Az alumíniumötvözetből készült extrudált anyagok, különösen az alumínium profilok extrudálási folyamata során gyakran előfordulnak „gödrösödési” hibák a felületen. A specifikus tünetek közé tartoznak a változó sűrűségű, nagyon apró daganatok, a farokszerű lerakódások és a kéznél érződő, tüskés tapintás. Oxidáció vagy elektroforetikus felületkezelés után ezek gyakran fekete szemcsékként jelennek meg, amelyek a termék felületéhez tapadnak.
Nagy keresztmetszetű profilok extrudálásos gyártása során ez a hiba nagyobb valószínűséggel fordul elő a tuskó szerkezete, az extrudálási hőmérséklet, az extrudálási sebesség, a forma összetettsége stb. miatt. A gödrös hibák finom részecskéinek nagy része eltávolítható a profilfelület előkezelési folyamata, különösen az alkáli maratási folyamat során, míg kis számú nagy méretű, szilárdan tapadó részecske marad a profilfelületen, ami befolyásolja a végtermék megjelenését.
A hagyományos épületajtó- és ablakprofil-termékek esetében a vevők általában elfogadják a kisebb gödrös hibákat, de az olyan ipari profilok esetében, amelyeknél a mechanikai tulajdonságokra és a dekoratív teljesítményre egyenlő hangsúlyt kell fektetni, vagy nagyobb hangsúlyt kell fektetni a dekoratív teljesítményre, a vevők általában nem fogadják el ezt a hibát, különösen az olyan gödrös hibákat, amelyek nem egyeznek a különböző háttérszínnel.
A durva részecskék képződési mechanizmusának elemzése érdekében elemezték a különböző ötvözetösszetételek és extrudálási eljárások alatti hibahelyek morfológiáját és összetételét, és összehasonlították a hibák és a mátrix közötti különbségeket. Javasoltak egy ésszerű megoldást a durva részecskék hatékony kezelésére, és próbatesztet végeztek.
A profilok lyukkorlátozási hibáinak megoldásához meg kell érteni a lyukkorlátozási hibák kialakulásának mechanizmusát. Az extrudálási folyamat során az alumínium a szerszámgép szalagjához tapad, ami a lyukkorlátozási hibák fő oka az extrudált alumínium anyagok felületén. Ez azért van, mert az alumínium extrudálási folyamatát magas, körülbelül 450°C-os hőmérsékleten végzik. Ha ehhez hozzáadódnak a deformációs hő és a súrlódási hő hatásai, a fém hőmérséklete magasabb lesz, amikor kifolyik a szerszámfuratból. Amikor a termék kifolyik a szerszámfuratból, a magas hőmérséklet miatt az alumínium a fém és a szerszámgép szalagja között tapad.
Ennek a kötésnek a formája gyakran a következő: ismétlődő kötés – szakadás – kötés – újbóli szakadás folyamata, és a termék előrefolyik, ami sok apró gödröt eredményez a termék felületén.
Ez a kötési jelenség olyan tényezőkhöz kapcsolódik, mint a tuskó minősége, a forma munkaszalagjának felületi állapota, az extrudálási hőmérséklet, az extrudálási sebesség, a deformáció mértéke és a fém deformációs ellenállása.
1 Vizsgálati anyagok és módszerek
Előzetes kutatások során megtudtuk, hogy olyan tényezők, mint a kohászati tisztaság, a forma állapota, az extrudálási folyamat, az összetevők és a gyártási körülmények befolyásolhatják az érdesített felületű részecskéket. A teszt során két ötvözetrudat, a 6005A-t és a 6060-at használtuk ugyanazon szakasz extrudálására. Az érdesített részecskék pozícióinak morfológiáját és összetételét közvetlen leolvasású spektrométerrel és SEM detektálási módszerekkel elemeztük, és összehasonlítottuk a környező normál mátrixszal.
A kétféle hiba – a gödrös és a részecske – morfológiájának egyértelmű megkülönböztetése érdekében azokat a következőképpen definiáljuk:
(1) A gödrösödött hibák vagy húzóhibák egyfajta pontszerű hibák, amelyek a profil felületén jelennek meg, és egy szabálytalan, ebihalszerű vagy pontszerű karcoláshiba. A hiba a karcvonaltól kezdődik, és azzal végződik, hogy a hiba leválik, és a karcvonal végén fémszemcsékké halmozódik fel. A gödrös hiba mérete általában 1-5 mm, és oxidációs kezelés után sötétfeketévé válik, ami végső soron befolyásolja a profil megjelenését, ahogy az az 1. ábrán piros körrel jelölve látható.
(2) A felületi részecskéket fémbaboknak vagy adszorpciós részecskéknek is nevezik. Az alumíniumötvözet profil felületét gömb alakú, szürkésfekete keményfém részecskék rögzítik, és laza szerkezetű. Kétféle alumíniumötvözet profil létezik: a letörölhető és a nem letörölhető profilok. A méretük általában kisebb, mint 0,5 mm, és tapintásra érdes. Az elülső részen nincsenek karcolások. Oxidáció után nem sokban különbözik a mátrixtól, ahogy az az 1. ábrán látható sárga körben látható.
2 Teszteredmények és elemzés
2.1 Felületi húzó hibák
A 2. ábra a 6005A ötvözet felületén található húzóhiba mikroszerkezeti morfológiáját mutatja. A húzóhiba elülső részén lépcsőszerű karcolások találhatók, amelyek egymásra halmozott csomókkal végződnek. A csomók megjelenése után a felület visszaáll a normális állapotba. Az érdesedési hiba helye tapintásra nem sima, éles, tüskés érzetű, és a profil felületén tapad vagy felhalmozódik. Az extrudálási vizsgálat során megfigyelték, hogy a 6005A és 6060 extrudált profilok húzómorfológiája hasonló, és a termék vége nagyobb, mint a feje; a különbség az, hogy a 6005A teljes húzómérete kisebb, és a karcolás mélysége gyengül. Ez összefüggésben lehet az ötvözet összetételének, az öntött rúd állapotának és a forma körülményeinek változásaival. 100x nagyítás alatt megfigyelve a húzóterület elülső végén egyértelmű karcolások láthatók, amelyek az extrudálás irányában megnyúlnak, és a végső csomórészecskék alakja szabálytalan. 500X nagyításnál a húzófelület elülső végén lépcsőszerű karcolások láthatók az extrudálás irányában (ennek a hibának a mérete körülbelül 120 μm), és a farokvégen a göbös részecskéken jól látható egymásra halmozási nyomok láthatók.
A húzóerő okainak elemzése érdekében közvetlen leolvasású spektrométert és EDX-et használtak a három ötvözetkomponens hibahelyeinek és mátrixának komponensanalíziséhez. Az 1. táblázat a 6005A profil vizsgálati eredményeit mutatja. Az EDX eredmények azt mutatják, hogy a húzó részecskék egymásra rakódási pozíciójának összetétele alapvetően hasonló a mátrix összetételéhez. Ezenkívül néhány finom szennyező részecske halmozódik fel a húzóerő hibájában és körülötte, és a szennyező részecskék C-t, O-t (vagy Cl-t), illetve Fe-t, Si-t és S-t tartalmaznak.
A 6005A finom oxidációjú extrudált profilok érdesedési hibáinak elemzése azt mutatja, hogy a húzó részecskék nagy méretűek (1-5 mm), a felület többnyire egymásra rakódott, és lépcsőszerű karcolások vannak az elülső részen; az összetétel közel áll az Al mátrixhoz, és körülötte heterogén fázisok találhatók, amelyek Fe, Si, C és O ionokat tartalmaznak. Ez azt mutatja, hogy a három ötvözet húzó képződési mechanizmusa azonos.
Az extrudálási folyamat során a fémáramlási súrlódás a szerszámgyártó szalag hőmérsékletének emelkedését okozza, ami egy „ragadós alumínium réteget” képez a szerszámgyártó szalag bejáratánál. Ugyanakkor a felesleges Si és más elemek, például a Mn és a Cr az alumíniumötvözetben könnyen helyettesíthetik a Fe-t szilárd oldatokká, ami elősegíti a „ragadós alumínium réteg” kialakulását a szerszámgyártó zóna bejáratánál.
Ahogy a fém előrehalad és súrlódik a munkaszalaghoz, egy bizonyos helyen egy állandó kötés-szakadás-kötés jelensége jön létre, ami a fém folyamatos egymásra rakódását okozza ezen a helyen. Amikor a részecskék elérnek egy bizonyos méretet, az áramló anyag elhúzza őket, és karcolásokat képeznek a fém felületén. A részecskék a fém felületén maradnak, és a karcolás végén húzó részecskéket képeznek. Ezért úgy tekinthető, hogy az érdesített részecskék képződése főként az alumíniumnak a szerszám munkaszalagjához való tapadásával függ össze. A körülötte eloszló heterogén fázisok származhatnak kenőolajból, oxidokból vagy porrészecskékből, valamint a tuskó érdes felülete által hozott szennyeződésekből.
A 6005A teszteredményekben azonban a húzások száma kisebb, a mértékük pedig világosabb. Ez egyrészt a szerszámgyártó szalag kijáratánál lévő letörésnek és a szalag gondos polírozásának köszönhető, amely az alumíniumréteg vastagságának csökkentését célozza; másrészt a felesleges Si-tartalommal van összefüggésben.
A közvetlen leolvasású spektrális összetételi eredmények alapján látható, hogy az MgMg2Si-vel kombinált Si mellett a fennmaradó Si egyszerű anyag formájában jelenik meg.
2.2 Kis részecskék a felületen
Alacsony nagyítású vizuális vizsgálat során a részecskék kicsik (≤0,5 mm), tapintásra nem simák, élesek és a profil felületéhez tapadnak. 100x nagyítás alatt megfigyelve a felületen lévő apró részecskék véletlenszerűen oszlanak el, és a felülethez tapadva apró méretű részecskék vannak, függetlenül attól, hogy vannak-e karcolások vagy sem;
500X nagyításnál, függetlenül attól, hogy vannak-e a felületen az extrudálás irányában látható lépcsőszerű karcolások, sok részecske továbbra is tapad, és a részecskeméret változó. A legnagyobb részecskeméret körülbelül 15 μm, a kis részecskék pedig körülbelül 5 μm.
A 6060 ötvözet felületi részecskéinek és az ép mátrix összetételének elemzése alapján a részecskék főként O, C, Si és Fe elemekből állnak, az alumíniumtartalom pedig nagyon alacsony. Szinte minden részecske O és C elemeket tartalmaz. Az egyes részecskék összetétele kissé eltér. Közülük az a részecskék közel 10 μm-esek, ami jelentősen magasabb, mint a mátrix Si, Mg és O tartalma; a c részecskékben a Si, O és Cl tartalma nyilvánvalóan magasabb; a d és f részecskék magas Si, O és Na tartalommal rendelkeznek; az e részecskék Si, Fe és O tartalmat tartalmaznak; a h részecskék Fe-tartalmú vegyületek. A 6060 részecskék eredményei hasonlóak ehhez, de mivel a 6060-asban a Si és Fe tartalom alacsony, a felületi részecskékben a megfelelő Si és Fe tartalom is alacsony; a 6060 részecskék C-tartalma viszonylag alacsony.
A felületi részecskék nem feltétlenül egyetlen apró részecske, hanem számos különböző alakú apró részecske aggregátumai formájában is létezhetnek, és a különböző elemek tömegszázaléka a különböző részecskékben változó. Úgy vélik, hogy a részecskék főként két típusból állnak. Az egyik a kicsapódások, mint például az AlFeSi és az elemi Si, amelyek a magas olvadáspontú szennyező fázisokból, például a FeAl3-ból vagy az AlFeSi(Mn)-ból származnak a tömbben, vagy a kicsapódási fázisokból az extrudálási folyamat során. A másik a tapadó idegen anyag.
2.3 A tuskó felületi érdességének hatása
A teszt során kiderült, hogy a 6005A öntöttvas eszterga hátsó felülete érdes és poros volt. Két öntöttvas rúdon voltak a legmélyebb esztergaszerszám-nyomok lokális helyeken, ami a húzások számának jelentős növekedését jelentette az extrudálás után, és egyetlen húzás mérete is nagyobb volt, ahogy az a 7. ábrán látható.
A 6005A öntöttvas rúd nem rendelkezik esztergával, így a felületi érdesség alacsony, és a húzások száma is csökken. Ezenkívül, mivel az öntöttvas esztergálási nyomaihoz nem tapad felesleges vágófolyadék, a megfelelő részecskék C-tartalma is csökken. Bizonyított, hogy az öntöttvas felületén lévő esztergálási nyomok bizonyos mértékig súlyosbítják a húzást és a részecskeképződést.
3 Megbeszélés
(1) A húzóhibák összetevői alapvetően megegyeznek a mátrix hibáival. Idegen részecskék, a tuskó felületén lévő régi bőr és egyéb szennyeződések halmozódnak fel az extrudáló henger falában vagy a forma holt területén az extrudálási folyamat során, és ezek kerülnek a fémfelületre vagy a formamegmunkáló szalag alumínium rétegére. Ahogy a termék előrehalad, felületi karcolások keletkeznek, és amikor a termék egy bizonyos méretet elér, a termék eltávolítja, hogy húzóhidat képezzen. Az oxidáció után a húzóhidat korrodálta, és nagy mérete miatt gödörszerű hibák keletkeztek ott.
(2) A felületi részecskék néha egyetlen apró részecskékként jelennek meg, néha pedig aggregált formában léteznek. Összetételük nyilvánvalóan eltér a mátrixétól, és főként O, C, Fe és Si elemeket tartalmaz. Néhány részecskében az O és a C elemek dominálnak, míg más részecskében az O, C, Fe és Si. Ezért arra következtethetünk, hogy a felületi részecskék két forrásból származnak: az egyik a kicsapódások, például az AlFeSi és az elemi Si, valamint a felülethez tapadó szennyeződések, például az O és a C; a másik pedig a tapadó idegen anyag. A részecskék oxidáció után korrodálódnak. Kis méretük miatt nincs vagy csak kis hatással vannak a felületre.
(3) A C- és O-elemekben gazdag részecskék főként a tuskó felületéhez tapadó kenőolajból, porból, talajból, levegőből stb. származnak. A kenőolaj fő összetevői a C, O, H, S stb., a por és a talaj fő összetevője pedig a SiO2. A felületi részecskék O-tartalma általában magas. Mivel a részecskék a munkaszalag elhagyása után azonnal magas hőmérsékletű állapotban vannak, és a részecskék nagy fajlagos felülete miatt könnyen adszorbeálják a levegőben lévő O-atomokat, és a levegővel való érintkezés után oxidációt okoznak, ami magasabb O-tartalmat eredményez, mint a mátrixban.
(4) Az Fe, Si stb. főként az öntöttvas oxidjaiból, régi revéből és szennyeződési fázisaiból származik (magas olvadáspontú vagy második fázis, amelyet a homogenizálás nem távolít el teljesen). Az Fe elem az alumíniumöntvényekben található Fe-ből származik, magas olvadáspontú szennyeződési fázisokat, például FeAl3-at vagy AlFeSi(Mn) képezve, amelyek a homogenizálási folyamat során nem oldódnak szilárd oldatban, vagy nem alakulnak át teljesen; a Si az alumínium mátrixban Mg2Si vagy a Si túltelített szilárd oldata formájában van jelen az öntési folyamat során. Az öntöttvas forró extrudálási folyamata során a felesleges Si kicsapódhat. A Si oldhatósága alumíniumban 0,48% 450°C-on és 0,8% (tömeg%) 500°C-on. A 6005-ös típusú öntöttvas felesleges Si-tartalma körülbelül 0,41%, és a kicsapódott Si a koncentrációingadozások miatt aggregációt és kicsapódást okozhat.
(5) Az alumínium tapadása a szerszám szalagjához a húzódás fő oka. Az extrudáló szerszám magas hőmérsékletű és nagynyomású környezetben működik. A fémáramlási súrlódás növeli a szerszám szalagjának hőmérsékletét, és „ragadós alumínium réteget” képez a szalag bejáratának vágóélénél.
Ugyanakkor a felesleges Si és más elemek, például az alumíniumötvözetben lévő Mn és Cr könnyen helyettesíthetik a Fe-vel szilárd oldatokat, ami elősegíti a „ragadós alumíniumréteg” kialakulását a forma munkazónájának bejáratánál. A „ragadós alumíniumrétegen” átáramló fém belső súrlódáshoz tartozik (a fém belsejében csúszó nyírás). A fém a belső súrlódás miatt deformálódik és megkeményedik, ami elősegíti az alatta lévő fém és a forma összetapadását. Ugyanakkor a forma munkaszalagja a nyomás miatt trombita alakúra deformálódik, és a munkaszalag vágóélének a profillal érintkező részének ragadós alumíniuma hasonló egy esztergaszerszám vágóéléhez.
A ragadós alumínium képződése egy dinamikus növekedési és leválási folyamat. A profil folyamatosan részecskéket hoz ki. Ezek a profil felületéhez tapadnak, húzóhibákat képezve. Ha közvetlenül kifolyik a munkaszalagból, és azonnal adszorbeálódik a profil felületén, akkor a felülethez termikusan tapadó apró részecskéket „adszorpciós részecskéknek” nevezik. Ha az extrudált alumíniumötvözet egyes részecskéket eltör, akkor egyes részecskék a munkaszalag felületéhez tapadnak, amikor áthaladnak rajta, karcolásokat okozva a profil felületén. A vége a rétegzett alumínium mátrix. Ha sok alumínium ragad a munkaszalag közepére (a kötés erős), az súlyosbítja a felületi karcolásokat.
(6) Az extrudálási sebesség nagy hatással van a húzásra. Az extrudálási sebesség hatása. Ami a lánctalpas 6005 ötvözetet illeti, az extrudálási sebesség a vizsgálati tartományon belül növekszik, a kimeneti hőmérséklet növekszik, és a felületi húzó részecskék száma növekszik, és nehezebbé válik a mechanikai vonalak növekedésével. Az extrudálási sebességet a lehető legstabilabb szinten kell tartani, hogy elkerüljük a hirtelen sebességváltozásokat. A túlzott extrudálási sebesség és a magas kimeneti hőmérséklet fokozott súrlódást és súlyos részecskehúzást eredményez. Az extrudálási sebesség húzási jelenségre gyakorolt hatásának specifikus mechanizmusa későbbi nyomon követést és ellenőrzést igényel.
(7) Az öntött rúd felületi minősége szintén fontos tényező, amely befolyásolja a részecskék húzását. Az öntött rúd felülete érdes, fűrészsorjákkal, olajfoltokkal, porral, korrózióval stb. szennyezett, amelyek mind növelik a részecskék húzásának hajlamát.
4 Következtetés
(1) A húzóhibák összetétele megegyezik a mátrix összetételével; a részecskepozíció összetétele nyilvánvalóan eltér a mátrix összetételétől, főként O, C, Fe és Si elemeket tartalmaz.
(2) A húzórészecske-hibákat főként az alumínium öntőszalaghoz való tapadása okozza. Bármely tényező, amely elősegíti az alumínium öntőszalaghoz való tapadását, húzóhibákat okoz. Az öntöttvas minőségének biztosítása érdekében a húzórészecskék keletkezése nincs közvetlen hatással az ötvözet összetételére.
(3) A megfelelő, egyenletes tűzkezelés előnyös a felületi húzás csökkentésében.
Közzététel ideje: 2024. szeptember 10.
