Aliuminio lydinių ekstruzinių medžiagų, ypač aliuminio profilių, ekstruzijos proceso metu paviršiuje dažnai atsiranda „duobių“ defektas. Specifinės apraiškos apima labai mažus, įvairaus tankio navikus, uodegėles ir aiškų riešo pojūtį su dygliuotu paviršiumi. Po oksidacijos arba elektroforezinio paviršiaus apdorojimo jie dažnai atrodo kaip juodos granulės, prilipusios prie gaminio paviršiaus.
Didelio profilio profilių ekstruzijos gamyboje šis defektas dažniau atsiranda dėl luito struktūros, ekstruzijos temperatūros, ekstruzijos greičio, formos sudėtingumo ir kt. įtakos. Dauguma smulkių duobėtų defektų dalelių gali būti pašalintos profilio paviršiaus išankstinio apdorojimo proceso metu, ypač šarminio ėsdinimo proceso metu, o nedidelis skaičius didelių, tvirtai prilipusių dalelių lieka profilio paviršiuje, o tai turi įtakos galutinio produkto išvaizdai.
Įprastuose pastatų durų ir langų profilių gaminiuose klientai paprastai toleruoja nedidelius duobėtus defektus, tačiau pramoninių profilių, kuriems reikia vienodai pabrėžti mechanines savybes ir dekoratyvines savybes arba daugiau pabrėžti dekoratyvines savybes, atveju klientai paprastai nepriima šio defekto, ypač duobėtų defektų, kurie neatitinka skirtingos fono spalvos.
Siekiant išanalizuoti šiurkščių dalelių susidarymo mechanizmą, buvo analizuojama defektų vietų morfologija ir sudėtis, esant skirtingoms lydinių sudėtims ir ekstruzijos procesams, ir palyginti defektų bei matricos skirtumai. Buvo pasiūlytas pagrįstas sprendimas, kaip efektyviai išspręsti šiurkščių dalelių problemą, ir atliktas bandomasis bandymas.
Norint išspręsti profilių taškinių defektų problemą, būtina suprasti jų susidarymo mechanizmą. Ekstruzijos proceso metu prie presformos juostos prilipęs aliuminis yra pagrindinė ekstruzinio aliuminio medžiagų paviršiaus taškinių defektų priežastis. Taip yra todėl, kad aliuminio ekstruzijos procesas vyksta aukštoje, maždaug 450 °C, temperatūroje. Jei prie to prisideda deformacijos ir trinties šilumos poveikis, metalo temperatūra, ištekant iš presformos angos, bus aukštesnė. Kai produktas išteka iš presformos angos, dėl aukštos temperatūros aliuminis prilimpa tarp metalo ir presformos juostos.
Šio suklijavimo forma dažnai būna tokia: pasikartojantis suklijavimo – plėšimo – suklijavimo – vėl plėšimo procesas, ir produktas teka į priekį, todėl jo paviršiuje atsiranda daug mažų duobučių.
Šis sukibimo reiškinys yra susijęs su tokiais veiksniais kaip luito kokybė, liejimo juostos paviršiaus būklė, ekstruzijos temperatūra, ekstruzijos greitis, deformacijos laipsnis ir metalo atsparumas deformacijai.
1 Bandymo medžiagos ir metodai
Atlikę preliminarius tyrimus, sužinojome, kad tokie veiksniai kaip metalurginis grynumas, formos būklė, ekstruzijos procesas, ingredientai ir gamybos sąlygos gali turėti įtakos paviršiaus pašiurkštinimui. Bandymo metu tam pačiam pjūviui ekstruduoti buvo naudojami du legiruoti strypai – 6005A ir 6060. Šiurkščių dalelių morfologija ir sudėtis buvo analizuojamos tiesioginio skaitymo spektrometru ir SEM detekcijos metodais ir palygintos su aplinkine normalia matrica.
Siekiant aiškiai atskirti dviejų defektų – duobėtų ir dalelių – morfologiją, jie apibrėžiami taip:
(1) Duobėti defektai arba tempimo defektai yra taškiniai defektai – netaisyklingi buožgalvio arba taško formos įbrėžimai, atsirandantys profilio paviršiuje. Defektas prasideda nuo įbrėžimo juostos ir baigiasi defekto kritimu, kaupiantis metalinėmis dalelėmis įbrėžimo linijos gale. Duobėtų defektų dydis paprastai yra 1–5 mm, o po oksidacinio apdorojimo jie tampa tamsiai juodi, o tai galiausiai paveikia profilio išvaizdą, kaip parodyta raudoname apskritime 1 paveiksle.
(2) Paviršiaus dalelės dar vadinamos metalo pupelėmis arba adsorbcijos dalelėmis. Aliuminio lydinio profilio paviršius pritvirtintas sferinėmis pilkai juodomis kietojo metalo dalelėmis ir turi laisvą struktūrą. Yra dviejų tipų aliuminio lydinio profiliai: tie, kuriuos galima nuvalyti, ir tie, kurių negalima nuvalyti. Dydis paprastai yra mažesnis nei 0,5 mm, ir liečiant jie yra šiurkštūs. Priekinėje dalyje nėra įbrėžimų. Po oksidacijos jis mažai kuo skiriasi nuo matricos, kaip parodyta geltoname apskritime 1 paveiksle.
2 Bandymo rezultatai ir analizė
2.1 Paviršiaus tempimo defektai
2 paveiksle parodyta 6005A lydinio paviršiaus tempimo defekto mikrostruktūrinė morfologija. Priekinėje tempimo vietoje yra laiptelių formos įbrėžimai, kurie baigiasi sukrautais mazgeliais. Atsiradus mazgeliams, paviršius grįžta į normalią būseną. Šiurkštumo defekto vieta nėra lygi liečiant, turi aštrų, spygliuotą pojūtį ir prilimpa arba kaupiasi profilio paviršiuje. Ekstruzijos bandymo metu pastebėta, kad 6005A ir 6060 ekstruzinių profilių tempimo morfologija yra panaši, o gaminio galas yra didesnis nei galas; skirtumas yra tas, kad bendras 6005A tempimo dydis yra mažesnis, o įbrėžimo gylis susilpnėjęs. Tai gali būti susiję su lydinio sudėties, liejamo strypo būsenos ir formos sąlygų pokyčiais. Stebint 100X, tempimo vietos priekiniame gale yra akivaizdžių įbrėžimų, kurie pailgėja ekstruzijos kryptimi, o galutinių mazgelių dalelių forma yra netaisyklinga. Esant 500X padidinimui, traukimo paviršiaus priekinis galas turi laiptelių formos įbrėžimus išilgai ekstruzijos krypties (šio defekto dydis yra apie 120 μm), o ant mazginių dalelių uodegos gale yra akivaizdžių sulipimo žymių.
Siekiant išanalizuoti tempimo priežastis, tiesioginio skaitymo spektrometras ir EDX buvo atlikti komponentų analizės darbai trijų lydinio komponentų defektų vietose ir matricoje. 1 lentelėje pateikti 6005A profilio bandymo rezultatai. EDX rezultatai rodo, kad tempiamųjų dalelių sudėjimo padėties sudėtis iš esmės yra panaši į matricos sudėtį. Be to, tempiamojo defekto viduje ir aplink ją susikaupė smulkių priemaišų dalelių, kurios turi C, O (arba Cl) arba Fe, Si ir S.
6005A smulkiai oksiduotų ekstruzinių profilių šiurkštėjimo defektų analizė rodo, kad tempiamosios dalelės yra didelės (1–5 mm), paviršius dažniausiai sukrautas, o priekinėje dalyje yra laiptuotų įbrėžimų; sudėtis artima Al matricai, o aplink ją pasiskirstys nevienalytės fazės, kuriose yra Fe, Si, C ir O. Tai rodo, kad trijų lydinių tempiamosios dalelės susidarymo mechanizmas yra tas pats.
Ekstruzijos proceso metu metalo srauto trintis padidins liejimo juostos temperatūrą, todėl prie liejimo juostos įėjimo pjovimo briaunos susidarys „lipnus aliuminio sluoksnis“. Tuo pačiu metu aliuminio lydinyje esantis Si ir kiti elementai, tokie kaip Mn ir Cr, lengvai pakeičia kietus tirpalus su Fe, o tai skatins „lipnaus aliuminio sluoksnio“ susidarymą prie liejimo zonos įėjimo.
Metalui tekant į priekį ir trintis į darbo juostą, tam tikroje vietoje vyksta nuolatinio sukibimo-plyšimo-sukibimo reiškinys, dėl kurio metalas šioje vietoje nuolat užkloja vienas kitą. Kai dalelės padidėja iki tam tikro dydžio, tekantis produktas jas nuplėšia ir metalo paviršiuje susidaro įbrėžimai. Dalelės lieka metalo paviršiuje ir įbrėžimo pabaigoje suformuoja tempimo daleles. Todėl galima manyti, kad šiurkščių dalelių susidarymas daugiausia susijęs su aliuminio prilipimu prie liejimo juostos. Aplink ją pasiskirstę nevienalyčiai fazės gali atsirasti iš tepalinės alyvos, oksidų ar dulkių dalelių, taip pat iš priemaišų, kurias atneša šiurkštus luito paviršius.
Tačiau 6005A bandymo rezultatuose traukimų skaičius yra mažesnis, o laipsnis – lengvesnis. Viena vertus, tai lemia nuožulninimas liejimo juostos išėjime ir kruopštus darbo juostos poliravimas, siekiant sumažinti aliuminio sluoksnio storį; kita vertus, tai susiję su pertekliniu Si kiekiu.
Remiantis tiesioginio spektrinės sudėties nuskaitymo rezultatais, matyti, kad be Si, sujungto su MgMg2Si, likęs Si yra paprastos medžiagos pavidalu.
2.2 Mažos dalelės paviršiuje
Vizualiai apžiūrint mažu didinimu, dalelės yra mažos (≤0,5 mm), nelygios liečiant, aštrios ir prilimpa prie profilio paviršiaus. Stebint 100 kartų didinimu, mažos dalelės paviršiuje pasiskirsto atsitiktinai, o prie paviršiaus prilipusios mažos dalelės, nepriklausomai nuo to, ar yra įbrėžimų, ar ne, yra prilipusios.
Esant 500X, nesvarbu, ar paviršiuje ekstruzijos kryptimi yra akivaizdžių laiptuotų įbrėžimų, vis tiek lieka daug prilipusių dalelių, o jų dydis skiriasi. Didžiausios dalelės yra apie 15 μm, o mažos – apie 5 μm.
Atlikus 6060 lydinio paviršiaus dalelių ir nepažeistos matricos sudėties analizę, dalelės daugiausia sudarytos iš O, C, Si ir Fe elementų, o aliuminio kiekis yra labai mažas. Beveik visose dalelėse yra O ir C elementų. Kiekvienos dalelės sudėtis šiek tiek skiriasi. Tarp jų a dalelės yra arti 10 μm, tai yra žymiai daugiau nei matricos Si, Mg ir O; c dalelėse Si, O ir Cl yra akivaizdžiai daugiau; d ir f dalelėse yra daug Si, O ir Na; e dalelėse yra Si, Fe ir O; h dalelės yra Fe turintys junginiai. 6060 dalelių rezultatai yra panašūs, tačiau kadangi Si ir Fe kiekis pačiame 6060 yra mažas, atitinkamas Si ir Fe kiekis paviršiaus dalelėse taip pat yra mažas; C kiekis 6060 dalelėse yra santykinai mažas.
Paviršiaus dalelės gali būti ne pavienės mažos dalelės, bet ir egzistuoti daugelio mažų dalelių, turinčių skirtingas formas, sankaupų pavidalu, o skirtingų elementų masės procentai skirtingose dalelėse skiriasi. Manoma, kad dalelės daugiausia sudarytos iš dviejų tipų. Viena yra nuosėdos, tokios kaip AlFeSi ir elementinis Si, kurios susidaro iš aukštos lydymosi temperatūros priemaišų fazių, tokių kaip FeAl3 arba AlFeSi(Mn) luite, arba nuosėdų fazės ekstruzijos proceso metu. Kita yra prilipusios pašalinės medžiagos.
2.3 Luito paviršiaus šiurkštumo įtaka
Bandymo metu nustatyta, kad 6005A liejamo strypo tekinimo staklių galinis paviršius buvo šiurkštus ir dulkėmis nudažytas. Buvo du liejami strypai su giliausiomis tekinimo įrankių žymėmis lokaliose vietose, o tai atitiko reikšmingą traukimų skaičiaus padidėjimą po ekstruzijos, o vieno traukimo dydis buvo didesnis, kaip parodyta 7 paveiksle.
6005A lietiniame strype nėra tekinimo staklių, todėl paviršiaus šiurkštumas yra mažas, o tempimo žymių skaičius – mažesnis. Be to, kadangi prie lietinio strypo tekinimo žymių neprisiriša pjovimo skysčio perteklius, atitinkamose dalelėse sumažėja anglies kiekis. Įrodyta, kad tekinimo žymės ant lietinio strypo paviršiaus tam tikru mastu apsunkina tempimą ir dalelių susidarymą.
3 Diskusija
(1) Traukimo defektų komponentai iš esmės yra tokie patys kaip ir matricos. Tai svetimkūniai, sena luito paviršiaus plėvelė ir kiti priemaišos, susikaupę ekstruzijos cilindro sienelėje arba negyvoje formos vietoje ekstruzijos proceso metu, kurie patenka į metalo paviršių arba formos darbo juostos aliuminio sluoksnį. Produktui tekant į priekį, atsiranda paviršiaus įbrėžimų, o kai produktas susikaupia iki tam tikro dydžio, jį pašalina produktas, suformuodamas tempiamąjį sluoksnį. Po oksidacijos tempiamasis sluoksnis koroduoja, o dėl didelio dydžio atsiranda įdubimų pavidalo defektų.
(2) Paviršiaus dalelės kartais atrodo kaip pavienės mažos dalelės, o kartais egzistuoja agregatų pavidalu. Jų sudėtis akivaizdžiai skiriasi nuo matricos sudėties ir daugiausia sudaryta iš O, C, Fe ir Si elementų. Kai kuriose dalelėse vyrauja O ir C elementai, o kitose – O, C, Fe ir Si. Todėl daroma išvada, kad paviršiaus dalelės susidaro iš dviejų šaltinių: vienas yra nuosėdos, tokios kaip AlFeSi ir elementinis Si, ir prie paviršiaus prilipusios priemaišos, tokios kaip O ir C; kitas yra prilipusios pašalinės medžiagos. Dalelės po oksidacijos surūdija. Dėl savo mažo dydžio jos neturi arba turi mažai įtakos paviršiui.
(3) Dalelės, kuriose gausu C ir O elementų, daugiausia susidaro iš tepimo alyvos, dulkių, dirvožemio, oro ir kt., prilipusių prie luito paviršiaus. Pagrindiniai tepimo alyvos komponentai yra C, O, H, S ir kt., o pagrindinis dulkių ir dirvožemio komponentas yra SiO2. Paviršiaus dalelių O kiekis paprastai yra didelis. Kadangi dalelės iš karto po darbo juostos išėjimo yra aukštos temperatūros ir dėl didelio dalelių savitojo paviršiaus ploto jos lengvai adsorbuoja O atomus ore ir po sąlyčio su oru sukelia oksidaciją, todėl O kiekis yra didesnis nei matricoje.
(4) Fe, Si ir kt. daugiausia susidaro iš luituose esančių oksidų, senų apnašų ir priemaišų fazių (aukšta lydymosi temperatūra arba antroji fazė, kuri nėra visiškai pašalinama homogenizuojant). Fe elementas susidaro iš aliuminio luituose esančio Fe, sudarydamas aukštos lydymosi temperatūros priemaišų fazes, tokias kaip FeAl3 arba AlFeSi(Mn), kurios negali būti ištirpintos kietame tirpale homogenizavimo proceso metu arba nėra visiškai paverčiamos; Si aliuminio matricoje yra Mg2Si arba persotinto kieto Si tirpalo pavidalu liejimo proceso metu. Liejamo strypo karštojo ekstruzijos proceso metu gali nusėsti Si perteklius. Si tirpumas aliuminyje yra 0,48 % esant 450 °C temperatūrai ir 0,8 % (masės %) esant 500 °C temperatūrai. Si perteklius 6005 yra apie 0,41 %, o nusodintas Si gali būti agregatas ir iškritimas dėl koncentracijos svyravimų.
(5) Pagrindinė tempimo priežastis yra aliuminio prilipimas prie liejimo juostos. Ekstruzijos matrica yra aukštos temperatūros ir aukšto slėgio aplinka. Metalo srauto trintis padidins liejimo juostos temperatūrą, todėl prie liejimo juostos įėjimo pjovimo briaunos susidaro „lipnus aliuminio sluoksnis“.
Tuo pačiu metu aliuminio lydinyje esantis Si ir kitų elementų, tokių kaip Mn ir Cr, perteklius lengvai pakeičia kietus tirpalus su Fe, o tai skatina „lipnaus aliuminio sluoksnio“ susidarymą liejimo formos darbo zonos įėjime. Metalas, tekantis per „lipnų aliuminio sluoksnį“, priklauso vidinei trinčiai (slydimo jėga metalo viduje). Dėl vidinės trinties metalas deformuojasi ir sukietėja, o tai skatina pagrindinį metalą ir formą sukibti. Tuo pačiu metu liejimo formos diržas dėl slėgio deformuojasi į trimito formą, o lipnus aliuminis, susidaręs dėl darbinio diržo pjovimo briaunos dalies, liečiančios profilį, yra panašus į tekinimo įrankio pjovimo briauną.
Lipnaus aliuminio susidarymas yra dinamiškas augimo ir lūžinėjimo procesas. Profilis nuolat išstumia daleles. Jos prilimpa prie profilio paviršiaus ir sudaro tempimo defektus. Jei jis teka tiesiai iš darbinio diržo ir akimirksniu adsorbuojasi ant profilio paviršiaus, prie paviršiaus termiškai prilipusios mažos dalelės vadinamos „adsorbcijos dalelėmis“. Jei kai kurias daleles sulaužys ekstruduotas aliuminio lydinys, kai kurios dalelės, eidamos per darbinį diržą, prilips prie darbinio diržo paviršiaus ir sukels įbrėžimus profilio paviršiuje. Galas yra sukrauta aliuminio matrica. Kai darbinio diržo viduryje yra daug aliuminio (sujungimas stiprus), tai pablogins paviršiaus įbrėžimus.
(6) Ekstruzijos greitis daro didelę įtaką tempimui. Ekstruzijos greičio įtaka. Kalbant apie vikšrinį 6005 lydinį, ekstruzijos greitis bandymo diapazone didėja, išėjimo temperatūra didėja, o paviršiaus tempimo dalelių skaičius didėja ir jos tampa sunkesnės didėjant mechaninėms linijoms. Ekstruzijos greitis turėtų būti kuo stabilesnis, kad būtų išvengta staigių greičio pokyčių. Per didelis ekstruzijos greitis ir aukšta išėjimo temperatūra padidins trintį ir stipriai padidins dalelių tempimą. Specifinis ekstruzijos greičio įtakos tempimo reiškiniui mechanizmas reikalauja tolesnių tyrimų ir patikrinimo.
(7) Lieto strypo paviršiaus kokybė taip pat yra svarbus veiksnys, turintis įtakos traukiančioms dalelėms. Lieto strypo paviršius yra šiurkštus, su pjovimo šerpetotais, alyvos dėmėmis, dulkėmis, korozija ir kt., todėl visa tai padidina dalelių traukimo polinkį.
4 Išvada
(1) Traukimo defektų sudėtis atitinka matricos sudėtį; dalelių padėties sudėtis akivaizdžiai skiriasi nuo matricos sudėties, daugiausia sudaryta iš O, C, Fe ir Si elementų.
(2) Traukimo dalelių defektus daugiausia sukelia aliuminio prilipimas prie liejimo juostos. Bet kokie veiksniai, skatinantys aliuminio prilipimą prie liejimo juostos, sukels tempimo defektus. Siekiant užtikrinti liejimo strypo kokybę, tempimo dalelių susidarymas neturi tiesioginės įtakos lydinio sudėčiai.
(3) Tinkamas vienodas ugnies apdorojimas yra naudingas siekiant sumažinti paviršiaus tempimą.
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 10 d.
