tyče a podmínkami formy. Pozorováno pod 100X, jsou patrné škrábance na předním konci tažné oblasti, která je prodloužená ve směru vytlačování, a tvar finálních částic uzlíku je nepravidelný. Při 500X má přední konec tažné plochy stupňovité rýhy ve směru vytlačování (velikost tohoto defektu je asi 120 μm) a na nodulárních částicích jsou na zadním konci zřejmé stopy po vrstvení.
Aby bylo možné analyzovat příčiny tahu, byl použit spektrometr s přímým čtením a EDX k provedení analýzy součástí na místech defektů a matrici tří složek slitiny. Tabulka 1 ukazuje výsledky testu profilu 6005A. Výsledky EDX ukazují, že složení stohovací polohy tažných částic je v zásadě podobné složení matrice. Kromě toho se v defektu tahu a kolem něj nahromadí některé jemné částice nečistot a částice nečistot obsahují C, O (nebo Cl) nebo Fe, Si a S.
Analýza defektů zdrsnění jemných oxidovaných extrudovaných profilů 6005A ukazuje, že tažné částice jsou velké velikosti (1-5 mm), povrch je většinou stohovaný a na přední části jsou stupňovité rýhy; Složení je blízké Al matrici a kolem ní budou distribuovány heterogenní fáze obsahující Fe, Si, C a O. Ukazuje, že mechanismus tvorby tahem u těchto tří slitin je stejný.
Během procesu vytlačování způsobí tření toku kovu zvýšení teploty pracovního pásu formy, čímž se vytvoří „lepkavá hliníková vrstva“ na řezné hraně vstupu pracovního pásu. Současně lze z přebytku Si a dalších prvků, jako je Mn a Cr v hliníkové slitině, snadno vytvořit náhradní tuhé roztoky s Fe, což podpoří tvorbu „lepivé hliníkové vrstvy“ na vstupu do pracovní zóny formy.
Jak kov proudí dopředu a tře se o pracovní pás, dochází v určité poloze k vratnému jevu kontinuálního spojování-trhání-spojování, což způsobuje, že se kov v této poloze neustále překrývá. Když se částice zvětší na určitou velikost, budou odtaženy proudícím produktem a vytvoří na kovovém povrchu škrábance. Zůstane na kovovém povrchu a na konci škrábance vytvoří tažné částice. lze tedy uvažovat, že tvorba zdrsněných částic souvisí hlavně s přilnutím hliníku k pracovnímu pásu formy. Heterogenní fáze rozmístěné kolem něj mohou pocházet z mazacího oleje, oxidů nebo prachových částic, stejně jako nečistot, které přináší hrubý povrch ingotu.
Počet tahů ve výsledcích testu 6005A je však menší a stupeň je lehčí. Na jedné straně je to způsobeno zkosením na výstupu pracovního pásu formy a pečlivým leštěním pracovního pásu, aby se snížila tloušťka hliníkové vrstvy; na druhé straně souvisí s nadbytečným obsahem Si.
Podle výsledků přímého čtení spektrálního složení je vidět, že kromě Si kombinovaného s Mg Mg2Si se zbývající Si objevuje ve formě jednoduché látky.
2.2 Malé částice na povrchu
Při vizuální kontrole s malým zvětšením jsou částice malé (≤ 0,5 mm), nejsou hladké na dotek, mají ostrý pocit a přilnou k povrchu profilu. Pozorováno pod 100X, malé částice na povrchu jsou náhodně rozmístěny a na povrchu jsou přichyceny malé částice bez ohledu na to, zda jsou nebo nejsou škrábance;
Při 500X, bez ohledu na to, zda jsou na povrchu zjevné stupňovité škrábance ve směru vytlačování, je stále mnoho částic připojeno a velikosti částic se liší. Největší velikost částic je asi 15 μm a malé částice jsou asi 5 μm.
Prostřednictvím analýzy složení povrchových částic slitiny 6060 a neporušené matrice se částice skládají převážně z prvků O, C, Si a Fe a obsah hliníku je velmi nízký. Téměř všechny částice obsahují prvky O a C. Složení každé částice je mírně odlišné. Mezi nimi jsou částice a blízké 10 μm, což je výrazně více než matrice Si, Mg a O; V částicích c jsou Si, O a Cl zjevně vyšší; Částice daf obsahují vysoký obsah Si, O a Na; částice e obsahují Si, Fe a O; h částice jsou sloučeniny obsahující Fe. Výsledky částic 6060 jsou podobné tomuto, ale protože obsah Si a Fe v samotném 6060 je nízký, odpovídající obsahy Si a Fe v povrchových částicích jsou také nízké; obsah C v 6060 částicích je relativně nízký.
Povrchové částice nemusí být jednotlivé malé částice, ale mohou také existovat ve formě agregací mnoha malých částic s různými tvary a hmotnostní procenta různých prvků v různých částicích se liší. Předpokládá se, že částice se skládají hlavně ze dvou typů. Jedním z nich jsou precipitáty, jako je AlFeSi a elementární Si, které pocházejí z fází nečistot s vysokou teplotou tání, jako je FeAl3 nebo AlFeSi(Mn) v ingotu, nebo sraženiny během procesu vytlačování. Druhým je přilnavá cizí hmota.
2.3 Vliv drsnosti povrchu ingotu
Během testu bylo zjištěno, že zadní plocha soustruhu 6005A na odlévání je drsná a znečištěná prachem. Na místních místech byly dvě lité tyče s nejhlubšími značkami soustružnických nástrojů, což odpovídalo významnému nárůstu počtu tahů po vytlačení a velikost jednoho tahu byla větší, jak je znázorněno na obrázku 7.
Litá tyč 6005A nemá soustruh, takže drsnost povrchu je nízká a počet tahů je snížen. Kromě toho, protože na soustružnických značkách lité tyče není ulpěna přebytečná řezná kapalina, je obsah C v odpovídajících částicích snížen. Je prokázáno, že stopy otáčení na povrchu lité tyče do určité míry zhorší tahání a tvorbu částic.
3 Diskuse
(1) Složky defektů tahu jsou v zásadě stejné jako složky matrice. Jsou to cizí částice, stará slupka na povrchu ingotu a další nečistoty nahromaděné ve stěně vytlačovacího bubnu nebo v mrtvém prostoru formy během procesu vytlačování, které se přinášejí na kovový povrch nebo hliníkovou vrstvu opracovávané formy. pás. Jak produkt proudí dopředu, dochází k povrchovým škrábancům, a když se produkt nahromadí do určité velikosti, je produktem vyjmut, aby se vytvořil tah. Po oxidaci byl tah zkorodovaný a vzhledem k jeho velkému rozměru se zde vyskytovaly jamkovité defekty.
(2) Povrchové částice se někdy jeví jako jednotlivé malé částice a někdy existují v agregované formě. Jejich složení je zjevně odlišné od složení matrice a obsahuje především prvky O, C, Fe a Si. Některým částicím dominují prvky O a C a některým částicím dominuje O, C, Fe a Si. Proto se usuzuje, že povrchové částice pocházejí ze dvou zdrojů: jedním jsou precipitáty, jako je AlFeSi a elementární Si, a nečistoty, jako je O a C, ulpívají na povrchu; Druhým je přilnavá cizí hmota. Částice jsou po oxidaci zkorodovány. Díky své malé velikosti nemají žádný nebo jen malý dopad na povrch.
(3) Částice bohaté na prvky C a O pocházejí hlavně z mazacího oleje, prachu, půdy, vzduchu atd. přilnutých k povrchu ingotu. Hlavními složkami mazacího oleje jsou C, O, H, S atd. a hlavní složkou prachu a zeminy je SiO2. Obsah O v povrchových částicích je obecně vysoký. Protože částice jsou ve stavu vysoké teploty ihned po opuštění pracovního pásu a vzhledem k velkému specifickému povrchu částic snadno adsorbují atomy O ve vzduchu a po kontaktu se vzduchem způsobují oxidaci, což má za následek vyšší O obsahu než matrice.
(4) Fe, Si atd. pocházejí hlavně z oxidů, starých okují a fází nečistot v ingotu (vysoký bod tání nebo druhá fáze, která není zcela eliminována homogenizací). Prvek Fe pochází z Fe v hliníkových ingotech, které tvoří nečistoty s vysokým bodem tání, jako je FeAl3 nebo AlFeSi(Mn), které nelze rozpustit v tuhém roztoku během procesu homogenizace nebo nejsou zcela přeměněny; Si existuje v hliníkové matrici ve formě Mg2Si nebo přesyceného pevného roztoku Si během procesu odlévání. Během procesu vytlačování lité tyče za tepla se může vysrážet přebytek Si. Rozpustnost Si v hliníku je 0,48 % při 450 °C a 0,8 % (hmotn. %) při 500 °C. Přebytečný obsah Si v 6005 je asi 0,41 % a vysrážený Si může být agregací a precipitací způsobenou kolísáním koncentrace.
(5) Lepení hliníku na pracovní pás formy je hlavní příčinou tahání. Vytlačovací hubice je prostředí s vysokou teplotou a vysokým tlakem. Tření toku kovu zvýší teplotu pracovního pásu formy a vytvoří „lepkavou hliníkovou vrstvu“ na řezné hraně vstupu pracovního pásu.
Současně lze z přebytku Si a dalších prvků, jako je Mn a Cr v hliníkové slitině, snadno vytvořit náhradní tuhé roztoky s Fe, což podpoří tvorbu „lepivé hliníkové vrstvy“ na vstupu do pracovní zóny formy. Kov protékající „lepkavou hliníkovou vrstvou“ patří k vnitřnímu tření (kluznému smyku uvnitř kovu). Kov se deformuje a tvrdne v důsledku vnitřního tření, což podporuje lepení podkladového kovu a formy. Současně se tlakem deformuje pracovní pás formy do tvaru trubky a lepkavý hliník tvořený částí řezné hrany pracovního pásu, která se dotýká profilu, je podobný řezné hraně soustružnického nástroje.
Tvorba lepivého hliníku je dynamický proces růstu a odlupování. Částice jsou neustále vynášeny profilem. Přilnou k povrchu profilu a tvoří vady při tahu. Pokud vytéká přímo z pracovního pásu a je okamžitě adsorbován na povrch profilu, malé částice tepelně přilnuté k povrchu se nazývají „adsorpční částice“. Pokud dojde k rozbití některých částic extrudovanou hliníkovou slitinou, některé částice se při průchodu pracovním pásem přilepí na povrch pracovního pásu a způsobí škrábance na povrchu profilu. Ocasní část je složená hliníková matrice. Když je uprostřed pracovního pásu hodně hliníku (spojení je silné), zhorší se povrchové škrábance.
(6) Rychlost vytlačování má velký vliv na tažení. Vliv rychlosti vytlačování. Pokud jde o pásovou slitinu 6005, rychlost vytlačování se v testovacím rozsahu zvyšuje, výstupní teplota se zvyšuje a počet povrchových tažných částic se zvyšuje a stává se těžšími, jak se zvětšují mechanické linie. Rychlost vytlačování by měla být udržována co nejstabilnější, aby se zabránilo náhlým změnám rychlosti. Nadměrná rychlost vytlačování a vysoká výstupní teplota povedou ke zvýšenému tření a vážnému tažení částic. Konkrétní mechanismus vlivu rychlosti vytlačování na jev tažení vyžaduje následné sledování a ověřování.
(7) Kvalita povrchu lité tyče je také důležitým faktorem ovlivňujícím tažné částice. Povrch lité tyče je drsný, s otřepy, olejovými skvrnami, prachem, korozí atd., což vše zvyšuje tendenci k vytahování částic.
4 Závěr
(1) Složení defektů v tahu je v souladu se složením matrice; složení polohy částice je zjevně odlišné od složení matrice, obsahuje hlavně prvky O, C, Fe a Si.
(2) Vady tažných částic jsou způsobeny hlavně přilnutím hliníku k pracovnímu pásu formy. Jakékoli faktory, které podporují přilnutí hliníku k pracovnímu pásu formy, způsobí vady tahu. Za předpokladu zajištění kvality lité tyče nemá tvorba tažných částic přímý vliv na složení slitiny.
(3) Správné rovnoměrné ošetření ohněm je výhodné pro snížení povrchového tahu.
Čas odeslání: 10. září 2024
