Selama proses ekstrusi material ekstrusi paduan aluminium, khususnya profil aluminium, sering terjadi cacat “pitting” pada permukaannya. Manifestasi spesifiknya meliputi tumor yang sangat kecil dengan kepadatan yang bervariasi, ekor, dan rasa tangan yang jelas, dengan rasa runcing. Setelah oksidasi atau perawatan permukaan elektroforesis, sering kali muncul 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 lubang dapat dihilangkan selama proses ekstrusi. proses pretreatment permukaan profil, terutama proses etsa alkali, sementara sejumlah kecil partikel berukuran besar yang melekat kuat tetap berada di permukaan profil, sehingga mempengaruhi kualitas tampilan produk akhir.
Pada produk profil pintu dan jendela bangunan biasa, pelanggan umumnya menerima cacat lubang kecil, namun untuk profil industri yang memerlukan penekanan yang sama pada sifat mekanik dan kinerja dekoratif atau lebih menekankan pada kinerja dekoratif, pelanggan umumnya tidak menerima cacat ini, terutama cacat lubang yang merupakan 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 memecahkan partikel kasar secara efektif telah dikemukakan, dan uji coba dilakukan.
Untuk mengatasi cacat pitting pada profil, perlu dipahami mekanisme terbentuknya cacat pitting. Selama proses ekstrusi, aluminium yang menempel pada die work belt merupakan penyebab utama terjadinya cacat pitting pada permukaan material aluminium ekstrusi. Hal ini dikarenakan proses ekstrusi aluminium dilakukan pada suhu tinggi sekitar 450°C. Jika ditambahkan efek panas deformasi dan panas gesekan, maka suhu logam akan semakin tinggi ketika mengalir keluar dari lubang cetakan. Ketika produk mengalir keluar dari lubang cetakan, akibat suhu yang tinggi, terjadi fenomena aluminium menempel di antara logam dan sabuk kerja cetakan.
Bentuk pengikatan ini sering kali: proses pengikatan – robekan – pengikatan – robekan yang berulang-ulang, dan produk mengalir ke depan, sehingga menimbulkan banyak lubang-lubang kecil pada permukaan produk.
Fenomena ikatan ini berkaitan dengan faktor-faktor seperti kualitas ingot, kondisi permukaan sabuk kerja cetakan, suhu ekstrusi, kecepatan ekstrusi, derajat deformasi, dan ketahanan deformasi logam.
1 Bahan dan metode pengujian
Melalui penelitian pendahuluan, kami mengetahui bahwa faktor-faktor seperti kemurnian metalurgi, status cetakan, proses ekstrusi, bahan-bahan, dan kondisi produksi dapat mempengaruhi partikel yang diperkeras permukaannya. Dalam pengujian, dua batang paduan, 6005A dan 6060, digunakan untuk mengekstrusi bagian yang sama. Morfologi dan komposisi posisi partikel yang dikasar dianalisis melalui spektrometer pembacaan langsung dan metode deteksi SEM, dan dibandingkan dengan matriks normal di sekitarnya.
Untuk membedakan secara jelas morfologi kedua cacat lubang dan partikel tersebut, didefinisikan sebagai berikut:
(1) Cacat lubang atau cacat tarikan adalah jenis cacat titik, yaitu cacat gores berbentuk kecebong atau titik tidak beraturan yang muncul pada permukaan profil. Cacat dimulai dari garis gores dan diakhiri dengan cacat yang rontok, terakumulasi menjadi butiran logam di ujung garis gores. Ukuran cacat berlubang umumnya 1-5 mm, dan berubah menjadi hitam pekat setelah perlakuan oksidasi, yang pada akhirnya mempengaruhi tampilan profil, seperti yang ditunjukkan pada lingkaran merah pada Gambar 1.
(2) Partikel permukaan disebut juga butiran logam atau partikel adsorpsi. Permukaan profil paduan aluminium dilekatkan dengan partikel logam keras berbentuk bola berwarna abu-abu kehitaman dan memiliki struktur yang longgar. Ada dua jenis profil paduan aluminium: profil yang dapat dihapus dan yang tidak dapat dihapus. Ukurannya umumnya kurang dari 0,5 mm, dan terasa kasar saat disentuh. Tidak ada lecet di bagian depan. Setelah oksidasi tidak jauh berbeda dengan matriksnya, seperti terlihat pada lingkaran kuning pada Gambar 1.
2 Hasil tes dan analisis
2.1 Cacat penarikan permukaan
Gambar 2 menunjukkan morfologi mikrostruktur dari cacat tarikan pada permukaan paduan 6005A. Terdapat goresan seperti undakan pada bagian depan tarikan, dan diakhiri dengan bintil-bintil yang bertumpuk. Setelah nodul muncul, permukaan kembali normal. Letak cacat yang kasar tidak mulus saat disentuh, terasa berduri tajam, dan menempel atau menumpuk pada permukaan profil. Melalui uji ekstrusi, diamati bahwa morfologi tarikan profil ekstrusi 6005A dan 6060 serupa, dan ujung ekor produk lebih banyak daripada ujung kepala; perbedaannya adalah ukuran tarikan keseluruhan 6005A lebih kecil dan kedalaman goresnya melemah. Hal ini mungkin terkait dengan perubahan komposisi paduan, kondisi batang cor, dan kondisi cetakan. Diamati di bawah 100X, terdapat bekas goresan yang jelas di ujung depan area tarikan, memanjang sepanjang arah ekstrusi, dan bentuk partikel bintil akhir tidak beraturan. Pada 500X, ujung depan permukaan tarik memiliki goresan seperti langkah di sepanjang arah ekstrusi (ukuran cacat ini sekitar 120 μm), dan terdapat 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 ketiga komponen paduan. Tabel 1 menunjukkan hasil pengujian profil 6005A. Hasil EDX menunjukkan bahwa komposisi posisi penumpukan partikel penarik pada dasarnya sama dengan matriks. Selain itu, beberapa partikel pengotor halus terakumulasi di dalam dan sekitar cacat tarikan, dan partikel pengotor tersebut mengandung C, O (atau Cl), atau Fe, Si, dan S.
Analisis cacat pengerasan pada profil ekstrusi teroksidasi halus 6005A menunjukkan bahwa partikel penarik berukuran besar (1-5 mm), sebagian besar permukaannya bertumpuk, dan terdapat goresan seperti berundak di bagian depan; Komposisinya mendekati matriks Al, dan akan terdapat fasa heterogen yang mengandung Fe, Si, C, dan O yang tersebar disekitarnya. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pembentukan tarikan ketiga paduan tersebut adalah sama.
Selama proses ekstrusi, gesekan aliran logam akan menyebabkan suhu sabuk kerja cetakan meningkat, membentuk “lapisan aluminium lengket” di ujung tombak pintu masuk sabuk kerja. Pada saat yang sama, kelebihan Si dan elemen lain seperti Mn dan Cr dalam paduan aluminium dengan mudah membentuk larutan padat pengganti dengan Fe, yang akan mendorong pembentukan “lapisan aluminium lengket” di pintu masuk zona kerja cetakan.
Saat logam mengalir ke depan dan bergesekan dengan sabuk kerja, fenomena bolak-balik ikatan-sobek-ikatan terus menerus terjadi pada posisi tertentu, menyebabkan logam terus menerus bertumpukan pada posisi ini. Ketika partikel bertambah hingga ukuran tertentu, partikel tersebut akan tertarik oleh produk yang mengalir dan membentuk bekas goresan pada permukaan logam. Ia akan tetap berada di permukaan logam dan membentuk partikel penarik di ujung goresan. oleh karena itu, dapat dianggap bahwa pembentukan partikel yang kasar terutama disebabkan oleh aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan. Fase heterogen yang tersebar di sekitarnya mungkin berasal dari minyak pelumas, oksida atau partikel debu, serta kotoran yang dibawa oleh permukaan kasar ingot.
Namun jumlah tarikan pada hasil pengujian 6005A lebih kecil dan derajatnya lebih ringan. Di satu sisi, hal ini disebabkan oleh chamfering pada pintu keluar sabuk kerja cetakan dan pemolesan sabuk kerja secara hati-hati untuk mengurangi ketebalan lapisan aluminium; Di sisi lain, hal ini terkait dengan kelebihan kandungan Si.
Berdasarkan hasil pembacaan komposisi spektral secara langsung terlihat bahwa selain Si yang berkombinasi dengan Mg Mg2Si, sisa Si muncul dalam bentuk zat sederhana.
2.2 Partikel kecil di permukaan
Di bawah inspeksi visual perbesaran rendah, partikelnya berukuran kecil (≤0,5 mm), tidak halus saat disentuh, terasa tajam, dan menempel pada permukaan profil. Diamati di bawah 100X, partikel-partikel kecil di permukaan tersebar secara acak, dan terdapat partikel berukuran kecil yang menempel di permukaan terlepas dari apakah ada goresan atau tidak;
Pada 500X, tidak peduli apakah terdapat goresan seperti langkah yang jelas pada permukaan sepanjang arah ekstrusi, banyak partikel yang masih menempel, dan ukuran partikel bervariasi. Ukuran partikel terbesar adalah sekitar 15 μm, dan partikel kecil sekitar 5 μm.
Melalui analisis komposisi partikel permukaan paduan 6060 dan matriks utuh, partikel tersebut sebagian besar terdiri dari unsur O, C, Si, dan Fe, dan kandungan aluminiumnya sangat rendah. Hampir semua partikel mengandung unsur O dan C. Komposisi tiap partikel sedikit berbeda. Diantaranya, partikel a berukuran mendekati 10 μm, yang secara signifikan lebih tinggi daripada matriks Si, Mg, dan O; Pada 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 merupakan senyawa yang mengandung Fe. Hasil partikel 6060 serupa dengan ini, tetapi karena kandungan Si dan Fe pada 6060 itu sendiri rendah, maka kandungan Si dan Fe pada partikel permukaan juga rendah; kandungan C pada 6060 partikel relatif rendah.
Partikel permukaan mungkin bukan partikel kecil tunggal, tetapi mungkin juga ada dalam bentuk kumpulan banyak partikel kecil dengan bentuk berbeda, dan persentase massa unsur berbeda dalam partikel berbeda bervariasi. Dipercayai bahwa partikel-partikel tersebut sebagian besar terdiri dari dua jenis. Salah satunya adalah endapan seperti AlFeSi dan unsur Si, yang berasal dari fase pengotor dengan 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 cast rod 6005A kasar dan terkena debu. Terdapat dua batang cor dengan tanda alat pemutar terdalam di lokasi lokal, yang berhubungan dengan peningkatan signifikan dalam jumlah tarikan setelah ekstrusi, dan ukuran satu tarikan lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Batang cor 6005A tidak memiliki mesin bubut, sehingga kekasaran permukaannya rendah dan jumlah tarikannya berkurang. Selain itu, karena tidak ada cairan pemotongan berlebih yang menempel pada tanda bubut batang cor, kandungan C pada partikel terkait berkurang. Terbukti bahwa tanda belok pada permukaan batang cor akan memperparah tarikan dan pembentukan partikel sampai batas tertentu.
3 Diskusi
(1) Komponen cacat penarik pada dasarnya sama dengan komponen matriks. Ini adalah partikel asing, kulit tua pada permukaan ingot dan kotoran lainnya yang terakumulasi di dinding barel ekstrusi atau area mati cetakan selama proses ekstrusi, yang dibawa ke permukaan logam atau lapisan aluminium dari cetakan yang berfungsi. sabuk. Saat produk mengalir ke depan, permukaannya tergores, dan ketika produk terakumulasi hingga ukuran tertentu, produk tersebut dikeluarkan untuk membentuk tarikan. Setelah oksidasi, tarikannya terkorosi, dan karena ukurannya yang besar, terdapat cacat seperti lubang di sana.
(2) Partikel permukaan terkadang tampak sebagai partikel kecil tunggal, dan terkadang ada dalam bentuk agregat. Komposisinya jelas berbeda dengan matriks, dan sebagian besar mengandung unsur O, C, Fe, dan Si. Partikelnya ada yang didominasi unsur O dan C, ada pula partikel yang didominasi unsur 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 melekat pada permukaan; Yang lainnya adalah benda asing yang melekat. Partikel-partikel tersebut terkorosi setelah oksidasi. Karena ukurannya yang kecil, dampaknya tidak atau kecil terhadap permukaan.
(3) Partikel yang kaya unsur C dan O terutama berasal dari minyak pelumas, debu, tanah, udara, dll yang menempel 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, partikel tersebut dengan mudah menyerap atom O di udara dan menyebabkan oksidasi setelah kontak dengan udara, sehingga menghasilkan O yang lebih tinggi. konten daripada matriks.
(4) Fe, Si, dll. terutama berasal dari oksida, kerak tua, dan fase pengotor dalam ingot (titik leleh tinggi atau fase kedua yang tidak sepenuhnya dihilangkan dengan homogenisasi). Unsur Fe berasal dari Fe dalam batangan aluminium, membentuk fasa pengotor dengan titik leleh tinggi seperti FeAl3 atau AlFeSi(Mn), yang tidak dapat larut dalam larutan padat selama proses homogenisasi, atau tidak terkonversi sepenuhnya; Si terdapat dalam matriks aluminium dalam bentuk Mg2Si atau larutan padat Si lewat jenuh selama proses pengecoran. Selama proses ekstrusi panas pada batang cor, kelebihan Si dapat mengendap. Kelarutan Si dalam aluminium adalah 0,48% pada 450°C dan 0,8% (berat%) pada 500°C. Kelebihan kandungan Si pada tahun 6005 adalah sekitar 0,41%, dan Si yang diendapkan mungkin merupakan agregasi dan pengendapan yang disebabkan oleh fluktuasi konsentrasi.
(5) Aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan adalah penyebab utama tarikan. Cetakan ekstrusi adalah lingkungan bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi. Gesekan aliran logam akan meningkatkan suhu sabuk kerja cetakan, membentuk “lapisan aluminium lengket” di ujung tombak pintu masuk sabuk kerja.
Pada saat yang sama, kelebihan Si dan elemen lain seperti Mn dan Cr dalam paduan aluminium dengan 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 menyebabkan logam di bawahnya dan cetakan 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 dari sabuk kerja yang bersentuhan dengan profil serupa dengan ujung tombak alat pemutar.
Pembentukan aluminium lengket merupakan proses pertumbuhan dan pelepasan yang dinamis. Partikel terus-menerus dikeluarkan oleh profil. Menempel pada permukaan profil, membentuk cacat tarikan. Jika mengalir langsung keluar dari sabuk kerja dan langsung teradsorpsi pada permukaan profil, partikel kecil yang terikat secara termal pada permukaan disebut “partikel adsorpsi”. Jika beberapa partikel akan pecah oleh paduan aluminium ekstrusi, maka beberapa partikel akan menempel pada permukaan sabuk kerja ketika melewati sabuk kerja sehingga menyebabkan goresan pada permukaan profil. Ujung ekornya adalah matriks aluminium bertumpuk. Apabila banyak alumunium yang tersangkut di tengah-tengah sabuk kerja (ikatannya kuat), maka akan memperparah goresan permukaan.
(6) Kecepatan ekstrusi mempunyai pengaruh yang besar terhadap tarikan. Pengaruh kecepatan ekstrusi. Sejauh menyangkut paduan 6005 yang dilacak, kecepatan ekstrusi meningkat dalam rentang pengujian, suhu keluar meningkat, dan jumlah partikel penarik permukaan meningkat dan menjadi lebih berat seiring dengan meningkatnya garis mekanis. Kecepatan ekstrusi harus dijaga sestabil mungkin untuk menghindari perubahan kecepatan yang tiba-tiba. Kecepatan ekstrusi yang berlebihan dan suhu keluar yang tinggi akan menyebabkan peningkatan gesekan dan tarikan partikel yang serius. Mekanisme spesifik dari dampak kecepatan ekstrusi pada fenomena tarikan 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 menarik partikel.
4 Kesimpulan
(1) Komposisi cacat penarik konsisten dengan komposisi matriks; komposisi posisi partikelnya jelas berbeda dengan matriksnya, terutama mengandung unsur O, C, Fe, dan Si.
(2) Cacat partikel tarikan terutama disebabkan oleh menempelnya aluminium pada sabuk kerja cetakan. Faktor apa pun yang menyebabkan aluminium menempel pada sabuk kerja cetakan akan menyebabkan cacat tarikan. Dengan alasan untuk memastikan kualitas batang cor, pembentukan partikel penarik tidak berdampak langsung pada komposisi paduan.
(3) Perlakuan api yang seragam dan tepat bermanfaat untuk mengurangi tarikan permukaan.
Waktu posting: 10 Sep-2024
