Durante o proceso de extrusión de materiais extruídos de aliaxe de aluminio, especialmente perfís de aluminio, adoita producirse un defecto de "picaduras" na superficie. As manifestacións específicas inclúen tumores moi pequenos con densidades variables, colas e unha sensación táctil evidente, con sensación de puntas. Despois da oxidación ou do tratamento electroforético da superficie, adoitan aparecer como gránulos negros adheridos á superficie do produto.
Na produción por extrusión de perfís de sección grande, é máis probable que este defecto se produza debido á influencia da estrutura do lingote, a temperatura de extrusión, a velocidade de extrusión, a complexidade do molde, etc. A maioría das partículas finas dos defectos picados pódense eliminar durante o proceso de pretratamento da superficie do perfil, especialmente o proceso de gravado alcalino, mentres que un pequeno número de partículas de gran tamaño e firmemente adheridas permanecen na superficie do perfil, o que afecta á calidade da aparencia do produto final.
Nos produtos de perfís de portas e fiestras de edificios comúns, os clientes xeralmente aceptan defectos menores con picado, pero para os perfís industriais que requiren a mesma énfase nas propiedades mecánicas e no rendemento decorativo ou máis énfase no rendemento decorativo, os clientes xeralmente non aceptan este defecto, especialmente os defectos con picado que son inconsistentes coa diferente cor de fondo.
Para analizar o mecanismo de formación de partículas rugosas, analizouse a morfoloxía e a composición das localizacións dos defectos baixo diferentes composicións de aliaxe e procesos de extrusión, e comparáronse as diferenzas entre os defectos e a matriz. Propúxose unha solución razoable para resolver eficazmente as partículas rugosas e realizouse unha proba de proba.
Para resolver os defectos de picaduras dos perfís, é necesario comprender o mecanismo de formación dos defectos de picaduras. Durante o proceso de extrusión, a adherencia do aluminio á cinta de traballo da matriz é a principal causa dos defectos de picaduras na superficie dos materiais de aluminio extruído. Isto débese a que o proceso de extrusión do aluminio lévase a cabo a unha temperatura elevada duns 450 °C. Se se engaden os efectos da calor de deformación e a calor de fricción, a temperatura do metal será maior cando saia do orificio da matriz. Cando o produto sae do orificio da matriz, debido á alta temperatura, prodúcese un fenómeno de adherencia do aluminio entre o metal e a cinta de traballo do molde.
A forma desta unión adoita ser: un proceso repetido de unión – rasgado – unión – rasgado de novo, e o produto flúe cara adiante, o que resulta en moitos pequenos buratos na superficie do produto.
Este fenómeno de unión está relacionado con factores como a calidade do lingote, o estado da superficie da cinta de traballo do molde, a temperatura de extrusión, a velocidade de extrusión, o grao de deformación e a resistencia á deformación do metal.
1 Materiais e métodos de proba
A través dunha investigación preliminar, aprendemos que factores como a pureza metalúrxica, o estado do molde, o proceso de extrusión, os ingredientes e as condicións de produción poden afectar as partículas rugosas da superficie. Na proba, empregáronse dúas varillas de aliaxe, 6005A e 6060, para extruir a mesma sección. A morfoloxía e a composición das posicións das partículas rugosas analizáronse mediante espectrómetro de lectura directa e métodos de detección SEM, e comparáronse coa matriz normal circundante.
Para distinguir claramente a morfoloxía dos dous defectos, picaduras e partículas, defínense do seguinte xeito:
(1) Os defectos con picaduras ou defectos de tracción son un tipo de defecto puntual, que é un defecto de raiado irregular en forma de cágado ou punto que aparece na superficie do perfil. O defecto comeza na raia de raiado e remata coa caída do defecto, acumulándose en grans metálicos ao final da liña de raiado. O tamaño do defecto con picaduras é xeralmente de 1 a 5 mm e vólvese negro escuro despois do tratamento de oxidación, o que finalmente afecta á aparencia do perfil, como se mostra no círculo vermello da Figura 1.
(2) As partículas superficiais tamén se denominan grans metálicos ou partículas de adsorción. A superficie do perfil de aliaxe de aluminio está unida a partículas esféricas de metal duro gris-negro e ten unha estrutura solta. Hai dous tipos de perfís de aliaxe de aluminio: os que se poden limpar e os que non se poden limpar. O tamaño é xeralmente inferior a 0,5 mm e ten un tacto áspero. Non hai rabuñaduras na sección frontal. Despois da oxidación, non é moi diferente da matriz, como se mostra no círculo amarelo da Figura 1.
2 Resultados das probas e análise
2.1 Defectos de tracción superficial
A figura 2 mostra a morfoloxía microestrutural do defecto de tracción na superficie da aliaxe 6005A. Hai rabuñaduras en forma de chanzo na parte frontal da tracción, que rematan con nódulos apilados. Despois de que aparezan os nódulos, a superficie volve á normalidade. A localización do defecto de rugosidade non é lisa ao tacto, ten unha sensación espiñenta e aguda e adhírese ou acumúlase na superficie do perfil. A través da proba de extrusión, observouse que a morfoloxía de tracción dos perfís extruídos 6005A e 6060 é similar, e o extremo traseiro do produto é maior que o extremo superior; a diferenza é que o tamaño total de tracción do 6005A é menor e a profundidade de rabuñadura debilítase. Isto pode estar relacionado con cambios na composición da aliaxe, o estado da varilla fundida e as condicións do molde. Observado a 100X, hai marcas de rabuñadura evidentes no extremo frontal da área de tracción, que se alonga ao longo da dirección de extrusión, e a forma das partículas finais do nódulo é irregular. A 500X, o extremo frontal da superficie de tracción presenta rabuñaduras escalonadas ao longo da dirección de extrusión (o tamaño deste defecto é duns 120 μm) e hai marcas de apilamento evidentes nas partículas nodulares do extremo posterior.
Para analizar as causas da tracción, empregáronse un espectrómetro de lectura directa e un EDX para realizar unha análise de compoñentes nas localizacións dos defectos e na matriz dos tres compoñentes da aliaxe. A táboa 1 mostra os resultados das probas do perfil 6005A. Os resultados do EDX mostran que a composición da posición de apilamento das partículas de tracción é basicamente similar á da matriz. Ademais, acumúlanse algunhas partículas finas de impureza dentro e arredor do defecto de tracción, e as partículas de impureza conteñen C, O (ou Cl) ou Fe, Si e S.
A análise dos defectos de rugosidade dos perfís extruídos de oxidación fina 6005A mostra que as partículas de tracción son de gran tamaño (1-5 mm), a superficie está maioritariamente apilada e hai rabuñaduras en forma de escalón na sección frontal; A composición é próxima á matriz de Al e haberá fases heteroxéneas que conteñen Fe, Si, C e O distribuídas ao seu redor. Isto demostra que o mecanismo de formación de tracción das tres aliaxes é o mesmo.
Durante o proceso de extrusión, a fricción do fluxo de metal provocará un aumento da temperatura da cinta de traballo do molde, formando unha "capa de aluminio pegañenta" no bordo de corte da entrada da cinta de traballo. Ao mesmo tempo, o exceso de Si e outros elementos como o Mn e o Cr na aliaxe de aluminio forman facilmente solucións sólidas de substitución co Fe, o que promoverá a formación dunha "capa de aluminio pegañenta" na entrada da zona de traballo do molde.
A medida que o metal flúe cara adiante e roza contra a cinta de traballo, prodúcese un fenómeno alternativo de unión-rasgamento-unión continua nunha determinada posición, o que fai que o metal se superpoña continuamente nesta posición. Cando as partículas aumentan ata un certo tamaño, serán arrastradas polo produto que flúe e formarán marcas de arañazos na superficie do metal. Permanecerán na superficie do metal e formarán partículas de tracción ao final do arañazo. Polo tanto, pódese considerar que a formación de partículas rugosas está relacionada principalmente co aluminio que se adhire á cinta de traballo do molde. As fases heteroxéneas distribuídas ao seu redor poden orixinarse a partir de aceite lubricante, óxidos ou partículas de po, así como de impurezas traídas pola superficie rugosa do lingote.
Non obstante, o número de traccións nos resultados da proba 6005A é menor e o grao é máis lixeiro. Por unha banda, débese ao biselado na saída da cinta de traballo do molde e ao pulido coidadoso da cinta de traballo para reducir o grosor da capa de aluminio; por outra banda, está relacionado co exceso de contido de Si.
Segundo os resultados da composición espectral da lectura directa, pódese observar que, ademais do Si combinado co MgMg2Si, o Si restante aparece en forma dunha substancia simple.
2.2 Partículas pequenas na superficie
Baixo unha inspección visual a baixa ampliación, as partículas son pequenas (≤0,5 mm), non son lisas ao tacto, teñen unha sensación nítida e adhírense á superficie do perfil. Observadas a 100X, as pequenas partículas da superficie distribúense aleatoriamente e hai partículas de pequeno tamaño adheridas á superficie independentemente de se hai rabuñaduras ou non;
A 500X, independentemente de se hai rabuñaduras evidentes en forma de escalón na superficie ao longo da dirección de extrusión, moitas partículas aínda están adheridas e os tamaños das partículas varían. O tamaño das partículas máis grandes é duns 15 μm e as partículas pequenas son duns 5 μm.
Mediante a análise da composición das partículas superficiais da aliaxe 6060 e da matriz intacta, as partículas están compostas principalmente por elementos de O, C, Si e Fe, e o contido de aluminio é moi baixo. Case todas as partículas conteñen elementos de O e C. A composición de cada partícula é lixeiramente diferente. Entre elas, as partículas a teñen un tamaño próximo aos 10 μm, o que é significativamente maior que o Si, Mg e O da matriz; nas partículas c, o Si, O e Cl son obviamente maiores; as partículas d e f conteñen altos contidos de Si, O e Na; as partículas e conteñen Si, Fe e O; as partículas h son compostos que conteñen Fe. Os resultados das partículas 6060 son similares a este, pero debido a que o contido de Si e Fe no propio 6060 é baixo, os contidos correspondentes de Si e Fe nas partículas superficiais tamén son baixos; o contido de C nas partículas 6060 é relativamente baixo.
As partículas superficiais poden non ser partículas pequenas individuais, senón que tamén poden existir en forma de agregacións de moitas partículas pequenas con diferentes formas, e as porcentaxes en masa de diferentes elementos en diferentes partículas varían. Crese que as partículas están compostas principalmente de dous tipos. Un son precipitados como AlFeSi e Si elemental, que se orixinan a partir de fases de impurezas de alto punto de fusión como FeAl3 ou AlFeSi(Mn) no lingote, ou fases de precipitado durante o proceso de extrusión. O outro é materia estraña adherente.
2.3 Efecto da rugosidade superficial do lingote
Durante a proba, comprobouse que a superficie traseira do torno de varillas fundidas 6005A era rugosa e manchada de po. Había dúas varillas fundidas coas marcas de ferramentas de torneado máis profundas en lugares locais, o que correspondía a un aumento significativo no número de tiradas despois da extrusión, e o tamaño dunha soa tirada era maior, como se mostra na Figura 7.
A varilla fundida 6005A non ten torno, polo que a rugosidade da superficie é baixa e o número de traccións redúcese. Ademais, como non hai exceso de fluído de corte adherido ás marcas de torno da varilla fundida, o contido de C nas partículas correspondentes redúcese. Está demostrado que as marcas de xiro na superficie da varilla fundida agravarán a tracción e a formación de partículas ata certo punto.
3 Discusión
(1) Os compoñentes dos defectos de tracción son basicamente os mesmos que os da matriz. Son as partículas estrañas, a pel vella na superficie do lingote e outras impurezas acumuladas na parede do barril de extrusión ou na zona morta do molde durante o proceso de extrusión, as que son levadas á superficie metálica ou á capa de aluminio da cinta de traballo do molde. A medida que o produto flúe cara adiante, prodúcense rabuñaduras superficiais e, cando o produto se acumula ata un certo tamaño, é eliminado polo produto para formar tracción. Despois da oxidación, a tracción corroeuse e, debido ao seu gran tamaño, aparecen defectos en forma de buratos.
(2) As partículas superficiais ás veces aparecen como partículas pequenas individuais e ás veces existen en forma agregada. A súa composición é obviamente diferente da da matriz e contén principalmente elementos de O, C, Fe e Si. Algunhas das partículas están dominadas por elementos de O e C, e outras partículas están dominadas por O, C, Fe e Si. Polo tanto, dedúcese que as partículas superficiais proceden de dúas fontes: unha son precipitados como AlFeSi e Si elemental, e impurezas como O e C adheridas á superficie; a outra é materia estraña adherente. As partículas corroense despois da oxidación. Debido ao seu pequeno tamaño, non teñen ou teñen pouco impacto na superficie.
(3) As partículas ricas en elementos de C e O proceden principalmente de aceite lubricante, po, terra, aire, etc. adheridos á superficie do lingote. Os principais compoñentes do aceite lubricante son C, O, H, S, etc., e o principal compoñente do po e da terra é o SiO2. O contido de O das partículas superficiais é xeralmente alto. Debido a que as partículas están nun estado de alta temperatura inmediatamente despois de saír da cinta de traballo e debido á gran superficie específica das partículas, adsorben facilmente os átomos de O no aire e provocan oxidación despois do contacto co aire, o que resulta nun contido de O maior que a matriz.
(4) O Fe, o Si, etc. proceden principalmente dos óxidos, das incrustacións antigas e das fases de impurezas do lingote (punto de fusión alto ou segunda fase que non se elimina completamente mediante homoxenización). O elemento Fe orixínase a partir do Fe nos lingotes de aluminio, formando fases de impurezas de alto punto de fusión como o FeAl3 ou o AlFeSi(Mn), que non se poden disolver en solución sólida durante o proceso de homoxenización ou non se converten completamente; o Si existe na matriz de aluminio en forma de Mg2Si ou unha solución sólida sobresaturada de Si durante o proceso de fundición. Durante o proceso de extrusión en quente da vara fundida, pode precipitar un exceso de Si. A solubilidade do Si no aluminio é do 0,48 % a 450 °C e do 0,8 % (en peso) a 500 °C. O exceso de contido de Si no 6005 é de aproximadamente o 0,41 %, e o Si precipitado pode ser agregación e precipitación causadas por flutuacións de concentración.
(5) O aluminio que se pega á cinta de traballo do molde é a principal causa da tracción. A matriz de extrusión é un ambiente de alta temperatura e alta presión. A fricción do fluxo de metal aumentará a temperatura da cinta de traballo do molde, formando unha "capa de aluminio pegañenta" no bordo de corte da entrada da cinta de traballo.
Ao mesmo tempo, o exceso de Si e outros elementos como o Mn e o Cr na aliaxe de aluminio forman facilmente solucións sólidas de substitución con Fe, o que promoverá a formación dunha "capa de aluminio pegañenta" na entrada da zona de traballo do molde. O metal que flúe a través da "capa de aluminio pegañenta" pertence á fricción interna (cizallamento deslizante dentro do metal). O metal defórmase e endurece debido á fricción interna, o que promove que o metal subxacente e o molde se peguen. Ao mesmo tempo, a cinta de traballo do molde defórmase nunha forma de trompeta debido á presión, e o aluminio pegañento formado pola parte do filo de corte da cinta de traballo en contacto co perfil é similar ao filo de corte dunha ferramenta de torneado.
A formación de aluminio pegañento é un proceso dinámico de crecemento e desprendemento. As partículas son constantemente expulsadas polo perfil. Adhírense á superficie do perfil, formando defectos de tracción. Se sae directamente da cinta de traballo e se adsorbe instantaneamente na superficie do perfil, as pequenas partículas adheridas termicamente á superficie chámanse "partículas de adsorción". Se algunhas partículas son rotas pola aliaxe de aluminio extruída, outras partículas adheriranse á superficie da cinta de traballo ao pasar a través dela, causando rabuñaduras na superficie do perfil. O extremo traseiro é a matriz de aluminio apilada. Cando hai moito aluminio atascado no medio da cinta de traballo (a unión é forte), agravará as rabuñaduras superficiais.
(6) A velocidade de extrusión ten unha grande influencia na tracción. A influencia da velocidade de extrusión. No que respecta á aliaxe 6005 rastrexada, a velocidade de extrusión aumenta dentro do rango de proba, a temperatura de saída aumenta e o número de partículas de tracción superficial aumenta e faise máis pesado a medida que aumentan as liñas mecánicas. A velocidade de extrusión debe manterse o máis estable posible para evitar cambios bruscos de velocidade. Unha velocidade de extrusión excesiva e unha temperatura de saída elevada levarán a un aumento da fricción e a unha tracción grave das partículas. O mecanismo específico do impacto da velocidade de extrusión no fenómeno de tracción require un seguimento e unha verificación posteriores.
(7) A calidade da superficie da vara fundida tamén é un factor importante que afecta ás partículas de tracción. A superficie da vara fundida é rugosa, con rebabas de serra, manchas de aceite, po, corrosión, etc., todo o cal aumenta a tendencia a traer partículas.
4 Conclusión
(1) A composición dos defectos de tracción é consistente coa da matriz; a composición da posición das partículas é obviamente diferente da da matriz, e contén principalmente elementos de O, C, Fe e Si.
(2) Os defectos das partículas de tracción débense principalmente á adherencia do aluminio á cinta de traballo do molde. Calquera factor que promova a adherencia do aluminio á cinta de traballo do molde causará defectos de tracción. Co obxectivo de garantir a calidade da varilla fundida, a xeración de partículas de tracción non ten ningún impacto directo na composición da aliaxe.
(3) Un tratamento uniforme e axeitado contra incendios é beneficioso para reducir a arrastre superficial.
Data de publicación: 10 de setembro de 2024
