Alüminyum alaşımlı ekstrüde malzemelerin, özellikle alüminyum profillerin ekstrüzyon işlemi sırasında, yüzeyde sıklıkla bir "çukur" kusuru oluşur. Spesifik belirtiler arasında, değişken yoğunluklarda çok küçük tümörler, kuyruklanma ve dikenli bir hisle belirgin el hissi bulunur. Oksidasyon veya elektroforetik yüzey işleminden sonra, genellikle ürünün yüzeyine yapışan siyah granüller olarak görünürler.
Büyük kesitli profillerin ekstrüzyon üretiminde, külçe yapısı, ekstrüzyon sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, kalıp karmaşıklığı vb. faktörlerin etkisiyle bu kusurun ortaya çıkma olasılığı daha yüksektir. Çukurlu kusurların ince parçacıklarının çoğu, özellikle alkali aşındırma işlemi olmak üzere profil yüzey ön işlem süreci sırasında giderilebilirken, az sayıda büyük boyutlu, sıkıca yapışmış parçacık profil yüzeyinde kalarak nihai ürünün görünüm kalitesini etkiler.
Sıradan bina kapı ve pencere profili ürünlerinde müşteriler genellikle küçük çukurlu kusurları kabul ederler, ancak mekanik özellikler ve dekoratif performansa eşit önem verilmesi veya dekoratif performansa daha fazla önem verilmesi gereken endüstriyel profillerde, özellikle farklı arka plan rengiyle uyuşmayan çukurlu kusurlar, müşteriler genellikle bu kusuru kabul etmezler.
Pürüzlü parçacıkların oluşum mekanizmasını analiz etmek için, farklı alaşım kompozisyonları ve ekstrüzyon işlemleri altında kusur yerlerinin morfolojisi ve kompozisyonu analiz edildi ve kusurlar ile matris arasındaki farklar karşılaştırıldı. Pürüzlü parçacıkları etkili bir şekilde çözmek için makul bir çözüm ortaya konuldu ve bir deneme testi gerçekleştirildi.
Profillerdeki çukurlaşma kusurlarını çözmek için çukurlaşma kusurlarının oluşum mekanizmasını anlamak gerekir. Ekstrüzyon işlemi sırasında kalıp çalışma bandına yapışan alüminyum, ekstrüde alüminyum malzemelerin yüzeyindeki çukurlaşma kusurlarının ana nedenidir. Bunun nedeni, alüminyumun ekstrüzyon işleminin yaklaşık 450°C'lik yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilmesidir. Deformasyon ısısı ve sürtünme ısısının etkileri eklenirse, metal kalıp deliğinden dışarı akarken sıcaklığı daha yüksek olacaktır. Ürün kalıp deliğinden dışarı aktığında, yüksek sıcaklık nedeniyle metal ile kalıp çalışma bandı arasında alüminyum yapışması olayı meydana gelir.
Bu bağlanma biçimi çoğunlukla şöyledir: bağlanma-kopma-bağlanma-tekrar kopma şeklinde tekrarlanan bir işlem ve ürün ileri doğru akarak ürünün yüzeyinde birçok küçük çukur oluşmasına neden olur.
Bu bağlanma olayı, külçe kalitesi, kalıp çalışma bandının yüzey durumu, ekstrüzyon sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, deformasyon derecesi ve metalin deformasyon direnci gibi faktörlerle ilişkilidir.
1 Test malzemeleri ve yöntemleri
Ön araştırma yoluyla, metalurjik saflık, kalıp durumu, ekstrüzyon süreci, bileşenler ve üretim koşulları gibi faktörlerin yüzey pürüzlendirilmiş parçacıkları etkileyebileceğini öğrendik. Testte, aynı kesiti ekstrüde etmek için iki alaşımlı çubuk, 6005A ve 6060 kullanıldı. Pürüzlendirilmiş parçacık konumlarının morfolojisi ve bileşimi, doğrudan okuma spektrometresi ve SEM tespit yöntemleri ile analiz edildi ve çevredeki normal matrisle karşılaştırıldı.
Çukurlu ve parçacıklı olmak üzere iki kusurun morfolojisini açıkça ayırt edebilmek için aşağıdaki şekilde tanımlanırlar:
(1) Çukurlu kusurlar veya çekme kusurları, profilin yüzeyinde görülen düzensiz kurbağa yavrusu benzeri veya nokta benzeri çizik kusuru olan bir tür nokta kusurudur. Kusur, çizik şeridinden başlar ve kusurun düşerek çizik çizgisinin sonunda metal fasulyelere birikmesiyle sona erer. Çukurlu kusurun boyutu genellikle 1-5 mm'dir ve oksidasyon işleminden sonra koyu siyaha döner ve bu da nihayetinde Şekil 1'deki kırmızı dairede gösterildiği gibi profilin görünümünü etkiler.
(2) Yüzey parçacıklarına metal fasulye veya adsorpsiyon parçacıkları da denir. Alüminyum alaşımlı profilin yüzeyi küresel gri-siyah sert metal parçacıklarıyla tutturulmuştur ve gevşek bir yapıya sahiptir. İki tür alüminyum alaşımlı profil vardır: silinebilenler ve silinemeyenler. Boyut genellikle 0,5 mm'den küçüktür ve dokunulduğunda pürüzlü hissedilir. Ön bölümde çizik yoktur. Oksidasyondan sonra, Şekil 1'deki sarı dairede gösterildiği gibi matristen çok farklı değildir.
2 Test sonuçları ve analiz
2.1 Yüzey çekme kusurları
Şekil 2, 6005A alaşımının yüzeyindeki çekme kusurunun mikro yapısal morfolojisini göstermektedir. Çekmenin ön kısmında basamak benzeri çizikler vardır ve bunlar yığılmış nodüllerle sonlanır. Nodüller göründükten sonra yüzey normale döner. Pürüzlenme kusurunun yeri dokunulduğunda pürüzsüz değildir, keskin dikenli bir his verir ve profilin yüzeyine yapışır veya birikir. Ekstrüzyon testi yoluyla, 6005A ve 6060 ekstrüde profillerin çekme morfolojisinin benzer olduğu ve ürünün kuyruk ucunun baş ucundan daha fazla olduğu gözlemlenmiştir; fark, 6005A'nın genel çekme boyutunun daha küçük olması ve çizik derinliğinin zayıflamasıdır. Bu, alaşım bileşimindeki, döküm çubuğun durumundaki ve kalıp koşullarındaki değişikliklerle ilgili olabilir. 100X altında gözlemlendiğinde, ekstrüzyon yönü boyunca uzamış olan çekme alanının ön ucunda belirgin çizik izleri vardır ve son nodül parçacıklarının şekli düzensizdir. 500X'te, çekme yüzeyinin ön ucunda ekstrüzyon yönü boyunca basamak benzeri çizikler vardır (bu kusurun boyutu yaklaşık 120 μm'dir) ve kuyruk ucundaki nodüler parçacıklarda belirgin istifleme izleri vardır.
Çekmenin nedenlerini analiz etmek için, üç alaşım bileşeninin kusur yerleri ve matrisi üzerinde bileşen analizi yapmak üzere doğrudan okuma spektrometresi ve EDX kullanıldı. Tablo 1, 6005A profilinin test sonuçlarını göstermektedir. EDX sonuçları, çekme parçacıklarının istifleme pozisyonunun bileşiminin temelde matrisin bileşimine benzer olduğunu göstermektedir. Ek olarak, bazı ince safsızlık parçacıkları çekme kusurunun içinde ve çevresinde birikir ve safsızlık parçacıkları C, O (veya Cl) veya Fe, Si ve S içerir.
6005A ince oksitlenmiş ekstrüde profillerin pürüzlendirme kusurlarının analizi, çekme parçacıklarının büyük boyutta (1-5 mm) olduğunu, yüzeyin çoğunlukla istiflendiğini ve ön bölümde basamak benzeri çizikler olduğunu göstermektedir; kompozisyon Al matrisine yakındır ve etrafına dağılmış Fe, Si, C ve O içeren heterojen fazlar olacaktır. Bu, üç alaşımın çekme oluşum mekanizmasının aynı olduğunu göstermektedir.
Ekstrüzyon işlemi sırasında, metal akış sürtünmesi kalıp çalışma kayışının sıcaklığının yükselmesine neden olur ve çalışma kayışı girişinin kesici kenarında "yapışkan alüminyum tabakası" oluşturur. Aynı zamanda, alüminyum alaşımındaki fazla Si ve Mn ve Cr gibi diğer elementler Fe ile kolayca yer değiştiren katı çözeltiler oluşturur ve bu da kalıp çalışma bölgesinin girişinde "yapışkan alüminyum tabakası" oluşumunu teşvik eder.
Metal ileri doğru aktıkça ve çalışma bandına sürtündükçe, belirli bir konumda sürekli bağlanma-kopma-bağlanma karşılıklı bir fenomeni meydana gelir ve metalin bu konumda sürekli olarak üst üste gelmesine neden olur. Parçacıklar belirli bir boyuta ulaştığında, akan ürün tarafından çekilecek ve metal yüzeyde çizik izleri oluşturacaktır. Metal yüzeyinde kalacak ve çiziğin sonunda çekme parçacıkları oluşturacaktır. Bu nedenle, pürüzlü parçacıkların oluşumunun esas olarak alüminyumun kalıp çalışma bandına yapışmasıyla ilgili olduğu düşünülebilir. Etrafına dağılmış heterojen fazlar, yağlama yağından, oksitlerden veya toz parçacıklarından ve külçenin pürüzlü yüzeyinin getirdiği kirliliklerden kaynaklanabilir.
Ancak 6005A test sonuçlarındaki çekme sayısı daha az ve derece daha hafiftir. Bir yandan kalıp çalışma bandının çıkışındaki pah kırma ve alüminyum tabakasının kalınlığını azaltmak için çalışma bandının dikkatlice parlatılmasından kaynaklanmaktadır; diğer yandan aşırı Si içeriğiyle ilgilidir.
Doğrudan okuma spektral kompozisyon sonuçlarına göre, Si'nin Mg Mg2Si ile birleşmesinin yanı sıra geriye kalan Si'nin basit bir madde formunda ortaya çıktığı görülmektedir.
2.2 Yüzeydeki küçük parçacıklar
Düşük büyütmeli görsel incelemede, parçacıklar küçüktür (≤0,5 mm), dokunulduğunda pürüzsüz değildir, keskin bir his verir ve profilin yüzeyine yapışır. 100X altında gözlemlendiğinde, yüzeydeki küçük parçacıklar rastgele dağılmıştır ve çizikler olsun veya olmasın yüzeye yapışmış küçük boyutlu parçacıklar vardır;
500X'te, ekstrüzyon yönü boyunca yüzeyde belirgin basamak benzeri çizikler olup olmadığına bakılmaksızın, birçok parçacık hala tutunur ve parçacık boyutları değişir. En büyük parçacık boyutu yaklaşık 15 μm'dir ve küçük parçacıklar yaklaşık 5 μm'dir.
6060 alaşımlı yüzey parçacıklarının ve bozulmamış matrisin kompozisyon analizi yoluyla parçacıkların esas olarak O, C, Si ve Fe elementlerinden oluştuğu ve alüminyum içeriğinin çok düşük olduğu görülmüştür. Hemen hemen tüm parçacıklar O ve C elementleri içerir. Her parçacığın kompozisyonu biraz farklıdır. Bunlar arasında a parçacıkları 10 μm'ye yakındır ve bu, matris Si, Mg ve O'dan önemli ölçüde daha yüksektir; c parçacıklarında Si, O ve Cl açıkça daha yüksektir; d ve f parçacıkları yüksek Si, O ve Na içerir; e parçacıkları Si, Fe ve O içerir; h parçacıkları Fe içeren bileşiklerdir. 6060 parçacıklarının sonuçları buna benzerdir, ancak 6060'ın kendisindeki Si ve Fe içeriği düşük olduğundan, yüzey parçacıklarındaki karşılık gelen Si ve Fe içerikleri de düşüktür; 6060 parçacıklarındaki C içeriği nispeten düşüktür.
Yüzey parçacıkları tek küçük parçacıklar olmayabilir, ancak farklı şekillerde birçok küçük parçacığın kümelenmesi şeklinde de var olabilir ve farklı parçacıklardaki farklı elementlerin kütle yüzdeleri değişir. Parçacıkların esas olarak iki tipten oluştuğuna inanılmaktadır. Biri, külçedeki FeAl3 veya AlFeSi(Mn) gibi yüksek erime noktalı safsızlık fazlarından kaynaklanan AlFeSi ve elementel Si gibi çökeltilerdir veya ekstrüzyon işlemi sırasında çökelti fazlarıdır. Diğeri ise yapışkan yabancı maddedir.
2.3 Külçe yüzey pürüzlülüğünün etkisi
Test sırasında, 6005A döküm çubuk torna tezgahının arka yüzeyinin pürüzlü ve tozlu olduğu görüldü. Yerel konumlarda en derin tornalama aleti izlerine sahip iki döküm çubuk vardı, bu da ekstrüzyondan sonra çekme sayısında önemli bir artışa karşılık geliyordu ve Şekil 7'de gösterildiği gibi tek bir çekmenin boyutu daha büyüktü.
6005A döküm çubuğun tornası yoktur, bu nedenle yüzey pürüzlülüğü düşüktür ve çekme sayısı azaltılmıştır. Ayrıca, döküm çubuğun torna izlerine bağlı fazla kesme sıvısı olmadığından, karşılık gelen parçacıklardaki C içeriği azaltılmıştır. Döküm çubuğun yüzeyindeki torna izlerinin çekmeyi ve parçacık oluşumunu belirli bir ölçüde kötüleştireceği kanıtlanmıştır.
3 Tartışma
(1) Çekme kusurlarının bileşenleri temel olarak matrisin bileşenleriyle aynıdır. Bunlar, ekstrüzyon işlemi sırasında ekstrüzyon namlusu duvarında veya kalıbın ölü bölgesinde biriken yabancı parçacıklar, külçe yüzeyindeki eski deri ve diğer safsızlıklardır ve bunlar kalıp çalışma bandının metal yüzeyine veya alüminyum tabakasına getirilir. Ürün ileri doğru aktıkça yüzey çizikleri oluşur ve ürün belirli bir boyuta ulaştığında çekme oluşturmak için ürün tarafından dışarı alınır. Oksidasyondan sonra çekme aşınmış ve büyük boyutu nedeniyle orada çukur benzeri kusurlar oluşmuştur.
(2) Yüzey parçacıkları bazen tek küçük parçacıklar olarak görünür ve bazen de kümelenmiş formda bulunur. Bileşimleri açıkça matrisinkinden farklıdır ve esas olarak O, C, Fe ve Si elementleri içerir. Parçacıkların bir kısmı O ve C elementleri tarafından, bir kısmı ise O, C, Fe ve Si tarafından domine edilir. Bu nedenle, yüzey parçacıklarının iki kaynaktan geldiği sonucuna varılır: biri AlFeSi ve elementel Si gibi çökeltilerdir ve O ve C gibi safsızlıklar yüzeye yapışmıştır; diğeri ise yapışmış yabancı maddedir. Parçacıklar oksidasyondan sonra aşınır. Küçük boyutlarından dolayı yüzey üzerinde hiç veya çok az etkileri vardır.
(3) C ve O elementleri açısından zengin parçacıklar esas olarak külçenin yüzeyine yapışmış yağlama yağı, toz, toprak, hava vb.'den gelir. Yağlama yağının ana bileşenleri C, O, H, S vb.'dir ve toz ve toprağın ana bileşeni SiO2'dir. Yüzey parçacıklarının O içeriği genellikle yüksektir. Parçacıklar çalışma bandından ayrıldıktan hemen sonra yüksek sıcaklık durumunda oldukları ve parçacıkların geniş özgül yüzey alanı nedeniyle havadaki O atomlarını kolayca adsorplarlar ve hava ile temas ettikten sonra oksidasyona neden olurlar, bunun sonucunda matristen daha yüksek bir O içeriği elde edilir.
(4) Fe, Si, vb. esas olarak külçedeki oksitlerden, eski ölçek ve safsızlık fazlarından gelir (yüksek erime noktalı veya homojenizasyonla tamamen ortadan kaldırılmayan ikinci faz). Fe elementi, alüminyum külçelerdeki Fe'den kaynaklanır ve homojenizasyon işlemi sırasında katı çözeltide çözülemeyen veya tamamen dönüştürülmeyen FeAl3 veya AlFeSi(Mn) gibi yüksek erime noktalı safsızlık fazları oluşturur; Si, döküm işlemi sırasında alüminyum matrisinde Mg2Si veya Si'nin aşırı doymuş katı çözeltisi şeklinde bulunur. Döküm çubuğun sıcak ekstrüzyon işlemi sırasında fazla Si çökebilir. Si'nin alüminyumdaki çözünürlüğü 450 °C'de %0,48 ve 500 °C'de %0,8'dir (ağırlıkça %). 6005'teki fazla Si içeriği yaklaşık %0,41'dir ve çöken Si, konsantrasyon dalgalanmalarından kaynaklanan kümelenme ve çökelme olabilir.
(5) Kalıp çalışma kayışına yapışan alüminyum, çekmenin ana nedenidir. Ekstrüzyon kalıbı yüksek sıcaklık ve yüksek basınç ortamıdır. Metal akış sürtünmesi, kalıbın çalışma kayışının sıcaklığını artıracak ve çalışma kayışı girişinin kesici kenarında "yapışkan alüminyum tabakası" oluşturacaktır.
Aynı zamanda, alüminyum alaşımındaki fazla Si ve Mn ve Cr gibi diğer elementler, kalıp çalışma bölgesinin girişinde bir "yapışkan alüminyum tabakası" oluşumunu teşvik edecek olan Fe ile kolayca değiştirilebilen katı çözeltiler oluşturur. "Yapışkan alüminyum tabakasından" akan metal, iç sürtünmeye (metalin içindeki kayan kesme) aittir. Metal, iç sürtünme nedeniyle deforme olur ve sertleşir, bu da alttaki metalin ve kalıbın birbirine yapışmasını teşvik eder. Aynı zamanda, kalıp çalışma kayışı basınç nedeniyle trompet şekline deforme olur ve çalışma kayışının kesici kenar kısmının profile temas etmesiyle oluşan yapışkan alüminyum, bir torna takımının kesici kenarına benzer.
Yapışkan alüminyumun oluşumu, büyüme ve dökülmenin dinamik bir sürecidir. Parçacıklar profil tarafından sürekli olarak dışarı çıkarılır. Profilin yüzeyine yapışarak çekme kusurları oluşturur. Doğrudan iş bandından akarsa ve profilin yüzeyine anında adsorbe edilirse, yüzeye termal olarak yapışan küçük parçacıklara "adsorpsiyon parçacıkları" denir. Bazı parçacıklar ekstrüde alüminyum alaşımı tarafından kırılacaksa, bazı parçacıklar iş bandından geçerken iş bandının yüzeyine yapışarak profilin yüzeyinde çiziklere neden olur. Kuyruk ucu, istiflenmiş alüminyum matrisidir. İş bandının ortasına çok fazla alüminyum sıkıştığında (bağ güçlüdür), yüzey çiziklerini daha da kötüleştirir.
(6) Ekstrüzyon hızı çekme üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Ekstrüzyon hızının etkisi. İzlenen 6005 alaşımı söz konusu olduğunda, ekstrüzyon hızı test aralığında artar, çıkış sıcaklığı artar ve yüzey çeken parçacıkların sayısı artar ve mekanik hatlar arttıkça ağırlaşır. Ekstrüzyon hızı, hızda ani değişikliklerden kaçınmak için mümkün olduğunca sabit tutulmalıdır. Aşırı ekstrüzyon hızı ve yüksek çıkış sıcaklığı, artan sürtünmeye ve ciddi parçacık çekilmesine yol açacaktır. Ekstrüzyon hızının çekme fenomeni üzerindeki etkisinin özel mekanizması, daha sonraki takip ve doğrulamayı gerektirir.
(7) Döküm çubuğun yüzey kalitesi de çekme parçacıklarını etkileyen önemli bir faktördür. Döküm çubuğun yüzeyi pürüzlüdür, testere çapakları, yağ lekeleri, toz, korozyon vb. vardır ve bunların hepsi çekme parçacıklarının eğilimini artırır.
4 Sonuç
(1) Çekme kusurlarının bileşimi matrisin bileşimiyle tutarlıdır; parçacık konumunun bileşimi matrisin bileşiminden açıkça farklıdır ve esas olarak O, C, Fe ve Si elementlerini içerir.
(2) Çekme parçacığı kusurları esas olarak alüminyumun kalıp çalışma kayışına yapışmasından kaynaklanır. Alüminyumun kalıp çalışma kayışına yapışmasını teşvik eden herhangi bir faktör çekme kusurlarına neden olur. Döküm çubuğunun kalitesinin sağlanması öncülünde, çekme parçacıklarının oluşumunun alaşım bileşimi üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur.
(3) Uygun ve düzgün yangın tedavisi, yüzey çekmesini azaltmada faydalıdır.
Gönderi zamanı: Sep-10-2024
