שיפור האיכות של פרופילי סגסוגת אלומיניום מתקדמת: גורמים ופתרונות לפגמים מוגזמים בפרופילים

במהלך תהליך שחול של חומרים מוחצנים בסגסוגת אלומיניום, ובמיוחד פרופילי אלומיניום, פגם "בור" מתרחש לעתים קרובות על פני השטח. הביטויים הספציפיים כוללים גידולים קטנים מאוד עם צפיפות משתנה, זנב ותחושת יד ברורה, עם תחושה דוקרנית. לאחר טיפול חמצון או טיפול אלקטרופורטי, הם מופיעים לעתים קרובות כגרגירים שחורים הדבקים על פני המוצר.

בייצור שחול של פרופילי חתך גדול, פגם זה עשוי להתרחש יותר בגלל השפעת מבנה המטיל, טמפרטורת שחול, מהירות שחול, מורכבות עובש וכו ' תהליך הטיפול לפני השטח של פרופיל, ובמיוחד תהליך התחריט האלקלי, בעוד שמספר קטן של חלקיקים גדולים, דבקים היטב, נותרו על משטח הפרופיל, ומשפיעים על איכות המראה של המוצר הסופי.

במוצרי פרופיל דלתות ופרופיל חלונות רגילים, הלקוחות מקבלים בדרך כלל פגמים קלים, אך לפרופילים תעשייתיים הדורשים דגש שווה על תכונות מכניות ועל ביצועים דקורטיביים או דגש יותר על ביצועים דקורטיביים, הלקוחות בדרך כלל אינם מקבלים ליקוי זה, במיוחד פגמים מגובשים לא עולה בקנה אחד עם צבע הרקע השונה.

על מנת לנתח את מנגנון היווצרותם של חלקיקים גסים, נותחו המורפולוגיה וההרכב של מיקומי הפגמים תחת קומפוזיציות סגסוגת שונות ותהליכי שחול, וההשוואה בין ההבדלים בין הפגמים למטריצה. הועלה פיתרון סביר לפיתרון יעיל של החלקיקים הגסים, ובוצע בדיקת ניסוי.

כדי לפתור את פגמי הפרופילים של הפרופילים, יש צורך להבין את מנגנון היווצרות הפגמים. במהלך תהליך שחול, אלומיניום הדבק בחגורת העבודה למות הוא הגורם העיקרי להפעלת פגמים על פני חומרי אלומיניום מוחצנים. הסיבה לכך היא שתהליך שחול של אלומיניום מתבצע בטמפרטורה גבוהה של כ -450 מעלות צלזיוס. אם מוסיפים ההשפעות של חום עיוות וחום חיכוך, הטמפרטורה של המתכת תהיה גבוהה יותר כאשר היא זורמת מחור המות. כאשר המוצר זורם מחור המות, בגלל הטמפרטורה הגבוהה, יש תופעה של אלומיניום שנדבק בין המתכת לחגורת העבודה של עובש.

צורת המליטה הזו היא לרוב: תהליך חוזר של מליטה - קריעה - מליטה - קרע שוב, והמוצר זורם קדימה, וכתוצאה מכך הרבה בורות קטנים על פני המוצר.

תופעת מליטה זו קשורה לגורמים כמו איכות המטיל, מצב פני השטח של חגורת העבודה של עובש, טמפרטורת שחול, מהירות שחול, דרגת עיוות והתנגדות לעיוות של המתכת.

1 חומרי בדיקה ושיטות

באמצעות מחקר ראשוני, למדנו כי גורמים כמו טוהר מתכתי, מצב עובש, תהליך שחול, מרכיבים ותנאי ייצור עשויים להשפיע על החלקיקים המחוספסים על פני השטח. במבחן, שני מוטות סגסוגת, 6005A ו- 6060, שימשו להופלת אותו קטע. המורפולוגיה וההרכב של עמדות החלקיקים המחוספסים נותחו באמצעות ספקטרומטר קריאה ישיר ושיטות גילוי SEM, והשוואה למטריצה ​​הרגילה שמסביב.

על מנת להבדיל בבירור על המורפולוגיה של שני הפגמים של Pipts ו- Particles, הם מוגדרים כדלקמן:

(1) פגמים מוגזמים או פגמים משיכים הם סוג של פגם נקודה שהוא פגם שריטות דמוי טאדפול או דמוי נקודה המופיע על פני הפרופיל. הפגם מתחיל מפס השריטה ומסתיים בכך שהליקוי נופל, ומצטבר לשעועית מתכת בסוף קו השריטה. גודל הפגם שנקבע הוא בדרך כלל 1-5 מ"מ, והוא הופך לשחור כהה לאחר טיפול בחמצון, מה שבסופו של דבר משפיע על מראה הפרופיל, כפי שמוצג במעגל האדום באיור 1.

(2) חלקיקי פני השטח נקראים גם שעועית מתכת או חלקיקי ספיחה. פני השטח של פרופיל סגסוגת האלומיניום מחוברים עם חלקיקי מתכת קשיחים אפור-שחור-שחור ובעל מבנה רופף. ישנם שני סוגים של פרופילי סגסוגת אלומיניום: אלה שניתן למחוק אותם וכאלה שלא ניתן למחוק אותם. הגודל בדרך כלל פחות מ- 0.5 מ"מ, והוא מרגיש מחוספס למגע. אין שריטה בחלק הקדמי. לאחר חמצון, הוא לא שונה בהרבה מהמטריצה, כפי שמוצג במעגל הצהוב באיור 1.

2 תוצאות בדיקות וניתוח

2.1 פגמים משיכת פני השטח

איור 2 מציג את המורפולוגיה המיקרו -מבנית של הפגם המושך על פני סגסוגת 6005A. יש שריטות דמויי צעד בחלק הקדמי של המשיכה, והם מסתיימים עם גושים מוערמים. לאחר מופיעות הגושים, פני השטח חוזרים לשגרה. המיקום של הפגם המחוספס אינו חלק למגע, הוא בעל תחושה קוצנית חדה, ומדביק או מצטבר על פני הפרופיל. באמצעות מבחן ההחלישה, נצפה כי המורפולוגיה המשיכה של פרופילים 6005A ו- 6060 חוצצים דומה, וקצה הזנב של המוצר הוא יותר מקצה הראש; ההבדל הוא שגודל המשיכה הכולל של 6005A קטן יותר ועומק השריטה נחלש. זה עשוי להיות קשור לשינויים בהרכב הסגסוגת, מצב מוט יצוק ותנאי עובש. נצפה מתחת ל 100X, ישנם סימני שריטות ברורים בקצה הקדמי של אזור המשיכה, המוארך לאורך כיוון ההחלישה, וצורת חלקיקי הנודול הסופי אינה סדירה. ב 500X, בקצה הקדמי של משטח המשיכה יש שריטות דמויי צעד לאורך כיוון שחול (גודל הפגם הזה הוא בערך 120 מיקרומטר), ויש סימני ערמה ברורים על החלקיקים הנודולריים בקצה הזנב.

על מנת לנתח את הגורמים למשיכה, שימשו ספקטרומטר קריאה ישירה ו- EDX לביצוע ניתוח רכיבים על מיקומי הפגמים והמטריצה ​​של שלושת רכיבי הסגסוגת. טבלה 1 מציגה את תוצאות הבדיקה של פרופיל 6005A. תוצאות EDX מראות כי ההרכב של מיקום הערימה של חלקיקי המשיכה דומה בעיקרו לזה של המטריצה. בנוסף, כמה חלקיקי טומאה עדינים מצטברים בסביבת הליקוי והסביבתו, וחלקיקי הטומאה מכילים C, O (או Cl), או Fe, Si ו- S.

ניתוח הפגמים המחוספסים של 6005A פרופילים מחומצנים מחומצנים עדינים מראה כי חלקיקי המשיכה גדולים בגודלם (1-5 מ"מ), המשטח נערם ברובו, ויש שריטות דמויי מדרגות בחלק הקדמי; ההרכב קרוב למטריצת אל, ויהיו שלבים הטרוגניים המכילים Fe, Si, C ו- O המופצים סביבו. זה מראה שמנגנון היווצרות המשיכה של שלוש הסגסוגות זהה.

במהלך תהליך שחול, חיכוך זרימת המתכת יגרום לטמפרטורת חגורת העבודה של עובש לעלות, ויוצר "שכבת אלומיניום דביקה" בקצה החיתוך של הכניסה לחגורת העבודה. יחד עם זאת, קל יותר ליצירת Si ואלמנטים אחרים כמו MN ו- CR בסגסוגת האלומיניום קלים ליצירת פתרונות מוצקים להחלפה עם FE, אשר יקדם היווצרות של "שכבת אלומיניום דביקה" בכניסה לאזור העבודה של העובש.

כאשר המתכת זורמת קדימה ומשפשפת על חגורת העבודה, מתרחשת תופעה הדדית של קשירת קשרים מתמשכת מתמשכת במצב מסוים, מה שגורם למתכת להניח ברציפות על תנוחה זו. כאשר החלקיקים גדלים לגודל מסוים, הוא יימשך על ידי המוצר הזורם ויוצר סימני שריטה על פני המתכת. הוא יישאר על פני המתכת ויוצר חלקיקים מושכים בסוף השריטה. לפיכך, ניתן לקחת בחשבון כי היווצרות של חלקיקים מחוספסים קשורה בעיקר לאלומיניום הדבק בחגורת העבודה של התבנית. השלבים ההטרוגניים המופצים סביבו עשויים להיות מקורם בשמן סיכה, תחמוצות או חלקיקי אבק, כמו גם זיהומים שהובאו על ידי המשטח המחוספס של המטיל.

עם זאת, מספר המשיכות בתוצאות הבדיקה של 6005A קטן יותר והתואר קל יותר. מצד אחד, זה נובע מההתמדה ביציאת חגורת העבודה של התבנית והלטש הקפדני של חגורת העבודה כדי להפחית את עובי שכבת האלומיניום; מצד שני, זה קשור לתוכן SI עודף.

על פי תוצאות ההרכב הספקטרלי של הקריאה הישירה, ניתן לראות כי בנוסף ל- SI בשילוב עם Mg Mg2SI, ה- SI שנותר מופיע בצורה של חומר פשוט.

2.2 חלקיקים קטנים על פני השטח

בבדיקה חזותית בהגזמה נמוכה, החלקיקים הם קטנים (≤0.5 מ"מ), לא חלקים למגע, הם בעלי תחושה חדה, ודבקו לפני השטח של הפרופיל. חלקיקים קטנים על פני השטח נצפים מתחת ל 100X, חלקיקים קטנים על פני השטח, וישנם חלקיקים בגודל קטן המחוברים אל פני השטח ללא קשר לשאלה אם יש שריטות או לא;

ב 500X, לא משנה אם יש שריטות ברורות דמויי צעד על פני השטח לאורך כיוון שחול, חלקיקים רבים עדיין מחוברים, וגדלי החלקיקים משתנים. גודל החלקיקים הגדול ביותר הוא בערך 15 מיקרומטר, והחלקיקים הקטנים הם בערך 5 מיקרומטר.

באמצעות ניתוח ההרכב של חלקיקי משטח הסגסוגת 6060 והמטריצה ​​השלמה, החלקיקים מורכבים בעיקר מאלמנטים 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 ה- A קרובים ל -10 מיקרומטר, שהוא גבוה משמעותית מהמטריצה ​​Si, Mg ו- O; בחלקיקי C, Si, O ו- Cl הם כמובן גבוהים יותר; חלקיקים D ו- F מכילים Si, O ו- Na גבוה; חלקיקים e מכילים Si, Fe ו- O; חלקיקי H הם תרכובות המכילות Fe. התוצאות של 6060 חלקיקים דומות לכך, אך מכיוון שתכולת Si ו- Fe ב- 6060 עצמה נמוכה, גם תכולת ה- Si ו- Fe המתאימה בחלקיקי השטח נמוכה; תכולת C ב 6060 חלקיקים נמוכה יחסית.

חלקיקי פני השטח עשויים להיות לא חלקיקים קטנים יחידים, אך עשויים להתקיים גם בצורה של אגרגציות של חלקיקים קטנים רבים עם צורות שונות, ואחוזי המסה של אלמנטים שונים בחלקיקים שונים משתנים. ההערכה היא כי החלקיקים מורכבים בעיקר משני סוגים. האחד משקע כמו Alfesi ו- Elemental Si, שמקורו בשלבי טומאה של נקודת התכה גבוהה כמו Feal3 או Alfesi (MN) במטיל, או משקעים שלבים במהלך תהליך שחול. השני הוא עניין זר דבק.

2.3 השפעת חספוס פני השטח של מטיל

במהלך הבדיקה נמצא כי המשטח האחורי של מחרטת המוט היציקה 6005A היה מחוספס ומוכתם באבק. היו שני מוטות יצוקים עם סימני הכלים המפנים העמוקים ביותר במקומות מקומיים, שתואמים עלייה משמעותית במספר המשיכות לאחר שחול, וגודל המשיכה היחידה היה גדול יותר, כפי שמוצג באיור 7.

למוט הגבס 6005A אין מחרטה, ולכן חספוס פני השטח נמוך ומספר הנסיעות מצטמצם. בנוסף, מכיוון שאין עודף נוזל חיתוך המחובר לסימני המחרטה של ​​המוט היציקה, תכולת ה- C בחלקיקים המתאימים מצטמצמת. הוכח כי סימני המפנה על פני המוט יצוק יחמירו את משיכתם ויצירת החלקיקים במידה מסוימת.

3 דיון

(1) מרכיבי הפגמים המשיכה זהים למעשה לאלה של המטריצה. זהו החלקיקים הזרים, העור הישן על פני המטיל וזיהומים אחרים שנצברו בקיר חבית שחול או באזור המת של התבנית בתהליך שחול, המובאים למשטח המתכת או לשכבת האלומיניום של התבנית העובדת חֲגוֹרָה. כאשר המוצר זורם קדימה, נגרמים שריטות פני השטח, וכאשר המוצר מצטבר לגודל מסוים, הוא מוציא על ידי המוצר כדי ליצור משיכה. לאחר חמצון, המשיכה הייתה משוטטת, ובשל גודלו הגדול, היו שם פגמים דמויי בור.

(2) חלקיקי פני השטח מופיעים לפעמים כחלקיקים קטנים בודדים, ולעתים קיימים בצורה מצטברת. ההרכב שלהם שונה כמובן מזה של המטריצה, ובעיקר מכיל אלמנטים O, C, Fe ו- Si. חלק מהחלקיקים נשלטים על ידי יסודות O ו- C, וחלקים מסוימים נשלטים על ידי O, C, Fe ו- Si. לפיכך, ניתן להסיק כי חלקיקי השטח מגיעים משני מקורות: האחד משקעים כמו אלפסי ו- SI Elemental, וזיהומים כמו O ו- C נדבקים על פני השטח; השני הוא עניין זר דבק. החלקיקים משוטים לאחר חמצון. בשל גודלם הקטן, אין להם השפעה או מעט על פני השטח.

(3) חלקיקים עשירים באלמנטים C ו- O מגיעים בעיקר משמן סיכה, אבק, אדמה, אוויר וכו '. דבקו על פני המטילה. המרכיבים העיקריים של שמן סיכה הם C, O, H, S וכו ', והמרכיב העיקרי באבק ואדמה הוא SIO2. תכולת O של חלקיקי פני השטח בדרך כלל גבוהה. מכיוון שהחלקיקים נמצאים במצב בטמפרטורה גבוהה מיד לאחר היציאה מחגורת העבודה, ובשל שטח הפנים הספציפי הגדול של החלקיקים, הם סופגים בקלות אטומי O באוויר וגורמים לחמצון לאחר מגע עם האוויר, וכתוצאה מכך O גבוה יותר O תוכן מאשר המטריצה.

(4) Fe, Si וכו '. בעיקר מגיעים מתחמוצות, שלבי סולם ישן וטומאה במטיל (נקודת התכה גבוהה או שלב שני שאינם מבוטלים במלואם על ידי הומוגניזציה). אלמנט ה- FE מקורו ב- Fe במטילי אלומיניום, ויוצר שלבי טומאה גבוהים של נקודת התכה כמו Feal3 או Alfesi (MN), שלא ניתן להמיס בתמיסה מוצקה במהלך תהליך ההומוגניזציה, או שאינם מומרים במלואם; SI קיים במטריקס האלומיניום בצורה של MG2SI או תמיסה מוצקה של SI במהלך תהליך הליהוק. במהלך תהליך שחול החם של המוט יצוק, עודף SI עשוי לזרז. המסיסות של SI באלומיניום היא 0.48% בטמפרטורה של 450 מעלות צלזיוס ו- 0.8% (WT%) ב 500 מעלות צלזיוס. תוכן ה- SI העודף ב- 6005 הוא בערך 0.41%, וה- SI המשקע עשוי להיות צבירה ומשקעים הנגרמים כתוצאה מתנודות ריכוז.

(5) אלומיניום הדבקה בחגורת העבודה של התבנית היא הגורם העיקרי למשיכה. Die Die הוא סביבה בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. חיכוך זרימת מתכת יגדיל את הטמפרטורה של חגורת העבודה של התבנית, ויוצר "שכבת אלומיניום דביקה" בקצה החיתוך של הכניסה לחגורת העבודה.

יחד עם זאת, קל יותר ליצירת Si ואלמנטים אחרים כמו MN ו- CR בסגסוגת האלומיניום קלים ליצירת פתרונות מוצקים להחלפה עם FE, אשר יקדם היווצרות של "שכבת אלומיניום דביקה" בכניסה לאזור העבודה של העובש. המתכת הזורמת דרך "שכבת האלומיניום הדביקה" שייכת לחיכוך פנימי (גזירה הזזה בתוך המתכת). המתכת מתעוותת ומתקשה בגלל חיכוך פנימי, המקדמת את המתכת הבסיסית ואת התבנית להיצמד זה לזה. במקביל, חגורת העבודה של עובש מעוותת לצורת חצוצרה בגלל הלחץ, והאלומיניום הדביק שנוצר על ידי החלק החיתוך של חגורת העבודה היצרן בפרופיל דומה לקצה החיתוך של כלי מפנה.

היווצרות אלומיניום דביק הוא תהליך דינאמי של צמיחה ושפיכה. חלקיקים מוצגים ללא הרף על ידי הפרופיל. לאחר השטח של הפרופיל ויוצרים פגמים מושכים. אם הוא זורם ישירות מחגורת העבודה ומונע באופן מיידי על פני הפרופיל, החלקיקים הקטנים המופעלים תרמית על פני השטח נקראים "חלקיקי ספיחה". אם חלק מהחלקיקים יישברו על ידי סגסוגת האלומיניום המוחצבת, חלק מהחלקיקים ייצמדו לפני חגורת העבודה כאשר הם עוברים דרך חגורת העבודה, ויגרמו לשריטות על פני הפרופיל. קצה הזנב הוא מטריצת האלומיניום הנערמת. כשיש הרבה אלומיניום תקוע באמצע חגורת העבודה (הקשר חזק), הוא יחמיר שריטות פני השטח.

(6) למהירות שחול השפעה רבה על המשיכה. ההשפעה של מהירות שחול. בכל הנוגע לסגסוגת 6005 המעקב, מהירות ההחזר עולה בטווח הבדיקה, טמפרטורת השקע עולה ומספר החלקיקים המושכים את פני השטח עולה והופך להיות כבד ככל שהקווים המכניים גדלים. יש לשמור על מהירות שחול יציבה ככל האפשר כדי להימנע משינויים פתאומיים במהירות. מהירות שחול מוגזמת וטמפרטורת יציאה גבוהה יובילו לעלייה בחיכוך ולמשוך חלקיקים רציני. המנגנון הספציפי של ההשפעה של מהירות שחול על תופעת המשיכה דורש מעקב ואימות עוקבים.

(7) איכות השטח של המוט היציקה היא גם גורם חשוב המשפיע על החלקיקים המשיכה. פני השטח של המוט היציקה מחוספס, עם ניסור בורס, כתמי שמן, אבק, קורוזיה וכו ', כולם מגבירים את הנטייה של משיכת חלקיקים.

מסקנה 4

(1) הרכב הפגמים המשיכה תואם את זה של המטריצה; הרכב מיקום החלקיקים שונה כמובן מזה של המטריצה, המכיל בעיקר אלמנטים O, C, Fe ו- Si.

(2) משיכת מומים בחלקיקים נגרמים בעיקר כתוצאה מאלומיניום הדבקת לחגורת העבודה של התבנית. כל הגורמים המקדמים אלומיניום הדבק בחגורת העבודה של התבנית יגרמו למומים משיכה. בהנחת היסוד להבטיח את איכות המוט יצוק, לייצור החלקיקים המשיכה אין השפעה ישירה על הרכב הסגסוגת.

(3) טיפול אש אחיד תקין מועיל להפחתת משיכת פני השטח.