Durante o processo de extrusão de materiais extrudados de liga de alumínio, especialmente perfis de alumínio, ocorre frequentemente um defeito de “corrosão” na superfície. As manifestações específicas incluem tumores muito pequenos com densidades variadas, cauda e sensação óbvia de toque, com sensação de ponta. Após oxidação ou tratamento de superfície eletroforético, eles geralmente aparecem como grânulos pretos aderidos à superfície do produto.
Na produção de extrusão de perfis de seção grande, esse defeito é mais provável de ocorrer devido à influência da estrutura do lingote, temperatura de extrusão, velocidade de extrusão, complexidade do molde, etc. processo de pré-tratamento da superfície do perfil, especialmente o processo de ataque alcalino, enquanto um pequeno número de partículas grandes e firmemente aderidas permanece na superfície do perfil, afetando a qualidade da aparência do produto final.
Em produtos comuns de perfis de portas e janelas de construção, os clientes geralmente aceitam pequenos defeitos de corrosão, mas para perfis industriais que exigem igual ênfase nas propriedades mecânicas e desempenho decorativo ou mais ênfase no desempenho decorativo, os clientes geralmente não aceitam esse defeito, especialmente defeitos de corrosão que são inconsistente com a cor de fundo diferente.
Para analisar o mecanismo de formação de partículas rugosas, foram analisadas a morfologia e a composição dos locais dos defeitos sob diferentes composições de ligas e processos de extrusão, e comparadas as diferenças entre os defeitos e a matriz. Uma solução razoável para resolver efetivamente as partículas ásperas foi apresentada e um teste experimental foi realizado.
Para resolver os defeitos de corrosão dos perfis, é necessário compreender o mecanismo de formação dos defeitos de corrosão. Durante o processo de extrusão, o alumínio grudado na correia de trabalho da matriz é a principal causa de defeitos de corrosão na superfície dos materiais de alumínio extrudado. Isto ocorre porque o processo de extrusão do alumínio é realizado a uma temperatura elevada de cerca de 450°C. Se os efeitos do calor de deformação e do calor de fricção forem adicionados, a temperatura do metal será mais alta quando ele fluir para fora do orifício da matriz. Quando o produto flui para fora do furo da matriz, devido à alta temperatura, ocorre o fenômeno de aderência do alumínio entre o metal e a correia de trabalho do molde.
A forma desta ligação é frequentemente: um processo repetido de ligação – rasgamento – ligação – rasgamento novamente, e o produto flui para frente, resultando em muitos pequenos buracos na superfície do produto.
Este fenômeno de ligação está relacionado a fatores como a qualidade do lingote, a condição da superfície da cinta de trabalho do molde, a temperatura de extrusão, a velocidade de extrusão, o grau de deformação e a resistência à deformação do metal.
1 Materiais e métodos de teste
Através de pesquisas preliminares, aprendemos que fatores como pureza metalúrgica, estado do molde, processo de extrusão, ingredientes e condições de produção podem afetar as partículas rugosas da superfície. No teste, duas hastes de liga, 6005A e 6060, foram utilizadas para extrusar a mesma seção. A morfologia e composição das posições das partículas rugosas foram analisadas através de espectrômetro de leitura direta e métodos de detecção SEM, e comparadas com a matriz normal circundante.
A fim de distinguir claramente a morfologia dos dois defeitos de picadas e partículas, eles são definidos da seguinte forma:
(1) Defeitos pontiagudos ou defeitos de tração são um tipo de defeito pontual que é um defeito irregular semelhante a um girino ou arranhão pontiagudo que aparece na superfície do perfil. O defeito começa na faixa de risco e termina com a queda do defeito, acumulando-se em grãos de metal no final da linha de risco. O tamanho do defeito pontiagudo é geralmente de 1 a 5 mm e fica preto escuro após o tratamento de oxidação, o que afeta a aparência do perfil, conforme mostrado no círculo vermelho na Figura 1.
(2) As partículas superficiais também são chamadas de grãos metálicos ou partículas de adsorção. A superfície do perfil de liga de alumínio é fixada com partículas esféricas de metal duro cinza-preto e possui uma estrutura solta. Existem dois tipos de perfis de liga de alumínio: aqueles que podem ser apagados e aqueles que não podem ser apagados. O tamanho geralmente é inferior a 0,5 mm e parece áspero ao toque. Não há nenhum arranhão na seção frontal. Após a oxidação, não é muito diferente da matriz, conforme mostrado no círculo amarelo na Figura 1.
2 Resultados e análises de testes
2.1 Defeitos de tração superficial
A Figura 2 mostra a morfologia microestrutural do defeito de tração na superfície da liga 6005A. Existem arranhões em forma de degrau na parte frontal do puxão e terminam com nódulos empilhados. Após o aparecimento dos nódulos, a superfície volta ao normal. A localização do defeito de rugosidade não é lisa ao toque, tem uma sensação pontiaguda e espinhosa e adere ou se acumula na superfície do perfil. Através do teste de extrusão, observou-se que a morfologia de tração dos perfis extrudados 6005A e 6060 é semelhante, e a extremidade traseira do produto é maior que a extremidade frontal; a diferença é que o tamanho geral de tração do 6005A é menor e a profundidade do risco é enfraquecida. Isto pode estar relacionado a mudanças na composição da liga, no estado da haste fundida e nas condições do molde. Observado em 100X, há marcas de arranhões óbvias na extremidade frontal da área de tração, que é alongada ao longo da direção de extrusão, e o formato das partículas finais do nódulo é irregular. Em 500X, a extremidade frontal da superfície de tração apresenta arranhões semelhantes a degraus ao longo da direção de extrusão (o tamanho desse defeito é de cerca de 120 μm) e há marcas óbvias de empilhamento nas partículas nodulares na extremidade traseira.
Para analisar as causas da tração, foram utilizados espectrômetro de leitura direta e EDX para realizar análises de componentes nas localizações dos defeitos e na matriz dos três componentes da liga. A Tabela 1 mostra os resultados do teste do perfil 6005A. Os resultados do EDX mostram que a composição da posição de empilhamento das partículas puxadoras é basicamente semelhante à da matriz. Além disso, algumas partículas finas de impureza são acumuladas dentro e ao redor do defeito de tração, e as partículas de impureza contêm C, O (ou Cl) ou Fe, Si e S.
A análise dos defeitos de rugosidade dos perfis extrudados oxidados finos 6005A mostra que as partículas de tração são grandes em tamanho (1-5 mm), a superfície está quase sempre empilhada e há arranhões em forma de degrau na seção frontal; A composição é próxima da matriz de Al, e haverá fases heterogêneas contendo Fe, Si, C e O distribuídas ao seu redor. Mostra que o mecanismo de formação de tração das três ligas é o mesmo.
Durante o processo de extrusão, o atrito do fluxo de metal fará com que a temperatura da correia de trabalho do molde aumente, formando uma “camada pegajosa de alumínio” na borda cortante da entrada da correia de trabalho. Ao mesmo tempo, o excesso de Si e outros elementos como Mn e Cr na liga de alumínio são fáceis de formar soluções sólidas de substituição com Fe, o que promoverá a formação de uma “camada pegajosa de alumínio” na entrada da zona de trabalho do molde.
À medida que o metal flui para frente e esfrega contra a correia de trabalho, um fenômeno alternativo de ligação contínua-rasga-ligação ocorre em uma determinada posição, fazendo com que o metal se sobreponha continuamente nesta posição. Quando as partículas aumentam até um determinado tamanho, elas serão puxadas pelo produto que flui e formarão marcas de arranhões na superfície do metal. Ele permanecerá na superfície do metal e formará partículas puxadoras no final do arranhão. portanto, pode-se considerar que a formação de partículas rugosas está principalmente relacionada à aderência do alumínio à cinta de trabalho do molde. As fases heterogêneas distribuídas ao seu redor podem ser provenientes de óleo lubrificante, óxidos ou partículas de poeira, bem como impurezas trazidas pela superfície rugosa do lingote.
No entanto, o número de puxadas nos resultados do teste 6005A é menor e o grau é mais leve. Por um lado, isso se deve ao chanfro na saída da cinta de trabalho do molde e ao polimento cuidadoso da cinta de trabalho para reduzir a espessura da camada de alumínio; por outro lado, está relacionado ao excesso de Si.
De acordo com os resultados da composição espectral de leitura direta, pode-se observar que além do Si combinado com Mg Mg2Si, o Si restante aparece na forma de uma substância simples.
2.2 Pequenas partículas na superfície
Sob inspeção visual de baixa ampliação, as partículas são pequenas (≤0,5 mm), não suaves ao toque, têm uma sensação nítida e aderem à superfície do perfil. Observadas em 100X, pequenas partículas na superfície são distribuídas aleatoriamente e há partículas de pequeno porte fixadas na superfície, independentemente de haver arranhões ou não;
Em 500X, não importa se há arranhões óbvios na superfície ao longo da direção de extrusão, muitas partículas ainda estão aderidas e os tamanhos das partículas variam. O maior tamanho de partícula é de cerca de 15 μm e as partículas pequenas têm cerca de 5 μm.
Através da análise da composição das partículas da superfície da liga 6060 e da matriz intacta, as partículas são compostas principalmente por elementos O, C, Si e Fe, e o teor de alumínio é muito baixo. Quase todas as partículas contêm elementos O e C. A composição de cada partícula é ligeiramente diferente. Entre elas, as partículas a estão próximas de 10 μm, o que é significativamente maior que a matriz Si, Mg e O; Nas partículas c, Si, O e Cl são obviamente mais elevados; As partículas d e f contêm alto teor de Si, O e Na; partículas e contêm Si, Fe e O; partículas h são compostos contendo Fe. Os resultados das partículas 6060 são semelhantes a este, mas como o teor de Si e Fe no próprio 6060 é baixo, os teores correspondentes de Si e Fe nas partículas superficiais também são baixos; o conteúdo de C nas partículas 6060 é relativamente baixo.
As partículas superficiais podem não ser pequenas partículas isoladas, mas também podem existir na forma de agregações de muitas partículas pequenas com formatos diferentes, e as porcentagens de massa de diferentes elementos em diferentes partículas variam. Acredita-se que as partículas sejam compostas principalmente por dois tipos. Um deles são precipitados como AlFeSi e Si elementar, que se originam de fases de impureza de alto ponto de fusão, como FeAl3 ou AlFeSi(Mn) no lingote, ou fases precipitadas durante o processo de extrusão. O outro é matéria estranha aderente.
2.3 Efeito da rugosidade superficial do lingote
Durante o teste, descobriu-se que a superfície traseira do torno de haste fundida 6005A era áspera e manchada de poeira. Havia duas hastes fundidas com as marcas de ferramenta de torneamento mais profundas em locais locais, o que correspondia a um aumento significativo no número de puxões após a extrusão, e o tamanho de um único puxão era maior, conforme mostrado na Figura 7.
A haste fundida 6005A não possui torno, portanto a rugosidade da superfície é baixa e o número de puxões é reduzido. Além disso, como não há excesso de fluido de corte preso às marcas do torno da haste fundida, o teor de C nas partículas correspondentes é reduzido. Está provado que as marcas de rotação na superfície da haste fundida agravarão até certo ponto a tração e a formação de partículas.
3 Discussão
(1) Os componentes dos defeitos de tração são basicamente os mesmos da matriz. São as partículas estranhas, a pele velha na superfície do lingote e outras impurezas acumuladas na parede do cilindro de extrusão ou na área morta do molde durante o processo de extrusão, que são trazidas para a superfície do metal ou para a camada de alumínio do molde em funcionamento. cinto. À medida que o produto flui para frente, arranhões superficiais são causados, e quando o produto se acumula até um determinado tamanho, ele é retirado pelo produto para formar puxões. Após a oxidação, o puxão ficou corroído e, devido ao seu grande tamanho, surgiram defeitos semelhantes a poços.
(2) As partículas superficiais às vezes aparecem como pequenas partículas únicas e às vezes existem na forma agregada. Sua composição é obviamente diferente daquela da matriz e contém principalmente elementos O, C, Fe e Si. Algumas das partículas são dominadas por elementos O e C, e algumas partículas são dominadas por O, C, Fe e Si. Portanto, infere-se que as partículas superficiais provêm de duas fontes: uma são precipitados como AlFeSi e Si elementar, e impurezas como O e C ficam aderidas à superfície; O outro é matéria estranha aderente. As partículas são corroídas após a oxidação. Devido ao seu pequeno tamanho, têm pouco ou nenhum impacto na superfície.
(3) Partículas ricas em elementos C e O provêm principalmente de óleo lubrificante, poeira, solo, ar, etc., aderidos à superfície do lingote. Os principais componentes do óleo lubrificante são C, O, H, S, etc., e o principal componente da poeira e do solo é o SiO2. O teor de O das partículas superficiais é geralmente alto. Como as partículas estão em um estado de alta temperatura imediatamente após deixarem a correia de trabalho, e devido à grande área superficial específica das partículas, elas adsorvem facilmente átomos de O no ar e causam oxidação após o contato com o ar, resultando em um O mais alto conteúdo do que a matriz.
(4) Fe, Si, etc. vêm principalmente de óxidos, incrustações antigas e fases de impurezas no lingote (alto ponto de fusão ou segunda fase que não é totalmente eliminada pela homogeneização). O elemento Fe origina-se do Fe em lingotes de alumínio, formando fases de impurezas de alto ponto de fusão, como FeAl3 ou AlFeSi(Mn), que não podem ser dissolvidas em solução sólida durante o processo de homogeneização, ou não são totalmente convertidas; O Si existe na matriz de alumínio na forma de Mg2Si ou de uma solução sólida supersaturada de Si durante o processo de fundição. Durante o processo de extrusão a quente da barra fundida, o excesso de Si pode precipitar. A solubilidade do Si em alumínio é de 0,48% a 450°C e 0,8% (% em peso) a 500°C. O excesso de teor de Si em 6005 é de cerca de 0,41%, e o Si precipitado pode ser agregação e precipitação causada por flutuações de concentração.
(5) O alumínio grudado na correia de trabalho do molde é a principal causa de tração. A matriz de extrusão é um ambiente de alta temperatura e alta pressão. O atrito do fluxo de metal aumentará a temperatura da cinta de trabalho do molde, formando uma “camada pegajosa de alumínio” na borda cortante da entrada da cinta de trabalho.
Ao mesmo tempo, o excesso de Si e outros elementos como Mn e Cr na liga de alumínio são fáceis de formar soluções sólidas de substituição com Fe, o que promoverá a formação de uma “camada pegajosa de alumínio” na entrada da zona de trabalho do molde. O metal que flui através da “camada pegajosa de alumínio” pertence ao atrito interno (cisalhamento deslizante dentro do metal). O metal deforma-se e endurece devido ao atrito interno, o que faz com que o metal subjacente e o molde se unam. Ao mesmo tempo, a cinta de trabalho do molde é deformada em forma de trombeta devido à pressão, e o alumínio pegajoso formado pela parte cortante da cinta de trabalho em contato com o perfil é semelhante à aresta cortante de uma ferramenta de torneamento.
A formação de alumínio pegajoso é um processo dinâmico de crescimento e eliminação. As partículas são constantemente destacadas pelo perfil. Aderem à superfície do perfil, formando defeitos de tração. Se fluir diretamente para fora da cinta de trabalho e for instantaneamente adsorvido na superfície do perfil, as pequenas partículas aderidas termicamente à superfície são chamadas de “partículas de adsorção”. Se algumas partículas forem quebradas pela liga de alumínio extrudado, algumas partículas irão aderir à superfície da cinta de trabalho ao passar pela cinta de trabalho, causando arranhões na superfície do perfil. A extremidade traseira é a matriz de alumínio empilhada. Quando há muito alumínio preso no meio da cinta de trabalho (a ligação é forte), isso agravará os arranhões superficiais.
(6) A velocidade de extrusão tem grande influência na tração. A influência da velocidade de extrusão. No que diz respeito à liga 6005 rastreada, a velocidade de extrusão aumenta dentro da faixa de teste, a temperatura de saída aumenta e o número de partículas que puxam a superfície aumenta e se torna mais pesado à medida que as linhas mecânicas aumentam. A velocidade de extrusão deve ser mantida o mais estável possível para evitar mudanças bruscas de velocidade. A velocidade excessiva de extrusão e a alta temperatura de saída levarão ao aumento do atrito e à forte extração de partículas. O mecanismo específico do impacto da velocidade de extrusão no fenômeno de tração requer acompanhamento e verificação subsequentes.
(7) A qualidade da superfície da haste fundida também é um fator importante que afeta a tração das partículas. A superfície da haste fundida é áspera, com rebarbas de serra, manchas de óleo, poeira, corrosão, etc., o que aumenta a tendência de puxar partículas.
4 Conclusão
(1) A composição dos defeitos de tração é consistente com a da matriz; a composição da posição das partículas é obviamente diferente daquela da matriz, contendo principalmente elementos O, C, Fe e Si.
(2) Os defeitos de tração das partículas são causados principalmente pela aderência do alumínio na correia de trabalho do molde. Quaisquer fatores que promovam a aderência do alumínio à cinta de trabalho do molde causarão defeitos de tração. Com a premissa de garantir a qualidade da haste fundida, a geração de partículas de tração não tem impacto direto na composição da liga.
(3) O tratamento adequado e uniforme do fogo é benéfico para reduzir a tração superficial.
Horário da postagem: 10 de setembro de 2024
