Að bæta gæði hágæða álprófíla: orsakir og lausnir á götóttum göllum í prófílum

Við útpressunarferli á álblönduðum efnum, sérstaklega álprófílum, myndast oft „götugallar“ á yfirborðinu. Sérstök einkenni eru meðal annars mjög lítil æxli með mismunandi þéttleika, með skottum og greinilegri tilfinningu í hendi, með oddhvössum tilfinningu. Eftir oxun eða rafdráttarmeðferð á yfirborði birtast þau oft sem svört korn sem festast við yfirborð vörunnar.

Í framleiðslu á stórum prófílum með útdráttartækni eru meiri líkur á að þessi galli komi upp vegna áhrifa frá uppbyggingu stálstöngarinnar, útdráttarhita, útdráttarhraða, flækjustigi mótsins o.s.frv. Flestar fínar agnir af götóttum göllum er hægt að fjarlægja við forvinnslu á yfirborði prófílsins, sérstaklega við basískt etsunarferli, en lítill fjöldi stórra, fast viðloðandi agna situr eftir á yfirborði prófílsins, sem hefur áhrif á útlitsgæði lokaafurðarinnar.

Í venjulegum byggingarhurða- og gluggaprófílum samþykkja viðskiptavinir almennt minniháttar holótta galla, en fyrir iðnaðarprófíla sem krefjast jafnmikillar áherslu á vélræna eiginleika og skreytingargetu eða meiri áherslu á skreytingargetu, samþykkja viðskiptavinir almennt ekki þennan galla, sérstaklega holótta galla sem eru ekki í samræmi við mismunandi bakgrunnslit.

Til að greina myndunarferli grófra agna var greint hvernig gallastaðirnir myndast við mismunandi málmblöndur og útpressunarferla, og munurinn á göllunum og grunnefninu borinn saman. Sanngjörn lausn til að leysa vandamálið með grófa agnirnar var lögð fram og prufuprófun framkvæmd.

Til að leysa úr holugalla í sniðum er nauðsynlegt að skilja myndunarferli holugalla. Við útpressunarferlið er það aðalástæða holugalla á yfirborði útpressaðs áls að ál festist við vinnslubeltið í mótinu. Þetta er vegna þess að útpressunarferlið á áli er framkvæmt við hátt hitastig, um 450°C. Ef áhrif aflögunarhita og núningshita bætast við, verður hitastig málmsins hærra þegar hann rennur út úr mótholunni. Þegar afurðin rennur út úr mótholunni, vegna mikils hitastigs, verður ál fest á milli málmsins og mótsvinnslubeltisins.

Form þessarar límingar er oft: endurtekin líming – rifin – líming – rifin aftur, og varan flæðir áfram, sem leiðir til margra lítilla hola á yfirborði vörunnar.

Þetta límingarfyrirbæri tengist þáttum eins og gæðum stálstöngarinnar, yfirborðsástandi mótvinnslubeltisins, útpressunarhita, útpressunarhraða, aflögunargráðu og aflögunarþol málmsins.

1 Prófunarefni og aðferðir

Í gegnum forrannsóknir komumst við að því að þættir eins og hreinleiki málmvinnslu, ástand móts, útpressunarferli, innihaldsefni og framleiðsluskilyrði geta haft áhrif á yfirborðsrjúfar agnir. Í prófuninni voru tvær málmblöndustangir, 6005A og 6060, notaðar til að pressa út sama hlutann. Lögun og samsetning agnastaðsetningarinnar var greind með beinum lestursrófsmæli og rafeindasmásjá (SEM) og borin saman við nærliggjandi eðlilegt grunnefni.

Til að greina greinilega á milli formgerðarinnar á milli þessara tveggja galla, sem eru holóttir og agnir, eru þeir skilgreindir á eftirfarandi hátt:

(1) Götóttir gallar eða toggalla eru tegund af punktgalla sem eru óreglulegir hala- eða punktlaga rispur sem birtast á yfirborði sniðsins. Gallinn byrjar við rispuröndina og endar með því að gallinn dettur af og safnast fyrir í málmbaunir í enda rispulínunnar. Stærð götóttu gallans er almennt 1-5 mm og verður dökksvartur eftir oxunarmeðferð, sem að lokum hefur áhrif á útlit sniðsins, eins og sýnt er á rauða hringnum á mynd 1.

(2) Yfirborðsagnir eru einnig kallaðar málmbaunir eða aðsogsagnir. Yfirborð álsniðsins er fest með kúlulaga grá-svörtum hörðum málmögnum og hefur lausa uppbyggingu. Það eru tvær gerðir af álsniðsniðum: þær sem hægt er að þurrka af og þær sem ekki er hægt að þurrka af. Stærðin er almennt minni en 0,5 mm og það er hrjúft viðkomu. Það er engin rispa á framhlutanum. Eftir oxun er það ekki mikið frábrugðið fylliefninu, eins og sést á gula hringnum á mynd 1.

2 Niðurstöður prófana og greining

2.1 Yfirborðsdráttargallar

Mynd 2 sýnir örbyggingu toggalla á yfirborði 6005A málmblöndunnar. Það eru stiglaga rispur á fremri hluta togsins og þær enda með staflaðri hnúðum. Eftir að hnútarnir birtast snýr yfirborðið aftur í eðlilegt horf. Staðsetning hrjúfingargalla er ekki slétt viðkomu, hefur skarpa þyrnakennda tilfinningu og festist eða safnast fyrir á yfirborði sniðsins. Í gegnum útpressunarprófið kom í ljós að togbygging 6005A og 6060 útpressaðra sniða er svipuð og halaendi vörunnar er meiri en efri endi; munurinn er sá að heildar togstærð 6005A er minni og rispudýptin veikari. Þetta gæti tengst breytingum á málmblöndusamsetningu, ástandi steypustangarinnar og mótunaraðstæðum. Sést undir 100X eru augljós rispur á fremri enda togsvæðisins, sem er lengt eftir útpressunarstefnunni og lögun lokahnútaagnanna er óregluleg. Við 500X eru stiglaga rispur á framhlið togfletisins meðfram útdráttarstefnunni (stærð þessa galla er um 120 μm) og augljós staflamerki eru á hnútaögnunum á hala endanum.

Til að greina orsakir toggalla voru notaðir beina lestrarrófsmælir og EDX til að framkvæma íhlutagreiningu á göllum og grunnefni þriggja málmblönduþátta. Tafla 1 sýnir niðurstöður prófana á 6005A prófílnum. EDX niðurstöðurnar sýna að samsetning staflastöðu togagnanna er í grundvallaratriðum svipuð og grunnefnisins. Að auki safnast nokkrar fínar óhreinindaagnir fyrir í og ​​í kringum toggalla og óhreinindaagnirnar innihalda C, O (eða Cl), eða Fe, Si og S.

Greining á hrjúfingargöllum í fíngerðum oxuðum pressuðum prófílum úr 6005A sýnir að togagnirnar eru stórar að stærð (1-5 mm), yfirborðið er að mestu leyti staflað og það eru þrepalaga rispur á framhlutanum; Samsetningin er nálægt Al-grunnefninu og það eru ólíkir fasar sem innihalda Fe, Si, C og O dreifðir í kringum hana. Þetta sýnir að togmyndunarferlið í þessum þremur málmblöndum er það sama.

Við útpressunarferlið veldur núningur málmflæðisins því að hitastig mótvinnslubeltisins hækkar og myndar „klístrað állag“ við skurðbrún inntaks vinnslubeltisins. Á sama tíma myndast auðveldlega umfram Si og önnur frumefni eins og Mn og Cr í álblöndunni í staðinn fyrir fastar lausnir með Fe, sem stuðlar að myndun „klístraðs állags“ við inntak mótvinnslusvæðisins.

Þegar málmurinn rennur áfram og nuddar við vinnubeltið, á sér stað gagnkvæmt fyrirbæri af samfelldri límingu-rif-límingu á ákveðnum stað, sem veldur því að málmurinn leggst stöðugt ofan á á þessum stað. Þegar agnirnar stækka í ákveðna stærð, toga þær burt af flæðandi efninu og mynda rispur á málmyfirborðinu. Þær munu haldast á málmyfirborðinu og mynda togagnir í lok rispunnar. Þess vegna má gera ráð fyrir að myndun hrjúfra agna tengist aðallega því að ál festist við vinnubeltið í mótinu. Ósamhverfu fasarnir sem dreifast í kringum það geta stafað af smurolíu, oxíðum eða rykögnum, sem og óhreinindum sem koma frá hrjúfu yfirborði stálstöngarinnar.

Hins vegar er fjöldi toga í niðurstöðum 6005A prófunarinnar minni og gráðurnar léttari. Annars vegar er það vegna aflögunar við útgang mótvinnslubeltisins og vandlegrar slípunar á vinnslubeltinu til að draga úr þykkt állagsins; hins vegar tengist það umfram Si innihaldi.

Samkvæmt beinum niðurstöðum úr litrófsmælingum má sjá að auk Si í bland við MgMg2Si, birtist eftirstandandi Si í formi einfalds efnis.

2.2 Smáar agnir á yfirborðinu

Við skoðun með lágri stækkun eru agnirnar smáar (≤0,5 mm), ekki mjúkar viðkomu, skarpar og festast við yfirborð sniðsins. Við 100x stækkun eru smáar agnir dreifðar af handahófi á yfirborðinu og smáar agnir eru festar við yfirborðið, óháð því hvort rispur eru til staðar eða ekki.

Við 500X, sama hvort augljósar stiglaga rispur eru á yfirborðinu meðfram útpressunarstefnunni, eru margar agnir enn fastar og agnastærðirnar eru mismunandi. Stærsta agnastærðin er um 15 μm og smærri agnirnar eru um 5 μm.

Samkvæmt greiningu á yfirborðsagnir 6060 málmblöndunnar og óskemmda fylliefnisins eru agnirnar aðallega samsettar úr O, C, Si og Fe frumefnum og álinnihaldið er mjög lágt. Næstum allar agnir innihalda O og C frumefni. Samsetning hverrar agnar er örlítið frábrugðin. Meðal þeirra eru a agnirnar nálægt 10 μm, sem er marktækt hærra en Si, Mg og O fylliefnisins; Í c ögnum eru Si, O og Cl greinilega hærri; Agnir d og f innihalda mikið Si, O og Na; agnir e innihalda Si, Fe og O; h agnir eru Fe-innihaldandi efnasambönd. Niðurstöður 6060 agna eru svipaðar þessu, en vegna þess að Si og Fe innihaldið í 6060 sjálfu er lágt, er samsvarandi Si og Fe innihald í yfirborðsagnunum einnig lágt; C innihaldið í 6060 ögnum er tiltölulega lágt.

Yfirborðsagnir eru ekki endilega stakar smáar agnir heldur geta þær einnig verið samansafnaðar af mörgum smáum ögnum með mismunandi lögun og massahlutfall mismunandi frumefna í mismunandi ögnum er mismunandi. Talið er að agnirnar séu aðallega samsettar úr tveimur gerðum. Önnur er útfellingar eins og AlFeSi og frumefnis Si, sem eiga uppruna sinn í óhreinindafösum með hátt bræðslumark eins og FeAl3 eða AlFeSi(Mn) í stálstönginni, eða útfellingarfösum við útpressunarferlið. Hin er viðloðandi erlent efni.

2.3 Áhrif yfirborðsgrófleika á stálstöng

Í prófuninni kom í ljós að afturhlið 6005A steypustangarennibekksins var hrjúf og rykug. Tvær steypustangir voru með dýpstu merkin eftir beygjutæki á ákveðnum stöðum, sem samsvaraði verulegri aukningu á fjölda toga eftir útpressun, og stærð eins togs var meiri, eins og sést á mynd 7.

Steypt 6005A stöngin hefur enga rennibekk, þannig að yfirborðsgrófleikinn er lítill og fjöldi toga minnkar. Þar að auki, þar sem enginn umfram skurðarvökvi festist við rennibekksmerkin á steyptu stönginni, minnkar kolefnisinnihaldið í samsvarandi ögnum. Það er sannað að beygjumerkin á yfirborði steyptu stöngarinnar munu auka tog og agnamyndun að vissu marki.

3 Umræður

(1) Íhlutir toggalla eru í grundvallaratriðum þeir sömu og í grunnefninu. Það eru framandi agnir, gömul húð á yfirborði stöngarinnar og önnur óhreinindi sem safnast fyrir í vegg útpressunarrörsins eða dauðum svæðum mótsins við útpressunarferlið, sem berast á málmyfirborðið eða állagið í vinnslubeltinu í mótinu. Þegar varan rennur áfram myndast rispur á yfirborðinu og þegar varan safnast upp í ákveðna stærð er hún fjarlægð af vörunni og myndast toggalla. Eftir oxun tærist toggalla og vegna stærðar myndast holugalla þar.

(2) Yfirborðsagnir birtast stundum sem stakar litlar agnir og stundum eru þær til í samanlögðu formi. Samsetning þeirra er augljóslega frábrugðin samsetningu grunnefnisins og inniheldur aðallega O, C, Fe og Si frumefni. Sumar agnanna eru aðallega O og C frumefni, og sumar agnir eru aðallega O, C, Fe og Si. Því er ályktað að yfirborðsagnirnar komi úr tveimur áttum: annars vegar eru úrfellingar eins og AlFeSi og frumefni Si, og óhreinindi eins og O og C eru fest við yfirborðið; hins vegar eru viðloðandi erlent efni. Agnirnar tærast burt eftir oxun. Vegna smæðar sinnar hafa þær engin eða lítil áhrif á yfirborðið.

(3) Agnir sem eru ríkar af C- og O-þáttum koma aðallega úr smurolíu, ryki, jarðvegi, lofti o.s.frv. sem festast við yfirborð stálstöngarinnar. Helstu efnisþættir smurolíunnar eru C, O, H, S o.s.frv., og aðalefnisþættir ryks og jarðvegs eru SiO2. O-innihald yfirborðsagna er almennt hátt. Vegna þess að agnirnar eru í háum hita strax eftir að þær fara úr vinnslubeltinu, og vegna stórs yfirborðsflatarmáls agnanna, taka þær auðveldlega upp O-atóm í loftinu og valda oxun eftir snertingu við loftið, sem leiðir til hærra O-innihalds en í grunnefninu.

(4) Fe, Si o.s.frv. koma aðallega frá oxíðum, gömlum útfellingum og óhreinindafasa í álstöngunum (hábræðslumark eða annar fasi sem hverfur ekki að fullu við einsleitni). Fe frumefnið á uppruna sinn í Fe í álstöngum og myndar óhreinindafasa með hábræðslumark eins og FeAl3 eða AlFeSi(Mn), sem ekki er hægt að leysa upp í föstu formi við einsleitni eða umbreytast ekki að fullu; Si er til staðar í álgrunnefninu í formi Mg2Si eða ofmettaðrar fastrar lausnar af Si við steypuferlið. Við heitpressun steypustangarinnar getur umfram Si fallið út. Leysni Si í áli er 0,48% við 450°C og 0,8% (þyngdar%) við 500°C. Umfram Si innihald í 6005 er um 0,41% og útfellda Si getur verið vegna samloðunar og úrkomu vegna styrksveiflna.

(5) Ál sem festist við vinnslubeltið í mótinu er aðalástæða tognunar. Útpressunarmótið er í umhverfi með miklum hita og miklum þrýstingi. Núningur málmflæðisins eykur hitastig vinnslubeltisins í mótinu og myndar „klístrað állag“ á skurðbrún vinnslubeltisins.

Á sama tíma myndast umfram Si og önnur frumefni eins og Mn og Cr í álblöndunni auðveldlega í stað fastra lausna með Fe, sem stuðlar að myndun „klístraðs állags“ við inngang mótvinnslusvæðisins. Málmurinn sem rennur í gegnum „klístraða állagið“ tilheyrir innri núningi (renniklippingu inni í málminum). Málmurinn afmyndast og harðnar vegna innri núnings, sem stuðlar að því að undirliggjandi málmur og mót festast saman. Á sama tíma afmyndast mótvinnslubeltið í lúðurform vegna þrýstingsins og klístraða álið sem myndast þegar skurðbrún vinnslubeltisins snertir prófílinn er svipað og skurðbrún beygjutóls.

Myndun klístraðs áls er kraftmikið vaxtar- og losunarferli. Prófíllinn dregur stöðugt út agnir. Þær festast við yfirborð prófílsins og mynda toggalla. Ef þær renna beint út úr vinnubeltinu og sogast samstundis á yfirborð prófílsins, eru þessar litlu agnir sem festast við yfirborðið kallaðar „adsorpsjónaragnir“. Ef sumar agnir brotna af útpressuðu álblöndunni, munu sumar agnir festast við yfirborð vinnubeltisins þegar þær fara í gegnum það og valda rispum á yfirborði prófílsins. Endinn er staflað álgrind. Þegar mikið af áli er fast í miðju vinnubeltisins (tengiefnið er sterkt) mun það auka rispur á yfirborðinu.

(6) Útdráttarhraðinn hefur mikil áhrif á togkraftinn. Áhrif útdráttarhraðans. Hvað varðar 6005 málmblönduna sem eru á sporum, þá eykst útdráttarhraðinn innan prófunarsviðsins, útrásarhitastigið eykst og fjöldi yfirborðsdráttaragna eykst og verður þyngri eftir því sem vélrænu línurnar aukast. Útdráttarhraðanum ætti að halda eins stöðugum og mögulegt er til að forðast skyndilegar breytingar á hraðanum. Of mikill útdráttarhraði og hátt útrásarhitastig munu leiða til aukinnar núnings og alvarlegrar agnadrættis. Sérstakur verkunarháttur áhrifa útdráttarhraðans á togkraftinn krefst síðari eftirfylgni og staðfestingar.

(7) Yfirborðsgæði steyptu stangarinnar eru einnig mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á togagnirnar. Yfirborð steyptu stangarinnar er hrjúft, með sagskurði, olíublettum, ryki, tæringu o.s.frv., sem allt eykur tilhneigingu til að toga agnir.

4 Niðurstaða

(1) Samsetning toggalla er í samræmi við samsetningu grunnefnisins; samsetning agnastöðunnar er greinilega frábrugðin samsetningu grunnefnisins og inniheldur aðallega O, C, Fe og Si frumefnin.

(2) Gallar í togögnum eru aðallega af völdum þess að ál festist við mótvinnslubeltið. Allir þættir sem stuðla að því að ál festist við mótvinnslubeltið valda togögnum. Til að tryggja gæði steypustangarinnar hefur myndun togögna engin bein áhrif á samsetningu málmblöndunnar.

(3) Rétt, jafn brunameðferð er gagnleg til að draga úr togkrafti á yfirborðið.