שיפור האיכות של פרופילי סגסוגת אלומיניום מתקדמים: גורמים ופתרונות לפגמים מחורצים בפרופילים

במהלך תהליך האקסטרוזיה של חומרים שחוללו מסגסוגת אלומיניום, במיוחד פרופילי אלומיניום, מתרחש לעתים קרובות פגם "בור" על פני השטח. הביטויים הספציפיים כוללים גידולים קטנים מאוד עם צפיפויות משתנה, זנב ותחושת ידיים ברורה, עם תחושת קוצים. לאחר חמצון או טיפול משטח אלקטרופורטי, הם מופיעים לעתים קרובות כגרגירים שחורים הנצמדים אל פני המוצר.

בייצור שחול של פרופילים בחתך גדול, סביר יותר לפגם זה להתרחש עקב השפעת מבנה המטיל, טמפרטורת האקסטרוזיה, מהירות האקסטרוזיה, מורכבות העובש וכו'. ניתן להסיר את רוב החלקיקים העדינים של פגמים מחורצים במהלך תהליך טיפול מקדים של משטח פרופיל, במיוחד תהליך תחריט אלקלי, בעוד שמספר קטן של חלקיקים בגודל גדול ומודבקים היטב נשארים על פני הפרופיל, ומשפיעים על איכות המראה של המוצר הסופי.

במוצרים רגילים של פרופילי דלתות וחלונות לבניין, לקוחות מקבלים בדרך כלל פגמים קלים עם שקעים, אך עבור פרופילים תעשייתיים הדורשים דגש שווה על תכונות מכניות וביצועים דקורטיביים או דגש רב יותר על ביצועים דקורטיביים, לקוחות בדרך כלל אינם מקבלים ליקוי זה, במיוחד פגמים מגולעים אשר לא עולה בקנה אחד עם צבע הרקע השונה.

על מנת לנתח את מנגנון היווצרותם של חלקיקים גסים, נותחו המורפולוגיה וההרכב של מיקומי הפגמים בהרכבים שונים של סגסוגת ותהליכי אקסטרוזיה, והושוו ההבדלים בין הפגמים למטריצה. הועלה פתרון סביר לפתרון יעיל של החלקיקים הגסים, ובוצעה ניסוי.

כדי לפתור את פגמי ה-pitting של פרופילים, יש צורך להבין את מנגנון היווצרות פגמי ה-pitting. במהלך תהליך האקסטרוזיה, אלומיניום היצמדות לחגורת העבודה של המות היא הגורם העיקרי לפגמים בבור על פני השטח של חומרי אלומיניום שחולצו. הסיבה לכך היא שתהליך האקסטרוזיה של אלומיניום מתבצע בטמפרטורה גבוהה של כ-450 מעלות צלזיוס. אם מוסיפים את ההשפעות של חום דפורמציה וחום חיכוך, טמפרטורת המתכת תהיה גבוהה יותר כאשר היא זורמת מתוך חור התבנית. כאשר המוצר זורם מתוך חור התבנית, עקב הטמפרטורה הגבוהה, ישנה תופעה של הידבקות אלומיניום בין המתכת לחגורת העבודה של התבנית.

צורת ההדבקה הזו היא לרוב: תהליך חוזר ונשנה של הדבקה – קריעה – מליטה – קריעה שוב, והמוצר זורם קדימה, וכתוצאה מכך בורות קטנים רבים על פני המוצר.

תופעת מליטה זו קשורה לגורמים כגון איכות המטיל, מצב פני השטח של חגורת העבודה של התבנית, טמפרטורת האקסטרוזיה, מהירות האקסטרוזיה, מידת העיוות ועמידות המתכת לעיוותים.

1 בדוק חומרים ושיטות

באמצעות מחקר ראשוני, למדנו שגורמים כגון טוהר מתכות, מצב עובש, תהליך שחול, מרכיבים ותנאי ייצור עשויים להשפיע על החלקיקים המחוספסים על פני השטח. בבדיקה, שני מוטות סגסוגת, 6005A ו-6060, שימשו להוצאת אותו קטע. המורפולוגיה וההרכב של מיקומי החלקיקים המחוספסים נותחו באמצעות ספקטרומטר קריאה ישירה ושיטות זיהוי SEM, והשוו עם המטריצה ​​הרגילה שמסביב.

על מנת להבחין בבירור במורפולוגיה של שני הפגמים של חלקיקים וחלקיקים, הם מוגדרים כדלקמן:

(1) פגמים מחורצים או פגמי משיכה הם מעין פגם נקודתי שהוא פגם שריטה לא סדיר דמוי ראשן או נקודתי המופיע על פני הפרופיל. הפגם מתחיל מפס השריטות ומסתיים בנפילת הפגם, מצטבר לשעועית מתכת בקצה קו השריטה. גודל הפגם המחורר הוא בדרך כלל 1-5 מ"מ, והוא הופך לשחור כהה לאחר טיפול חמצון, מה שמשפיע בסופו של דבר על מראה הפרופיל, כפי שמוצג בעיגול האדום באיור 1.

(2) חלקיקי פני השטח נקראים גם שעועית מתכת או חלקיקי ספיחה. פני השטח של פרופיל סגסוגת האלומיניום מחוברים בחלקיקי מתכת קשיחים כדוריים בצבע אפור-שחור ויש לו מבנה רופף. ישנם שני סוגים של פרופילי סגסוגת אלומיניום: אלו שניתן לנגב וכאלה שלא ניתן לנגב. הגודל הוא בדרך כלל פחות מ-0.5 מ"מ, והוא מרגיש מחוספס למגע. אין שריטה בחלק הקדמי. לאחר החמצון, הוא אינו שונה בהרבה מהמטריצה, כפי שמוצג בעיגול הצהוב באיור 1.

2 תוצאות בדיקה וניתוח

2.1 פגמים במשיכת פני השטח

איור 2 מציג את המורפולוגיה המיקרו-מבנית של פגם המשיכה על פני השטח של סגסוגת 6005A. יש שריטות דמויות שלבים בחלק הקדמי של המשיכה, והן מסתיימות בגושים מוערמים. לאחר הופעת הגושים, פני השטח חוזרים לקדמותם. מיקומו של פגם החיספוס אינו חלק למגע, בעל תחושת קוצים חדה ונדבק או מצטבר על פני הפרופיל. באמצעות בדיקת האקסטרוזיה, נצפה כי מורפולוגיית המשיכה של פרופילים שחוללו 6005A ו-6060 דומה, וקצה הזנב של המוצר הוא יותר מקצה הראש; ההבדל הוא שגודל המשיכה הכללי של 6005A קטן יותר ועומק השריטות נחלש. זה עשוי להיות קשור לשינויים בהרכב הסגסוגת, מצב מוט יצוק ותנאי עובש. נצפו מתחת ל-100X, ישנם סימני שריטה ברורים בקצה הקדמי של אזור המשיכה, המוארך לאורך כיוון האקסטרוזיה, וצורתם של חלקיקי הגושים הסופיים אינה סדירה. ב-500X, בקצה הקדמי של משטח המשיכה יש שריטות דמויות שלבים לאורך כיוון האקסטרוזיה (גודל הפגם הזה הוא בערך 120 מיקרומטר), ויש סימני הערמה ברורים על החלקיקים הנודולריים בקצה הזנב.

על מנת לנתח את הסיבות למשיכה, נעשה שימוש בספקטרומטר קריאה ישירה ו-EDX לביצוע ניתוח רכיבים על מיקומי הליקויים והמטריצה ​​של שלושת מרכיבי הסגסוגת. טבלה 1 מציגה את תוצאות הבדיקה של פרופיל 6005A. תוצאות ה-EDX מראות שהרכב מיקום הערימה של החלקיקים המושכים דומה בעצם לזה של המטריצה. בנוסף, חלקיקי טומאה עדינים מצטברים בפגם המשיכה ובסביבתו, וחלקיקי הטומאה מכילים C, O (או Cl), או Fe, Si ו-S.

ניתוח של פגמי החיספוס של פרופילים מחומצנים עדינים 6005A מראה שחלקיקי המשיכה גדולים בגודלם (1-5 מ"מ), המשטח מוערם ברובו, ויש שריטות דמויות שלבים בחלק הקדמי; ההרכב קרוב למטריצת Al, ויהיו פאזות הטרוגניות המכילות Fe, Si, C ו-O מפוזרים סביבו. זה מראה שמנגנון יצירת המשיכה של שלוש הסגסוגות זהה.

במהלך תהליך האקסטרוזיה, חיכוך זרימת מתכת יגרום לעלייה בטמפרטורה של חגורת העבודה של התבנית, וייצור "שכבת אלומיניום דביקה" בקצה החיתוך של הכניסה לחגורת העבודה. יחד עם זאת, עודף Si ואלמנטים אחרים כגון Mn ו-Cr בסגסוגת האלומיניום קלים ליצור תמיסות מוצקות חלופיים ב-Fe, אשר יקדמו היווצרות של "שכבת אלומיניום דביקה" בכניסה לאזור העבודה של התבנית.

כאשר המתכת זורמת קדימה ומשפשפת את חגורת העבודה, מתרחשת תופעה הדדית של הדבקה-קריעה-התקשרות מתמשכת במיקום מסוים, מה שגורם למתכת להתרכב ברציפות במיקום זה. כאשר החלקיקים גדלים לגודל מסוים, זה יימשך משם על ידי המוצר הזורם ויוצרים סימני שריטה על משטח המתכת. זה יישאר על משטח המתכת ויוצר חלקיקים מושכים בסוף השריטה. לפיכך, ניתן להתייחס לכך שהיווצרות חלקיקים מחוספסים קשורה בעיקר להיצמדות האלומיניום לחגורת העבודה של התבנית. השלבים ההטרוגניים המופצים סביבו עשויים לנבוע משמן סיכה, תחמוצות או חלקיקי אבק, כמו גם זיהומים שמביאים על ידי פני השטח המחוספסים של המטיל.

עם זאת, מספר המשיכה בתוצאות בדיקת 6005A קטן יותר והדרגה קלה יותר. מצד אחד, זה נובע מהשיפוף ביציאה של חגורת העבודה של התבנית וליטוש קפדני של חגורת העבודה כדי להפחית את עובי שכבת האלומיניום; מצד שני, זה קשור לתוכן ה-Si העודף.

על פי תוצאות ההרכב הספקטרלי בקריאה ישירה, ניתן לראות כי בנוסף ל-Si בשילוב עם Mg Mg2Si, ה-Si הנותר מופיע בצורה של חומר פשוט.

2.2 חלקיקים קטנים על פני השטח

בבדיקה ויזואלית בהגדלה נמוכה, החלקיקים קטנים (≤0.5 מ"מ), אינם חלקים למגע, בעלי תחושה חדה ונצמדים לפני השטח של הפרופיל. נצפה מתחת ל-100X, חלקיקים קטנים על פני השטח מופצים באופן אקראי, וישנם חלקיקים קטנים המחוברים למשטח ללא קשר לשריטות או לא;

ב-500X, לא משנה אם יש שריטות ברורות דמויות שלבים על פני השטח לאורך כיוון האקסטרוזיה, חלקיקים רבים עדיין מחוברים, וגדלי החלקיקים משתנים. גודל החלקיקים הגדול ביותר הוא כ-15 מיקרומטר, והחלקיקים הקטנים הם כ-5 מיקרומטר.

באמצעות ניתוח ההרכב של חלקיקי פני השטח של סגסוגת 6060 והמטריצה ​​השלמה, החלקיקים מורכבים בעיקר מיסודות O, C, Si ו- Fe, ותכולת האלומיניום נמוכה מאוד. כמעט כל החלקיקים מכילים יסודות O ו-C. ההרכב של כל חלקיק שונה במקצת. ביניהם, חלקיקי a קרובים ל-10 מיקרומטר, שהוא גבוה משמעותית מהמטריצה ​​Si, Mg ו-O; בחלקיקי c, Si, O ו-Cl גבוהים יותר; חלקיקים d ו-f מכילים Si, O ו-Na גבוהים; חלקיקים e מכילים Si, Fe ו-O; חלקיקי h הם תרכובות המכילות Fe. התוצאות של 6060 חלקיקים דומות לזה, אך מכיוון שתכולת ה-Si וה-Fe ב-6060 עצמה נמוכה, תכולת ה-Si וה-Fe המקבילה בחלקיקי פני השטח גם היא נמוכה; תכולת ה-C ב-6060 חלקיקים נמוכה יחסית.

חלקיקי פני השטח עשויים שלא להיות חלקיקים קטנים בודדים, אך עשויים להתקיים גם בצורה של צבירה של חלקיקים קטנים רבים בעלי צורות שונות, ואחוזי המסה של יסודות שונים בחלקיקים שונים משתנים. מאמינים שהחלקיקים מורכבים בעיקר משני סוגים. האחד הוא משקעים כגון AlFeSi ו-Si אלמנטרי, שמקורם בשלבי טומאה בנקודת התכה גבוהה כגון FeAl3 או AlFeSi(Mn) במטיל, או שלבי משקעים במהלך תהליך האקסטרוזיה. השני הוא חומר זר דבוק.

2.3 השפעת חספוס פני השטח של מטיל

במהלך הבדיקה, נמצא כי המשטח האחורי של מחרטת המוט היצוקה 6005A היה מחוספס ומוכתם באבק. היו שני מוטות יצוקים עם סימני כלי הסיבוב העמוקים ביותר במקומות מקומיים, מה שהתאים לעלייה משמעותית במספר המשיכות לאחר האקסטרוזיה, וגודלה של משיכה בודדת היה גדול יותר, כפי שמוצג באיור 7.

למוט היצוק 6005A אין מחרטה, כך שחספוס פני השטח נמוך ומספר המשיכות מצטמצם. בנוסף, מכיוון שאין עודף נוזל חיתוך מחובר לסימני המחרטה של ​​מוט היציקה, תכולת ה-C בחלקיקים המתאימים מצטמצמת. הוכח שסימני הסיבוב על פני המוט היצוק יחמירו במידה מסוימת את המשיכה והיווצרות החלקיקים.

3 דיון

(1) המרכיבים של פגמי משיכה זהים בעצם לאלו של המטריצה. אלו החלקיקים הזרים, העור הישן על פני המטיל וזיהומים אחרים שהצטברו בדופן חבית האקסטרוזיה או השטח המת של התבנית במהלך תהליך האקסטרוזיה, אשר מובאים אל פני המתכת או שכבת האלומיניום של התבנית. חֲגוֹרָה. כשהמוצר זורם קדימה, נגרמות שריטות פני השטח, וכאשר המוצר מצטבר לגודל מסוים, הוא נלקח על ידי המוצר ליצירת משיכה. לאחר החמצון, המשיכה נעשתה קורוזיה, ובשל גודלה הגדול היו שם פגמים דמויי בור.

(2) חלקיקי פני השטח מופיעים לפעמים כחלקיקים קטנים בודדים, ולפעמים קיימים בצורה מצטברת. ההרכב שלהם שונה כמובן מזה של המטריצה, ומכיל בעיקר יסודות O, C, Fe ו-Si. חלק מהחלקיקים נשלטים על ידי יסודות O ו-C, וחלקיקים נשלטים על ידי O, C, Fe ו-Si. לכן, ניתן להסיק שחלקיקי פני השטח מגיעים משני מקורות: האחד הוא משקעים כגון AlFeSi ו-Si יסודי, וזיהומים כגון O ו-C נדבקים אל פני השטח; השני הוא חומר זר דבוק. החלקיקים נמחקים לאחר החמצון. בשל גודלם הקטן, אין להם השפעה או מועטה על פני השטח.

(3) חלקיקים העשירים ביסודות C ו-O מגיעים בעיקר משמן סיכה, אבק, אדמה, אוויר וכו' הנדבקים לפני השטח של המטיל. המרכיבים העיקריים של שמן סיכה הם C, O, H, S וכו', והמרכיב העיקרי של אבק ואדמה הוא SiO2. תכולת O של חלקיקי פני השטח היא בדרך כלל גבוהה. מכיוון שהחלקיקים נמצאים במצב טמפרטורה גבוה מיד לאחר היציאה מחגורת העבודה, ובשל שטח הפנים הספציפי הגדול של החלקיקים, הם סופחים בקלות אטומי O באוויר וגורמים לחמצון לאחר מגע עם האוויר, וכתוצאה מכך O גבוה יותר. תוכן מאשר המטריצה.

(4) Fe, Si וכו' מגיעים בעיקר משלבי התחמוצות, האבנית הישנה והטומאה במטיל (נקודת התכה גבוהה או שלב שני שאינו מבוטל במלואו על ידי הומוגניזציה). אלמנט ה-Fe מקורו ב-Fe במטילי אלומיניום, ויוצרים שלבי טומאה בנקודת התכה גבוהה כגון FeAl3 או AlFeSi(Mn), אשר אינם ניתנים להמסה בתמיסה מוצקה במהלך תהליך ההומוגניזציה, או שאינם מומרים במלואם; Si קיים במטריצת האלומיניום בצורה של Mg2Si או תמיסה מוצקה על-רוויה של Si במהלך תהליך היציקה. במהלך תהליך האקסטרוזיה החמה של המוט היצוק, עודף Si עלול לרדת. המסיסות של Si באלומיניום היא 0.48% ב-450°C ו-0.8% (wt%) ב-500°C. תכולת ה-Si העודפת בשנת 6005 היא כ-0.41%, וה-Si המושקע עשוי להיות צבירה ומשקעים הנגרמים על ידי תנודות ריכוז.

(5) אלומיניום היצמדות לחגורת העבודה של התבנית היא הסיבה העיקרית למשיכה. תבנית האקסטרוזיה היא סביבה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה. חיכוך זרימת מתכת יגביר את הטמפרטורה של חגורת העבודה של התבנית, וייצור "שכבת אלומיניום דביקה" בקצה החיתוך של הכניסה לחגורת העבודה.

יחד עם זאת, עודף Si ואלמנטים אחרים כגון Mn ו-Cr בסגסוגת האלומיניום קלים ליצור תמיסות מוצקות חלופיים ב-Fe, אשר יקדמו היווצרות של "שכבת אלומיניום דביקה" בכניסה לאזור העבודה של התבנית. המתכת הזורמת דרך "שכבת האלומיניום הדביקה" שייכת לחיכוך פנימי (גזירה הזזה בתוך המתכת). המתכת מתעוותת ומתקשה עקב חיכוך פנימי, מה שגורם למתכת הבסיסית והתבנית להיצמד זה לזה. במקביל, חגורת העבודה של התבנית מעוותת לצורת חצוצרה בגלל הלחץ, והאלומיניום הדביק שנוצר על ידי החלק החותך של חגורת העבודה המגע עם הפרופיל דומה לקצה החיתוך של כלי מפנה.

היווצרות אלומיניום דביק היא תהליך דינמי של גדילה ונשירה. חלקיקים מובאים ללא הרף על ידי הפרופיל.דביקו על פני השטח של הפרופיל, ויצרו פגמים במשיכה. אם הוא זורם ישירות מתוך חגורת העבודה ונספג באופן מיידי על פני הפרופיל, החלקיקים הקטנים המודבקים תרמית על פני השטח נקראים "חלקיקי ספיחה". אם חלקיקים מסוימים יישברו על ידי סגסוגת האלומיניום שחולצה, חלקיקים מסוימים יידבקו אל פני השטח של חגורת העבודה כאשר הם עוברים דרך חגורת העבודה, ויגרמו לשריטות על פני הפרופיל. קצה הזנב הוא מטריצת האלומיניום המוערמת. כאשר יש הרבה אלומיניום תקוע באמצע חגורת העבודה (הקשר חזק), זה יחמיר את שריטות השטח.

(6) למהירות האקסטרוזיה יש השפעה רבה על המשיכה. השפעת מהירות האקסטרוזיה. בכל הנוגע לסגסוגת 6005 הרצויה, מהירות האקסטרוזיה עולה בטווח הבדיקה, טמפרטורת היציאה עולה, ומספר החלקיקים המושכים פני השטח גדל והופך כבד יותר ככל שהקווים המכניים גדלים. יש לשמור על מהירות האקסטרוזיה יציבה ככל האפשר כדי למנוע שינויים פתאומיים במהירות. מהירות שחול מוגזמת וטמפרטורת יציאה גבוהה יובילו לחיכוך מוגבר ולמשיכת חלקיקים רצינית. המנגנון הספציפי של השפעת מהירות האקסטרוזיה על תופעת המשיכה דורש מעקב ואימות לאחר מכן.

(7) איכות פני השטח של המוט היצוק היא גם גורם חשוב המשפיע על החלקיקים המושכים. פני המוט היצוק מחוספסים, עם כתמי ניסור, כתמי שמן, אבק, קורוזיה וכו', כל אלו מגבירים את הנטייה למשיכת חלקיקים.

4 מסקנה

(1) הרכב פגמי המשיכה תואם לזה של המטריצה; הרכב מיקום החלקיקים שונה מן הסתם מזה של המטריצה, המכילה בעיקר יסודות O, C, Fe ו-Si.

(2) פגמי משיכה בחלקיקים נגרמים בעיקר על ידי היצמדות האלומיניום לחגורת העבודה של התבנית. כל גורם המעודד היצמדות אלומיניום לחגורת העבודה של התבנית יגרום לליקויים במשיכה. בהנחה של הבטחת איכות המוט היצוק, ליצירת חלקיקי משיכת אין השפעה ישירה על הרכב הסגסוגת.

(3) טיפול אחיד נכון באש מועיל להפחתת משיכת פני השטח.