Podczas procesu wytłaczania materiałów wytłaczanych ze stopów aluminium, zwłaszcza profili aluminiowych, na powierzchni często pojawia się defekt „wżerów”. Specyficzne objawy obejmują bardzo małe guzy o różnej gęstości, ogonie i wyraźnym wyczuciu dłoni, z uczuciem kolców. Po utlenieniu lub elektroforetycznej obróbce powierzchni często pojawiają się w postaci czarnych granulek przylegających do powierzchni produktu.
W procesie wytłaczania profili o dużych przekrojach prawdopodobieństwo wystąpienia tej wady jest większe ze względu na wpływ struktury wlewka, temperatury wytłaczania, prędkości wytłaczania, złożoności formy itp. Większość drobnych cząstek wad wżerowych można usunąć podczas procesu proces wstępnej obróbki powierzchni profili, zwłaszcza proces trawienia alkalicznego, podczas gdy niewielka liczba dużych, mocno przylegających cząstek pozostaje na powierzchni profilu, wpływając na jakość wyglądu produktu końcowego.
W przypadku zwykłych profili drzwiowych i okiennych do budynków klienci na ogół akceptują drobne wady wżerowe, ale w przypadku profili przemysłowych, które wymagają równego nacisku na właściwości mechaniczne i właściwości dekoracyjne lub większego nacisku na właściwości dekoracyjne, klienci na ogół nie akceptują tej wady, zwłaszcza wad wżerowych, które są niezgodne z innym kolorem tła.
W celu analizy mechanizmu powstawania cząstek szorstkich przeanalizowano morfologię i skład lokalizacji defektów w przypadku różnych składów stopów i procesów wytłaczania oraz porównano różnice pomiędzy defektami a osnową. Zaproponowano rozsądne rozwiązanie umożliwiające skuteczne rozwiązanie szorstkich cząstek i przeprowadzono badanie próbne.
Aby wyeliminować defekty wżerowe profili, konieczne jest zrozumienie mechanizmu powstawania defektów wżerowych. Główną przyczyną powstawania defektów wżerowych na powierzchni wyciskanych materiałów aluminiowych podczas procesu wytłaczania jest przyklejanie się aluminium do taśmy roboczej matrycy. Dzieje się tak dlatego, że proces wytłaczania aluminium odbywa się w wysokiej temperaturze około 450°C. Jeśli doda się do tego wpływ ciepła odkształcenia i ciepła tarcia, temperatura metalu będzie wyższa, gdy wypłynie on z otworu matrycy. Gdy wyrób wypływa z otworu matrycy, pod wpływem wysokiej temperatury dochodzi do zjawiska przyklejania się aluminium pomiędzy metalem a pasem roboczym formy.
Formą tego wiązania jest często: powtarzający się proces łączenia – rozdzierania – łączenia – ponownego rozdzierania, po czym produkt płynie do przodu, w wyniku czego na powierzchni produktu powstaje wiele małych wżerów.
To zjawisko wiązania jest związane z takimi czynnikami, jak jakość wlewka, stan powierzchni pasa roboczego formy, temperatura wytłaczania, prędkość wytłaczania, stopień odkształcenia i odporność metalu na odkształcenia.
1 Materiały i metody badawcze
Dzięki wstępnym badaniom dowiedzieliśmy się, że czynniki takie jak czystość metalurgiczna, stan formy, proces wytłaczania, składniki i warunki produkcji mogą wpływać na chropowatą powierzchnię cząstek. W teście do wytłaczania tego samego przekroju użyto dwóch prętów ze stopu 6005A i 6060. Morfologię i skład szorstkich pozycji cząstek analizowano za pomocą spektrometru bezpośredniego odczytu i metod detekcji SEM i porównano z otaczającą normalną matrycą.
Aby wyraźnie rozróżnić morfologię dwóch defektów wżerów i cząstek, definiuje się je w następujący sposób:
(1) Wady wżerowe lub wady ciągnące to rodzaj wady punktowej, która jest nieregularną wadą przypominającą kijankę lub punktową w postaci zarysowania, która pojawia się na powierzchni profilu. Wada zaczyna się od paska zarysowania, a kończy na odpadnięciu wady, gromadząc się w metalowe ziarenka na końcu linii zarysowania. Rozmiar wżerów wynosi zazwyczaj 1–5 mm i po utlenianiu staje się ciemnoczarny, co ostatecznie wpływa na wygląd profilu, jak pokazano w czerwonym kółku na rysunku 1.
(2) Cząstki powierzchniowe nazywane są również ziarnami metalu lub cząstkami adsorpcyjnymi. Powierzchnia profilu ze stopu aluminium jest połączona z kulistymi, szaro-czarnymi cząsteczkami twardego metalu i ma luźną strukturę. Istnieją dwa rodzaje profili ze stopów aluminium: te, które można wytrzeć i te, których nie można wytrzeć. Rozmiar jest zazwyczaj mniejszy niż 0,5 mm i jest szorstki w dotyku. Z przodu nie ma żadnych rys. Po utlenieniu niewiele różni się od matrycy, jak pokazano w żółtym kółku na rysunku 1.
2 Wyniki badań i analiza
2.1 Wady rozciągania powierzchni
Na rysunku 2 przedstawiono morfologię mikrostrukturalną wady rozciągającej na powierzchni stopu 6005A. W przedniej części pociągnięcia występują schodkowe rysy, zakończone ułożonymi w stos guzkami. Po pojawieniu się guzków powierzchnia wraca do normy. Miejsce ubytku chropowatości nie jest gładkie w dotyku, ma ostry, kolczasty charakter i przywiera lub gromadzi się na powierzchni profilu. W teście wytłaczania zaobserwowano, że morfologia ciągnienia wytłaczanych profili 6005A i 6060 jest podobna, a tył produktu jest większy niż przód; różnica polega na tym, że ogólny rozmiar ciągnięcia 6005A jest mniejszy, a głębokość zarysowania jest osłabiona. Może to być związane ze zmianami w składzie stopu, stanie pręta odlewanego i warunkach formy. Zaobserwowane pod 100X widoczne są wyraźne ślady zarysowań na przednim końcu obszaru ciągnięcia, który jest wydłużony wzdłuż kierunku wytłaczania, a kształt końcowych cząstek guzków jest nieregularny. Przy powiększeniu 500X przedni koniec powierzchni ciągnącej ma schodkowe rysy wzdłuż kierunku wytłaczania (wielkość tej wady wynosi około 120 μm), a na końcu znajdują się wyraźne ślady układania się cząstek sferycznych.
W celu analizy przyczyn wyciągania wykorzystano spektrometr z bezpośrednim odczytem i EDX do przeprowadzenia analizy komponentów w zakresie lokalizacji defektów i matrycy trzech składników stopu. W tabeli 1 przedstawiono wyniki badań profilu 6005A. Wyniki EDX pokazują, że skład miejsca ułożenia cząstek ciągnących jest w zasadzie podobny do składu matrycy. Ponadto w defektu ciągnącym i wokół niego gromadzą się pewne drobne cząstki zanieczyszczeń, a cząstki zanieczyszczeń zawierają C, O (lub Cl) lub Fe, Si i S.
Analiza defektów szorstkości drobno utlenionych profili wytłaczanych 6005A pokazuje, że cząstki ciągnące są duże (1-5 mm), powierzchnia jest w większości spiętrzona, a na przedniej części występują schodkowe rysy; Skład jest zbliżony do matrycy Al i wokół niej będą rozmieszczone heterogeniczne fazy zawierające Fe, Si, C i O. Pokazuje, że mechanizm powstawania ciągnącego trzech stopów jest taki sam.
Podczas procesu wytłaczania tarcie przepływu metalu powoduje wzrost temperatury pasa roboczego formy, tworząc „lepką warstwę aluminium” na krawędzi tnącej wejścia pasa roboczego. Jednocześnie nadmiar Si i innych pierwiastków, takich jak Mn i Cr, w stopie aluminium łatwo tworzy zastępcze roztwory stałe z Fe, co będzie sprzyjać tworzeniu się „lepkiej warstwy aluminium” na wejściu do strefy roboczej formy.
Gdy metal przepływa do przodu i ociera się o pas roboczy, w pewnym miejscu zachodzi zjawisko posuwisto-zwrotne ciągłego wiązania-rozrywania-wiązania, powodując ciągłe nakładanie się metalu w tym położeniu. Kiedy cząstki osiągną określony rozmiar, zostaną odciągnięte przez przepływający produkt i utworzą ślady zarysowań na metalowej powierzchni. Pozostanie na powierzchni metalu i na końcu rysy utworzy cząsteczki ciągnące. w związku z tym można uznać, że powstawanie szorstkich cząstek jest głównie związane z przywieraniem aluminium do pasa roboczego formy. Rozsiane wokół niego fazy heterogeniczne mogą pochodzić z oleju smarowego, tlenków lub cząstek pyłu, a także zanieczyszczeń nanoszonych przez chropowatą powierzchnię wlewka.
Jednak liczba pociągnięć w wynikach testu 6005A jest mniejsza, a stopień jest lżejszy. Z jednej strony jest to spowodowane fazowaniem na wyjściu pasa roboczego formy i starannym polerowaniem pasa roboczego w celu zmniejszenia grubości warstwy aluminium; z drugiej strony jest to związane z nadmierną zawartością Si.
Na podstawie wyników bezpośredniego odczytu składu widmowego można zauważyć, że oprócz Si połączonego z Mg Mg2Si, pozostały Si występuje w postaci prostej substancji.
2.2 Małe cząstki na powierzchni
Przy oględzinach przy małym powiększeniu cząsteczki są małe (≤0,5mm), niegładkie w dotyku, sprawiają wrażenie ostrych i przylegają do powierzchni profilu. W przypadku obserwacji przy powiększeniu 100X małe cząstki na powierzchni są rozmieszczone losowo, a do powierzchni przyczepiają się cząstki o małych rozmiarach, niezależnie od tego, czy występują zadrapania, czy nie;
Przy powiększeniu 500X, niezależnie od tego, czy na powierzchni wzdłuż kierunku wytłaczania występują wyraźne schodkowe rysy, wiele cząstek jest nadal przyczepionych, a ich rozmiary są różne. Największy rozmiar cząstek wynosi około 15 µm, a małych cząstek około 5 µm.
Dzięki analizie składu cząstek powierzchniowych stopu 6060 i nienaruszonej matrycy cząstki składają się głównie z pierwiastków O, C, Si i Fe, a zawartość aluminium jest bardzo niska. Prawie wszystkie cząstki zawierają pierwiastki O i C. Skład każdej cząsteczki jest nieco inny. Wśród nich cząstki a mają wielkość zbliżoną do 10 μm, czyli znacznie więcej niż w osnowie Si, Mg i O; W cząstkach c Si, O i Cl są oczywiście wyższe; Cząstki dib zawierają duże ilości Si, O i Na; cząstki e zawierają Si, Fe i O; h cząstki są związkami zawierającymi Fe. Wyniki dla cząstek 6060 są podobne do tego, ale ponieważ zawartość Si i Fe w samym 6060 jest niska, odpowiadające im zawartości Si i Fe w cząstkach powierzchniowych są również niskie; zawartość C w cząstkach 6060 jest stosunkowo niska.
Cząstki powierzchniowe mogą nie być pojedynczymi małymi cząstkami, ale mogą również występować w postaci skupisk wielu małych cząstek o różnych kształtach, a procenty masowe różnych pierwiastków w różnych cząstkach są różne. Uważa się, że cząstki składają się głównie z dwóch rodzajów. Jednym z nich są wydzielenia, takie jak AlFeSi i pierwiastkowy Si, które pochodzą z faz zanieczyszczeń o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak FeAl3 lub AlFeSi(Mn) we wlewku, lub z faz wydzieleń podczas procesu wytłaczania. Drugim jest przylegająca substancja obca.
2.3 Wpływ chropowatości powierzchni wlewka
W trakcie badań stwierdzono, że tylna powierzchnia tokarki żerowej 6005A jest chropowata i zabrudzona kurzem. Stwierdzono dwa żerdzie odlane z najgłębszymi śladami narzędzi tokarskich w lokalnych lokalizacjach, co odpowiadało znacznemu wzrostowi liczby przeciągnięć po wytłaczaniu, a wielkość pojedynczego wyciągnięcia była większa, co pokazano na rysunku 7.
Pręt odlewany 6005A nie ma tokarki, dzięki czemu chropowatość powierzchni jest niska, a liczba pociągnięć jest zmniejszona. Ponadto, ponieważ na śladach tokarki na odlanym pręcie nie gromadzi się nadmiar chłodziwa, zawartość C w odpowiednich cząstkach jest zmniejszona. Udowodniono, że ślady skrętu na powierzchni odlanego pręta w pewnym stopniu pogarszają ciągnięcie i powstawanie cząstek.
3 Dyskusja
(1) Składniki defektów ciągnących są w zasadzie takie same jak składowe matrycy. To właśnie cząstki obce, stary naskórek na powierzchni wlewka i inne zanieczyszczenia nagromadzone w ściance cylindra wytłaczającego lub martwej strefie formy podczas procesu wytłaczania, przedostają się na powierzchnię metalu lub warstwę aluminiową formy. pasek. W miarę przepływu produktu do przodu powstają zadrapania powierzchni, a gdy produkt zgromadzi się do określonego rozmiaru, jest on usuwany przez produkt, powodując ciągnięcie. Po utlenieniu ciąg uległ korozji, a ze względu na duże rozmiary występowały w nim ubytki wgłębieniowe.
(2) Cząstki powierzchniowe czasami pojawiają się jako pojedyncze małe cząstki, a czasami występują w formie zagregowanej. Ich skład różni się oczywiście od składu osnowy i zawiera głównie pierwiastki O, C, Fe i Si. W niektórych cząstkach dominują pierwiastki O i C, a w innych O, C, Fe i Si. Dlatego wnioskuje się, że cząstki powierzchniowe pochodzą z dwóch źródeł: jednym są wydzielenia, takie jak AlFeSi i pierwiastkowy Si, oraz zanieczyszczenia, takie jak O i C, przylegające do powierzchni; Drugim jest przylegająca substancja obca. Po utlenieniu cząstki ulegają korozji. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary nie mają żadnego wpływu lub mają niewielki wpływ na powierzchnię.
(3) Cząsteczki bogate w pierwiastki C i O pochodzą głównie z oleju smarowego, pyłu, gleby, powietrza itp. przylegających do powierzchni wlewka. Głównymi składnikami oleju smarowego są C, O, H, S itp., a głównym składnikiem pyłów i gleby jest SiO2. Zawartość O w cząstkach powierzchniowych jest na ogół wysoka. Ponieważ cząstki zaraz po opuszczeniu pasa roboczego znajdują się w stanie wysokiej temperatury, a także ze względu na dużą powierzchnię właściwą cząstek, łatwo adsorbują atomy O z powietrza i powodują utlenianie w kontakcie z powietrzem, co skutkuje wyższą zawartością O zawartość niż matryca.
(4) Fe, Si itp. pochodzą głównie z tlenków, starej zgorzeliny i faz zanieczyszczeń we wlewku (wysoka temperatura topnienia lub druga faza, która nie jest całkowicie eliminowana przez homogenizację). Pierwiastek Fe pochodzi z Fe we wlewkach aluminiowych, tworząc fazy zanieczyszczeń o wysokiej temperaturze topnienia, takie jak FeAl3 lub AlFeSi(Mn), które nie mogą zostać rozpuszczone w roztworze stałym podczas procesu homogenizacji lub nie są w pełni przetworzone; Si występuje w osnowie aluminiowej w postaci Mg2Si lub przesyconego stałego roztworu Si podczas procesu odlewania. Podczas procesu wytłaczania żeliwa na gorąco może wytrącić się nadmiar Si. Rozpuszczalność Si w aluminium wynosi 0,48% w temperaturze 450°C i 0,8% (% wag.) w temperaturze 500°C. Nadmierna zawartość Si w 6005 wynosi około 0,41%, a wytrącony Si może ulegać agregacji i wytrącaniu spowodowanemu wahaniami stężenia.
(5) Główną przyczyną ciągnięcia jest aluminium przyklejające się do paska roboczego formy. Matryca do wytłaczania to środowisko o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Tarcie przepływu metalu spowoduje wzrost temperatury pasa roboczego formy, tworząc „lepką warstwę aluminium” na krawędzi tnącej wejścia pasa roboczego.
Jednocześnie nadmiar Si i innych pierwiastków, takich jak Mn i Cr, w stopie aluminium łatwo tworzy zastępcze roztwory stałe z Fe, co będzie sprzyjać tworzeniu się „lepkiej warstwy aluminium” na wejściu do strefy roboczej formy. Metal przepływający przez „lepką warstwę aluminium” podlega tarciu wewnętrznemu (ścinaniu ślizgowemu wewnątrz metalu). Metal odkształca się i twardnieje w wyniku tarcia wewnętrznego, co sprzyja sklejaniu się metalu znajdującego się pod spodem i formy. Jednocześnie pas roboczy formy pod wpływem nacisku odkształca się w kształt trąbki, a lepkie aluminium utworzone przez stykającą się z profilem część krawędzi tnącej pasa roboczego przypomina krawędź tnącą narzędzia tokarskiego.
Tworzenie się lepkiego aluminium jest dynamicznym procesem wzrostu i zrzucania. Cząsteczki są stale wydobywane przez profil. Przylegają do powierzchni profilu, tworząc defekty ciągnące. Jeśli wypływa bezpośrednio z taśmy roboczej i jest natychmiast adsorbowany na powierzchni profilu, małe cząstki termicznie przylegające do powierzchni nazywane są „cząstkami adsorpcyjnymi”. Jeżeli część cząstek zostanie rozbita przez wytłaczany stop aluminium, część cząstek przylgnie do powierzchni taśmy roboczej podczas przechodzenia przez nią, powodując zarysowania powierzchni profilu. Tylną część stanowi ułożona w stos aluminiowa matryca. Jeśli na środku pasa roboczego utknie dużo aluminium (wiązanie jest mocne), spowoduje to pogorszenie zarysowań powierzchni.
(6) Prędkość wytłaczania ma duży wpływ na ciągnięcie. Wpływ prędkości wytłaczania. W przypadku gąsienicowego stopu 6005 prędkość wytłaczania wzrasta w zakresie testowym, wzrasta temperatura na wylocie, a liczba cząstek ciągnących powierzchnię wzrasta i staje się cięższa wraz ze wzrostem linii mechanicznych. Prędkość wytłaczania powinna być utrzymywana na możliwie stabilnym poziomie, aby uniknąć nagłych zmian prędkości. Nadmierna prędkość wytłaczania i wysoka temperatura na wylocie doprowadzą do zwiększonego tarcia i poważnego ciągnięcia cząstek. Specyficzny mechanizm wpływu prędkości wytłaczania na zjawisko rozciągania wymaga późniejszej obserwacji i weryfikacji.
(7) Jakość powierzchni odlanego pręta jest również ważnym czynnikiem wpływającym na cząstki ciągnące. Powierzchnia odlanego pręta jest szorstka, występują na niej zadziory, plamy oleju, kurz, korozja itp., co zwiększa tendencję do ciągnięcia cząstek.
4 Wniosek
(1) Skład defektów ciągnących jest zgodny ze składem osnowy; skład cząstek różni się oczywiście od składu matrycy, zawierającej głównie pierwiastki O, C, Fe i Si.
(2) Wady cząstek ciągnących są spowodowane głównie przywieraniem aluminium do paska roboczego formy. Wszelkie czynniki sprzyjające przywieraniu aluminium do pasa roboczego formy będą powodować wady ciągnące. Przy założeniu zapewnienia jakości odlanego pręta powstawanie cząstek ciągnących nie ma bezpośredniego wpływu na skład stopu.
(3) Właściwa, jednolita obróbka ogniowa jest korzystna w ograniczaniu ciągnięcia powierzchni.
Czas publikacji: 10 września 2024 r
