بهبود کیفیت پروفایل های آلیاژ آلومینیوم بالا: علل و راه حل های نقص در پروفایل

در طی فرآیند اکستروژن مواد اکسترود شده آلیاژ آلومینیوم ، به ویژه پروفایل های آلومینیومی ، یک نقص "گودال" اغلب در سطح رخ می دهد. تظاهرات خاص شامل تومورهای بسیار کوچکی با تراکم متفاوت ، خیاطی و احساس دست آشکار با احساس تند است. پس از اکسیداسیون یا درمان سطح الکتروفورز ، آنها اغلب به عنوان گرانول های سیاه که به سطح محصول چسبیده اند ، ظاهر می شوند.

در تولید اکستروژن پروفایل های بخش بزرگ ، این نقص به دلیل تأثیر ساختار شمش ، دمای اکستروژن ، سرعت اکستروژن ، پیچیدگی قالب و غیره به احتمال زیاد رخ می دهد. فرآیند پیش درمانی سطح پروفایل ، به ویژه فرآیند اچینگ قلیایی ، در حالی که تعداد کمی از ذرات بزرگ و محکم به اندازه بزرگ بر روی سطح مشخصات باقی می مانند و بر کیفیت ظاهر محصول نهایی تأثیر می گذارد.

در محصولات معمولی درب و مشخصات پنجره ، مشتریان به طور کلی نقایص جزئی را می پذیرند ، اما برای پروفایل های صنعتی که نیاز به تأکید برابر بر خصوصیات مکانیکی و عملکرد تزئینی یا تأکید بیشتر بر عملکرد تزئینی دارند ، مشتریان به طور کلی این نقص را نمی پذیرند ، به خصوص نقص های تند و تیز که هستند متناقض با رنگ پس زمینه مختلف.

به منظور تجزیه و تحلیل مکانیسم تشکیل ذرات خشن ، مورفولوژی و ترکیب مکان های نقص تحت ترکیبات مختلف آلیاژ و فرآیندهای اکستروژن مورد بررسی قرار گرفت و تفاوت بین نقص و ماتریس مقایسه شد. یک راه حل معقول برای حل موثر ذرات خشن مطرح شد و یک آزمایش آزمایشی انجام شد.

برای حل نقص گودال پروفایل ، لازم است مکانیسم شکل گیری نقص گودال را درک کنیم. در طی فرآیند اکستروژن ، چسبیدن آلومینیوم به کمربند کار مرده عامل اصلی گودبرداری در سطح مواد آلومینیومی اکسترود شده است. این امر به این دلیل است که فرآیند اکستروژن آلومینیوم در دمای بالا در حدود 450 درجه سانتیگراد انجام می شود. اگر اثرات گرمای تغییر شکل و گرمای اصطکاک اضافه شود ، هنگام بیرون آمدن از سوراخ قالب ، دمای فلز بیشتر می شود. هنگامی که محصول از سوراخ مرده بیرون می آید ، به دلیل درجه حرارت بالا ، پدیده ای از آلومینیوم بین فلز و کمربند کار قالب وجود دارد.

شکل این پیوند غالباً: یک فرآیند مکرر پیوند - پاره شدن - پیوند - دوباره پاره شدن ، و محصول به جلو جریان می یابد و در نتیجه بسیاری از چاله های کوچک روی سطح محصول ایجاد می شود.

این پدیده پیوند مربوط به عواملی مانند کیفیت شمش ، وضعیت سطح کمربند کار قالب ، دمای اکستروژن ، سرعت اکستروژن ، درجه تغییر شکل و مقاومت تغییر شکل فلز است.

1 مواد آزمایشی و روش

از طریق تحقیقات اولیه ، ما آموخته ایم که عواملی مانند خلوص متالورژیکی ، وضعیت قالب ، فرآیند اکستروژن ، مواد تشکیل دهنده و شرایط تولید ممکن است ذرات سخت شده سطح را تحت تأثیر قرار دهد. در این آزمایش از دو میله آلیاژ ، 6005A و 6060 استفاده شد تا در همان بخش اکست شود. مورفولوژی و ترکیب موقعیت های ذرات خشن از طریق طیف سنج خواندن مستقیم و روشهای تشخیص SEM مورد بررسی قرار گرفت و با ماتریس طبیعی اطراف مقایسه شد.

به منظور متمایز کردن مورفولوژی دو نقص گودال و ذرات ، آنها به شرح زیر تعریف می شوند:

(1) نقص یا نقص کشش نوعی نقص نقطه است که یک نقص خراش مانند تادپول مانند یا نقطه مانند است که در سطح پروفایل ظاهر می شود. این نقص از نوار خراش شروع می شود و با خاموش شدن نقص به پایان می رسد و در انتهای خط خراش به لوبیای فلزی جمع می شود. اندازه نقص گودال به طور کلی 1-5 میلی متر است و پس از درمان اکسیداسیون ، سیاه تیره می شود ، که در نهایت بر ظاهر پروفایل تأثیر می گذارد ، همانطور که در دایره قرمز در شکل 1 نشان داده شده است.

(2) ذرات سطح نیز به لوبیای فلزی یا ذرات جذب گفته می شوند. سطح مشخصات آلیاژ آلومینیوم با ذرات فلزی سخت خاکستری-سیاه و سفید کروی وصل شده و دارای ساختار سست است. دو نوع پروفایل آلیاژ آلومینیوم وجود دارد: آنهایی که می توانند از بین بروند و مواردی که نمی توانند از بین بروند. اندازه به طور کلی کمتر از 0.5 میلی متر است و از نظر لمس بسیار خشن است. هیچ خراش در قسمت جلوی آن وجود ندارد. پس از اکسیداسیون ، تفاوت چندانی با ماتریس ندارد ، همانطور که در دایره زرد در شکل 1 نشان داده شده است.

2 نتایج آزمون و تجزیه و تحلیل

2.1 نقص کشیدن سطح

شکل 2 مورفولوژی ریزساختاری نقص کشش روی سطح آلیاژ 6005A را نشان می دهد. در قسمت جلوی کشیدن ، خراش های گام به گام وجود دارد و آنها با گره های انباشته پایان می دهند. پس از ظاهر شدن گره ها ، سطح به حالت عادی باز می گردد. محل نقص زبر برای لمس صاف نیست ، احساس خار تیز دارد و روی سطح پروفایل می چسبد یا جمع می شود. از طریق آزمایش اکستروژن ، مشاهده شد که مورفولوژی کشیدن 6005A و 6060 پروفایل اکسترود شده مشابه است و انتهای دم محصول بیشتر از انتهای سر است. تفاوت این است که اندازه کلی کشویی 6005a کوچکتر است و عمق خراش ضعیف می شود. این ممکن است مربوط به تغییرات در ترکیب آلیاژ ، حالت ریخته گری و شرایط قالب باشد. مشاهده شده در زیر 100 برابر ، علائم خراش آشکار در قسمت جلوی ناحیه کشش وجود دارد که در امتداد جهت اکستروژن کشیده شده است و شکل ذرات گره نهایی نامنظم است. در 500 برابر ، قسمت جلوی سطح کشش دارای خراش های گام به گام در امتداد جهت اکستروژن است (اندازه این نقص حدود 120 میکرومتر است) ، و علائم انباشته آشکار روی ذرات گره ای در انتهای دم وجود دارد.

به منظور تجزیه و تحلیل علل کشیدن ، از طیف سنج خواندن مستقیم و EDX برای انجام تجزیه و تحلیل مؤلفه در مکان های نقص و ماتریس سه مؤلفه آلیاژ استفاده شد. جدول 1 نتایج آزمون مشخصات 6005A را نشان می دهد. نتایج EDX نشان می دهد که ترکیب موقعیت انباشت ذرات کشش اساساً شبیه به ماتریس است. علاوه بر این ، برخی از ذرات ناخالصی ریز در داخل و اطراف نقص کشش جمع می شوند ، و ذرات ناخالصی حاوی C ، O (یا Cl) یا Fe ، Si و S.

تجزیه و تحلیل نقص های سختگیر 6005A پروفایل اکسیده شده اکسیده شده ریز نشان می دهد که ذرات کشش از نظر اندازه بزرگ هستند (1-5 میلی متر) ، سطح عمدتا انباشته شده است ، و در قسمت جلوی خراش های گام مانند وجود دارد. این ترکیب نزدیک به ماتریس AL است و مراحل ناهمگن حاوی Fe ، Si ، C و O وجود خواهد داشت که در اطراف آن توزیع می شود. این نشان می دهد که مکانیسم شکل گیری سه آلیاژ یکسان است.

در طی فرآیند اکستروژن ، اصطکاک جریان فلزی باعث افزایش دمای کمربند کار قالب می شود و "لایه آلومینیومی چسبنده" را در لبه برش ورودی کمربند کار تشکیل می دهد. در عین حال ، SI اضافی و سایر عناصر مانند MN و Cr در آلیاژ آلومینیوم به راحتی می توانند راه حل های جامد جایگزین با FE را تشکیل دهند ، که باعث تشکیل "لایه آلومینیومی چسبنده" در ورودی منطقه کار قالب می شود.

از آنجا که این فلز به جلو جریان می یابد و در برابر کمربند کار مالیده می شود ، یک پدیده متقابل پیوند پیوندی پیوسته در یک موقعیت خاص رخ می دهد و باعث می شود فلز به طور مداوم در این موقعیت قرار بگیرد. هنگامی که ذرات به اندازه مشخصی افزایش می یابند ، توسط محصول جاری از بین می رود و علائم خراش را روی سطح فلز شکل می دهد. روی سطح فلز باقی خواهد ماند و در انتهای خراش ذرات کشیدن را تشکیل می دهد. از این رو ، می توان در نظر گرفت که تشکیل ذرات خشن عمدتاً مربوط به چسبیدن آلومینیوم به کمربند کار قالب است. مراحل ناهمگن توزیع شده در اطراف آن ممکن است از روغن کاری ، اکسیدها یا ذرات گرد و غبار و همچنین ناخالصی هایی که توسط سطح خشن شمش ایجاد می شود ، سرچشمه بگیرد.

با این حال ، تعداد کشش در نتایج آزمون 6005A کوچکتر و درجه سبک تر است. از یک طرف ، این به دلیل محاصره در خروجی کمربند کار قالب و جلا دادن دقیق کمربند کار برای کاهش ضخامت لایه آلومینیوم است. از طرف دیگر ، مربوط به محتوای اضافی SI است.

با توجه به نتایج ترکیب طیفی مستقیم خواندن ، می توان دریافت که علاوه بر SI همراه با MG MG2SI ، SI باقیمانده به شکل یک ماده ساده ظاهر می شود.

2.2 ذرات کوچک روی سطح

تحت بازرسی بینایی با بزرگنمایی کم ، ذرات کوچک هستند (5/0 میلی متر) ، تا لمس صاف نیستند ، احساس تیز دارند و به سطح پروفایل پایبند هستند. مشاهده شده در زیر 100 برابر ، ذرات کوچک روی سطح به طور تصادفی توزیع می شوند ، و ذرات کوچک به اندازه کوچک وصل شده اند بدون در نظر گرفتن خراش یا نه.

در 500 برابر ، مهم نیست که آیا خراش های آشکار مانند گام بر روی سطح در امتداد جهت اکستروژن وجود دارد ، بسیاری از ذرات هنوز به هم وصل شده اند و اندازه ذرات متفاوت است. بزرگترین اندازه ذرات در حدود 15 میکرومتر است و ذرات کوچک در حدود 5 میکرومتر هستند.

از طریق تجزیه و تحلیل ترکیب ذرات سطح آلیاژ 6060 و ماتریس دست نخورده ، ذرات عمدتاً از عناصر O ، C ، Si و Fe تشکیل شده اند و میزان آلومینیوم بسیار کم است. تقریباً تمام ذرات حاوی عناصر O و C هستند. ترکیب هر ذره کمی متفاوت است. در میان آنها ، ذرات A نزدیک به 10 میکرومتر هستند که به طور قابل توجهی بالاتر از ماتریس Si ، Mg و O است. در ذرات C ، Si ، O و Cl آشکارا بالاتر هستند. ذرات D و F حاوی Si ، O و Na بالا هستند. ذرات E حاوی Si ، Fe و O هستند. ذرات H ترکیبات حاوی آهن هستند. نتایج 6060 ذرات مشابه این است ، اما به دلیل اینکه محتوای Si و Fe در 6060 خود کم است ، محتوای مربوط به Si و Fe در ذرات سطح نیز کم است. محتوای C در ذرات 6060 نسبتاً کم است.

ذرات سطح ممکن است ذرات کوچک تک نباشند ، اما ممکن است به شکل تجمع بسیاری از ذرات کوچک با اشکال مختلف وجود داشته باشد و درصد جرم عناصر مختلف در ذرات مختلف متفاوت است. اعتقاد بر این است که ذرات عمدتاً از دو نوع تشکیل شده اند. یکی رسوبات مانند آلفسی و عناصر SI است که از مراحل ناخالصی نقطه ذوب بالا مانند Feal3 یا آلفسی (منگنز) در شمش یا مراحل رسوب در طی فرآیند اکستروژن سرچشمه می گیرد. مورد دیگر ماده خارجی است.

2.3 تأثیر زبری سطح شمش

در طول آزمایش مشخص شد که سطح عقب تراش میله چدن 6005A خشن و با گرد و غبار رنگ آمیزی شده است. دو میله بازیگران با عمیق ترین علامت ابزار چرخش در مکان های محلی وجود داشت که مطابق با افزایش قابل توجهی در تعداد کشش پس از اکستروژن بود و اندازه یک کشش منفرد بزرگتر بود ، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است.

میله ریخته گری 6005A هیچ تراش ندارد ، بنابراین زبری سطح کم است و تعداد کشش ها کاهش می یابد. علاوه بر این ، از آنجا که هیچ مایع برش اضافی متصل به علائم تراش میله ریخته گری وجود ندارد ، محتوای C در ذرات مربوطه کاهش می یابد. ثابت شده است که علائم چرخش روی سطح میله ریخته گری باعث تشدید کشیدن و تشکیل ذرات تا حدی می شود.

3 بحث

(1) اجزای کشش نقص اساساً مشابه موارد ماتریس هستند. این ذرات خارجی ، پوست قدیمی روی سطح شمش و سایر ناخالصی های انباشته شده در دیواره بشکه اکستروژن یا ناحیه مرده قالب در طی فرآیند اکستروژن است که به سطح فلز یا لایه آلومینیومی قالب کار می کنند کمربند. از آنجا که محصول به جلو جریان می یابد ، خراش های سطحی ایجاد می شود و هنگامی که محصول به اندازه مشخصی جمع می شود ، توسط محصول برای شکل دادن به محصول خارج می شود. پس از اکسیداسیون ، کشش خورده شد و به دلیل اندازه زیاد آن ، نقص مانند گودال در آنجا وجود داشت.

(2) ذرات سطحی گاهی به عنوان ذرات کوچک منفرد ظاهر می شوند ، و گاهی اوقات به صورت جمع وجود دارند. ترکیب آنها بدیهی است که با ماتریس متفاوت است و به طور عمده حاوی عناصر O ، C ، Fe و Si است. برخی از ذرات توسط عناصر O و C حاکم هستند و برخی از ذرات تحت سلطه O ، C ، Fe و Si هستند. بنابراین ، استنباط می شود که ذرات سطح از دو منبع تهیه می شوند: یکی رسوبات مانند آلفسی و عناصر SI است و ناخالصی هایی مانند O و C به سطح چسبیده اند. مورد دیگر ماده خارجی است. ذرات پس از اکسیداسیون از بین می روند. به دلیل اندازه کوچک آنها ، آنها تأثیر کمی بر روی سطح ندارند.

(3) ذرات سرشار از عناصر C و O عمدتاً از روغن کاری روغن ، گرد و غبار ، خاک ، هوا و غیره ناشی می شوند. اجزای اصلی روغن روغن کاری C ، O ، H ، S و غیره است و مؤلفه اصلی گرد و غبار و خاک SiO2 است. محتوای O ذرات سطحی به طور کلی زیاد است. از آنجا که ذرات بلافاصله پس از خروج از کمربند کار در حالت درجه حرارت بالا قرار دارند و به دلیل سطح بزرگ خاص ذرات ، به راحتی اتمهای O را در هوا جذب می کنند و بعد از تماس با هوا باعث اکسیداسیون می شوند و در نتیجه بالاتر O محتوا از ماتریس.

(4) آهن ، سی و غیره به طور عمده از اکسیدها ، مقیاس های قدیمی و ناخالصی موجود در شمش (نقطه ذوب بالا یا مرحله دوم که به طور کامل با همگن سازی از بین نرفته است) حاصل می شود. عنصر آهن از آهن در شمشهای آلومینیومی سرچشمه می گیرد و مراحل ناخالصی نقطه ذوب بالا مانند Feal3 یا آلفسی (MN) را تشکیل می دهد ، که در طی فرآیند همگن سازی نمی توانند در محلول جامد حل شوند ، یا به طور کامل تبدیل نمی شوند. Si در ماتریس آلومینیوم به شکل MG2SI یا یک محلول جامد اشباع نشده از SI در طی فرآیند ریخته گری وجود دارد. در طی فرآیند اکستروژن داغ میله ریخته گری ، Si اضافی ممکن است رسوب کند. حلالیت SI در آلومینیوم 0.48 ٪ در دمای 450 درجه سانتیگراد و 0.8 ٪ (درصد وزنی) در 500 درجه سانتیگراد است. محتوای اضافی SI در 6005 حدود 0.41 ٪ است ، و SI رسوب شده ممکن است تجمع و بارش ناشی از نوسانات غلظت باشد.

(5) چسباندن آلومینیوم به کمربند کار قالب عامل اصلی کشیدن است. مرگ اکستروژن یک محیط با درجه حرارت بالا و پر فشار است. اصطکاک جریان فلزی دمای کمربند کار قالب را افزایش می دهد و "لایه آلومینیومی چسبنده" را در لبه برش ورودی کمربند کار تشکیل می دهد.

در عین حال ، SI اضافی و سایر عناصر مانند MN و Cr در آلیاژ آلومینیوم به راحتی می توانند راه حل های جامد جایگزین با FE را تشکیل دهند ، که باعث تشکیل "لایه آلومینیومی چسبنده" در ورودی منطقه کار قالب می شود. این فلز که از طریق "لایه آلومینیوم چسبنده" جریان دارد متعلق به اصطکاک داخلی (برشی کشویی در داخل فلز) است. این فلز به دلیل اصطکاک داخلی تغییر شکل داده و سخت می شود ، که باعث می شود فلز زیرین و قالب به هم بچسبد. در عین حال ، کمربند کار قالب به دلیل فشار به شکل ترومپت تغییر شکل می یابد و آلومینیوم چسبنده تشکیل شده توسط قسمت برش کمربند کار با پروفایل شبیه به لبه برش یک ابزار چرخش است.

تشکیل آلومینیوم چسبنده یک فرآیند پویا از رشد و ریختن است. ذرات دائماً توسط نمایه بیرون می آیند. در اینجا به سطح پروفایل می رسد و نقص کشش را تشکیل می دهند. اگر مستقیماً از کمربند کار خارج شود و فوراً روی سطح پروفایل جذب شود ، ذرات کوچک که از نظر حرارتی به سطح چسبیده اند ، "ذرات جذب" نامیده می شوند. اگر برخی از ذرات توسط آلیاژ آلومینیوم اکسترود شده شکسته شوند ، برخی از ذرات هنگام عبور از کمربند کار به سطح کمربند کار می چسبند و باعث خراش روی سطح پروفایل می شوند. انتهای دم ماتریس آلومینیوم انباشته است. هنگامی که تعداد زیادی آلومینیوم در وسط کمربند کار گیر کرده است (پیوند قوی است) ، خراش های سطح را تشدید می کند.

(6) سرعت اکستروژن تأثیر زیادی در کشیدن دارد. تأثیر سرعت اکستروژن. در مورد آلیاژ 6005 ردیابی شده ، سرعت اکستروژن در محدوده آزمایش افزایش می یابد ، دمای خروجی افزایش می یابد و با افزایش خطوط مکانیکی ، تعداد ذرات کشیده سطح افزایش می یابد و سنگین تر می شود. سرعت اکستروژن باید تا حد امکان پایدار نگه داشته شود تا از تغییرات ناگهانی سرعت جلوگیری شود. سرعت اکستروژن بیش از حد و دمای بالای خروجی منجر به افزایش اصطکاک و کشیدن ذرات جدی می شود. مکانیسم خاص تأثیر سرعت اکستروژن بر پدیده کشش نیاز به پیگیری و تأیید بعدی دارد.

(7) کیفیت سطح میله ریخته گری نیز عامل مهمی است که بر ذرات کشیدن تأثیر می گذارد. سطح میله ریخته گری خشن است ، با اره برقی ، لکه های روغن ، گرد و غبار ، خوردگی و غیره ، که همه آنها تمایل به کشیدن ذرات را افزایش می دهد.

4 نتیجه گیری

(1) ترکیب نقص کشیدن با ماتریس سازگار است. ترکیب موقعیت ذرات بدیهی است که با روش ماتریس متفاوت است ، که عمدتا حاوی عناصر O ، C ، Fe و Si است.

(2) کشیدن نقص ذرات عمدتاً در اثر چسبیدن آلومینیوم به کمربند کار قالب ایجاد می شود. هر عواملی که باعث افزایش آلومینیوم به کمربند کار قالب می شود باعث ایجاد نقص می شود. با فرض اطمینان از کیفیت میله ریخته گری ، تولید ذرات کشیدن هیچ تأثیر مستقیمی بر ترکیب آلیاژ ندارد.

(3) تصفیه مناسب آتش سوزی یکنواخت برای کاهش کشش سطح مفید است.