Alüminyum alaşımlı ekstrüde malzemelerin, özellikle de alüminyum profillerin ekstrüzyon işlemi sırasında, yüzeyde sıklıkla "çukurlaşma" kusuru oluşur. Spesifik belirtiler arasında, farklı yoğunluklarda çok küçük tümörler, kuyruklanma ve belirgin bir el hissi ve dikenli bir his bulunur. Oksidasyon veya elektroforetik yüzey işleminden sonra, genellikle ürünün yüzeyine yapışan siyah granüller olarak görünürler.
Büyük kesitli profillerin ekstrüzyonla üretiminde, külçe yapısı, ekstrüzyon sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, kalıp karmaşıklığı vb. faktörlerin etkisiyle bu kusurun oluşma olasılığı daha yüksektir. Çukurlu kusurların ince parçacıklarının çoğu, özellikle alkali aşındırma işlemi olmak üzere profil yüzey ön işlem prosesi sırasında giderilebilirken, az sayıda büyük boyutlu, sıkıca yapışmış parçacıklar profil yüzeyinde kalarak, nihai ürünün görünüm kalitesini etkiler.
Sıradan bina kapı ve pencere profili ürünlerinde müşteriler genellikle küçük çukurlu kusurları kabul ederler, ancak mekanik özelliklere ve dekoratif performansa eşit derecede 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 bileşimleri ve ekstrüzyon işlemleri altındaki kusur yerlerinin morfolojisi ve bileşimi analiz edilmiş ve kusurlar ile matris arasındaki farklar karşılaştırılmıştır. Pürüzlü parçacıkları etkili bir şekilde çözmek için makul bir çözüm önerilmiş ve bir deneme testi gerçekleştirilmiştir.
Profillerdeki çukurlaşma kusurlarını gidermek 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, alüminyum ekstrüzyon işleminin yaklaşık 450°C gibi yüksek bir sıcaklıkta gerçekleştirilmesidir. Deformasyon ısısı ve sürtünme ısısının etkileri de eklenirse, metalin kalıp deliğinden çıkarken sıcaklığı daha yüksek olacaktır. Ürün kalıp deliğinden çıkarken, yüksek sıcaklık nedeniyle metal ile kalıp çalışma bandı arasında alüminyum yapışması olayı meydana gelir.
Bu bağlanmanın biçimi genellikle şöyledir: bağlanma - yırtılma - bağlanma - tekrar yırtılma işleminin tekrarlanması ve ürünün ileriye doğru akması, ürünün yüzeyinde birçok küçük çukur oluşmasıyla sonuçlanır.
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 araştırmalarımız sonucunda, metalurjik saflık, kalıp durumu, ekstrüzyon işlemi, bileşenler ve üretim koşulları gibi faktörlerin yüzey pürüzlendirilmiş parçacıkları etkileyebileceğini öğrendik. Testte, aynı kesiti ekstrüde etmek için 6005A ve 6060 alaşımlı iki çubuk kullanıldı. Pürüzlendirilmiş parçacık konumlarının morfolojisi ve bileşimi, doğrudan okuma spektrometresi ve SEM tespit yöntemleriyle 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, profil yüzeyinde görülen düzensiz, kurbağa yavrusu veya nokta benzeri çizik kusurlarından oluşan bir tür nokta kusurudur. Kusur, çizik çizgisinden başlar ve kusurun düşerek çizik çizgisinin sonunda metal tanecikler halinde birikmesiyle son bulur. Çukurlu kusurun boyutu genellikle 1-5 mm'dir ve oksidasyon işleminden sonra koyu siyaha döner ve bu da Şekil 1'deki kırmızı dairede gösterildiği gibi profilin görünümünü etkiler.
(2) Yüzey parçacıkları, metal fasulye veya adsorpsiyon parçacıkları olarak da adlandırılır. Alüminyum alaşımlı profilin yüzeyi, küresel gri-siyah sert metal parçacıklarıyla tutturulmuş olup gevşek bir yapıya sahiptir. İki tür alüminyum alaşımlı profil vardır: silinebilenler ve silinemeyenler. Boyutları genellikle 0,5 mm'den küçüktür ve dokunulduğunda pürüzlü bir his verir. Ön kısımda 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 bulunmakta ve bunlar yığılmış nodüllerle sonlanmaktadır. Nodüller ortaya çıktıktan sonra yüzey normale dönmektedir. Pürüzlenme kusurunun yeri dokunulduğunda pürüzsüz değildir, keskin ve dikenli bir his verir ve profilin yüzeyine yapışır veya birikir. Ekstrüzyon testi ile 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 büyütme altında, çekme yüzeyinin ön ucunda, ekstrüzyon yönü boyunca uzamış belirgin çizik izleri ve son nodül parçacıklarının şekli düzensizdir. 500X büyütmede ise, çekme yüzeyinin ön ucunda ekstrüzyon yönü boyunca basamak benzeri çizikler (bu kusurun boyutu yaklaşık 120 μm'dir) ve kuyruk ucundaki nodül parçacıklarında belirgin yığılma izleri vardır.
Çekme nedenlerini analiz etmek için, üç alaşım bileşeninin kusur yerleri ve matrisi üzerinde doğrudan okuma spektrometresi ve EDX kullanılarak bileşen analizi yapılmıştır. Tablo 1, 6005A profilinin test sonuçlarını göstermektedir. EDX sonuçları, çekme parçacıklarının istifleme konumunun bileşiminin temelde matrisin bileşimine benzer olduğunu göstermektedir. Ayrıca, çekme kusurunun içinde ve çevresinde bazı ince safsızlık parçacıkları birikmekte ve bu safsızlık parçacıkları C, O (veya Cl) veya Fe, Si ve S içermektedir.
6005A ince oksitlenmiş ekstrüde profillerin pürüzlendirme kusurlarının analizi, çekme parçacıklarının büyük boyutlu (1-5 mm), yüzeyin çoğunlukla istiflenmiş ve ön kısımda basamaklı çizikler olduğunu göstermektedir; kompozisyon Al matrisine yakındır ve etrafında dağılmış Fe, Si, C ve O içeren heterojen fazlar bulunmaktadır. Bu, üç alaşımın çekme oluşum mekanizmasının aynı olduğunu göstermektedir.
Ekstrüzyon işlemi sırasında, metal akışı sürtünmesi, kalıp çalışma bandının sıcaklığının yükselmesine ve çalışma bandı girişinin kesici kenarında "yapışkan bir alüminyum tabakası" oluşmasına neden olur. Aynı zamanda, alüminyum alaşımındaki fazla Si ve Mn ve Cr gibi diğer elementler, Fe ile kolayca yer değiştirebilir ve bu da kalıp çalışma bölgesinin girişinde "yapışkan bir alüminyum tabakası" oluşumunu destekler.
Metal ileri doğru akıp çalışma bandına sürtündükçe, belirli bir konumda sürekli bir bağlanma-kopma-bağlanma olayı meydana gelir ve metalin bu konumda sürekli olarak üst üste binmesine neden olur. Parçacıklar belirli bir boyuta ulaştığında, akan ürün tarafından çekilerek metal yüzeyinde çizik izleri oluşturur. Metal yüzeyinde kalır ve çiziğin sonunda çekme parçacıkları oluşturur. Bu nedenle, pürüzlü parçacıkların oluşumunun esas olarak alüminyumun kalıp çalışma bandına yapışmasıyla ilişkili olduğu düşünülebilir. Etrafına dağılmış heterojen fazlar, yağlama yağı, oksitler veya toz parçacıklarının yanı sıra külçenin pürüzlü yüzeyinin getirdiği safsızlıklardan kaynaklanabilir.
Ancak 6005A test sonuçlarındaki çekme sayısı daha az ve derece daha hafiftir. Bu durum bir yandan kalıp çalışma bandının çıkışındaki pah kırma ve alüminyum tabakasının kalınlığını azaltmak için çalışma bandının dikkatlice parlatılmasından kaynaklanırken, diğer yandan aşırı Si içeriğinden kaynaklanmaktadır.
Doğrudan okuma spektral kompozisyon sonuçlarına göre, Si'nin Mg Mg2Si ile birleşmesinin yanı sıra, kalan Si'nin basit bir madde formunda ortaya çıktığı görülebilir.
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 incelendiğinde, yüzeydeki küçük parçacıklar rastgele dağılmıştır ve çizik olsun ya da olmasın yüzeye yapışmış küçük boyutlu parçacıklar vardır;
500X'te, ekstrüzyon yönü boyunca yüzeyde belirgin basamak benzeri çizikler olsa bile, birçok parçacık hala tutunur ve parçacık boyutları değişir. En büyük parçacık boyutu yaklaşık 15 μm, en küçük parçacıklar ise yaklaşık 5 μm'dir.
6060 alaşımlı yüzey parçacıklarının ve sağlam 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 buna karşılık gelen Si ve Fe içerikleri de düşüktür; 6060 parçacıklarındaki C içeriği nispeten düşüktür.
Yüzey parçacıkları tek tek küçük parçacıklar olmayabilir, ancak farklı şekillerde birçok küçük parçacığın kümelenmesi şeklinde de bulunabilir ve farklı parçacıklardaki farklı elementlerin kütle yüzdeleri farklılık gösterir. Parçacıkların temel olarak iki tipten oluştuğu düşünülmektedir. Biri, külçe içindeki FeAl3 veya AlFeSi(Mn) gibi yüksek erime noktalı safsızlık fazlarından veya ekstrüzyon işlemi sırasında çökelme fazlarından kaynaklanan AlFeSi ve elementel Si gibi çökeltilerdir. 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. İki döküm çubukta, yerel konumlarda en derin tornalama aleti izleri vardı; bu, ekstrüzyondan sonra çekme sayısında önemli bir artışa karşılık geliyordu ve Şekil 7'de görüldüğü gibi, tek bir çekmenin boyutu daha büyüktü.
6005A döküm çubukta torna bulunmadığından yüzey pürüzlülüğü düşüktür ve çekme sayısı azalmıştır. Ayrıca, döküm çubuğun torna izlerine fazla kesme sıvısı yapışmadığından, ilgili parçacıklardaki C içeriği azalır. Döküm çubuğun yüzeyindeki torna izlerinin çekmeyi ve parçacık oluşumunu bir dereceye kadar kötüleştirdiği kanıtlanmıştır.
3 Tartışma
(1) Çekme kusurlarının bileşenleri temelde 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, metal yüzeye veya kalıp çalışma bandının alüminyum tabakasına taşınır. Ürün ileri doğru akarken yüzey çizikleri oluşur ve ürün belirli bir boyuta ulaştığında, ürün tarafından dışarı atılarak çekme oluşturur. Oksidasyondan sonra çekme korozyona uğrar ve büyük boyutu nedeniyle çukur benzeri kusurlar oluşur.
(2) Yüzey parçacıkları bazen tek küçük parçacıklar olarak görünür, bazen de kümelenmiş halde bulunur. Bileşimleri matristen açıkça farklıdır ve esas olarak O, C, Fe ve Si elementlerini içerir. Bazı parçacıklarda O ve C elementleri baskınken, bazı parçacıklarda O, C, Fe ve Si baskındır. Bu nedenle, yüzey parçacıklarının iki kaynaktan geldiği sonucuna varılır: biri AlFeSi ve elementel Si gibi çökeltiler ve O ve C gibi safsızlıklar yüzeye yapışmıştır; diğeri ise yapışmış yabancı maddedir. Parçacıklar oksidasyondan sonra aşınır. Küçük boyutları nedeniyle yüzey üzerinde hiç veya çok az etkileri vardır.
(3) C ve O elementleri bakımından zengin parçacıklar çoğunlukla külçe yüzeyine yapışmış yağlayıcı yağ, toz, toprak, hava vb.'den gelir. Yağlayıcı yağın ana bileşenleri C, O, H, S vb., toz ve toprağın ana bileşeni ise SiO2'dir. Yüzey parçacıklarının O içeriği genellikle yüksektir. Parçacıklar, çalışma bandından çıktıktan hemen sonra yüksek sıcaklık durumunda oldukları ve parçacıkların geniş özgül yüzey alanları sayesinde havadaki O atomlarını kolayca emer ve hava ile temas ettikten sonra oksidasyona neden olarak matristen daha yüksek bir O içeriğine sahip olurlar.
(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 çözünemeyen veya tamamen dönüştürülmeyen FeAl3 veya AlFeSi(Mn) gibi yüksek erime noktalı safsızlık fazları oluşturur; Si, döküm işlemi sırasında alüminyum matrisinde Mg2Si veya aşırı doymuş bir Si 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 dalgalanmalarının neden olduğu agregasyon ve çökelme olabilir.
(5) Alüminyumun kalıp çalışma bandına yapışması, çekmenin ana nedenidir. Ekstrüzyon kalıbı yüksek sıcaklık ve basınç ortamına sahiptir. Metal akışı sürtünmesi, kalıbın çalışma bandının sıcaklığını artırarak, çalışma bandı girişinin kesici kenarında "yapışkan bir 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 destekler. "Yapışkan alüminyum tabakasından" akan metal, iç sürtünmeye (metalin içinde kayan kesme) maruz kalır. Metal, iç sürtünme nedeniyle deforme olur ve sertleşir, bu da alttaki metalin ve kalıbın birbirine yapışmasını sağlar. Aynı zamanda, kalıp çalışma bandı basınç nedeniyle trompet şeklini alır ve çalışma bandının kesici ucunun profile temas etmesiyle oluşan yapışkan alüminyum, bir torna takımının kesici ucuna benzer.
Yapışkan alüminyumun oluşumu, büyüme ve dökülme gibi dinamik bir süreçtir. Parçacıklar profil tarafından sürekli olarak dışarı çıkarılır. Profilin yüzeyine yapışarak çekme kusurları oluştururlar. Doğrudan iş bandından akar ve profilin yüzeyine anında adsorbe olursa, yüzeye termal olarak yapışan küçük parçacıklara "adsorpsiyon parçacıkları" denir. Ekstrüde alüminyum alaşımı bazı parçacıkları kırarsa, iş bandından geçerken bazı parçacıklar iş bandının yüzeyine yapışarak profilin yüzeyinde çiziklere neden olur. Kuyruk ucu, istiflenmiş alüminyum matrisidir. İş bandının ortasına çok fazla alüminyum sıkıştığında (bağ güçlüdür), yüzey çizikleri daha da kötüleşir.
(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 yükselir ve mekanik hatlar arttıkça yüzey çeken parçacık sayısı artarak ağırlaşır. Hızda ani değişikliklerden kaçınmak için ekstrüzyon hızı 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 spesifik mekanizması, daha sonra takip ve doğrulama gerektirir.
(7) Döküm çubuğun yüzey kalitesi de çekme parçacıklarını etkileyen önemli bir faktördür. Döküm çubuğun yüzeyi pürüzlüdür; testere çapakları, yağ lekeleri, toz, korozyon vb. içerir ve bunların tümü 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 partikülü kusurları, esas olarak alüminyumun kalıp çalışma bandına yapışmasından kaynaklanır. Alüminyumun kalıp çalışma bandına yapışmasını teşvik eden tüm faktörler çekme kusurlarına neden olur. Döküm çubuğunun kalitesinin sağlanması ilkesi gereği, çekme partiküllerinin oluşumunun alaşım bileşimi üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur.
(3) Uygun ve düzgün yangın tedavisi, yüzey çekmesini azaltmada faydalıdır.
Gönderim zamanı: 10-Eyl-2024
