Podczas procesu wytłaczania materiałów wytłaczanych ze stopów aluminium, zwłaszcza profili aluminiowych, na powierzchni często pojawia się wada „wżerów”. Do specyficznych objawów należą bardzo małe guzy o różnej gęstości, ogonki i wyraźne wyczucie w dotyku, z kolczastym odczuciem. Po utlenieniu lub elektroforetycznej obróbce powierzchni często pojawiają się jako czarne granulki przylegające do powierzchni produktu.
W przypadku wytłaczania profili o dużych przekrojach wada ta występuje częściej ze względu na wpływ struktury wlewka, temperatury wytłaczania, prędkości wytłaczania, złożoności formy itp. Większość drobnych cząstek wad wżerowych można usunąć podczas procesu wstępnej obróbki powierzchni profilu, zwłaszcza w procesie trawienia alkalicznego, podczas gdy niewielka liczba dużych, mocno przylegających cząstek pozostaje na powierzchni profilu, wpływając na jakość wyglądu końcowego produktu.
W przypadku zwykłych profili drzwiowych i okiennych klienci zazwyczaj akceptują drobne wady w postaci wżerów, ale w przypadku profili przemysłowych, w których wymagany jest równy nacisk na właściwości mechaniczne i walory dekoracyjne lub większy nacisk na walory dekoracyjne, klienci zazwyczaj nie akceptują tych wad, w szczególności wad w postaci wżerów, które nie pasują do innego koloru tła.
Aby przeanalizować mechanizm powstawania szorstkich cząstek, przeanalizowano morfologię i skład miejsc występowania defektów przy różnych składach stopów i procesach wytłaczania, a także porównano różnice między defektami a matrycą. Zaproponowano rozsądne rozwiązanie, aby skutecznie rozwiązać problem szorstkich cząstek, i przeprowadzono test próbny.
Aby rozwiązać problem wad wżerów w profilach, konieczne jest zrozumienie mechanizmu powstawania wad wżerów. Podczas procesu wytłaczania, przywieranie aluminium do pasa roboczego matrycy jest główną przyczyną wad wżerów na powierzchni wytłaczanych materiałów aluminiowych. Dzieje się tak, ponieważ proces wytłaczania aluminium jest przeprowadzany w wysokiej temperaturze około 450°C. Jeśli dodamy efekty ciepła odkształcenia i ciepła tarcia, temperatura metalu będzie wyższa, gdy wypłynie on z otworu matrycy. Gdy produkt wypływa z otworu matrycy, ze względu na wysoką temperaturę, występuje zjawisko przywierania aluminium między metalem a pasem roboczym formy.
Forma tego wiązania jest często następująca: powtarzający się proces wiązania – rozrywania – wiązania – rozrywania, a produkt płynie do przodu, co powoduje powstawanie wielu małych wgłębień na powierzchni produktu.
Zjawisko to jest związane z takimi czynnikami, jak jakość wlewka, stan powierzchni pasa roboczego formy, temperatura wytłaczania, prędkość wytłaczania, stopień odkształcenia i odporność metalu na odkształcenie.
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 mieć wpływ na chropowatą powierzchnię cząstek. W teście wykorzystano dwa pręty ze stopu, 6005A i 6060, do wytłoczenia tej samej sekcji. Morfologię i skład pozycji chropowatych cząstek analizowano za pomocą spektrometru z bezpośrednim odczytem i metod detekcji SEM, a następnie porównywano z otaczającą normalną matrycą.
Aby wyraźnie rozróżnić morfologię dwóch defektów, wżerów i cząstek, definiuje się je następująco:
(1) Wady wżerowe lub wady ciągnące to rodzaj wady punktowej, która jest nieregularnym defektem w postaci rysy przypominającej kijankę lub punkt, który pojawia się na powierzchni profilu. Wada zaczyna się od paska rysy i kończy odpadnięciem wady, gromadząc się w metalowych ziarnach na końcu linii rysy. Rozmiar wady wżerowej wynosi zazwyczaj 1-5 mm i staje się ciemnoczarna po obróbce utleniającej, co ostatecznie wpływa na wygląd profilu, jak pokazano w czerwonym kółku na rysunku 1.
(2) Cząstki powierzchniowe są również nazywane ziarnami metalu lub cząstkami adsorpcyjnymi. Powierzchnia profilu stopu aluminium jest przymocowana za pomocą sferycznych szaro-czarnych twardych cząstek metalu i ma luźną strukturę. Istnieją dwa rodzaje profili stopu aluminium: takie, które można zetrzeć i takie, których nie można zetrzeć. Rozmiar jest na ogół mniejszy niż 0,5 mm i jest szorstki w dotyku. W przedniej części nie ma zarysowań. Po utlenieniu nie różni się zbytnio od matrycy, jak pokazano w żółtym kółku na rysunku 1.
2 Wyniki testów i analiza
2.1 Wady powierzchniowe
Rysunek 2 przedstawia mikrostrukturalną morfologię wady rozciągania na powierzchni stopu 6005A. W przedniej części rozciągania występują schodkowe rysy, które kończą się ułożonymi w stos grudkami. Po pojawieniu się grudek powierzchnia wraca do normy. Lokalizacja wady chropowatości nie jest gładka w dotyku, ma ostry, cierniowy charakter i przylega lub gromadzi się na powierzchni profilu. Podczas testu wytłaczania zaobserwowano, że morfologia rozciągania wytłaczanych profili 6005A i 6060 jest podobna, a koniec produktu jest większy niż koniec głowicy; różnica polega na tym, że całkowity rozmiar rozciągania 6005A jest mniejszy, a głębokość zarysowania jest osłabiona. Może to być związane ze zmianami w składzie stopu, stanie pręta odlewanego i warunkach formy. Obserwowane pod 100X, widoczne są wyraźne ślady zarysowań na przednim końcu obszaru wyciągania, który jest wydłużony wzdłuż kierunku wytłaczania, a kształt końcowych cząstek grudek jest nieregularny. Przy 500X, przedni koniec powierzchni wyciągania ma schodkowe zarysowania wzdłuż kierunku wytłaczania (rozmiar tego defektu wynosi około 120 μm), a widoczne są wyraźne ślady układania się na cząstkach grudek na końcu ogonowym.
Aby przeanalizować przyczyny wyciągania, spektrometr bezpośredniego odczytu i EDX zostały użyte do przeprowadzenia analizy komponentów w lokalizacjach defektów i matrycy trzech składników stopu. Tabela 1 przedstawia wyniki testów profilu 6005A. Wyniki EDX pokazują, że skład pozycji ułożenia cząstek wyciągających jest zasadniczo podobny do składu matrycy. Ponadto, niektóre drobne cząstki zanieczyszczeń gromadzą się w i wokół defektu wyciągania, a cząstki zanieczyszczeń zawierają C, O (lub Cl) lub Fe, Si i S.
Analiza wad chropowatości profili wytłaczanych drobno utlenionych 6005A pokazuje, że cząstki ciągnące są duże (1-5 mm), powierzchnia jest w większości ułożona w stos, a na przedniej sekcji występują rysy przypominające stopnie; skład jest zbliżony do matrycy Al, a wokół niej będą rozproszone fazy heterogeniczne zawierające Fe, Si, C i O. Pokazuje to, że mechanizm formowania się ciągnącego dla trzech stopów jest taki sam.
Podczas procesu wytłaczania 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 strefy roboczej formy.
Gdy metal płynie do przodu i ociera się o pas roboczy, w pewnym położeniu zachodzi zjawisko posuwisto-zwrotne ciągłego wiązania-rozrywania-wiązania, powodując, że metal ciągle się nakłada w tym położeniu. Gdy cząstki zwiększą się do pewnego rozmiaru, zostaną odciągnięte przez płynący produkt i utworzą ślady zarysowań na powierzchni metalu. Pozostaną na powierzchni metalu i utworzą ciągnące cząstki na końcu zarysowania. Dlatego można uznać, że powstawanie zgrubionych cząstek jest głównie związane z przywieraniem aluminium do pasa roboczego formy. Niejednorodne fazy rozproszone wokół niego mogą pochodzić z oleju smarowego, tlenków lub cząstek pyłu, a także zanieczyszczeń wnoszonych przez szorstką powierzchnię wlewka.
Jednak liczba pociągnięć w wynikach testu 6005A jest mniejsza, a stopień jest mniejszy. 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.
Zgodnie z wynikami bezpośredniego odczytu składu widmowego można zauważyć, że oprócz Si połączonego z MgMg2Si, pozostały Si występuje w postaci prostej substancji.
2.2 Małe cząsteczki na powierzchni
Podczas wizualnej inspekcji przy małym powiększeniu cząstki są małe (≤0,5 mm), nie są gładkie w dotyku, mają ostry charakter i przylegają do powierzchni profilu. Obserwowane przy powiększeniu 100X, małe cząstki na powierzchni są rozłożone losowo, a do powierzchni przyczepione są cząstki małych rozmiarów, niezależnie od tego, czy występują zarysowania, czy nie;
Przy 500X, niezależnie od tego, czy na powierzchni wzdłuż kierunku wytłaczania są widoczne rysy przypominające schody, wiele cząstek jest nadal przyczepionych, a ich rozmiary są różne. Największy rozmiar cząstki wynosi około 15 μm, a małe cząstki około 5 μm.
Analiza składu cząstek powierzchniowych stopu 6060 i nienaruszonej matrycy wykazała, że cząstki składają się głównie z pierwiastków O, C, Si i Fe, a zawartość glinu jest bardzo niska. Prawie wszystkie cząstki zawierają pierwiastki O i C. Skład każdej cząstki jest nieco inny. Wśród nich cząstki a mają wielkość zbliżoną do 10 μm, co jest znacznie więcej niż matryca Si, Mg i O; w cząstkach c Si, O i Cl są oczywiście wyższe; cząstki d i f zawierają dużo Si, O i Na; cząstki e zawierają Si, Fe i O; cząstki h to związki zawierające Fe. Wyniki cząstek 6060 są podobne, 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 formie skupisk wielu małych cząstek o różnych kształtach, a procentowa zawartość masowa różnych pierwiastków w różnych cząstkach jest różna. Uważa się, że cząstki składają się głównie z dwóch typów. Jednym z nich są osady, takie jak AlFeSi i pierwiastkowy Si, które pochodzą z faz zanieczyszczeń o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak FeAl3 lub AlFeSi(Mn) w sztabce lub faz osadów podczas procesu wytłaczania. Drugim jest przylegająca materia obca.
2.3 Wpływ chropowatości powierzchni wlewka
Podczas testu stwierdzono, że tylna powierzchnia tokarki do prętów odlewanych 6005A była szorstka i pokryta pyłem. Były dwa pręty odlewane z najgłębszymi śladami narzędzi tokarskich w lokalnych lokalizacjach, co odpowiadało znacznemu wzrostowi liczby pociągnięć po wytłaczaniu, a rozmiar pojedynczego pociągnięcia był większy, jak pokazano na rysunku 7.
Pręt odlewany 6005A nie ma tokarki, więc chropowatość powierzchni jest niska, a liczba pociągnięć jest zmniejszona. Ponadto, ponieważ nie ma nadmiaru płynu chłodząco-smarującego przyczepionego do śladów toczenia pręta odlewanego, zawartość C w odpowiadających cząsteczkach jest zmniejszona. Udowodniono, że ślady toczenia na powierzchni pręta odlewanego będą pogarszać ciągnięcie i formowanie się cząstek w pewnym stopniu.
3 Dyskusja
(1) Składniki wad wyciągania są zasadniczo takie same jak w przypadku matrycy. To obce cząstki, stara skóra na powierzchni wlewka i inne zanieczyszczenia nagromadzone w ścianie cylindra wytłaczającego lub martwym obszarze formy podczas procesu wytłaczania, które są przenoszone na powierzchnię metalu lub warstwę aluminium pasa roboczego formy. Gdy produkt płynie do przodu, powstają zarysowania powierzchni, a gdy produkt gromadzi się do określonego rozmiaru, jest on usuwany przez produkt, tworząc wyciąganie. Po utlenieniu wyciąganie uległo korozji, a ze względu na jego duży rozmiar pojawiły się tam wady przypominające dołki.
(2) Cząstki powierzchniowe czasami pojawiają się jako pojedyncze małe cząstki, a czasami występują w formie zagregowanej. Ich skład jest oczywiście inny niż skład matrycy i zawiera głównie pierwiastki O, C, Fe i Si. Niektóre cząstki są zdominowane przez pierwiastki O i C, a niektóre przez O, C, Fe i Si. Dlatego wnioskuje się, że cząstki powierzchniowe pochodzą z dwóch źródeł: jednym z nich są osady, takie jak AlFeSi i pierwiastkowy Si, a zanieczyszczenia, takie jak O i C, są przytwierdzone do powierzchni; drugim jest przytwierdzona materia obca. Cząstki są korodowane po utlenieniu. Ze względu na ich mały rozmiar nie mają one żadnego lub niewielkiego wpływu na powierzchnię.
(3) Cząstki bogate w pierwiastki C i O pochodzą głównie z oleju smarowego, pyłu, gleby, powietrza itp. przyklejonych do powierzchni wlewka. Głównymi składnikami oleju smarowego są C, O, H, S itp., a głównym składnikiem pyłu i gleby jest SiO2. Zawartość O w cząstkach powierzchniowych jest na ogół wysoka. Ponieważ cząstki znajdują się w stanie wysokiej temperatury bezpośrednio po opuszczeniu pasa roboczego i ze względu na dużą powierzchnię właściwą cząstek, łatwo adsorbują atomy O w powietrzu i powodują utlenianie po kontakcie z powietrzem, co skutkuje wyższą zawartością O niż w matrycy.
(4) Fe, Si itp. pochodzą głównie z tlenków, starej zgorzeliny i faz zanieczyszczeń w sztabce (wysoka temperatura topnienia lub druga faza, która nie jest całkowicie eliminowana przez homogenizację). Pierwiastek Fe pochodzi z Fe w sztabkach aluminiowych, tworząc fazy zanieczyszczeń o wysokiej temperaturze topnienia, takie jak FeAl3 lub AlFeSi(Mn), które nie mogą być rozpuszczone w roztworze stałym podczas procesu homogenizacji lub nie są w pełni przekształcane; Si występuje w matrycy aluminiowej w postaci Mg2Si lub przesyconego roztworu stałego Si podczas procesu odlewania. Podczas procesu wytłaczania na gorąco pręta odlewanego może wytrącić się nadmiar Si. Rozpuszczalność Si w aluminium wynosi 0,48% w temperaturze 450°C i 0,8% (wag.%) w temperaturze 500°C. Nadmiar Si w 6005 wynosi około 0,41%, a wytrącony Si może być agregacją i wytrącaniem spowodowanym przez wahania stężenia.
(5) Główną przyczyną ciągnięcia jest przywieranie aluminium do pasa roboczego formy. Matryca wytłaczająca jest środowiskiem o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Tarcie przepływu metalu zwiększy temperaturę 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 stałe roztwory zastępcze z Fe, co sprzyja tworzeniu się „lepkiej warstwy aluminium” na wejściu do strefy roboczej formy. Metal przepływający przez „lepką warstwę aluminium” należy do tarcia wewnętrznego (ścinanie ślizgowe wewnątrz metalu). Metal odkształca się i twardnieje z powodu tarcia wewnętrznego, co sprzyja przywieraniu do siebie metalu znajdującego się pod spodem i formy. Jednocześnie pas roboczy formy jest odkształcany w kształt trąbki z powodu ciśnienia, a lepkie aluminium utworzone przez część krawędzi tnącej pasa roboczego stykającą się z profilem jest podobne do krawędzi tnącej narzędzia tokarskiego.
Powstawanie lepkiego aluminium jest dynamicznym procesem wzrostu i zrzucania. Cząsteczki są stale wydobywane przez profil. Przylegają do powierzchni profilu, tworząc wady ciągnące. Jeśli wypływa bezpośrednio z pasa roboczego i jest natychmiast adsorbowany na powierzchni profilu, małe cząstki termicznie przylegające do powierzchni nazywane są „cząstkami adsorpcyjnymi”. Jeśli niektóre cząstki zostaną rozbite przez wytłaczany stop aluminium, niektóre cząstki przykleją się do powierzchni pasa roboczego podczas przechodzenia przez pas roboczy, powodując zarysowania na powierzchni profilu. Tylny koniec to ułożona w stos matryca aluminiowa. Gdy w środku pasa roboczego znajduje się dużo aluminium (wiązanie jest mocne), pogorszy to zarysowania powierzchni.
(6) Prędkość wytłaczania ma duży wpływ na ciągnięcie. Wpływ prędkości wytłaczania. Jeśli chodzi o śledzony stop 6005, prędkość wytłaczania wzrasta w zakresie testowym, temperatura wylotowa wzrasta, a liczba cząstek powierzchniowych ciągnących wzrasta i staje się cięższa w miarę wzrostu linii mechanicznych. Prędkość wytłaczania powinna być utrzymywana tak stabilnie, jak to możliwe, aby uniknąć nagłych zmian prędkości. Nadmierna prędkość wytłaczania i wysoka temperatura wylotowa doprowadzą do zwiększonego tarcia i poważnego wyciągania cząstek. Konkretny mechanizm wpływu prędkości wytłaczania na zjawisko wyciągania wymaga późniejszej obserwacji i weryfikacji.
(7) Jakość powierzchni pręta odlewanego jest również ważnym czynnikiem wpływającym na wyciąganie cząstek. Powierzchnia pręta odlewanego jest szorstka, z zadziorami piły, plamami oleju, kurzem, korozją itp., co zwiększa tendencję do wyciągania cząstek.
4. Wnioski
(1) Skład defektów wyciągania jest zgodny ze składem matrycy; skład położenia cząstek wyraźnie różni się od składu matrycy i zawiera głównie pierwiastki O, C, Fe i Si.
(2) Wady cząstek ciągnących są spowodowane głównie przywieraniem aluminium do pasa roboczego formy. Wszelkie czynniki sprzyjające przywieraniu aluminium do pasa roboczego formy będą powodować wady ciągnące. W założeniu zapewnienia jakości pręta odlewanego, generowanie cząstek ciągnących nie ma bezpośredniego wpływu na skład stopu.
(3) Prawidłowe, równomierne traktowanie ogniem jest korzystne w ograniczaniu naciągania powierzchni.
Czas publikacji: 10-09-2024
