Beim Extrusionsprozess von extrudierten Materialien aus Aluminiumlegierungen, insbesondere von Aluminiumprofilen, kommt es häufig zu „Lochfraßfehlern“ auf der Oberfläche. Zu den spezifischen Manifestationen gehören sehr kleine Tumoren mit unterschiedlicher Dichte, Schwanzbildung und ein offensichtliches Handgefühl mit einem stacheligen Gefühl. Nach Oxidation oder elektrophoretischer Oberflächenbehandlung erscheinen sie oft als schwarze Körnchen, die an der Oberfläche des Produkts haften.
Bei der Extrusionsproduktion von Profilen mit großem Querschnitt tritt dieser Fehler aufgrund des Einflusses der Blockstruktur, der Extrusionstemperatur, der Extrusionsgeschwindigkeit, der Formkomplexität usw. eher auf. Die meisten feinen Partikel von Grübchenfehlern können während des Prozesses entfernt werden Beim Vorbehandlungsprozess der Profiloberfläche, insbesondere dem alkalischen Ätzprozess, verbleibt eine kleine Anzahl großer, fest haftender Partikel auf der Profiloberfläche, die das Erscheinungsbild des Endprodukts beeinträchtigen.
Bei gewöhnlichen Profilprodukten für Gebäudetüren und -fenster akzeptieren Kunden im Allgemeinen geringfügige Lochfraßfehler, aber bei Industrieprofilen, bei denen die mechanischen Eigenschaften und die dekorative Leistung gleichermaßen oder eine stärkere Betonung der dekorativen Leistung im Vordergrund stehen müssen, akzeptieren die Kunden diesen Fehler im Allgemeinen nicht, insbesondere Lochfraßfehler nicht mit der unterschiedlichen Hintergrundfarbe vereinbar.
Um den Entstehungsmechanismus rauer Partikel zu analysieren, wurden die Morphologie und Zusammensetzung der Defektstellen unter verschiedenen Legierungszusammensetzungen und Extrusionsprozessen analysiert und die Unterschiede zwischen den Defekten und der Matrix verglichen. Es wurde eine vernünftige Lösung zur wirksamen Lösung der rauen Partikel vorgeschlagen und ein Probetest durchgeführt.
Um die Lochfraßfehler von Profilen zu beheben, ist es notwendig, den Entstehungsmechanismus von Lochfraßfehlern zu verstehen. Während des Strangpressprozesses ist das Anhaften von Aluminium am Werkzeugband die Hauptursache für Lochfraßfehler auf der Oberfläche von extrudierten Aluminiummaterialien. Dies liegt daran, dass der Extrusionsprozess von Aluminium bei einer hohen Temperatur von etwa 450 °C durchgeführt wird. Wenn die Effekte der Verformungswärme und der Reibungswärme addiert werden, ist die Temperatur des Metalls höher, wenn es aus dem Matrizenloch fließt. Wenn das Produkt aufgrund der hohen Temperatur aus dem Matrizenloch fließt, kommt es zu einem Anhaften von Aluminium zwischen dem Metall und dem Formarbeitsband.
Die Form dieser Bindung ist oft: ein wiederholter Prozess von Kleben – Reißen – Kleben – erneutes Reißen, wobei das Produkt vorwärts fließt, was zu vielen kleinen Vertiefungen auf der Oberfläche des Produkts führt.
Dieses Bindungsphänomen hängt mit Faktoren wie der Qualität des Barrens, dem Oberflächenzustand des Formarbeitsbandes, der Extrusionstemperatur, der Extrusionsgeschwindigkeit, dem Verformungsgrad und dem Verformungswiderstand des Metalls zusammen.
1 Testmaterialien und -methoden
Durch vorläufige Untersuchungen haben wir erfahren, dass Faktoren wie metallurgische Reinheit, Formzustand, Extrusionsprozess, Inhaltsstoffe und Produktionsbedingungen die oberflächenaufgerauten Partikel beeinflussen können. Im Test wurden zwei Legierungsstäbe, 6005A und 6060, verwendet, um denselben Abschnitt zu extrudieren. Die Morphologie und Zusammensetzung der aufgerauten Partikelpositionen wurden mittels direkt ablesbarem Spektrometer und SEM-Detektionsmethoden analysiert und mit der umgebenden normalen Matrix verglichen.
Um die Morphologie der beiden Defekte von Grübchen und Partikeln klar zu unterscheiden, werden sie wie folgt definiert:
(1) Lochfehler oder Ziehfehler sind eine Art Punktfehler, bei dem es sich um einen unregelmäßigen kaulquappenartigen oder punktförmigen Kratzfehler handelt, der auf der Oberfläche des Profils auftritt. Der Defekt beginnt am Kratzstreifen und endet damit, dass der Defekt abfällt und sich am Ende der Kratzlinie zu Metallkügelchen ansammelt. Die Größe des Lochfehlers beträgt im Allgemeinen 1–5 mm und er wird nach der Oxidationsbehandlung dunkelschwarz, was sich letztendlich auf das Erscheinungsbild des Profils auswirkt, wie im roten Kreis in Abbildung 1 dargestellt.
(2) Oberflächenpartikel werden auch Metallkörner oder Adsorptionspartikel genannt. Die Oberfläche des Aluminiumlegierungsprofils ist mit kugelförmigen grauschwarzen Hartmetallpartikeln versehen und weist eine lockere Struktur auf. Es gibt zwei Arten von Profilen aus Aluminiumlegierungen: abwischbare und nicht abwischbare. Die Größe beträgt im Allgemeinen weniger als 0,5 mm und fühlt sich rau an. Es gibt keinen Kratzer im vorderen Bereich. Nach der Oxidation unterscheidet es sich kaum von der Matrix, wie im gelben Kreis in Abbildung 1 dargestellt.
2 Testergebnisse und Analyse
2.1 Oberflächenziehfehler
Abbildung 2 zeigt die mikrostrukturelle Morphologie des Ziehfehlers auf der Oberfläche der 6005A-Legierung. Im vorderen Teil des Ziehens befinden sich stufenförmige Kratzer, die mit gestapelten Knötchen enden. Nach dem Auftreten der Knötchen normalisiert sich die Oberfläche wieder. Die Stelle des Aufraufehlers fühlt sich nicht glatt an, fühlt sich scharf dornig an und haftet oder sammelt sich auf der Oberfläche des Profils an. Durch den Extrusionstest wurde beobachtet, dass die Ziehmorphologie der extrudierten Profile 6005A und 6060 ähnlich ist und das hintere Ende des Produkts größer ist als das obere Ende; Der Unterschied besteht darin, dass die Gesamtziehgröße von 6005A kleiner ist und die Kratztiefe geringer ist. Dies kann mit Änderungen in der Legierungszusammensetzung, dem Gussstangenzustand und den Formbedingungen zusammenhängen. Bei Betrachtung unter 100-facher Vergrößerung sind deutliche Kratzspuren am vorderen Ende des Zugbereichs zu erkennen, der entlang der Extrusionsrichtung verlängert ist, und die Form der endgültigen Knötchenpartikel ist unregelmäßig. Bei 500X weist das vordere Ende der Ziehfläche stufenartige Kratzer entlang der Extrusionsrichtung auf (die Größe dieses Defekts beträgt etwa 120 μm), und am hinteren Ende sind deutliche Stapelspuren auf den knötchenförmigen Partikeln zu erkennen.
Um die Ursachen des Ziehens zu analysieren, wurden direkt ablesbare Spektrometer und EDX verwendet, um eine Komponentenanalyse der Defektstellen und der Matrix der drei Legierungskomponenten durchzuführen. Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse des 6005A-Profils. Die EDX-Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der Stapelposition der Zugpartikel grundsätzlich derjenigen der Matrix ähnelt. Darüber hinaus sammeln sich einige feine Verunreinigungspartikel im und um den Ziehdefekt an, und die Verunreinigungspartikel enthalten C, O (oder Cl) oder Fe, Si und S.
Die Analyse der Aufrauungsfehler von 6005A feinoxidierten extrudierten Profilen zeigt, dass die ziehenden Partikel groß sind (1–5 mm), die Oberfläche größtenteils gestapelt ist und es im vorderen Bereich stufenartige Kratzer gibt; Die Zusammensetzung ähnelt der Al-Matrix und um sie herum sind heterogene Phasen mit Fe, Si, C und O verteilt. Es zeigt, dass der ziehende Bildungsmechanismus der drei Legierungen der gleiche ist.
Während des Extrusionsprozesses führt die Reibung des Metallflusses dazu, dass die Temperatur des Formarbeitsbandes ansteigt und sich eine „klebrige Aluminiumschicht“ an der Schneidkante des Arbeitsbandeingangs bildet. Gleichzeitig bilden überschüssiges Si und andere Elemente wie Mn und Cr in der Aluminiumlegierung leicht feste Ersatzlösungen mit Fe, was die Bildung einer „klebrigen Aluminiumschicht“ am Eingang der Formarbeitszone begünstigt.
Wenn das Metall nach vorne fließt und am Arbeitsband reibt, kommt es an einer bestimmten Position zu einem hin- und hergehenden Phänomen des kontinuierlichen Klebens, Reißens und Klebens, wodurch sich das Metall an dieser Position kontinuierlich überlagert. Wenn die Partikel eine bestimmte Größe erreichen, werden sie vom fließenden Produkt mitgerissen und bilden Kratzspuren auf der Metalloberfläche. Es bleibt auf der Metalloberfläche und bildet am Ende des Kratzers ziehende Partikel. Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Bildung aufgerauter Partikel hauptsächlich mit dem Anhaften des Aluminiums am Arbeitsband der Form zusammenhängt. Die um ihn herum verteilten heterogenen Phasen können von Schmieröl, Oxiden oder Staubpartikeln sowie von Verunreinigungen durch die raue Oberfläche des Barrens stammen.
Allerdings ist die Anzahl der Züge in den 6005A-Testergebnissen geringer und der Grad geringer. Dies liegt zum einen an der Abschrägung am Ausgang des Formarbeitsbandes und dem sorgfältigen Polieren des Arbeitsbandes, um die Dicke der Aluminiumschicht zu reduzieren; Andererseits hängt es mit dem überschüssigen Si-Gehalt zusammen.
Anhand der direkt ablesbaren Ergebnisse der spektralen Zusammensetzung ist ersichtlich, dass neben Si in Kombination mit MgMg2Si auch das verbleibende Si in Form einer einfachen Substanz vorliegt.
2.2 Kleine Partikel auf der Oberfläche
Bei einer Sichtprüfung mit geringer Vergrößerung sind die Partikel klein (≤0,5 mm), fühlen sich nicht glatt an, fühlen sich scharf an und haften an der Oberfläche des Profils. Bei Beobachtung unter 100-facher Vergrößerung sind kleine Partikel auf der Oberfläche zufällig verteilt und es haften kleine Partikel an der Oberfläche, unabhängig davon, ob Kratzer vorhanden sind oder nicht;
Bei 500X haften immer noch viele Partikel an und die Partikelgrößen variieren, unabhängig davon, ob entlang der Extrusionsrichtung offensichtliche stufenartige Kratzer auf der Oberfläche vorhanden sind. Die größte Partikelgröße beträgt etwa 15 μm, die kleinen Partikel etwa 5 μm.
Durch die Zusammensetzungsanalyse der 6060-Legierungsoberflächenpartikel und der intakten Matrix bestehen die Partikel hauptsächlich aus den Elementen O, C, Si und Fe und der Aluminiumgehalt ist sehr niedrig. Fast alle Partikel enthalten O- und C-Elemente. Die Zusammensetzung jedes Partikels ist leicht unterschiedlich. Unter ihnen sind die a-Partikel nahezu 10 μm groß, was deutlich größer ist als die Matrix Si, Mg und O; In c-Partikeln sind Si, O und Cl offensichtlich höher; Die Partikel d und f enthalten viel Si, O und Na; Partikel e enthalten Si, Fe und O; h-Partikel sind Fe-haltige Verbindungen. Die Ergebnisse für 6060-Partikel sind ähnlich, aber da der Si- und Fe-Gehalt in 6060 selbst niedrig ist, sind auch die entsprechenden Si- und Fe-Gehalte in den Oberflächenpartikeln niedrig; der C-Gehalt in 6060-Partikeln ist relativ gering.
Oberflächenpartikel sind möglicherweise keine einzelnen kleinen Partikel, sondern können auch in Form von Ansammlungen vieler kleiner Partikel mit unterschiedlichen Formen vorliegen, und die Massenanteile verschiedener Elemente in verschiedenen Partikeln variieren. Es wird angenommen, dass die Partikel hauptsächlich aus zwei Arten bestehen. Eine davon sind Ausscheidungen wie AlFeSi und elementares Si, die aus hochschmelzenden Verunreinigungsphasen wie FeAl3 oder AlFeSi(Mn) im Barren oder Ausfällungsphasen während des Extrusionsprozesses entstehen. Das andere sind anhaftende Fremdkörper.
2.3 Einfluss der Oberflächenrauheit des Barrens
Während des Tests wurde festgestellt, dass die Rückseite der Gussstangendrehmaschine 6005A rau und staubig war. Es gab zwei Gussstäbe mit den tiefsten Drehwerkzeugspuren an lokalen Stellen, was einem deutlichen Anstieg der Anzahl der Züge nach dem Extrudieren entsprach, und die Größe eines einzelnen Zuges war größer, wie in Abbildung 7 dargestellt.
Der 6005A-Gussstab hat keine Drehmaschine, daher ist die Oberflächenrauheit gering und die Anzahl der Ziehvorgänge reduziert. Da außerdem keine überschüssige Schneidflüssigkeit an den Drehspuren des Gussstabs haftet, wird der C-Gehalt in den entsprechenden Partikeln reduziert. Es ist erwiesen, dass die Drehspuren auf der Oberfläche des Gussstabs das Ziehen und die Partikelbildung in gewissem Maße erschweren.
3 Diskussion
(1) Die Komponenten von Ziehdefekten sind grundsätzlich dieselben wie die der Matrix. Es sind die Fremdpartikel, die alte Haut auf der Oberfläche des Barrens und andere Verunreinigungen, die sich während des Extrusionsprozesses in der Wand des Extrusionszylinders oder im toten Bereich der Form ansammeln und auf die Metalloberfläche oder die Aluminiumschicht der Form gebracht werden Gürtel. Während das Produkt vorwärts fließt, entstehen Oberflächenkratzer, und wenn sich das Produkt bis zu einer bestimmten Größe ansammelt, wird es vom Produkt herausgenommen, um ein Ziehen zu bilden. Nach der Oxidation war das Ziehen korrodiert und aufgrund seiner Größe waren dort grubenartige Defekte vorhanden.
(2) Oberflächenpartikel erscheinen manchmal als einzelne kleine Partikel und liegen manchmal in aggregierter Form vor. Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich offensichtlich von der der Matrix und enthält hauptsächlich die Elemente O, C, Fe und Si. Einige der Partikel werden von den Elementen O und C dominiert, und einige Partikel werden von O, C, Fe und Si dominiert. Daher wird gefolgert, dass die Oberflächenpartikel aus zwei Quellen stammen: zum einen aus Niederschlägen wie AlFeSi und elementarem Si, und zum anderen haften Verunreinigungen wie O und C an der Oberfläche; Das andere sind anhaftende Fremdkörper. Die Partikel werden nach der Oxidation wegkorrodiert. Aufgrund ihrer geringen Größe haben sie keine oder nur geringe Auswirkungen auf die Oberfläche.
(3) Partikel, die reich an C- und O-Elementen sind, stammen hauptsächlich aus Schmieröl, Staub, Erde, Luft usw. und haften an der Oberfläche des Barrens. Die Hauptbestandteile von Schmieröl sind C, O, H, S usw. und der Hauptbestandteil von Staub und Boden ist SiO2. Der O-Gehalt von Oberflächenpartikeln ist im Allgemeinen hoch. Da sich die Partikel unmittelbar nach dem Verlassen des Arbeitsbands in einem Hochtemperaturzustand befinden und aufgrund der großen spezifischen Oberfläche der Partikel leicht O-Atome in der Luft adsorbieren und nach dem Kontakt mit der Luft eine Oxidation verursachen, was zu einem höheren O führt Inhalt als die Matrix.
(4) Fe, Si usw. stammen hauptsächlich aus den Oxiden, alten Zunder- und Verunreinigungsphasen im Barren (hoher Schmelzpunkt oder zweite Phase, die durch Homogenisierung nicht vollständig entfernt wird). Das Fe-Element stammt aus Fe in Aluminiumbarren und bildet hochschmelzende Verunreinigungsphasen wie FeAl3 oder AlFeSi(Mn), die während des Homogenisierungsprozesses nicht in fester Lösung aufgelöst werden können oder nicht vollständig umgewandelt werden; Si liegt in der Aluminiummatrix in Form von Mg2Si oder einer übersättigten festen Lösung von Si während des Gießprozesses vor. Während des Heißstrangpressvorgangs des Gussstabs kann es zu einer Ausfällung von überschüssigem Si kommen. Die Löslichkeit von Si in Aluminium beträgt 0,48 % bei 450 °C und 0,8 % (Gew. %) bei 500 °C. Der überschüssige Si-Gehalt in 6005 beträgt etwa 0,41 %, und das ausgefällte Si kann durch Konzentrationsschwankungen durch Aggregation und Ausfällung verursacht werden.
(5) Am Formarbeitsband haftendes Aluminium ist die Hauptursache für das Ziehen. Die Extrusionsdüse ist eine Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck. Die Reibung des Metallflusses erhöht die Temperatur des Arbeitsbandes der Form und bildet eine „klebrige Aluminiumschicht“ an der Schneidkante des Arbeitsbandeingangs.
Gleichzeitig bilden überschüssiges Si und andere Elemente wie Mn und Cr in der Aluminiumlegierung leicht feste Ersatzlösungen mit Fe, was die Bildung einer „klebrigen Aluminiumschicht“ am Eingang der Formarbeitszone begünstigt. Das durch die „klebrige Aluminiumschicht“ fließende Metall unterliegt der inneren Reibung (Gleitscherung im Metall). Das Metall verformt sich und verhärtet sich aufgrund der inneren Reibung, wodurch das darunter liegende Metall und die Form zusammenkleben. Gleichzeitig wird das Formarbeitsband durch den Druck trompetenförmig verformt, und das klebrige Aluminium, das durch den Kontakt des Schneidkantenteils des Arbeitsbandes mit dem Profil entsteht, ähnelt der Schneidkante eines Drehmeißels.
Die Bildung von klebrigem Aluminium ist ein dynamischer Prozess des Wachstums und der Ablösung. Durch das Profil werden ständig Partikel ausgetragen, die an der Oberfläche des Profils haften bleiben und Zugfehler bilden. Fließt es direkt aus dem Arbeitsband und wird sofort an der Oberfläche des Profils adsorbiert, werden die thermisch an der Oberfläche haftenden kleinen Partikel als „Adsorptionspartikel“ bezeichnet. Wenn einige Partikel durch die extrudierte Aluminiumlegierung zerbrochen werden, bleiben einige Partikel beim Durchlaufen des Arbeitsbandes an der Oberfläche des Arbeitsbandes haften und verursachen Kratzer auf der Oberfläche des Profils. Das hintere Ende ist die gestapelte Aluminiummatrix. Wenn in der Mitte des Arbeitsbandes viel Aluminium festklebt (die Verbindung ist stark), werden Kratzer auf der Oberfläche noch verstärkt.
(6) Die Extrusionsgeschwindigkeit hat einen großen Einfluss auf das Ziehen. Der Einfluss der Extrusionsgeschwindigkeit. Bei der Raupenlegierung 6005 erhöht sich die Extrusionsgeschwindigkeit innerhalb des Testbereichs, die Auslasstemperatur steigt und die Anzahl der an der Oberfläche ziehenden Partikel nimmt zu und wird mit zunehmender mechanischer Leitung schwerer. Die Extrusionsgeschwindigkeit sollte möglichst stabil gehalten werden, um plötzliche Geschwindigkeitsänderungen zu vermeiden. Eine zu hohe Extrusionsgeschwindigkeit und eine hohe Auslasstemperatur führen zu erhöhter Reibung und starkem Partikelziehen. Der spezifische Mechanismus des Einflusses der Extrusionsgeschwindigkeit auf das Zugphänomen erfordert eine anschließende Nachverfolgung und Überprüfung.
(7) Die Oberflächenqualität des Gussstabs ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der die Zugpartikel beeinflusst. Die Oberfläche des Gussstabs ist rau, weist Sägegrate, Ölflecken, Staub, Korrosion usw. auf, was die Tendenz zum Herausziehen von Partikeln erhöht.
4 Fazit
(1) Die Zusammensetzung der Ziehdefekte stimmt mit der der Matrix überein; Die Zusammensetzung der Partikelposition unterscheidet sich offensichtlich von der der Matrix und enthält hauptsächlich die Elemente O, C, Fe und Si.
(2) Defekte durch ziehende Partikel werden hauptsächlich durch das Anhaften von Aluminium am Arbeitsband der Form verursacht. Alle Faktoren, die das Anhaften von Aluminium am Formarbeitsband begünstigen, führen zu Zugdefekten. Unter der Prämisse, die Qualität des Gussstabs sicherzustellen, hat die Entstehung von Zugpartikeln keinen direkten Einfluss auf die Legierungszusammensetzung.
(3) Eine ordnungsgemäße, gleichmäßige Brandbehandlung trägt zur Reduzierung des Oberflächenziehens bei.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 10. September 2024
