Selama proses ekstrusi bahan ekstrusi paduan aluminium, terutama profil aluminium, cacat "pitting" sering terjadi pada permukaan. Manifestasi spesifiknya meliputi tumor yang sangat kecil dengan kepadatan yang bervariasi, tailing, dan sentuhan tangan yang jelas, dengan rasa berduri. Setelah oksidasi atau perawatan permukaan elektroforesis, mereka sering muncul sebagai butiran hitam yang menempel pada permukaan produk.
Dalam produksi ekstrusi profil berpenampang besar, cacat ini lebih mungkin terjadi karena pengaruh struktur ingot, suhu ekstrusi, kecepatan ekstrusi, kompleksitas cetakan, dll. Sebagian besar partikel halus dari cacat berlubang dapat dihilangkan selama proses praperlakuan permukaan profil, terutama proses etsa alkali, sementara sejumlah kecil partikel berukuran besar yang melekat kuat tetap berada di permukaan profil, yang memengaruhi kualitas tampilan produk akhir.
Pada produk profil pintu dan jendela bangunan biasa, pelanggan umumnya menerima cacat berlubang kecil, tetapi untuk profil industri yang memerlukan penekanan yang sama pada sifat mekanis dan kinerja dekoratif atau penekanan lebih pada kinerja dekoratif, pelanggan umumnya tidak menerima cacat ini, terutama cacat berlubang yang tidak konsisten dengan warna latar belakang yang berbeda.
Untuk menganalisis mekanisme pembentukan partikel kasar, morfologi dan komposisi lokasi cacat pada komposisi paduan dan proses ekstrusi yang berbeda dianalisis, dan perbedaan antara cacat dan matriks dibandingkan. Solusi yang masuk akal untuk mengatasi partikel kasar secara efektif diajukan, dan uji coba dilakukan.
Untuk mengatasi cacat pitting pada profil, perlu dipahami mekanisme pembentukan cacat pitting. Selama proses ekstrusi, aluminium yang menempel pada sabuk kerja die merupakan penyebab utama cacat pitting pada permukaan material aluminium yang diekstrusi. Hal ini dikarenakan proses ekstrusi aluminium dilakukan pada suhu tinggi sekitar 450°C. Jika efek panas deformasi dan panas gesekan ditambahkan, suhu logam akan lebih tinggi saat mengalir keluar dari lubang die. Saat produk mengalir keluar dari lubang die, akibat suhu tinggi, terjadi fenomena aluminium yang menempel di antara logam dan sabuk kerja cetakan.
Bentuk ikatan ini sering kali berupa: proses ikatan – sobekan – ikatan – sobekan lagi yang berulang-ulang, dan produk mengalir maju, sehingga menimbulkan banyak lubang-lubang kecil pada permukaan produk.
Fenomena ikatan ini terkait dengan faktor-faktor seperti kualitas ingot, kondisi permukaan sabuk kerja cetakan, suhu ekstrusi, kecepatan ekstrusi, tingkat deformasi, dan ketahanan deformasi logam.
1 Bahan dan metode pengujian
Melalui penelitian awal, kami mempelajari bahwa faktor-faktor seperti kemurnian metalurgi, status cetakan, proses ekstrusi, bahan, dan kondisi produksi dapat memengaruhi partikel yang permukaannya kasar. Dalam pengujian, dua batang paduan, 6005A dan 6060, digunakan untuk mengekstruksi bagian yang sama. Morfologi dan komposisi posisi partikel yang kasar dianalisis melalui spektrometer pembacaan langsung dan metode deteksi SEM, dan dibandingkan dengan matriks normal di sekitarnya.
Untuk membedakan secara jelas morfologi kedua cacat tersebut, yaitu cacat pitted dan cacat partikel, maka didefinisikan sebagai berikut:
(1) Cacat berlubang atau cacat tarik merupakan jenis cacat titik yang berupa cacat goresan tidak beraturan seperti kecebong atau titik yang muncul pada permukaan profil. Cacat ini dimulai dari garis goresan dan berakhir dengan jatuhnya cacat, terakumulasi menjadi biji logam di ujung garis goresan. Ukuran cacat berlubang umumnya 1-5 mm, dan berubah menjadi hitam pekat setelah perlakuan oksidasi, yang akhirnya memengaruhi tampilan profil, seperti yang ditunjukkan pada lingkaran merah pada Gambar 1.
(2) Partikel permukaan juga disebut biji logam atau partikel adsorpsi. Permukaan profil paduan aluminium dilekatkan dengan partikel logam keras berwarna abu-abu kehitaman berbentuk bola dan memiliki struktur yang longgar. Ada dua jenis profil paduan aluminium: yang dapat dibersihkan dan yang tidak dapat dibersihkan. Ukurannya umumnya kurang dari 0,5 mm, dan terasa kasar saat disentuh. Tidak ada goresan di bagian depan. Setelah oksidasi, tidak jauh berbeda dari matriks, seperti yang ditunjukkan pada lingkaran kuning pada Gambar 1.
2 Hasil pengujian dan analisis
2.1 Cacat penarikan permukaan
Gambar 2 menunjukkan morfologi mikrostruktur cacat tarikan pada permukaan paduan 6005A. Ada goresan seperti anak tangga di bagian depan tarikan, dan diakhiri dengan nodul bertumpuk. Setelah nodul muncul, permukaan kembali normal. Lokasi cacat pengasaran tidak halus saat disentuh, memiliki rasa berduri tajam, dan melekat atau terakumulasi pada permukaan profil. Melalui uji ekstrusi, diamati bahwa morfologi tarikan profil ekstrusi 6005A dan 6060 serupa, dan ujung ekor produk lebih besar daripada ujung kepala; perbedaannya adalah ukuran tarikan keseluruhan 6005A lebih kecil dan kedalaman goresan melemah. Ini mungkin terkait dengan perubahan komposisi paduan, keadaan batang cor, dan kondisi cetakan. Diamati di bawah 100X, ada tanda goresan yang jelas di ujung depan area tarikan, yang memanjang sepanjang arah ekstrusi, dan bentuk partikel nodul akhir tidak beraturan. Pada 500X, ujung depan permukaan penarikan memiliki goresan seperti anak tangga sepanjang arah ekstrusi (ukuran cacat ini sekitar 120 μm), dan ada tanda-tanda penumpukan yang jelas pada partikel nodular di ujung ekor.
Untuk menganalisis penyebab penarikan, spektrometer pembacaan langsung dan EDX digunakan untuk melakukan analisis komponen pada lokasi cacat dan matriks dari tiga komponen paduan. Tabel 1 menunjukkan hasil pengujian profil 6005A. Hasil EDX menunjukkan bahwa komposisi posisi penumpukan partikel penarik pada dasarnya mirip dengan matriks. Selain itu, beberapa partikel pengotor halus terakumulasi di dalam dan di sekitar cacat penarikan, dan partikel pengotor mengandung C, O (atau Cl), atau Fe, Si, dan S.
Analisis cacat pengasaran profil ekstrusi teroksidasi halus 6005A menunjukkan bahwa partikel penarik berukuran besar (1-5 mm), permukaannya sebagian besar bertumpuk, dan terdapat goresan seperti anak tangga di bagian depan; Komposisinya mendekati matriks Al, dan akan ada fase heterogen yang mengandung Fe, Si, C, dan O yang terdistribusi di sekitarnya. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pembentukan tarikan dari ketiga paduan tersebut adalah sama.
Selama proses ekstrusi, gesekan aliran logam akan menyebabkan suhu sabuk kerja cetakan meningkat, membentuk "lapisan aluminium lengket" di tepi pemotongan pintu masuk sabuk kerja. Pada saat yang sama, kelebihan Si dan elemen lain seperti Mn dan Cr dalam paduan aluminium mudah membentuk larutan padat pengganti dengan Fe, yang akan mendorong pembentukan "lapisan aluminium lengket" di pintu masuk zona kerja cetakan.
Saat logam mengalir maju dan bergesekan dengan sabuk kerja, fenomena resiprokal dari ikatan-robekan-ikatan terus-menerus terjadi pada posisi tertentu, menyebabkan logam terus-menerus bertumpuk pada posisi ini. Saat partikel bertambah hingga ukuran tertentu, logam akan ditarik oleh produk yang mengalir dan membentuk bekas goresan pada permukaan logam. Logam akan tetap berada di permukaan logam dan membentuk partikel penarik di ujung goresan. Oleh karena itu, dapat dianggap bahwa pembentukan partikel kasar terutama terkait dengan aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan. Fase heterogen yang terdistribusi di sekitarnya dapat berasal dari minyak pelumas, oksida atau partikel debu, serta kotoran yang dibawa oleh permukaan kasar ingot.
Namun, jumlah tarikan pada hasil uji 6005A lebih kecil dan derajatnya lebih ringan. Di satu sisi, hal ini disebabkan oleh chamfering pada bagian keluar sabuk kerja cetakan dan pemolesan sabuk kerja yang cermat untuk mengurangi ketebalan lapisan aluminium; di sisi lain, hal ini terkait dengan kandungan Si yang berlebih.
Berdasarkan hasil komposisi spektral pembacaan langsung dapat diketahui bahwa selain Si yang berpadu dengan Mg Mg2Si, sisa Si muncul dalam bentuk zat sederhana.
2.2 Partikel kecil di permukaan
Di bawah inspeksi visual dengan pembesaran rendah, partikelnya kecil (≤0,5 mm), tidak halus saat disentuh, terasa tajam, dan melekat pada permukaan profil. Diamati di bawah 100X, partikel kecil di permukaan terdistribusi secara acak, dan ada partikel berukuran kecil yang menempel di permukaan terlepas dari ada atau tidaknya goresan;
Pada 500X, tidak peduli apakah ada goresan seperti anak tangga yang jelas pada permukaan sepanjang arah ekstrusi, banyak partikel masih menempel, dan ukuran partikel bervariasi. Ukuran partikel terbesar sekitar 15 μm, dan partikel kecil sekitar 5 μm.
Melalui analisis komposisi partikel permukaan paduan 6060 dan matriks utuh, partikel-partikel tersebut terutama terdiri dari unsur-unsur O, C, Si, dan Fe, dan kandungan aluminiumnya sangat rendah. Hampir semua partikel mengandung unsur-unsur O dan C. Komposisi setiap partikel sedikit berbeda. Di antara mereka, partikel a mendekati 10 μm, yang secara signifikan lebih tinggi daripada matriks Si, Mg, dan O; Dalam partikel c, Si, O, dan Cl jelas lebih tinggi; Partikel d dan f mengandung Si, O, dan Na yang tinggi; partikel e mengandung Si, Fe, dan O; partikel h adalah senyawa yang mengandung Fe. Hasil partikel 6060 mirip dengan ini, tetapi karena kandungan Si dan Fe dalam 6060 itu sendiri rendah, kandungan Si dan Fe yang sesuai dalam partikel permukaan juga rendah; kandungan C dalam partikel 6060 relatif rendah.
Partikel permukaan mungkin bukan partikel kecil tunggal, tetapi mungkin juga ada dalam bentuk agregasi banyak partikel kecil dengan bentuk yang berbeda, dan persentase massa berbagai elemen dalam partikel yang berbeda bervariasi. Dipercayai bahwa partikel tersebut terutama terdiri dari dua jenis. Salah satunya adalah endapan seperti AlFeSi dan unsur Si, yang berasal dari fase pengotor titik leleh tinggi seperti FeAl3 atau AlFeSi(Mn) dalam ingot, atau fase endapan selama proses ekstrusi. Yang lainnya adalah benda asing yang melekat.
2.3 Pengaruh kekasaran permukaan ingot
Selama pengujian, ditemukan bahwa permukaan belakang mesin bubut batang cor 6005A kasar dan terkena noda debu. Ada dua batang cor dengan tanda alat pemutar terdalam di lokasi lokal, yang berhubungan dengan peningkatan signifikan dalam jumlah tarikan setelah ekstrusi, dan ukuran tarikan tunggal lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Batang cor 6005A tidak memiliki mesin bubut, sehingga kekasaran permukaannya rendah dan jumlah tarikan berkurang. Selain itu, karena tidak ada cairan pemotong berlebih yang menempel pada tanda mesin bubut batang cor, kandungan C dalam partikel yang sesuai berkurang. Terbukti bahwa tanda putar pada permukaan batang cor akan memperburuk tarikan dan pembentukan partikel sampai batas tertentu.
3 Diskusi
(1) Komponen cacat tarik pada dasarnya sama dengan komponen matriks. Yaitu partikel asing, kulit lama pada permukaan ingot dan kotoran lain yang terkumpul di dinding laras ekstrusi atau area mati cetakan selama proses ekstrusi, yang dibawa ke permukaan logam atau lapisan aluminium sabuk kerja cetakan. Saat produk mengalir maju, goresan permukaan terjadi, dan saat produk terkumpul hingga ukuran tertentu, produk akan mengeluarkannya untuk membentuk tarikan. Setelah oksidasi, tarikan tersebut terkorosi, dan karena ukurannya yang besar, terdapat cacat seperti lubang di sana.
(2) Partikel permukaan terkadang muncul sebagai partikel kecil tunggal, dan terkadang ada dalam bentuk agregat. Komposisinya jelas berbeda dari matriks, dan sebagian besar mengandung unsur O, C, Fe, dan Si. Beberapa partikel didominasi oleh unsur O dan C, dan beberapa partikel didominasi oleh O, C, Fe, dan Si. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa partikel permukaan berasal dari dua sumber: satu adalah endapan seperti AlFeSi dan unsur Si, dan pengotor seperti O dan C yang melekat pada permukaan; Yang lainnya adalah benda asing yang melekat. Partikel-partikel tersebut terkorosi setelah oksidasi. Karena ukurannya yang kecil, mereka tidak memiliki atau hanya berdampak kecil pada permukaan.
(3) Partikel yang kaya akan unsur C dan O terutama berasal dari minyak pelumas, debu, tanah, udara, dll. yang melekat pada permukaan ingot. Komponen utama minyak pelumas adalah C, O, H, S, dll., dan komponen utama debu dan tanah adalah SiO2. Kandungan O pada partikel permukaan umumnya tinggi. Karena partikel berada dalam keadaan suhu tinggi segera setelah meninggalkan sabuk kerja, dan karena luas permukaan spesifik partikel yang besar, mereka dengan mudah menyerap atom O di udara dan menyebabkan oksidasi setelah kontak dengan udara, sehingga menghasilkan kandungan O yang lebih tinggi daripada matriks.
(4) Fe, Si, dll. terutama berasal dari oksida, kerak lama dan fase pengotor dalam ingot (titik leleh tinggi atau fase kedua yang tidak sepenuhnya dihilangkan dengan homogenisasi). Elemen Fe berasal dari Fe dalam ingot aluminium, membentuk fase pengotor titik leleh tinggi seperti FeAl3 atau AlFeSi(Mn), yang tidak dapat dilarutkan dalam larutan padat selama proses homogenisasi, atau tidak sepenuhnya diubah; Si ada dalam matriks aluminium dalam bentuk Mg2Si atau larutan padat Si yang sangat jenuh selama proses pengecoran. Selama proses ekstrusi panas batang cor, kelebihan Si dapat mengendap. Kelarutan Si dalam aluminium adalah 0,48% pada 450°C dan 0,8% (wt%) pada 500°C. Kandungan Si berlebih dalam 6005 adalah sekitar 0,41%, dan Si yang diendapkan dapat berupa agregasi dan presipitasi yang disebabkan oleh fluktuasi konsentrasi.
(5) Aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan merupakan penyebab utama penarikan. Cetakan ekstrusi merupakan lingkungan bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi. Gesekan aliran logam akan meningkatkan suhu sabuk kerja cetakan, membentuk “lapisan aluminium lengket” di tepi pemotongan pintu masuk sabuk kerja.
Pada saat yang sama, kelebihan Si dan elemen lain seperti Mn dan Cr dalam paduan aluminium mudah membentuk larutan padat pengganti dengan Fe, yang akan mendorong pembentukan "lapisan aluminium lengket" di pintu masuk zona kerja cetakan. Logam yang mengalir melalui "lapisan aluminium lengket" termasuk dalam gesekan internal (geser geser di dalam logam). Logam berubah bentuk dan mengeras karena gesekan internal, yang mendorong logam di bawahnya dan cetakan untuk saling menempel. Pada saat yang sama, sabuk kerja cetakan berubah bentuk menjadi bentuk terompet karena tekanan, dan aluminium lengket yang dibentuk oleh bagian ujung tombak sabuk kerja yang menyentuh profil mirip dengan ujung tombak alat pemutar.
Pembentukan aluminium lengket adalah proses pertumbuhan dan pengelupasan yang dinamis. Partikel terus-menerus dikeluarkan oleh profil. Melekat pada permukaan profil, membentuk cacat tarikan. Jika mengalir langsung keluar dari sabuk kerja dan langsung diserap pada permukaan profil, partikel kecil yang melekat secara termal ke permukaan disebut "partikel penyerapan". Jika beberapa partikel akan dipecah oleh paduan aluminium yang diekstrusi, beberapa partikel akan menempel pada permukaan sabuk kerja saat melewati sabuk kerja, menyebabkan goresan pada permukaan profil. Ujung ekor adalah matriks aluminium yang ditumpuk. Ketika ada banyak aluminium yang menempel di tengah sabuk kerja (ikatannya kuat), itu akan memperburuk goresan permukaan.
(6) Kecepatan ekstrusi memiliki pengaruh besar pada penarikan. Pengaruh kecepatan ekstrusi. Sejauh menyangkut paduan 6005 yang dilacak, kecepatan ekstrusi meningkat dalam rentang pengujian, suhu outlet meningkat, dan jumlah partikel penarikan permukaan meningkat dan menjadi lebih berat saat garis mekanis meningkat. Kecepatan ekstrusi harus dijaga sestabil mungkin untuk menghindari perubahan kecepatan yang tiba-tiba. Kecepatan ekstrusi yang berlebihan dan suhu outlet yang tinggi akan menyebabkan peningkatan gesekan dan penarikan partikel yang serius. Mekanisme spesifik dampak kecepatan ekstrusi pada fenomena penarikan memerlukan tindak lanjut dan verifikasi selanjutnya.
(7) Kualitas permukaan batang cor juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi partikel penarik. Permukaan batang cor kasar, dengan gerinda gergaji, noda minyak, debu, korosi, dll., yang semuanya meningkatkan kecenderungan partikel penarik.
4 Kesimpulan
(1) Komposisi cacat penarikan konsisten dengan komposisi matriks; komposisi posisi partikel jelas berbeda dari matriks, terutama mengandung unsur O, C, Fe, dan Si.
(2) Cacat partikel penarik terutama disebabkan oleh aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan. Faktor apa pun yang mendorong aluminium menempel pada sabuk kerja cetakan akan menyebabkan cacat penarikan. Atas dasar memastikan kualitas batang cor, pembentukan partikel penarik tidak memiliki dampak langsung pada komposisi paduan.
(3) Penanganan kebakaran yang seragam dan tepat bermanfaat untuk mengurangi tarikan permukaan.
Waktu posting: 10-Sep-2024
