Alumiiniseoksesta valmistettujen pursotettujen materiaalien, erityisesti alumiiniprofiilien, pursotusprosessin aikana pinnalle syntyy usein "pistemäisiä" virheitä. Näitä ilmenemismuotoja ovat pienet, tiheydeltään vaihtelevat kasvaimet, hännät ja selkeä käden tuntuma, jossa on piikikäs tunne. Hapettumisen tai elektroforeettisen pintakäsittelyn jälkeen ne näkyvät usein mustina rakeina, jotka tarttuvat tuotteen pintaan.
Suurten profiilien ekstruusiotuotannossa tämä vika esiintyy todennäköisemmin harkon rakenteen, ekstruusiolämpötilan, ekstruusionopeuden, muotin monimutkaisuuden jne. vaikutuksesta. Suurin osa kuoppaisten vikojen hienoista hiukkasista voidaan poistaa profiilipinnan esikäsittelyprosessin, erityisesti alkalietsausprosessin, aikana, kun taas pieni määrä suurikokoisia, tiukasti kiinnittyneitä hiukkasia jää profiilin pinnalle, mikä vaikuttaa lopputuotteen ulkonäköön.
Tavallisissa rakennusten ovi- ja ikkunaprofiilituotteissa asiakkaat yleensä hyväksyvät pienet syöpymävirheet, mutta teollisuusprofiileissa, joissa vaaditaan yhtäläistä painotusta mekaanisiin ominaisuuksiin ja koristeelliseen suorituskykyyn tai enemmän painotusta koristeelliseen suorituskykyyn, asiakkaat eivät yleensä hyväksy tätä virhettä, etenkään syöpymävirheitä, jotka eivät ole ristiriidassa eri taustavärin kanssa.
Karkeiden hiukkasten muodostumismekanismin analysoimiseksi analysoitiin vikakohtien morfologiaa ja koostumusta eri seoskoostumuksissa ja ekstruusioprosesseissa, ja verrattiin vikakohtien ja matriisin välisiä eroja. Esitettiin kohtuullinen ratkaisu karkeiden hiukkasten tehokkaaseen ratkaisemiseen ja suoritettiin koe.
Profiilien pistemäisten virheiden ratkaisemiseksi on ymmärrettävä pistemäisten virheiden muodostumismekanismi. Puristusprosessin aikana alumiinin tarttuminen muotin työhihnaan on puristettujen alumiinimateriaalien pinnan pistemäisten virheiden pääasiallinen syy. Tämä johtuu siitä, että alumiinin puristusprosessi suoritetaan noin 450 °C:n korkeassa lämpötilassa. Jos muodonmuutoslämmön ja kitkalämpövaikutukset lisätään, metallin lämpötila on korkeampi, kun se virtaa ulos muotin reiästä. Kun tuote virtaa ulos muotin reiästä, korkean lämpötilan vuoksi alumiini tarttuu metallin ja muotin työhihnan väliin.
Tämän liimautumisen muoto on usein: toistuva liimautumis-repimis-liimautumis-repimisprosessi, ja tuote virtaa eteenpäin, jolloin tuotteen pinnalle muodostuu monia pieniä kuoppia.
Tämä liimautumisilmiö liittyy tekijöihin, kuten valanteen laatuun, muotin työvyön pinnan kuntoon, puristuslämpötilaan, puristusnopeuteen, muodonmuutosasteeseen ja metallin muodonmuutoskestävyyteen.
1 Testimateriaalit ja -menetelmät
Alustavan tutkimuksen avulla opimme, että tekijät, kuten metallurginen puhtaus, muotin tila, ekstruusioprosessi, ainesosat ja tuotantoolosuhteet, voivat vaikuttaa karhennettujen hiukkasten pintaan. Kokeessa käytettiin kahta metalliseostankoa, 6005A ja 6060, saman osan ekstruusioon. Karhennettujen hiukkasten morfologiaa ja koostumusta analysoitiin suoralukuspektrometrillä ja SEM-detektiomenetelmillä ja verrattiin ympäröivään normaalimatriisiin.
Jotta kahden vian, kuoppaisten ja hiukkasten, morfologia voitaisiin erottaa selvästi toisistaan, ne määritellään seuraavasti:
(1) Kuoppavirheet eli vetovirheet ovat profiilin pinnalle ilmestyviä epäsäännöllisiä nuijapään tai pisteen muotoisia naarmuja. Vika alkaa naarmukohdasta ja päättyy vian irtoamiseen, jolloin se kasaantuu metallipavuiksi naarmuviivan päähän. Kuoppavirheen koko on yleensä 1–5 mm, ja se muuttuu hapetuskäsittelyn jälkeen tummanmustaksi, mikä lopulta vaikuttaa profiilin ulkonäköön, kuten punainen ympyrä kuvassa 1 osoittaa.
(2) Pintahiukkasia kutsutaan myös metallipavuiksi tai adsorptiohiukkasiksi. Alumiiniseosprofiilin pinta on kiinnitetty pallomaisilla harmaanmustilla kovametallihiukkasilla, ja sillä on löysä rakenne. Alumiiniseosprofiileja on kahdenlaisia: pyyhittäviä ja pyyhittömiä. Koko on yleensä alle 0,5 mm, ja ne tuntuvat karheilta kosketettaessa. Etuosassa ei ole naarmuja. Hapettumisen jälkeen se ei juurikaan eroa matriisista, kuten kuvan 1 keltainen ympyrä osoittaa.
2 Testitulokset ja analyysi
2.1 Pinnan vetovirheet
Kuva 2 esittää 6005A-seoksen pinnan vetovaurion mikrorakenteellista morfologiaa. Vetovaurion etuosassa on porrasmaisia naarmuja, jotka päättyvät pinottuihin kyhmyihin. Kyhmyjen ilmestymisen jälkeen pinta palautuu normaaliksi. Karhenemisvaurion sijainti ei ole sileä koskettaa, siinä on terävä, piikkinen tunne ja se tarttuu tai kerääntyy profiilin pintaan. Ekstruusiotestissä havaittiin, että 6005A- ja 6060-ekstrudoitujen profiilien vetovauriomorfologia on samanlainen, ja tuotteen loppupää on suurempi kuin pää; ero on siinä, että 6005A:n kokonaisvetoalue on pienempi ja naarmun syvyys heikentynyt. Tämä voi liittyä seoksen koostumuksen, valutangon tilan ja muotin olosuhteiden muutoksiin. 100X-suurennoksella havaittiin selviä naarmuja vetovaurion etuosassa, joka on pitkänomainen ekstruusiosuuntaan nähden, ja lopullisten kyhmyhiukkasten muoto on epäsäännöllinen. 500X-suurennoksella vetopinnan etupäässä on porrasmaisia naarmuja pursotussuunnassa (tämän vian koko on noin 120 μm), ja loppupään nodulaarisissa hiukkasissa on selviä pinoamisjälkiä.
Vetämisen syiden analysoimiseksi käytettiin suoralukuspektrometriä ja EDX:ää komponenttianalyysiin kolmen seoskomponentin vikakohdissa ja matriisissa. Taulukossa 1 on esitetty 6005A-profiilin testitulokset. EDX-tulokset osoittavat, että vetovauriohiukkasten pinoamiskohdan koostumus on pohjimmiltaan samanlainen kuin matriisin. Lisäksi vetovauriokohtaan ja sen ympärille on kertynyt hienoja epäpuhtaushiukkasia, jotka sisältävät hiiliä, happamuutta (tai klooria) tai Fe:tä, piitä ja soijaa.
6005A-laadun hienoksi hapettuneiden suulakepuristettujen profiilien karhennusvirheiden analyysi osoittaa, että vetohiukkaset ovat kooltaan suuria (1–5 mm), pinta on enimmäkseen pinottu ja etuosassa on porrasmaisia naarmuja. Koostumus on lähellä Al-matriisia, ja sen ympärillä on heterogeenisiä faaseja, jotka sisältävät Fe:tä, Si:tä, C:tä ja O:ta. Tämä osoittaa, että kolmen seoksen vetohiukkasten muodostumismekanismi on sama.
Ekstruusioprosessin aikana metallin virtauskitka nostaa muotin työvyöhykkeen lämpötilaa, jolloin työvyöhykkeen sisäänkäynnin leikkausreunaan muodostuu "tahmea alumiinikerros". Samanaikaisesti alumiiniseoksen ylimääräinen pii ja muut alkuaineet, kuten mangaani ja kromi, muodostavat helposti korvaavia kiinteitä liuoksia Fe:n kanssa, mikä edistää "tahmean alumiinikerroksen" muodostumista muotin työvyöhykkeen sisäänkäynnille.
Kun metalli virtaa eteenpäin ja hankaa työhihnaa vasten, tietyssä kohdassa tapahtuu edestakainen jatkuva sitoutumis-repimis-sidontailmiö, joka aiheuttaa metallin jatkuvan päällekkäisyyden tässä kohdassa. Kun hiukkaset kasvavat tiettyyn kokoon, virtaava tuote vetää ne pois ja muodostaa naarmuja metallin pintaan. Ne jäävät metallin pinnalle ja muodostavat naarmun lopussa vetäviä hiukkasia. Siksi voidaan olettaa, että karhentuneiden hiukkasten muodostuminen liittyy pääasiassa alumiinin tarttumiseen muotin työhihnaan. Sen ympärille jakautuneet heterogeeniset faasit voivat olla peräisin voiteluöljystä, oksideista tai pölyhiukkasista sekä harkon karhean pinnan mukanaan tuomista epäpuhtauksista.
6005A-testituloksissa vetojen määrä on kuitenkin pienempi ja aste kevyempi. Toisaalta tämä johtuu muotin työhihnan ulostulon viisteestä ja työhihnan huolellisesta kiillotuksesta alumiinikerroksen paksuuden pienentämiseksi; toisaalta se liittyy liialliseen Si-pitoisuuteen.
Spektrikoostumuksen suoralukemien perusteella voidaan nähdä, että Si:n ja Mg2Si:n yhdistymisen lisäksi jäljelle jäävä Si esiintyy yksinkertaisen aineen muodossa.
2.2 Pieniä hiukkasia pinnalla
Pienellä suurennoksella visuaalisessa tarkastelussa hiukkaset ovat pieniä (≤0,5 mm), eivätkä ole sileitä koskettaa, tuntuvat teräviltä ja tarttuvat profiilin pintaan. Alle 100-kertaisella suurennuksella tarkasteltuna pinnalla olevat pienet hiukkaset ovat jakautuneet satunnaisesti, ja pintaan on kiinnittynyt pieniä hiukkasia riippumatta siitä, onko naarmuja vai ei.
500X-suurennoksella, riippumatta siitä, onko pinnalla selviä porrasmaisia naarmuja pursotussuunnassa, monet hiukkaset ovat edelleen kiinnittyneet ja hiukkaskoot vaihtelevat. Suurin hiukkaskoko on noin 15 μm ja pienemmät hiukkaset noin 5 μm.
6060-seoksen pintahiukkasten ja ehjän matriisin koostumusanalyysin perusteella hiukkaset koostuvat pääasiassa O-, C-, Si- ja Fe-alkuaineista, ja alumiinipitoisuus on hyvin alhainen. Lähes kaikki hiukkaset sisältävät O- ja C-alkuaineita. Kunkin hiukkasen koostumus on hieman erilainen. Niistä a-hiukkasten koko on lähellä 10 μm, mikä on huomattavasti suurempi kuin matriisin Si-, Mg- ja O-alkuaineiden. C-hiukkasissa Si-, O- ja Cl-pitoisuudet ovat selvästi suurempia. Hiukkaset d- ja f-hiukkaset sisältävät paljon Si-, O- ja Na-pitoisuuksia; hiukkaset e-hiukkaset sisältävät Si-, Fe- ja O-pitoisuuksia; h-hiukkaset ovat Fe-pitoisia yhdisteitä. 6060-hiukkasten tulokset ovat samankaltaisia, mutta koska Si- ja Fe-pitoisuus itsessään 6060:ssa on alhainen, vastaavat Si- ja Fe-pitoisuudet pintahiukkasissa ovat myös alhaiset; C-pitoisuus 6060-hiukkasissa on suhteellisen alhainen.
Pintahiukkaset eivät välttämättä ole yksittäisiä pieniä hiukkasia, vaan ne voivat esiintyä myös useiden erimuotoisten pienhiukkasten aggregaattien muodossa, ja eri alkuaineiden massaprosentit eri hiukkasissa vaihtelevat. Hiukkasten uskotaan koostuvan pääasiassa kahdesta tyypistä. Toinen on saostumia, kuten AlFeSi ja alkuaine-Si, jotka ovat peräisin korkean sulamispisteen omaavista epäpuhtausfaaseista, kuten FeAl3 tai AlFeSi(Mn) harkossa, tai saostumia ekstruusioprosessin aikana. Toinen on tarttunut vierasaine.
2.3 Valanteen pinnan karheuden vaikutus
Testin aikana havaittiin, että 6005A-valetusta tangosta valmistetun sorvin takapinta oli karhea ja pölyinen. Kahdessa valutangossa oli syvimmät sorvaustyökalun jäljet paikallisesti, mikä vastasi merkittävää vetojen määrän kasvua pursotuksen jälkeen, ja yksittäisen vedon koko oli suurempi, kuten kuvassa 7 on esitetty.
6005A-valetussa tangossa ei ole sorvaa, joten pinnan karheus on pieni ja vetojen määrä vähenee. Lisäksi, koska valutangon sorvausjälkiin ei tartu ylimääräistä leikkuunestettä, vastaavien hiukkasten hiilipitoisuus pienenee. On osoitettu, että valutangon pinnan sorvausjäljet pahentavat vetoa ja hiukkasten muodostumista jossain määrin.
3 Keskustelu
(1) Vetovirheiden osatekijät ovat pohjimmiltaan samat kuin matriisissa. Kyseessä ovat vieraat hiukkaset, harkon pinnalla oleva vanha kuori ja muut epäpuhtaudet, jotka kertyvät pursotussylinterin seinämään tai muotin kuolleeseen alueeseen pursotusprosessin aikana ja jotka kulkeutuvat muotin työhihnan metallipinnalle tai alumiinikerrokselle. Tuotteen virratessa eteenpäin syntyy pintanaarmuja, ja kun tuote kertyy tiettyyn kokoon, se imeytyy tuotteeseen muodostaen vetovirheen. Hapettumisen jälkeen vetovirhe syöpyi, ja suuren kokonsa vuoksi siihen muodostui kuoppaisia virheitä.
(2) Pintahiukkaset esiintyvät joskus yksittäisinä pieninä hiukkasina ja joskus aggregaattimuodossa. Niiden koostumus eroaa selvästi matriisin koostumuksesta ja sisältää pääasiassa O-, C-, Fe- ja Si-alkuaineita. Joissakin hiukkasissa O- ja C-alkuaineet ovat hallitsevia, ja joissakin hiukkasissa O-, C-, Fe- ja Si-alkuaineet ovat hallitsevia. Siksi päätellään, että pintahiukkaset ovat peräisin kahdesta lähteestä: toinen on saostumia, kuten AlFeSi ja alkuaine-Si, ja pintaan tarttuneita epäpuhtauksia, kuten O ja C; toinen on tarttunutta vierasta ainetta. Hiukkaset syöpyvät pois hapettumisen jälkeen. Pienen kokonsa vuoksi niillä ei ole tai on vain vähän vaikutusta pintaan.
(3) Hiili- ja happipitoiset hiukkaset ovat pääasiassa peräisin voiteluöljystä, pölystä, maaperästä, ilmasta jne., jotka ovat tarttuneet valanteen pintaan. Voiteluöljyn pääkomponentit ovat hiili, happi, vety ja rikki, ja pölyn ja maaperän pääkomponentti on SiO2. Pintahiukkasten happipitoisuus on yleensä korkea. Koska hiukkaset ovat korkeassa lämpötilassa heti työhihnalta poistuttuaan ja hiukkasten suuren ominaispinta-alan vuoksi ne adsorboivat helposti ilmassa olevia happiatomeja ja aiheuttavat hapettumista jouduttuaan kosketuksiin ilman kanssa, mikä johtaa korkeampaan happipitoisuuteen kuin matriisissa.
(4) Fe, Si jne. ovat pääasiassa peräisin harkon oksideista, vanhasta hilseestä ja epäpuhtausfaaseista (korkea sulamispiste tai toinen faasi, jota ei täysin poisteta homogenisoinnissa). Fe-alkuaine on peräisin alumiiniharkoissa olevasta Fe:stä, muodostaen korkean sulamispisteen omaavia epäpuhtausfaaseja, kuten FeAl3 tai AlFeSi(Mn), joita ei voida liuottaa kiinteään liuokseen homogenisointiprosessin aikana tai jotka eivät täysin muutu; Si esiintyy alumiinimatriisissa Mg2Si:n muodossa tai ylikyllästyneenä Si-liuoksena valuprosessin aikana. Valetangon kuumapursotusprosessin aikana ylimääräinen Si voi saostua. Si:n liukoisuus alumiiniin on 0,48 % 450 °C:ssa ja 0,8 % (painoprosenttia) 500 °C:ssa. Ylimääräinen Si-pitoisuus 6005-laadussa on noin 0,41 %, ja saostunut Si voi kasaantua ja saostua pitoisuusvaihteluiden vuoksi.
(5) Alumiinin tarttuminen muotin työhihnaan on tärkein vetäytymisen aiheuttaja. Puristusmuotti on korkean lämpötilan ja paineen ympäristö. Metallin virtauskitka nostaa muotin työhihnan lämpötilaa ja muodostaa "tahmean alumiinikerroksen" työhihnan sisäänkäynnin leikkausreunaan.
Samaan aikaan ylimääräinen Si ja muut alkuaineet, kuten Mn ja Cr, alumiiniseoksessa, muodostavat helposti korvaavia kiinteitä liuoksia Fe:n kanssa, mikä edistää "tahmean alumiinikerroksen" muodostumista muotin työalueen sisäänkäynnille. "Tahmean alumiinikerroksen" läpi virtaava metalli kuuluu sisäiseen kitkaan (metallin sisällä oleva liukuva leikkaus). Metalli muuttaa muotoaan ja kovettuu sisäisen kitkan vuoksi, mikä edistää alla olevan metallin ja muotin tarttumista toisiinsa. Samanaikaisesti muotin työhihna muotoutuu paineen vaikutuksesta trumpetin muotoiseksi, ja työhihnan leikkaavan reunan ja profiilin kosketuksesta muodostuva tahmea alumiini muistuttaa sorvaustyökalun leikkaavaa reunaa.
Tahmean alumiinin muodostuminen on dynaaminen kasvu- ja irtoamisprosessi. Profiili tuo jatkuvasti esiin hiukkasia, jotka tarttuvat profiilin pintaan muodostaen vetovaurioita. Jos se virtaa suoraan ulos työhihnasta ja adsorboituu välittömästi profiilin pintaan, pintaan termisesti tarttuneita pieniä hiukkasia kutsutaan "adsorptiohiukkasiksi". Jos pursotettu alumiiniseos rikkoo joitakin hiukkasia, jotkut hiukkaset tarttuvat työhihnan pintaan kulkiessaan työhihnan läpi aiheuttaen naarmuja profiilin pintaan. Loppupää on pinottu alumiinimatriisi. Kun työhihnan keskelle on juuttunut paljon alumiinia (sidos on vahva), se pahentaa pinnan naarmuja.
(6) Puristusnopeudella on suuri vaikutus vetämiseen. Puristusnopeuden vaikutus. Seurantajäljitelmäisen 6005-seoksen osalta puristusnopeus kasvaa testialueella, ulostulolämpötila nousee ja pintavetävien hiukkasten määrä kasvaa ja painaa mekaanisten viivojen kasvaessa. Puristusnopeus tulisi pitää mahdollisimman vakaana, jotta vältetään äkilliset nopeuden muutokset. Liiallinen puristusnopeus ja korkea ulostulolämpötila johtavat lisääntyneeseen kitkaan ja voimakkaaseen hiukkasten vetämiseen. Puristusnopeuden vaikutusmekanismi vetoilmiöön vaatii jatkoseurantaa ja varmennusta.
(7) Valetangon pinnanlaatu on myös tärkeä tekijä, joka vaikuttaa vetohiukkasiin. Valetangon pinta on karkea, ja siinä on sahausjälkiä, öljytahroja, pölyä, korroosiota jne., jotka kaikki lisäävät hiukkasten vetäytymistaipumusta.
4 Johtopäätös
(1) Vetovikojen koostumus on yhdenmukainen matriisin koostumuksen kanssa; hiukkasten sijainnin koostumus on selvästi erilainen kuin matriisin, sisältäen pääasiassa O-, C-, Fe- ja Si-alkuaineita.
(2) Vetopartikkelivirheet johtuvat pääasiassa alumiinin tarttumisesta muotin työhihnaan. Kaikki tekijät, jotka edistävät alumiinin tarttumista muotin työhihnaan, aiheuttavat vetopartikkeleita. Valetangon laadun varmistamiseksi vetopartikkelien muodostumisella ei ole suoraa vaikutusta seoksen koostumukseen.
(3) Asianmukainen tasainen palokäsittely on hyödyllistä pinnan repeämisen vähentämiseksi.
Julkaisun aika: 10.9.2024
