Alumīnija sakausējuma ekstrudētu materiālu, īpaši alumīnija profilu, ekstrūzijas procesā uz virsmas bieži rodas "bedrīšu" defekts. Specifiskās izpausmes ir ļoti mazi audzēji ar dažādu blīvumu, astes un izteikta roku sajūta ar asu sajūtu. Pēc oksidēšanas vai elektroforētiskas virsmas apstrādes tie bieži izskatās kā melnas granulas, kas pielīp pie izstrādājuma virsmas.
Liela profila profilu ekstrūzijas ražošanā šis defekts, visticamāk, rodas lietņa struktūras, ekstrūzijas temperatūras, ekstrūzijas ātruma, veidnes sarežģītības u. c. ietekmē. Lielāko daļu smalko bedraino defektu daļiņu var noņemt profila virsmas pirmapstrādes procesā, īpaši sārmu kodināšanas procesā, savukārt neliels skaits lielu, stingri pielipušu daļiņu paliek uz profila virsmas, ietekmējot gatavā produkta izskata kvalitāti.
Parastos ēku durvju un logu profilu izstrādājumos klienti parasti pieņem nelielus bedrainus defektus, bet rūpnieciskajiem profiliem, kuriem nepieciešams vienāds uzsvars uz mehāniskajām īpašībām un dekoratīvo veiktspēju vai lielāks uzsvars uz dekoratīvo veiktspēju, klienti parasti nepieņem šo defektu, jo īpaši bedrainus defektus, kas neatbilst atšķirīgajai fona krāsai.
Lai analizētu raupju daļiņu veidošanās mehānismu, tika analizēta defektu atrašanās vietu morfoloģija un sastāvs dažādos sakausējumu sastāvos un ekstrūzijas procesos, kā arī salīdzinātas atšķirības starp defektiem un matricu. Tika piedāvāts saprātīgs risinājums raupju daļiņu efektīvai atrisināšanai un veikts izmēģinājuma tests.
Lai atrisinātu profilu punktveida defektu problēmu, ir jāsaprot punktveida defektu veidošanās mehānisms. Ekstrūzijas procesā alumīnija pielipšana pie presformas lentes ir galvenais punktveida defektu cēlonis uz ekstrudēta alumīnija materiālu virsmas. Tas ir tāpēc, ka alumīnija ekstrūzijas process notiek augstā temperatūrā, aptuveni 450°C. Ja tiek pievienota deformācijas siltuma un berzes siltuma ietekme, metāla temperatūra, izplūstot no presformas atveres, būs augstāka. Kad produkts izplūst no presformas atveres, augstās temperatūras dēļ rodas alumīnija pielipšanas parādība starp metālu un presformas lenti.
Šīs līmēšanas veids bieži vien ir: atkārtots līmēšanas – plēšanas – līmēšanas – atkal plēšanas process, un produkts plūst uz priekšu, kā rezultātā uz produkta virsmas veidojas daudzas mazas bedrītes.
Šī saistīšanās parādība ir saistīta ar tādiem faktoriem kā lietņa kvalitāte, veidnes darba lentes virsmas stāvoklis, ekstrūzijas temperatūra, ekstrūzijas ātrums, deformācijas pakāpe un metāla deformācijas izturība.
1 Testa materiāli un metodes
Veicot sākotnējos pētījumus, mēs uzzinājām, ka tādi faktori kā metalurģiskā tīrība, veidnes statuss, ekstrūzijas process, sastāvdaļas un ražošanas apstākļi var ietekmēt virsmas raupjās daļiņas. Testā viena un tā paša šķērsgriezuma ekstrudēšanai tika izmantoti divi sakausējuma stieņi, 6005A un 6060. Rupjo daļiņu pozīciju morfoloģija un sastāvs tika analizēts, izmantojot tiešās nolasīšanas spektrometru un SEM noteikšanas metodes, un salīdzināts ar apkārtējo normālo matricu.
Lai skaidri atšķirtu divu defektu - bedraino un daļiņu - morfoloģiju, tie ir definēti šādi:
(1) Bedraini defekti jeb vilkšanas defekti ir punktveida defekts, kas ir neregulāri kurkuļa vai punktveida skrāpējuma defekti, kas parādās profila virsmā. Defekts sākas no skrāpējuma joslas un beidzas ar defekta atdalīšanos, uzkrājoties metāla graudiņos skrāpējuma līnijas galā. Bedrainā defekta izmērs parasti ir 1–5 mm, un pēc oksidācijas apstrādes tas kļūst tumši melns, kas galu galā ietekmē profila izskatu, kā parādīts sarkanajā aplī 1. attēlā.
(2) Virsmas daļiņas sauc arī par metāla pupiņām vai adsorbcijas daļiņām. Alumīnija sakausējuma profila virsma ir piestiprināta ar sfēriskām pelēkmelnām cietmetāla daļiņām, un tai irdena struktūra. Ir divu veidu alumīnija sakausējuma profili: tie, kurus var noslaucīt, un tie, kurus nevar noslaucīt. Izmērs parasti ir mazāks par 0,5 mm, un uz tausti tie ir raupji. Priekšējā daļā nav skrāpējumu. Pēc oksidēšanās tie daudz neatšķiras no matricas, kā parādīts dzeltenajā aplī 1. attēlā.
2 Testa rezultāti un analīze
2.1 Virsmas vilkšanas defekti
2. attēlā redzama 6005A sakausējuma virsmas vilkšanas defekta mikrostrukturālā morfoloģija. Vilkšanas vietas priekšpusē ir pakāpienveida skrambas, kas beidzas ar sakrautiem mezgliņiem. Pēc mezgliņu parādīšanās virsma atgriežas normālā stāvoklī. Rupjības defekta atrašanās vieta nav gluda uz tausti, tai ir asa, dzeloņaina sajūta, un tā pielīp vai uzkrājas uz profila virsmas. Ekstrūzijas testa laikā tika novērots, ka 6005A un 6060 ekstrudēto profilu vilkšanas morfoloģija ir līdzīga, un produkta gala gals ir lielāks nekā gala gals; atšķirība ir tāda, ka 6005A kopējais vilkšanas izmērs ir mazāks un skrambas dziļums ir samazināts. Tas var būt saistīts ar sakausējuma sastāva, liešanas stieņa stāvokļa un veidnes apstākļu izmaiņām. Novērojot 100x palielinājumā, vilkšanas vietas priekšpusē ir redzamas skrambas, kas ir pagarinātas ekstrūzijas virzienā, un galīgo mezgliņu daļiņu forma ir neregulāra. Pie 500X palielinājuma vilkšanas virsmas priekšējam galam ir pakāpienveida skrambas ekstrūzijas virzienā (šī defekta izmērs ir aptuveni 120 μm), un uz mezglainajām daļiņām astes galā ir acīmredzamas kraušanas pēdas.
Lai analizētu vilkšanas cēloņus, trīs sakausējuma komponentu defektu atrašanās vietu un matricas komponentu analīzei tika izmantots tiešās nolasīšanas spektrometrs un EDX. 1. tabulā parādīti 6005A profila testa rezultāti. EDX rezultāti liecina, ka vilkšanas daļiņu kraušanas pozīcijas sastāvs būtībā ir līdzīgs matricas sastāvam. Turklāt vilkšanas defektā un ap to ir uzkrājušās dažas smalkas piemaisījumu daļiņas, un piemaisījumu daļiņas satur C, O (vai Cl) vai Fe, Si un S.
6005A smalki oksidētu ekstrudētu profilu raupjuma defektu analīze liecina, ka vilkšanas daļiņas ir liela izmēra (1–5 mm), virsma pārsvarā ir sakrauta, un priekšējā daļā ir pakāpienveida skrambas; sastāvs ir tuvs Al matricai, un ap to būs izkliedētas heterogēnas fāzes, kas satur Fe, Si, C un O. Tas parāda, ka visu trīs sakausējumu vilkšanas veidošanās mehānisms ir vienāds.
Ekstrūzijas procesa laikā metāla plūsmas berze paaugstinās veidnes darba lentes temperatūru, veidojot “lipīgu alumīnija slāni” pie darba lentes ieejas griešanas malas. Tajā pašā laikā alumīnija sakausējuma Si un citu elementu, piemēram, Mn un Cr, pārpalikums viegli veido aizvietojošus cietus šķīdumus ar Fe, kas veicinās “lipīga alumīnija slāņa” veidošanos pie veidnes darba zonas ieejas.
Metālam plūstot uz priekšu un berzējoties pret darba lenti, noteiktā pozīcijā rodas nepārtrauktas savienošanās-plēšanas-savienošanās abpusēji kustīga parādība, kas izraisa metāla nepārtrauktu uzklāšanos šajā pozīcijā. Kad daļiņas palielinās līdz noteiktam izmēram, plūstošais produkts tās aizrauj un veido skrāpējumus uz metāla virsmas. Tās paliek uz metāla virsmas un skrāpējuma beigās veido vilkšanas daļiņas. Tādēļ var uzskatīt, ka raupjo daļiņu veidošanās galvenokārt ir saistīta ar alumīnija pielipšanu pie veidnes darba lentes. Ap to izkliedētās heterogēnās fāzes var rasties no smēreļļas, oksīdiem vai putekļu daļiņām, kā arī no piemaisījumiem, ko rada lietņa raupjā virsma.
Tomēr 6005A testa rezultātos vilkšanas reižu skaits ir mazāks un pakāpe ir vieglāka. No vienas puses, tas ir saistīts ar slīpēšanu veidnes darba lentes izejā un rūpīgu darba lentes pulēšanu, lai samazinātu alumīnija slāņa biezumu; no otras puses, tas ir saistīts ar pārmērīgu Si saturu.
Saskaņā ar tiešās nolasīšanas spektrālā sastāva rezultātiem var redzēt, ka papildus Si kombinācijā ar MgMg2Si atlikušais Si parādās vienkāršas vielas veidā.
2.2 Mazas daļiņas uz virsmas
Vizuāli pārbaudot ar mazu palielinājumu, daļiņas ir mazas (≤0,5 mm), nav gludas pieskaroties, tām ir asa sajūta un tās pielīp pie profila virsmas. Novērojot ar 100x palielinājumu, mazas daļiņas uz virsmas ir nejauši izvietotas, un pie virsmas ir pielipušas maza izmēra daļiņas neatkarīgi no tā, vai ir skrāpējumi vai nē.
Pie 500X, neatkarīgi no tā, vai uz virsmas ekstrūzijas virzienā ir redzamas pakāpienveida skrambas, daudzas daļiņas joprojām ir pielipušas, un daļiņu izmēri mainās. Lielākais daļiņu izmērs ir aptuveni 15 μm, bet mazās daļiņas ir aptuveni 5 μm.
Veicot 6060 sakausējuma virsmas daļiņu un neskartās matricas sastāva analīzi, daļiņas galvenokārt sastāv no O, C, Si un Fe elementiem, un alumīnija saturs ir ļoti zems. Gandrīz visas daļiņas satur O un C elementus. Katras daļiņas sastāvs nedaudz atšķiras. Starp tām a daļiņas ir tuvu 10 μm, kas ir ievērojami vairāk nekā matricas Si, Mg un O; c daļiņās Si, O un Cl ir acīmredzami vairāk; d un f daļiņās ir daudz Si, O un Na; e daļiņās ir Si, Fe un O; h daļiņas ir Fe saturoši savienojumi. 6060 daļiņu rezultāti ir līdzīgi šim, bet, tā kā Si un Fe saturs pašā 6060 ir zems, atbilstošais Si un Fe saturs virsmas daļiņās ir arī zems; C saturs 6060 daļiņās ir relatīvi zems.
Virsmas daļiņas var nebūt atsevišķas mazas daļiņas, bet var pastāvēt arī daudzu mazu daļiņu agregāciju veidā ar dažādām formām, un dažādu elementu masas procentuālais daudzums dažādās daļiņās atšķiras. Tiek uzskatīts, ka daļiņas galvenokārt sastāv no divu veidu daļiņām. Viena ir nogulsnes, piemēram, AlFeSi un elementārais Si, kas rodas no augstas kušanas temperatūras piemaisījumu fāzēm, piemēram, FeAl3 vai AlFeSi(Mn) lietnī, vai nogulšņu fāzēm ekstrūzijas procesā. Otra ir pielipušas svešķermeņi.
2.3. Stieņa virsmas raupjuma ietekme
Testa laikā tika konstatēts, ka 6005A lietā stieņa virpas aizmugurējā virsma ir raupja un notraipīta ar putekļiem. Bija divi lietā stieņi ar dziļākajām virpošanas instrumentu atzīmēm lokālās vietās, kas atbilda ievērojamam vilkšanas reižu skaita pieaugumam pēc ekstrūzijas, un viena vilkšanas reižu izmērs bija lielāks, kā parādīts 7. attēlā.
6005A lietajam stienim nav virpas, tāpēc virsmas raupjums ir zems un samazinās vilkšanas reižu skaits. Turklāt, tā kā uz lieta stieņa virpošanas pēdām nav pieķērusies lieka griešanas šķidruma, atbilstošajās daļiņās samazinās C saturs. Ir pierādīts, ka virpošanas pēdas uz lieta stieņa virsmas zināmā mērā saasina vilkšanu un daļiņu veidošanos.
3 Diskusija
(1) Vilkšanas defektu sastāvdaļas būtībā ir tādas pašas kā matricas sastāvdaļas. Tās ir svešķermeņi, vecā kārtiņa uz stieņa virsmas un citi piemaisījumi, kas uzkrājušies ekstrūzijas mucas sienā vai veidnes mirušajā zonā ekstrūzijas procesa laikā, un tie nonāk uz veidnes darba lentes metāla virsmas vai alumīnija slāņa. Produktam plūstot uz priekšu, rodas virsmas skrāpējumi, un, kad produkts uzkrājas līdz noteiktam izmēram, tas tiek izvadīts, veidojot vilkšanas objektu. Pēc oksidēšanās vilkšanas objekts ir sarūsējis, un tā lielā izmēra dēļ tur ir bedres veida defekti.
(2) Virsmas daļiņas dažreiz parādās kā atsevišķas mazas daļiņas, bet dažreiz pastāv agregātu veidā. To sastāvs acīmredzami atšķiras no matricas sastāva un galvenokārt satur O, C, Fe un Si elementus. Dažās daļiņās dominē O un C elementi, bet citās daļiņās dominē O, C, Fe un Si. Tādēļ tiek secināts, ka virsmas daļiņas nāk no diviem avotiem: viens ir nogulsnes, piemēram, AlFeSi un elementārais Si, un pie virsmas ir pielipuši piemaisījumi, piemēram, O un C; otrs ir pielipušas svešķermeņi. Daļiņas pēc oksidēšanās korodē. To mazā izmēra dēļ tām nav vai ir maza ietekme uz virsmu.
(3) Daļiņas, kas bagātas ar C un O elementiem, galvenokārt rodas no smēreļļas, putekļiem, augsnes, gaisa utt., kas pielipušas pie stieņa virsmas. Smēreļļas galvenās sastāvdaļas ir C, O, H, S utt., un putekļu un augsnes galvenā sastāvdaļa ir SiO2. Virsmas daļiņu O saturs parasti ir augsts. Tā kā daļiņas tūlīt pēc atstāšanas no darba lentes atrodas augstā temperatūrā un daļiņu lielās īpatnējās virsmas dēļ tās viegli adsorbē O atomus gaisā un pēc saskares ar gaisu izraisa oksidēšanos, kā rezultātā O saturs ir augstāks nekā matricā.
(4) Fe, Si u. c. galvenokārt rodas no oksīdiem, vecās katlakmens un piemaisījumu fāzēm lietnī (augsta kušanas temperatūra vai otrā fāze, kas netiek pilnībā izvadīta homogenizējot). Fe elements alumīnija lietņos rodas no Fe, veidojot augstas kušanas temperatūras piemaisījumu fāzes, piemēram, FeAl3 vai AlFeSi(Mn), kuras homogenizācijas procesā nevar izšķīdināt cietā šķīdumā vai netiek pilnībā pārveidotas; Si alumīnija matricā atrodas Mg2Si vai pārsātināta Si cietā šķīduma veidā liešanas procesā. Lietā stieņa karstās ekstrūzijas procesā var nogulsnēties Si pārpalikums. Si šķīdība alumīnijā ir 0,48 % pie 450 °C un 0,8 % (svara %) pie 500 °C. Si pārpalikuma saturs 6005 ir aptuveni 0,41 %, un nogulsnētais Si var veidoties agregācijai un nogulsnēšanai koncentrācijas svārstību dēļ.
(5) Alumīnija pielipšana pie veidnes darba lentes ir galvenais stiepšanas cēlonis. Ekstrūzijas veidne ir augstas temperatūras un spiediena vide. Metāla plūsmas berze paaugstina veidnes darba lentes temperatūru, veidojot "lipīgu alumīnija slāni" pie darba lentes ieejas griešanas malas.
Tajā pašā laikā alumīnija sakausējumā esošais Si un citi elementi, piemēram, Mn un Cr, viegli aizstāj cietos šķīdumus ar Fe, kas veicinās “lipīga alumīnija slāņa” veidošanos veidnes darba zonas ieejā. Metāls, kas plūst caur “lipīgo alumīnija slāni”, pieder pie iekšējās berzes (slīdošā bīde metāla iekšpusē). Metāls deformējas un sacietē iekšējās berzes dēļ, kas veicina pamatā esošā metāla un veidnes salipšanu. Tajā pašā laikā veidnes darba lente spiediena ietekmē deformējas trompetes formā, un lipīgais alumīnijs, ko veido darba lentes griešanas mala, saskaroties ar profilu, ir līdzīgs virpošanas instrumenta griešanas malai.
Lipīga alumīnija veidošanās ir dinamisks augšanas un lobīšanās process. Profils pastāvīgi iznes daļiņas. Tās pielīp pie profila virsmas, veidojot vilkšanas defektus. Ja tas izplūst tieši no darba lentes un acumirklī adsorbējas uz profila virsmas, mazās daļiņas, kas termiski pielipušas pie virsmas, sauc par "adsorbcijas daļiņām". Ja ekstrudētais alumīnija sakausējums salauž dažas daļiņas, dažas daļiņas, ejot cauri darba lentei, pielips pie darba lentes virsmas, izraisot skrāpējumus profila virsmā. Aizmugurējais gals ir sakrauta alumīnija matrica. Ja darba lentes vidū ir iestrēdzis daudz alumīnija (savienojums ir spēcīgs), tas saasinās virsmas skrāpējumus.
(6) Ekstrūzijas ātrumam ir liela ietekme uz vilkšanu. Ekstrūzijas ātruma ietekme. Attiecībā uz izsekoto 6005 sakausējumu ekstrūzijas ātrums testa diapazonā palielinās, izejas temperatūra palielinās, un virsmas vilkšanas daļiņu skaits palielinās un kļūst smagāks, palielinoties mehāniskajām līnijām. Ekstrūzijas ātrums jāuztur pēc iespējas stabilāks, lai izvairītos no pēkšņām ātruma izmaiņām. Pārmērīgs ekstrūzijas ātrums un augsta izejas temperatūra novedīs pie palielinātas berzes un nopietnas daļiņu vilkšanas. Konkrētais ekstrūzijas ātruma ietekmes mehānisms uz vilkšanas fenomenu prasa turpmāku uzraudzību un pārbaudi.
(7) Arī liešanas stieņa virsmas kvalitāte ir svarīgs faktors, kas ietekmē vilkšanas daļiņas. Liešanas stieņa virsma ir raupja, ar zāģveida dzirkstelēm, eļļas traipiem, putekļiem, koroziju utt., kas viss palielina daļiņu vilkšanas tendenci.
4 Secinājums
(1) Vilkšanas defektu sastāvs atbilst matricas sastāvam; daļiņu pozīcijas sastāvs acīmredzami atšķiras no matricas sastāva, galvenokārt saturot O, C, Fe un Si elementus.
(2) Vilkšanas daļiņu defektus galvenokārt izraisa alumīnija pielipšana pie veidnes lentes. Jebkuri faktori, kas veicina alumīnija pielipšanu pie veidnes lentes, radīs vilkšanas defektus. Lai nodrošinātu liešanas stieņa kvalitāti, vilkšanas daļiņu ģenerēšanai nav tiešas ietekmes uz sakausējuma sastāvu.
(3) Pareiza, vienmērīga uguns apstrāde ir labvēlīga virsmas vilkšanas samazināšanai.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 10. septembris
