Падчас працэсу экструзіі экструдаваных матэрыялаў з алюмініевых сплаваў, асабліва алюмініевых профіляў, на паверхні часта ўзнікае дэфект у выглядзе кропак. Канкрэтныя праявы ўключаюць вельмі дробныя пухліны рознай шчыльнасці, хвасты і адчуванне калючасці на дотыку. Пасля акіслення або электрафарэтычнай апрацоўкі паверхні яны часта выглядаюць як чорныя гранулы, якія прыліпаюць да паверхні вырабу.
Пры экструзійнай вытворчасці буйных профіляў гэты дэфект часцей узнікае з-за ўплыву структуры злітка, тэмпературы экструзіі, хуткасці экструзіі, складанасці формы і г.д. Большая частка дробных часціц ямкавых дэфектаў можа быць выдалена падчас працэсу папярэдняй апрацоўкі паверхні профілю, асабліва працэсу шчолачнага травлення, у той час як невялікая колькасць буйных, трывала прыліплых часціц застаецца на паверхні профілю, што ўплывае на знешні выгляд гатовага прадукту.
У звычайных будаўнічых дзвярных і аконных профілях кліенты звычайна прымаюць нязначныя дэфекты ў выглядзе ямак, але для прамысловых профіляў, якія патрабуюць аднолькавай увагі да механічных уласцівасцей і дэкаратыўных характарыстык або большай увагі да дэкаратыўных характарыстык, кліенты звычайна не прымаюць гэты дэфект, асабліва дэфекты ў выглядзе ямак, якія не адпавядаюць рознаму колеру фону.
Для аналізу механізму ўтварэння шурпатых часціц былі прааналізаваны марфалогія і склад месцаў дэфектаў пры розных складах сплаваў і працэсах экструзіі, а таксама параўнаны адрозненні паміж дэфектамі і матрыцай. Было прапанавана разумнае рашэнне для эфектыўнага вырашэння праблемы шурпатых часціц і праведзена выпрабаванне.
Каб вырашыць праблему кропкавай карозіі профіляў, неабходна зразумець механізм яе ўтварэння. Падчас працэсу экструзіі асноўнай прычынай кропкавай карозіі на паверхні экструдаваных алюмініевых матэрыялаў з'яўляецца наліпанне алюмінію на рабочую стужку формы. Гэта звязана з тым, што працэс экструзіі алюмінію праводзіцца пры высокай тэмпературы каля 450°C. Калі дадаць уздзеянне цяпла дэфармацыі і цяпла трэння, тэмпература металу будзе вышэйшай пры выцяканні з адтуліны формы. Калі прадукт выцякае з адтуліны формы, з-за высокай тэмпературы ўзнікае з'ява прыліпання алюмінію паміж металам і рабочай стужкай формы.
Форма гэтага злучэння часта выглядае наступным чынам: паўтаральны працэс злучэння — разрыву — злучэння — зноў разрыву, і прадукт цячэ наперад, у выніку чаго на паверхні прадукту ўтвараецца мноства дробных ямак.
Гэта з'ява злучэння звязана з такімі фактарамі, як якасць злітка, стан паверхні працоўнай стужкі формы, тэмпература экструзіі, хуткасць экструзіі, ступень дэфармацыі і супраціў металу дэфармацыі.
1 Выпрабавальныя матэрыялы і метады
У выніку папярэдніх даследаванняў мы высветлілі, што такія фактары, як металургічная чысціня, стан формы, працэс экструзіі, інгрэдыенты і ўмовы вытворчасці, могуць уплываць на шурпатасць паверхні часціц. У выпрабаванні для экструзіі аднаго і таго ж сячэння выкарыстоўваліся два стрыжні са сплаву, 6005A і 6060. Марфалогія і склад пазіцый шурпатасці часціц былі прааналізаваны з дапамогай спектрометра прамога счытвання і метадаў SEM-дэтэктара і параўнаны з навакольным нармальнай матрыцай.
Каб выразна адрозніць марфалогію двух дэфектаў — ямкавай і часцічнай — яны вызначаюцца наступным чынам:
(1) Дэфекты ў выглядзе ямак або дэфекты выцягвання — гэта від кропкавых дэфектаў, якія ўяўляюць сабой няправільную форму, падобныя на апалонікаў або кропкавую драпіну, якая з'яўляецца на паверхні профілю. Дэфект пачынаецца ад паласы драпіны і заканчваецца тым, што дэфект адвальваецца, назапашваючыся ў металічныя кавалкі ў канцы лініі драпіны. Памер дэфекту ў выглядзе ямак звычайна складае 1-5 мм, і пасля акіслення ён становіцца цёмна-чорным, што ў канчатковым выніку ўплывае на знешні выгляд профілю, як паказана ў чырвоным крузе на малюнку 1.
(2) Павярхоўныя часціцы таксама называюць металічнымі бабамі або адсарбцыйнымі часціцамі. Паверхня профілю з алюмініевага сплаву пакрыта сферычнымі шэра-чорнымі цвёрдымі металічнымі часціцамі і мае друзлую структуру. Існуе два тыпы профіляў з алюмініевага сплаву: тыя, якія можна сцерці, і тыя, якія нельга сцерці. Памер звычайна меншы за 0,5 мм, і навобмацак яны шурпатыя. У пярэдняй частцы няма драпін. Пасля акіслення яны не моцна адрозніваюцца ад матрыцы, як паказана ў жоўтым крузе на малюнку 1.
2 Вынікі выпрабаванняў і аналіз
2.1 Дэфекты паверхні, выкліканыя выцягваннем
На малюнку 2 паказана мікраструктурная марфалогія дэфекту выцягвання на паверхні сплаву 6005A. У пярэдняй частцы зоны выцягвання ёсць ступеністыя драпіны, якія заканчваюцца шматлікімі вузельчыкамі. Пасля з'яўлення вузельчыкаў паверхня вяртаецца да нармальнага стану. Размяшчэнне дэфекту шурпатасці не гладкае навобмацак, мае вострыя калючкі і прыліпае або назапашваецца на паверхні профілю. Падчас выпрабаванняў на экструзію было заўважана, што марфалогія выцягвання экструдаваных профіляў 6005A і 6060 падобная, а задняя частка вырабу большая за галаўную; розніца заключаецца ў тым, што агульны памер выцягвання 6005A меншы, а глыбіня драпіны аслабленая. Гэта можа быць звязана са зменамі ў складзе сплаву, стане літога стрыжня і ўмовах формы. Пры павелічэнні 100X на пярэдняй частцы зоны выцягвання, якая выцягнутая ўздоўж кірунку экструзіі, ёсць відавочныя драпіны, якія з'яўляюцца выцягнутымі ўздоўж кірунку экструзіі, а форма канчатковых часціц вузельчыкаў няправільная. Пры павелічэнні 500X на пярэднім канцы паверхні для выцягвання ўздоўж кірунку экструзіі з'яўляюцца ступеністыя драпіны (памер гэтага дэфекту каля 120 мкм), а на заднім канцы на вузлаватых часціцах ёсць відавочныя сляды кладкі.
Для аналізу прычын выцягвання былі выкарыстаны спектрометр прамога счытвання і дыферэнцыяльны рэнтгенаспектрометр для правядзення аналізу кампанентаў на месцах дэфектаў і матрыцы трох кампанентаў сплаву. У табліцы 1 паказаны вынікі выпрабаванняў профілю 6005A. Вынікі дыферэнцыяльнага рэнтгенаспектраметра паказваюць, што склад пазіцыі штабелявання выцягнутых часціц у асноўным падобны да складу матрыцы. Акрамя таго, у дэфекте выцягвання і вакол яго назапашваюцца некаторыя дробныя прымесныя часціцы, якія ўтрымліваюць C, O (або Cl), або Fe, Si і S.
Аналіз дэфектаў шурпатасці тонкаакісленых экструдаваных профіляў 6005A паказвае, што часціцы, якія ўтвараюцца пры выцягванні, маюць вялікі памер (1-5 мм), паверхня ў асноўным складзеная, а на пярэдняй частцы ёсць ступеністыя драпіны; склад блізкі да алюмініевай матрыцы, і вакол яе будуць размеркаваны неаднародныя фазы, якія змяшчаюць Fe, Si, C і O. Гэта паказвае, што механізм утварэння пры выцягванні трох сплаваў аднолькавы.
Падчас працэсу экструзіі трэнне патоку металу прывядзе да павышэння тэмпературы рабочай стужкі формы, утвараючы «ліпкі алюмініевы пласт» на рэжучай абзе ўваходу ў рабочую стужку. У той жа час лішак Si і іншых элементаў, такіх як Mn і Cr, у алюмініевым сплаве лёгка ўтварае цвёрдыя растворы, якія замяшчаюць Fe, што спрыяе ўтварэнню «ліпкага алюмініевага пласта» на ўваходзе ў рабочую зону формы.
Па меры таго, як метал рухаецца наперад і церціся аб рабочую стужку, у пэўным месцы ўзнікае зваротна-паступальны працэс бесперапыннага злучэння-разрыву-злучэння, у выніку чаго метал пастаянна накладваецца ў гэтым месцы. Калі часціцы павялічваюцца да пэўнага памеру, яны будуць адцягвацца патокам прадукту і ўтвараць драпіны на паверхні металу. Яны застануцца на паверхні металу і ўтвараць цягнучыя часціцы ў канцы драпіны. Такім чынам, можна лічыць, што ўтварэнне шурпатых часціц у асноўным звязана з прыліпаннем алюмінію да рабочай стужкі формы. Неаднародныя фазы, размеркаваныя вакол яе, могуць паходзіць ад змазачнага алею, аксідаў або часціц пылу, а таксама прымешак, якія прыносяцца з шурпатай паверхні злітка.
Аднак колькасць выцягванняў у выніках выпрабаванняў 6005A меншая, і ступень меншая. З аднаго боку, гэта звязана з фаскай на выхадзе з працоўнай стужкі формы і стараннай паліроўкай працоўнай стужкі для памяншэння таўшчыні алюмініевага пласта; з іншага боку, гэта звязана з лішкам крэмнію.
Згодна з вынікамі спектральнага аналізу, можна бачыць, што акрамя Si ў спалучэнні з MgMg2Si, астатні Si прысутнічае ў выглядзе простага рэчыва.
2.2 Дробныя часціцы на паверхні
Пры візуальным аглядзе з малым павелічэннем часціцы дробныя (≤0,5 мм), негладкія навобмацак, вострыя навобмацак і прыліпаюць да паверхні профілю. Пры павелічэнні 100X дробныя часціцы размеркаваны па паверхні хаатычна, і яны прыліпаюць да паверхні незалежна ад наяўнасці драпін ці не.
Пры павелічэнні 500X, незалежна ад таго, ці ёсць на паверхні відавочныя ступеністыя драпіны ўздоўж кірунку экструзіі, многія часціцы ўсё роўна застаюцца прымацаванымі, і памеры часціц адрозніваюцца. Найбольшы памер часціц складае каля 15 мкм, а дробныя — каля 5 мкм.
Аналіз складу паверхневых часціц сплаву 6060 і непашкоджанай матрыцы паказаў, што часціцы ў асноўным складаюцца з элементаў O, C, Si і Fe, а ўтрыманне алюмінію вельмі нізкае. Амаль усе часціцы ўтрымліваюць элементы O і C. Склад кожнай часціцы крыху адрозніваецца. Сярод іх, часціцы a маюць памер блізкі да 10 мкм, што значна вышэй, чым у матрычных Si, Mg і O; у часціцах c Si, O і Cl відавочна вышэй; часціцы d і f утрымліваюць высокае ўтрыманне Si, O і Na; часціцы e утрымліваюць Si, Fe і O; часціцы h з'яўляюцца злучэннямі, якія ўтрымліваюць Fe. Вынікі для часціц 6060 падобныя, але паколькі ўтрыманне Si і Fe ў самой 6060 нізкае, адпаведнае ўтрыманне Si і Fe ў паверхневых часціцах таксама нізкае; утрыманне C у часціцах 6060 адносна нізкае.
Павярхоўныя часціцы могуць быць не адзінкавымі дробнымі часціцамі, а ў выглядзе агрэгатаў з мноства дробных часціц рознай формы, прычым масавыя працэнты розных элементаў у розных часціцах адрозніваюцца. Лічыцца, што часціцы ў асноўным складаюцца з двух тыпаў. Адзін з іх - гэта асадкі, такія як AlFeSi і элементарны Si, якія ўтвараюцца з прымесных фаз з высокай тэмпературай плаўлення, такіх як FeAl3 або AlFeSi(Mn) у злітку, або асадкавыя фазы падчас працэсу экструзіі. Другі - гэта прыліплыя староннія рэчывы.
2.3 Уплыў шурпатасці паверхні злітка
Падчас выпрабавання было выяўлена, што задняя паверхня такарнага станка для літых стрыжняў 6005A была шурпатай і запэцканай пылам. У лакальных месцах былі выяўлены два літыя стрыжні з найбольш глыбокімі слядамі ад такарнага інструмента, што адпавядала значнаму павелічэнню колькасці выцягванняў пасля экструзіі, а памер аднаго выцягвання быў большым, як паказана на малюнку 7.
Літы стрыжань 6005A не мае такарнага станка, таму шурпатасць паверхні нізкая, а колькасць выцягванняў памяншаецца. Акрамя таго, паколькі на слядах такарнага станка на літым стрыжні няма лішку астуджальнай вадкасці, утрыманне вугляроду ў адпаведных часціцах памяншаецца. Даказана, што сляды выцягвання на паверхні літога стрыжня ў пэўнай ступені пагаршаюць выцягванне і ўтварэнне часціц.
3 Абмеркаванне
(1) Дэфекты выцягвання ў асноўным тыя ж, што і ў матрыцы. Гэта староннія часціцы, старая абалонка на паверхні злітка і іншыя прымешкі, якія назапашваюцца ў сценцы экструзійнага барабана або ў мёртвай зоне формы падчас працэсу экструзіі, якія трапляюць на паверхню металу або алюмініевы пласт працоўнай стужкі формы. Па меры руху прадукту на паверхні ўтвараюцца драпіны, і калі прадукт назапашваецца да пэўнага памеру, ён вырываецца прадуктам, утвараючы выцягванне. Пасля акіслення выцягванне падвяргаецца карозіі, і з-за яго вялікага памеру там з'яўляюцца дэфекты, падобныя на ямы.
(2) Павярхоўныя часціцы часам выглядаюць як адзінкавыя дробныя часціцы, а часам існуюць у агрэгатах. Іх склад відавочна адрозніваецца ад складу матрыцы і ў асноўным утрымлівае элементы O, C, Fe і Si. У некаторых часціцах пераважаюць элементы O і C, а ў некаторых — O, C, Fe і Si. Такім чынам, можна зрабіць выснову, што паверхневыя часціцы паходзяць з дзвюх крыніц: адна — гэта асадкі, такія як AlFeSi і элементарны Si, і прымешкі, такія як O і C, якія прыліпаюць да паверхні; другая — гэта прыліплыя староннія рэчывы. Часціцы падвяргаюцца карозіі пасля акіслення. З-за свайго малога памеру яны не аказваюць або аказваюць нязначны ўплыў на паверхню.
(3) Часціцы, багатыя элементамі C і O, у асноўным паступаюць з змазачнага алею, пылу, глебы, паветра і г.д., якія прыліплі да паверхні злітка. Асноўнымі кампанентамі змазачнага алею з'яўляюцца C, O, H, S і г.д., а асноўным кампанентам пылу і глебы з'яўляецца SiO2. Змест O ў паверхневых часціцах звычайна высокі. Паколькі часціцы знаходзяцца ў стане высокай тэмпературы адразу пасля выхаду з рабочай стужкі, і з-за вялікай удзельнай плошчы паверхні часціц яны лёгка адсарбуюць атамы O з паветра і выклікаюць акісленне пасля кантакту з паветрам, што прыводзіць да больш высокага ўтрымання O, чым у матрыцы.
(4) Fe, Si і г.д. у асноўным паходзяць з аксідаў, старой акаліны і прымесных фаз у злітку (высокаплаўная або другая фаза, якая не цалкам выдаляецца пры гамагенізацыі). Элемент Fe паходзіць з Fe ў алюмініевых злітках, утвараючы прымесныя фазы з высокай тэмпературай плаўлення, такія як FeAl3 або AlFeSi(Mn), якія не могуць быць раствараны ў цвёрдым растворы падчас працэсу гамагенізацыі або не цалкам пераўтвараюцца; Si існуе ў алюмініевай матрыцы ў выглядзе Mg2Si або перасычанага цвёрдага раствора Si падчас працэсу ліцця. Падчас працэсу гарачай экструзіі літога стрыжня лішак Si можа выпадаць у асадак. Растваральнасць Si ў алюмініі складае 0,48% пры 450°C і 0,8% (па масе) пры 500°C. Лішак Si ў 6005 складае каля 0,41%, і асадак Si можа быць агрэгацыяй і выпадзеннем, выкліканым ваганнямі канцэнтрацыі.
(5) Асноўнай прычынай расцяжэння з'яўляецца наліпанне алюмінію да працоўнай стужкі формы. Экструзійная форма знаходзіцца ў асяроддзі з высокай тэмпературай і высокім ціскам. Трэнне аб цячэнне металу павялічвае тэмпературу працоўнай стужкі формы, утвараючы «ліпкі алюмініевы пласт» на пярэднім краі ўваходу ў працоўную стужку.
У той жа час, лішак Si і іншых элементаў, такіх як Mn і Cr, у алюмініевым сплаве лёгка ўтварае цвёрдыя растворы з Fe, што спрыяе ўтварэнню «ліпкага алюмініевага пласта» на ўваходзе ў рабочую зону формы. Метал, які працякае праз «ліпкі алюмініевы пласт», з'яўляецца аб'ектам унутранага трэння (слізгальны зрух унутры металу). Метал дэфармуецца і цвярдзее з-за ўнутранага трэння, што спрыяе зліпанню металу, які знаходзіцца пад ім, і формы. У той жа час рабочая стужка формы дэфармуецца ў трубападобныя формы з-за ціску, і ліпкі алюміній, які ўтвараецца пры кантакце рэжучай часткі працоўнай стужкі з профілем, падобны да рэжучай абзы такарнага інструмента.
Утварэнне ліпкага алюмінію — гэта дынамічны працэс росту і адслойвання. Часціцы пастаянна вылучаюцца профілем. Яны прыліпаюць да паверхні профілю, утвараючы дэфекты расцяжэння. Калі ён выцякае непасрэдна з працоўнай стужкі і імгненна адсарбуецца на паверхні профілю, дробныя часціцы, якія тэрмічна прыліплі да паверхні, называюцца «адсарбцыйнымі часціцамі». Калі некаторыя часціцы будуць разбураны экструдаваным алюмініевым сплавам, іншыя часціцы будуць прыліпаць да паверхні працоўнай стужкі пры праходжанні праз працоўную стужку, выклікаючы драпіны на паверхні профілю. Хвост - гэта шматслаёвая алюмініевая матрыца. Калі ў сярэдзіне працоўнай стужкі затрымалася шмат алюмінію (сувязь моцная), гэта пагоршыць паверхневыя драпіны.
(6) Хуткасць экструзіі мае вялікі ўплыў на выцягванне. Уплыў хуткасці экструзіі. Што тычыцца адсочванага сплаву 6005, хуткасць экструзіі павялічваецца ў межах выпрабавальных дыяпазонаў, павялічваецца тэмпература на выхадзе, а колькасць паверхневых часціц, якія выцягваюць часціцы, павялічваецца і становіцца цяжэйшай па меры павелічэння механічных ліній. Хуткасць экструзіі павінна падтрымлівацца максімальна стабільнай, каб пазбегнуць рэзкіх змен хуткасці. Залішняя хуткасць экструзіі і высокая тэмпература на выхадзе прывядуць да павелічэння трэння і сур'ёзнага выцягвання часціц. Канкрэтны механізм уплыву хуткасці экструзіі на з'яву выцягвання патрабуе наступнага кантролю і праверкі.
(7) Якасць паверхні літога стрыжня таксама з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на выцягванне часціц. Паверхня літога стрыжня шурпатая, з задзірынамі ад пілы, плямамі ад алею, пылам, карозіяй і г.д., што павялічвае схільнасць да выцягвання часціц.
4 Выснова
(1) Склад дэфектаў выцягвання адпавядае складу матрыцы; склад пазіцыі часціц відавочна адрозніваецца ад складу матрыцы, у асноўным утрымліваючы элементы O, C, Fe і Si.
(2) Дэфекты выцягвання часціц у асноўным выклікаюцца прыліпаннем алюмінію да працоўнай стужкі формы. Любыя фактары, якія спрыяюць прыліпанню алюмінію да працоўнай стужкі формы, прывядуць да дэфектаў выцягвання. Зыходзячы з неабходнасці забеспячэння якасці літога стрыжня, утварэнне выцягвання часціц не аказвае непасрэднага ўплыву на склад сплаву.
(3) Правільная раўнамерная апрацоўка агнём спрыяе памяншэнню павярхоўнага выцягвання.
Час публікацыі: 10 верасня 2024 г.
