Under ekstruderingsprocessen af ekstruderede aluminiumslegeringsmaterialer, især aluminiumsprofiler, opstår der ofte en "pitting"-defekt på overfladen. De specifikke manifestationer omfatter meget små tumorer med varierende densitet, haledannelse og tydelig håndfølelse med en spids fornemmelse. Efter oxidation eller elektroforetisk overfladebehandling fremstår de ofte som sorte granuler, der klæber til produktets overflade.
Ved ekstrudering af profiler med stor profilprofil er denne defekt mere sandsynlig på grund af indflydelsen fra barrens struktur, ekstruderingstemperatur, ekstruderingshastighed, formens kompleksitet osv. De fleste af de fine partikler fra grubedefekter kan fjernes under forbehandlingsprocessen af profiloverfladen, især alkaliætsningsprocessen, mens et lille antal store, fast vedhæftede partikler forbliver på profiloverfladen, hvilket påvirker det endelige produkts udseende og kvalitet.
I almindelige dør- og vinduesprofilprodukter til bygninger accepterer kunderne generelt mindre grubedefekter, men for industrielle profiler, der kræver lige stor vægt på mekaniske egenskaber og dekorativ ydeevne eller mere vægt på dekorativ ydeevne, accepterer kunderne generelt ikke denne defekt, især ikke grubedefekter, der er uforenelige med den forskellige baggrundsfarve.
For at analysere dannelsesmekanismen for ru partikler blev morfologien og sammensætningen af defektstederne under forskellige legeringssammensætninger og ekstruderingsprocesser analyseret, og forskellene mellem defekterne og matricen blev sammenlignet. En rimelig løsning til effektivt at løse de ru partikler blev fremsat, og en prøvetest blev udført.
For at løse grubetæringer i profiler er det nødvendigt at forstå dannelsesmekanismen for grubetæringer. Under ekstruderingsprocessen er det hovedårsagen til grubetæringer på overfladen af ekstruderede aluminiummaterialer, at aluminium klæber til formbåndet. Dette skyldes, at ekstruderingsprocessen af aluminium udføres ved en høj temperatur på omkring 450°C. Hvis virkningerne af deformationsvarme og friktionsvarme tilføjes, vil metallets temperatur være højere, når det strømmer ud af formhullet. Når produktet strømmer ud af formhullet, er der på grund af den høje temperatur et fænomen med aluminium, der klæber mellem metallet og formbåndet.
Formen for denne binding er ofte: en gentagen proces med binding – rivning – binding – rivning igen, og produktet flyder fremad, hvilket resulterer i mange små huller på produktets overflade.
Dette bindingsfænomen er relateret til faktorer som barrens kvalitet, overfladetilstanden af formens arbejdsbånd, ekstruderingstemperatur, ekstruderingshastighed, deformationsgrad og metallets deformationsmodstand.
1 Testmaterialer og -metoder
Gennem indledende forskning lærte vi, at faktorer som metallurgisk renhed, formstatus, ekstruderingsproces, ingredienser og produktionsforhold kan påvirke de ru overfladebehandlede partikler. I testen blev to legeringsstænger, 6005A og 6060, brugt til at ekstrudere den samme sektion. Morfologien og sammensætningen af de ru partikelpositioner blev analyseret ved hjælp af direkte aflæsningsspektrometer og SEM-detektionsmetoder og sammenlignet med den omgivende normale matrix.
For tydeligt at kunne skelne mellem morfologien af de to defekter, plettede og udhulede, defineres de som følger:
(1) Grubedefekter eller trækdefekter er en form for punktdefekt, som er en uregelmæssig haletudselignende eller spidslignende ridsedefekt, der opstår på profilens overflade. Defekten starter fra ridsestriben og slutter med, at defekten falder af og akkumuleres til metalbønner for enden af ridselinjen. Størrelsen på grubedefekten er generelt 1-5 mm, og den bliver mørkesort efter oxidationsbehandling, hvilket i sidste ende påvirker profilens udseende, som vist i den røde cirkel i figur 1.
(2) Overfladepartikler kaldes også metalbønner eller adsorptionspartikler. Overfladen på aluminiumslegeringsprofilen er fastgjort med sfæriske grå-sorte hårdmetalpartikler og har en løs struktur. Der findes to typer aluminiumslegeringsprofiler: dem, der kan tørres af, og dem, der ikke kan tørres af. Størrelsen er generelt mindre end 0,5 mm og føles ru at røre ved. Der er ingen ridser i den forreste del. Efter oxidation er den ikke meget forskellig fra matrixen, som vist i den gule cirkel i figur 1.
2 Testresultater og analyse
2.1 Overfladeaftrækningsdefekter
Figur 2 viser den mikrostrukturelle morfologi af trækdefekten på overfladen af 6005A-legeringen. Der er trinlignende ridser i den forreste del af trækningen, og de ender med stablede knuder. Efter at knuderne er kommet til syne, vender overfladen tilbage til normal. Placeringen af ruhedsdefekten er ikke glat at røre ved, har en skarp, tornet fornemmelse og klæber eller akkumuleres på profilens overflade. Gennem ekstruderingstesten blev det observeret, at trækmorfologien af 6005A og 6060 ekstruderede profiler er ens, og at produktets bagende er større end forenden; forskellen er, at den samlede trækstørrelse af 6005A er mindre, og ridsedybden er svækket. Dette kan være relateret til ændringer i legeringssammensætning, støbestangens tilstand og formforholdene. Observeret under 100X er der tydelige ridsemærker på den forreste ende af trækområdet, som er forlænget langs ekstruderingsretningen, og formen af de endelige knudepartikler er uregelmæssig. Ved 500X har den forreste ende af trækfladen trinlignende ridser langs ekstruderingsretningen (størrelsen af denne defekt er ca. 120 μm), og der er tydelige stablingsmærker på de nodulære partikler i bagenden.
For at analysere årsagerne til træk blev der anvendt et direkte aflæsningsspektrometer og EDX til at udføre komponentanalyse på defektplaceringerne og matrixen i de tre legeringskomponenter. Tabel 1 viser testresultaterne for 6005A-profilen. EDX-resultaterne viser, at sammensætningen af trækpartiklernes stablingsposition stort set er den samme som matrixens. Derudover akkumuleres nogle fine urenhedspartikler i og omkring trækdefekten, og urenhedspartiklerne indeholder C, O (eller Cl) eller Fe, Si og S.
Analyse af ruhedsdefekterne i 6005A fint oxiderede ekstruderede profiler viser, at trækpartiklerne er store (1-5 mm), overfladen er for det meste stablet, og der er trinlignende ridser på den forreste del; sammensætningen er tæt på Al-matricen, og der vil være heterogene faser indeholdende Fe, Si, C og O fordelt omkring den. Det viser, at trækdannelsesmekanismen for de tre legeringer er den samme.
Under ekstruderingsprocessen vil metalstrømningsfriktionen få temperaturen i formens arbejdsbånd til at stige, hvilket danner et "klæbrigt aluminiumlag" ved skærekanten af arbejdsbåndets indgang. Samtidig kan overskydende Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumlegeringen let danne erstatning for faste opløsninger med Fe, hvilket vil fremme dannelsen af et "klæbrigt aluminiumlag" ved indgangen til formens arbejdszone.
Når metallet flyder fremad og gnider mod arbejdsbåndet, opstår der et frem- og tilbagegående fænomen med kontinuerlig binding-rivning-binding på en bestemt position, hvilket får metallet til kontinuerligt at lægge sig oven på denne position. Når partiklerne vokser til en bestemt størrelse, vil de blive trukket væk af det strømmende produkt og danne ridsemærker på metaloverfladen. De vil forblive på metaloverfladen og danne trækkende partikler i slutningen af ridsen. Derfor kan det antages, at dannelsen af ru partikler hovedsageligt er relateret til aluminiumets klæbning til formens arbejdsbånd. De heterogene faser, der er fordelt omkring det, kan stamme fra smøreolie, oxider eller støvpartikler, samt urenheder, der er forårsaget af barrens ru overflade.
Antallet af træk i 6005A-testresultaterne er dog mindre, og graden er lettere. På den ene side skyldes det affasningen ved udgangen af formbåndet og den omhyggelige polering af arbejdsbåndet for at reducere tykkelsen af aluminiumlaget; på den anden side er det relateret til det overskydende Si-indhold.
Ifølge resultaterne af den direkte aflæsning af den spektrale sammensætning kan det ses, at udover Si kombineret med MgMg2Si, forekommer det resterende Si i form af et simpelt stof.
2.2 Små partikler på overfladen
Under visuel inspektion med lav forstørrelse er partiklerne små (≤0,5 mm), ikke glatte at røre ved, har en skarp følelse og klæber til profilens overflade. Observeret under 100X er små partikler på overfladen tilfældigt fordelt, og der er små partikler fastgjort til overfladen, uanset om der er ridser eller ej;
Ved 500X, uanset om der er tydelige trinlignende ridser på overfladen langs ekstruderingsretningen, er mange partikler stadig fastgjort, og partikelstørrelserne varierer. Den største partikelstørrelse er omkring 15 μm, og de små partikler er omkring 5 μm.
Gennem sammensætningsanalysen af 6060-legeringens overfladepartikler og den intakte matrix består partiklerne hovedsageligt af O-, C-, Si- og Fe-elementer, og aluminiumindholdet er meget lavt. Næsten alle partikler indeholder O- og C-elementer. Sammensætningen af hver partikel er en smule anderledes. Blandt dem er a-partiklerne tæt på 10 μm, hvilket er betydeligt højere end matrixens Si, Mg og O; i c-partikler er Si, O og Cl tydeligvis højere; partiklerne d og f indeholder et højt Si-, O- og Na-indhold; partiklerne e indeholder Si, Fe og O; h-partiklerne er Fe-holdige forbindelser. Resultaterne for 6060-partiklerne ligner dette, men fordi Si- og Fe-indholdet i selve 6060 er lavt, er det tilsvarende Si- og Fe-indhold i overfladepartiklerne også lavt; C-indholdet i 6060-partiklerne er relativt lavt.
Overfladepartikler behøver ikke at være enkeltstående små partikler, men kan også eksistere i form af aggregeringer af mange små partikler med forskellige former, og masseprocenterne af forskellige elementer i forskellige partikler varierer. Det antages, at partiklerne hovedsageligt består af to typer. Den ene er udfældninger såsom AlFeSi og elementært Si, som stammer fra urenhedsfaser med højt smeltepunkt såsom FeAl3 eller AlFeSi(Mn) i barren, eller udfældningsfaser under ekstruderingsprocessen. Den anden er vedhængende fremmedlegemer.
2.3 Effekt af overfladeruhed på barren
Under testen blev det konstateret, at bagsiden af 6005A støbestangsdrejebænken var ru og plettet med støv. Der var to støbestangsdrejebænke med de dybeste drejeværktøjsmærker på lokale steder, hvilket svarede til en betydelig stigning i antallet af træk efter ekstrudering, og størrelsen af et enkelt træk var større, som vist i figur 7.
6005A støbestangen har ingen drejebænk, så overfladeruheden er lav, og antallet af trækninger reduceres. Derudover reduceres C-indholdet i de tilsvarende partikler, da der ikke er overskydende skærevæske fastgjort til drejemærkerne på støbestangen. Det er bevist, at drejemærkerne på overfladen af støbestangen i et vist omfang vil forværre trækning og partikeldannelse.
3 Diskussion
(1) Komponenterne i trækdefekter er grundlæggende de samme som i matrixen. Det er fremmedpartikler, gammel hud på barrens overflade og andre urenheder, der har akkumuleret sig i ekstruderingsbeholderens væg eller i formens døde område under ekstruderingsprocessen, som bringes til metaloverfladen eller aluminiumslaget i formens arbejdsbånd. Når produktet flyder fremad, opstår der overfladeridser, og når produktet har akkumuleret en vis størrelse, fjernes det af produktet og danner træk. Efter oxidation korroderer trækningen, og på grund af sin store størrelse opstår der grubelignende defekter.
(2) Overfladepartikler fremstår sommetider som enkeltstående små partikler og sommetider i aggregeret form. Deres sammensætning er tydeligvis forskellig fra matrixens og indeholder hovedsageligt O-, C-, Fe- og Si-elementer. Nogle af partiklerne er domineret af O- og C-elementer, og nogle partikler er domineret af O, C, Fe og Si. Derfor kan det udledes, at overfladepartiklerne kommer fra to kilder: den ene er udfældninger såsom AlFeSi og elementært Si, og urenheder såsom O og C er klæbet til overfladen; den anden er klæbende fremmedlegemer. Partiklerne korroderes væk efter oxidation. På grund af deres lille størrelse har de ingen eller lille indflydelse på overfladen.
(3) Partikler rige på C- og O-elementer kommer hovedsageligt fra smøreolie, støv, jord, luft osv., der klæber til overfladen af barren. Hovedkomponenterne i smøreolie er C, O, H, S osv., og hovedkomponenten i støv og jord er SiO2. O-indholdet i overfladepartiklerne er generelt højt. Fordi partiklerne er i en høj temperaturtilstand umiddelbart efter at have forladt arbejdsbåndet, og på grund af partiklernes store specifikke overfladeareal, adsorberer de let O-atomer i luften og forårsager oxidation efter kontakt med luften, hvilket resulterer i et højere O-indhold end matrixen.
(4) Fe, Si osv. kommer hovedsageligt fra oxider, gamle glødeskaller og urenhedsfaser i barren (højt smeltepunkt eller anden fase, der ikke elimineres fuldstændigt ved homogenisering). Fe-elementet stammer fra Fe i aluminiumbarrer, der danner urenhedsfaser med højt smeltepunkt, såsom FeAl3 eller AlFeSi(Mn), som ikke kan opløses i fast opløsning under homogeniseringsprocessen eller ikke omdannes fuldstændigt. Si findes i aluminiummatrixen i form af Mg2Si eller en overmættet fast opløsning af Si under støbeprocessen. Under den varme ekstruderingsproces af støbestangen kan overskydende Si udfældes. Opløseligheden af Si i aluminium er 0,48 % ved 450 °C og 0,8 % (vægt%) ved 500 °C. Det overskydende Si-indhold i 6005 er ca. 0,41 %, og det udfældede Si kan være aggregering og udfældning forårsaget af koncentrationsudsving.
(5) Aluminium, der klæber til formens arbejdsbånd, er hovedårsagen til træk. Ekstruderingsdysen er et miljø med høj temperatur og højt tryk. Metalstrømningsfriktion vil øge temperaturen på formens arbejdsbånd og danne et "klæbrigt aluminiumlag" ved skærekanten af arbejdsbåndets indgang.
Samtidig kan overskydende Si og andre elementer som Mn og Cr i aluminiumlegeringen let danne erstatning for faste opløsninger med Fe, hvilket vil fremme dannelsen af et "klæbrigt aluminiumlag" ved indgangen til formbearbejdningszonen. Metallet, der strømmer gennem det "klæbrige aluminiumlag", tilhører intern friktion (glidende forskydning inde i metallet). Metallet deformeres og hærder på grund af intern friktion, hvilket får det underliggende metal og formen til at klæbe sammen. Samtidig deformeres formbearbejdningsbåndet til en trompetform på grund af trykket, og det klæbrige aluminium, der dannes af den skærende del af arbejdsbåndet, der berører profilen, ligner skærekanten på et drejeværktøj.
Dannelsen af klæbrigt aluminium er en dynamisk proces med vækst og afgivelse. Partiklerne trækkes konstant ud af profilen. De klæber til profilens overflade og danner trækdefekter. Hvis det flyder direkte ud af arbejdsbåndet og øjeblikkeligt absorberes på profilens overflade, kaldes de små partikler, der termisk klæber til overfladen, "adsorptionspartikler". Hvis nogle partikler brydes af den ekstruderede aluminiumlegering, vil nogle partikler klæbe til overfladen af arbejdsbåndet, når de passerer gennem arbejdsbåndet, hvilket forårsager ridser på profilens overflade. Bagenden er den stablede aluminiummatrix. Når der er meget aluminium fastklemt midt i arbejdsbåndet (bindingen er stærk), vil det forværre overfladeridser.
(6) Ekstruderingshastigheden har stor indflydelse på træk. Indflydelsen af ekstruderingshastighed. Hvad angår den sporede 6005-legering, stiger ekstruderingshastigheden inden for testområdet, udløbstemperaturen stiger, og antallet af overfladetrækkende partikler stiger og bliver tungere, efterhånden som de mekaniske linjer øges. Ekstruderingshastigheden bør holdes så stabil som muligt for at undgå pludselige ændringer i hastigheden. For høj ekstruderingshastighed og høj udløbstemperatur vil føre til øget friktion og alvorlig partikeltræk. Den specifikke mekanisme for ekstruderingshastighedens påvirkning af trækfænomenet kræver efterfølgende opfølgning og verifikation.
(7) Overfladekvaliteten af den støbte stang er også en vigtig faktor, der påvirker de trækkende partikler. Den støbte stangs overflade er ru med savgrater, oliepletter, støv, korrosion osv., som alle øger tendensen til at trække partikler.
4 Konklusion
(1) Trækdefekternes sammensætning er i overensstemmelse med matricens; partikelpositionens sammensætning er tydeligvis forskellig fra matricens og indeholder hovedsageligt O-, C-, Fe- og Si-elementerne.
(2) Trækpartikeldefekter skyldes hovedsageligt aluminium, der klæber til formbåndet. Enhver faktor, der fremmer aluminiums klæbning til formbåndet, vil forårsage trækdefekter. For at sikre kvaliteten af støbestangen har dannelsen af trækpartikler ingen direkte indflydelse på legeringens sammensætning.
(3) Korrekt ensartet brandbehandling er gavnlig for at reducere overfladeafskrabninger.
Opslagstidspunkt: 10. september 2024
