Durante il processo di estrusione dei materiali estrusi in leghe di alluminio, in particolare dei profili in alluminio, spesso si verifica un difetto di “vaiolatura” sulla superficie. Le manifestazioni specifiche includono tumori molto piccoli con densità variabili, scodamento e sensazione evidente della mano, con una sensazione appuntita. Dopo l'ossidazione o il trattamento superficiale elettroforetico, spesso si presentano come granuli neri aderenti alla superficie del prodotto.
Nella produzione per estrusione di profili di grande sezione, è più probabile che questo difetto si verifichi a causa dell'influenza della struttura del lingotto, della temperatura di estrusione, della velocità di estrusione, della complessità dello stampo, ecc. La maggior parte delle particelle fini dei difetti vaiolati possono essere rimosse durante la processo di pretrattamento della superficie del profilo, in particolare il processo di incisione alcalina, mentre un piccolo numero di particelle di grandi dimensioni e saldamente aderenti rimangono sulla superficie del profilo, influenzando la qualità dell'aspetto del prodotto finale.
Nei normali prodotti di profili per porte e finestre per l'edilizia, i clienti generalmente accettano piccoli difetti vaiolati, ma per i profili industriali che richiedono uguale enfasi sulle proprietà meccaniche e sulle prestazioni decorative o maggiore enfasi sulle prestazioni decorative, i clienti generalmente non accettano questo difetto, specialmente i difetti vaiolati che sono incoerente con il diverso colore di sfondo.
Per analizzare il meccanismo di formazione delle particelle ruvide, sono state analizzate la morfologia e la composizione delle posizioni dei difetti in diverse composizioni di leghe e processi di estrusione e sono state confrontate le differenze tra i difetti e la matrice. È stata proposta una soluzione ragionevole per risolvere efficacemente le particelle ruvide ed è stato effettuato un test di prova.
Per risolvere i difetti di vaiolatura dei profili, è necessario comprendere il meccanismo di formazione dei difetti di vaiolatura. Durante il processo di estrusione, l'adesione dell'alluminio al nastro di lavoro dello stampo è la causa principale dei difetti di vaiolatura sulla superficie dei materiali in alluminio estruso. Questo perché il processo di estrusione dell'alluminio viene effettuato ad una temperatura elevata di circa 450°C. Se si sommano gli effetti del calore di deformazione e del calore di attrito, la temperatura del metallo sarà più elevata quando fuoriesce dal foro della matrice. Quando il prodotto esce dal foro della matrice, a causa dell'elevata temperatura, si verifica il fenomeno dell'incollamento dell'alluminio tra il metallo e il nastro di lavoro dello stampo.
La forma di questo legame è spesso: un processo ripetuto di legame – strappo – legame – strappo di nuovo, e il prodotto scorre in avanti, dando luogo a molti piccoli buchi sulla superficie del prodotto.
Questo fenomeno di incollaggio è correlato a fattori quali la qualità del lingotto, le condizioni superficiali del nastro di lavoro dello stampo, la temperatura di estrusione, la velocità di estrusione, il grado di deformazione e la resistenza alla deformazione del metallo.
1 Materiali e metodi di prova
Attraverso una ricerca preliminare, abbiamo appreso che fattori quali la purezza metallurgica, lo stato dello stampo, il processo di estrusione, gli ingredienti e le condizioni di produzione possono influenzare le particelle irruvidite sulla superficie. Nel test sono state utilizzate due barre in lega 6005A e 6060 per estrudere la stessa sezione. La morfologia e la composizione delle posizioni delle particelle irruvidite sono state analizzate mediante spettrometro a lettura diretta e metodi di rilevamento SEM e confrontate con la matrice normale circostante.
Per distinguere chiaramente la morfologia dei due difetti di buccia e particolato, essi vengono definiti come segue:
(1) I difetti bucherellati o i difetti di trazione sono un tipo di difetto puntiforme che è un difetto di graffio irregolare simile a un girino o puntiforme che appare sulla superficie del profilo. Il difetto inizia dalla striscia di graffio e termina con la caduta del difetto, accumulandosi in grani metallici all'estremità della linea di graffio. La dimensione del difetto bucherellato è generalmente di 1-5 mm e diventa nero scuro dopo il trattamento di ossidazione, che in definitiva influisce sull'aspetto del profilo, come mostrato nel cerchio rosso nella Figura 1.
(2) Le particelle superficiali sono anche chiamate grani metallici o particelle di adsorbimento. La superficie del profilo in lega di alluminio è fissata con particelle sferiche di metallo duro grigio-nero e ha una struttura sciolta. Esistono due tipi di profili in lega di alluminio: quelli cancellabili e quelli non cancellabili. La dimensione è generalmente inferiore a 0,5 mm e risulta ruvida al tatto. Non c'è nessun graffio nella parte anteriore. Dopo l'ossidazione, non è molto diversa dalla matrice, come mostrato nel cerchio giallo in Figura 1.
2 Risultati dei test e analisi
2.1 Difetti di trascinamento della superficie
La Figura 2 mostra la morfologia microstrutturale del difetto di trazione sulla superficie della lega 6005A. Sono presenti graffi a gradino nella parte anteriore dell'estrazione e terminano con noduli impilati. Dopo la comparsa dei noduli, la superficie ritorna normale. La sede del difetto di irruvidimento non è liscia al tatto, ha un aspetto spinoso e aderisce o si accumula sulla superficie del profilo. Attraverso il test di estrusione si è osservato che la morfologia di trazione dei profili estrusi 6005A e 6060 è simile e l'estremità di coda del prodotto è maggiore dell'estremità di testa; la differenza è che la dimensione complessiva di estrazione del 6005A è inferiore e la profondità del graffio è indebolita. Ciò può essere correlato a cambiamenti nella composizione della lega, nello stato della barra fusa e nelle condizioni dello stampo. Osservati sotto 100X, sono presenti evidenti segni di graffio sull'estremità anteriore dell'area di trazione, che è allungata lungo la direzione di estrusione, e la forma delle particelle del nodulo finale è irregolare. A 500X, l'estremità anteriore della superficie di trazione presenta graffi a gradino lungo la direzione di estrusione (la dimensione di questo difetto è di circa 120 μm) e sono presenti evidenti segni di impilamento sulle particelle nodulari all'estremità della coda.
Per analizzare le cause della trazione, sono stati utilizzati uno spettrometro a lettura diretta ed EDX per condurre l'analisi dei componenti sulle posizioni dei difetti e sulla matrice dei tre componenti della lega. La tabella 1 mostra i risultati dei test del profilo 6005A. I risultati EDX mostrano che la composizione della posizione di impilamento delle particelle che attirano è sostanzialmente simile a quella della matrice. Inoltre, alcune particelle fini di impurità si accumulano all'interno e attorno al difetto di trazione e le particelle di impurità contengono C, O (o Cl) o Fe, Si e S.
L'analisi dei difetti di irruvidimento dei profili estrusi ossidati fini 6005A mostra che le particelle di trascinamento sono di grandi dimensioni (1-5 mm), la superficie è per lo più accatastata e sono presenti graffi a gradino sulla sezione anteriore; La composizione è vicina alla matrice Al e attorno ad essa saranno distribuite fasi eterogenee contenenti Fe, Si, C e O. Ciò dimostra che il meccanismo di formazione per trazione delle tre leghe è lo stesso.
Durante il processo di estrusione, l'attrito del flusso di metallo farà aumentare la temperatura del nastro di lavoro dello stampo, formando uno "strato di alluminio appiccicoso" sul bordo tagliente dell'ingresso del nastro di lavoro. Allo stesso tempo, il Si in eccesso e altri elementi come Mn e Cr nella lega di alluminio possono facilmente formare soluzioni solide sostitutive con Fe, che favoriranno la formazione di uno “strato di alluminio appiccicoso” all’ingresso della zona di lavoro dello stampo.
Quando il metallo scorre in avanti e sfrega contro il nastro di lavoro, in una determinata posizione si verifica un fenomeno alternativo di continuo incollaggio-strappo-incollaggio, provocando la continua sovrapposizione del metallo in questa posizione. Quando le particelle raggiungono una certa dimensione, verranno allontanate dal prodotto che scorre e formeranno segni di graffio sulla superficie metallica. Rimarrà sulla superficie metallica e formerà particelle attiranti all'estremità del graffio. si può pertanto ritenere che la formazione di particelle irruvidite sia legata principalmente all'adesione dell'alluminio al nastro di lavoro dello stampo. Le fasi eterogenee distribuite attorno ad esso possono provenire da oli lubrificanti, ossidi o particelle di polvere, nonché da impurità portate dalla superficie ruvida del lingotto.
Tuttavia, il numero di tiri nei risultati del test 6005A è inferiore e il grado è più leggero. Ciò è dovuto da un lato alla smussatura all'uscita del nastro di lavoro dello stampo e all'accurata lucidatura del nastro di lavoro per ridurre lo spessore dello strato di alluminio; d'altra parte, è legato al contenuto in eccesso di Si.
Dai risultati della composizione spettrale a lettura diretta si può vedere che oltre al Si combinato con Mg Mg2Si, il Si rimanente appare sotto forma di sostanza semplice.
2.2 Piccole particelle sulla superficie
All'ispezione visiva a basso ingrandimento, le particelle sono piccole (≤0,5 mm), non lisce al tatto, hanno una sensazione tagliente e aderiscono alla superficie del profilo. Osservate sotto 100X, le piccole particelle sulla superficie sono distribuite in modo casuale e ci sono particelle di piccole dimensioni attaccate alla superficie indipendentemente dal fatto che siano presenti graffi o meno;
A 500X, indipendentemente dal fatto che siano presenti evidenti graffi a gradini sulla superficie lungo la direzione di estrusione, molte particelle sono ancora attaccate e le dimensioni delle particelle variano. La dimensione delle particelle più grandi è di circa 15 μm e le particelle piccole sono di circa 5 μm.
Attraverso l'analisi della composizione delle particelle superficiali della lega 6060 e della matrice intatta, le particelle sono composte principalmente da elementi O, C, Si e Fe e il contenuto di alluminio è molto basso. Quasi tutte le particelle contengono elementi O e C. La composizione di ciascuna particella è leggermente diversa. Tra questi, le particelle a sono vicine a 10 μm, che sono significativamente più alte rispetto alla matrice Si, Mg e O; Nelle particelle c, Si, O e Cl sono ovviamente più alti; Le particelle d e f contengono un alto contenuto di Si, O e Na; le particelle e contengono Si, Fe e O; Le particelle h sono composti contenenti Fe. I risultati delle particelle 6060 sono simili a questo, ma poiché il contenuto di Si e Fe nel 6060 stesso è basso, anche i corrispondenti contenuti di Si e Fe nelle particelle superficiali sono bassi; il contenuto di C nelle particelle 6060 è relativamente basso.
Le particelle superficiali potrebbero non essere singole piccole particelle, ma possono anche esistere sotto forma di aggregazioni di molte piccole particelle con forme diverse e le percentuali di massa di diversi elementi in diverse particelle variano. Si ritiene che le particelle siano composte principalmente da due tipi. Uno sono i precipitati come AlFeSi e Si elementare, che hanno origine da fasi di impurità ad alto punto di fusione come FeAl3 o AlFeSi(Mn) nel lingotto, o fasi precipitate durante il processo di estrusione. L'altro è materiale estraneo aderente.
2.3 Effetto della rugosità superficiale del lingotto
Durante la prova si è constatato che la superficie posteriore del tornio per barre di fusione 6005A era ruvida e macchiata di polvere. C'erano due aste fuse con i segni più profondi dell'utensile di tornitura in posizioni locali, che corrispondevano a un aumento significativo del numero di tiri dopo l'estrusione, e la dimensione di un singolo tiro era maggiore, come mostrato nella Figura 7.
La canna fusa 6005A non ha tornio, quindi la rugosità superficiale è bassa e il numero di tirature è ridotto. Inoltre, poiché non vi è alcun fluido da taglio in eccesso attaccato ai segni del tornio della barra fusa, il contenuto di C nelle particelle corrispondenti viene ridotto. È dimostrato che i segni di svolta sulla superficie della barra fusa aggravano in una certa misura la trazione e la formazione di particelle.
3 Discussione
(1) Le componenti dei difetti di trazione sono sostanzialmente le stesse di quelle della matrice. Sono le particelle estranee, la vecchia pelle sulla superficie del lingotto e altre impurità accumulate nella parete del cilindro di estrusione o nella zona morta dello stampo durante il processo di estrusione, che vengono portate sulla superficie metallica o sullo strato di alluminio dello stampo in lavorazione cintura. Mentre il prodotto scorre in avanti, si provocano graffi superficiali e quando il prodotto raggiunge una certa dimensione, viene estratto dal prodotto per formare una trazione. Dopo l'ossidazione, la trazione era corrosa e, a causa delle sue grandi dimensioni, presentava difetti simili a buchi.
(2) Le particelle superficiali talvolta appaiono come singole piccole particelle e talvolta esistono in forma aggregata. La loro composizione è ovviamente diversa da quella della matrice e contiene principalmente elementi O, C, Fe e Si. Alcune particelle sono dominate da elementi O e C, mentre alcune particelle sono dominate da elementi O, C, Fe e Si. Pertanto, si deduce che le particelle superficiali provengono da due fonti: una è costituita da precipitati come AlFeSi e Si elementare, e impurità come O e C aderiscono alla superficie; L'altro è materiale estraneo aderente. Le particelle vengono corrose via dopo l'ossidazione. A causa delle loro piccole dimensioni, hanno un impatto minimo o nullo sulla superficie.
(3) Le particelle ricche di elementi C e O provengono principalmente da olio lubrificante, polvere, terra, aria, ecc. aderenti alla superficie del lingotto. I componenti principali dell'olio lubrificante sono C, O, H, S, ecc. E il componente principale della polvere e del suolo è SiO2. Il contenuto di O delle particelle superficiali è generalmente elevato. Poiché le particelle si trovano in uno stato ad alta temperatura immediatamente dopo aver lasciato il nastro di lavoro e, a causa dell'ampia superficie specifica delle particelle, assorbono facilmente gli atomi di O nell'aria e causano l'ossidazione dopo il contatto con l'aria, con conseguente aumento di O contenuto rispetto alla matrice.
(4) Fe, Si, ecc. provengono principalmente dagli ossidi, dalle incrostazioni vecchie e dalle fasi di impurità presenti nel lingotto (alto punto di fusione o seconda fase che non viene completamente eliminata dall'omogeneizzazione). L'elemento Fe ha origine dal Fe presente nei lingotti di alluminio, formando fasi di impurità ad alto punto di fusione come FeAl3 o AlFeSi(Mn), che non possono essere disciolte in soluzione solida durante il processo di omogeneizzazione o non vengono completamente convertite; Il Si esiste nella matrice di alluminio sotto forma di Mg2Si o di una soluzione solida sovrasatura di Si durante il processo di fusione. Durante il processo di estrusione a caldo della barra fusa, il Si in eccesso può precipitare. La solubilità del Si nell'alluminio è dello 0,48% a 450°C e dello 0,8% (in peso%) a 500°C. Il contenuto di Si in eccesso nel 6005 è di circa lo 0,41% e il Si precipitato può essere aggregato e precipitato causato da fluttuazioni di concentrazione.
(5) L'alluminio attaccato al nastro di lavoro dello stampo è la causa principale della trazione. La matrice di estrusione è un ambiente ad alta temperatura e alta pressione. L'attrito del flusso di metallo aumenterà la temperatura del nastro di lavoro dello stampo, formando uno "strato di alluminio appiccicoso" sul bordo tagliente dell'ingresso del nastro di lavoro.
Allo stesso tempo, il Si in eccesso e altri elementi come Mn e Cr nella lega di alluminio possono facilmente formare soluzioni solide sostitutive con Fe, che favoriranno la formazione di uno “strato di alluminio appiccicoso” all’ingresso della zona di lavoro dello stampo. Il metallo che scorre attraverso lo “strato di alluminio appiccicoso” appartiene all'attrito interno (taglio scorrevole all'interno del metallo). Il metallo si deforma e si indurisce a causa dell'attrito interno, che favorisce l'adesione del metallo sottostante e dello stampo. Allo stesso tempo, il nastro di lavoro dello stampo viene deformato a forma di tromba a causa della pressione e l'alluminio appiccicoso formato dalla parte tagliente del nastro di lavoro a contatto con il profilo è simile al tagliente di un utensile di tornitura.
La formazione di alluminio appiccicoso è un processo dinamico di crescita e spargimento. Le particelle vengono costantemente fatte fuoriuscire dal profilo. Aderiscono alla superficie del profilo formando difetti di trascinamento. Se fuoriesce direttamente dal nastro di lavoro e viene immediatamente adsorbito sulla superficie del profilo, le piccole particelle adese termicamente alla superficie vengono chiamate “particelle di adsorbimento”. Se alcune particelle vengono rotte dalla lega di alluminio estruso, alcune particelle si attaccheranno alla superficie del nastro di lavoro durante il passaggio attraverso il nastro di lavoro, causando graffi sulla superficie del profilo. L'estremità finale è la matrice di alluminio impilata. Quando c'è molto alluminio incastrato al centro del nastro da lavoro (il legame è forte), i graffi superficiali saranno aggravati.
(6) La velocità di estrusione ha una grande influenza sulla trazione. L'influenza della velocità di estrusione. Per quanto riguarda la lega 6005 tracciata, la velocità di estrusione aumenta all'interno del range di prova, la temperatura in uscita aumenta e il numero di particelle che attirano la superficie aumenta e diventa più pesante all'aumentare delle linee meccaniche. La velocità di estrusione dovrebbe essere mantenuta il più stabile possibile per evitare sbalzi di velocità. Una velocità di estrusione eccessiva e un'elevata temperatura di uscita porteranno ad un aumento dell'attrito e ad una grave aspirazione delle particelle. Il meccanismo specifico dell'impatto della velocità di estrusione sul fenomeno di trazione richiede un successivo follow-up e verifica.
(7) Anche la qualità della superficie della barra fusa è un fattore importante che influenza le particelle che attirano. La superficie dell'asta fusa è ruvida, con bave di segatura, macchie di olio, polvere, corrosione, ecc., che aumentano la tendenza ad attirare particelle.
4 Conclusione
(1) La composizione dei difetti di trazione è coerente con quella della matrice; la composizione della posizione delle particelle è ovviamente diversa da quella della matrice, contenente principalmente elementi O, C, Fe e Si.
(2) I difetti delle particelle in trazione sono causati principalmente dall'alluminio che si attacca al nastro di lavoro dello stampo. Qualsiasi fattore che favorisca l'adesione dell'alluminio al nastro di lavoro dello stampo causerà difetti di trazione. Con la premessa di garantire la qualità della barra fusa, la generazione di particelle trascinanti non ha un impatto diretto sulla composizione della lega.
(3) Un adeguato trattamento antincendio uniforme è utile per ridurre la trazione superficiale.
Orario di pubblicazione: 10 settembre 2024
