Selama proses ekstrusi material ekstrusi paduan aluminium, terutama profil aluminium, cacat "pitting" sering muncul di permukaan. Manifestasi spesifiknya meliputi tumor yang sangat kecil dengan kepadatan bervariasi, endapan, dan rasa tajam yang terasa di tangan. Setelah oksidasi atau perlakuan permukaan elektroforesis, tumor ini 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 pra-perlakuan permukaan profil, terutama proses etsa alkali, sementara sejumlah kecil partikel berukuran besar yang melekat erat tetap berada di permukaan profil, yang memengaruhi kualitas tampilan produk akhir.
Pada produk profil pintu dan jendela bangunan biasa, pelanggan umumnya menerima cacat berlubang yang 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 berbagai komposisi paduan dan proses ekstrusi 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 pembentukannya. Selama proses ekstrusi, aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan merupakan penyebab utama cacat pitting pada permukaan material aluminium ekstrusi. Hal ini disebabkan oleh proses ekstrusi aluminium yang 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 cetakan. Saat produk mengalir keluar dari lubang cetakan, akibat suhu tinggi, terjadi fenomena aluminium yang menempel di antara logam dan sabuk kerja cetakan.
Bentuk ikatan ini sering kali berupa: proses ikatan – sobek – ikatan – sobek lagi yang berulang-ulang, dan produk mengalir ke depan, 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 pendahuluan, kami mengetahui bahwa faktor-faktor seperti kemurnian metalurgi, status cetakan, proses ekstrusi, bahan baku, dan kondisi produksi dapat memengaruhi partikel yang dikasar permukaannya. Dalam pengujian ini, dua batang paduan, 6005A dan 6060, digunakan untuk mengekstruksi bagian yang sama. Morfologi dan komposisi posisi partikel yang dikasar dianalisis menggunakan 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 adalah jenis cacat titik, yaitu cacat goresan tidak beraturan seperti kecebong atau titik yang muncul pada permukaan profil. Cacat ini dimulai dari garis goresan dan berakhir dengan terlepasnya cacat, terakumulasi menjadi butiran logam di ujung garis goresan. Ukuran cacat berlubang umumnya 1-5 mm, dan berubah menjadi hitam pekat setelah proses oksidasi, yang pada akhirnya memengaruhi tampilan profil, seperti yang ditunjukkan pada lingkaran merah pada Gambar 1.
(2) Partikel permukaan juga disebut butiran logam atau partikel adsorpsi. Permukaan profil paduan aluminium dilapisi partikel logam keras berwarna abu-abu kehitaman dan memiliki struktur yang longgar. Ada dua jenis profil paduan aluminium: yang dapat dilap dan yang tidak dapat dilap. Ukurannya umumnya kurang dari 0,5 mm, dan terasa kasar saat disentuh. Tidak ada goresan di bagian depan. Setelah oksidasi, bentuknya tidak jauh berbeda dengan 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 tarik pada permukaan paduan 6005A. Terdapat 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, terasa tajam seperti duri, dan melekat atau terakumulasi di permukaan profil. Melalui uji ekstrusi, diamati bahwa morfologi tarikan profil ekstrusi 6005A dan 6060 serupa, dan ujung ekor produk lebih panjang daripada ujung kepala; perbedaannya adalah ukuran tarikan keseluruhan 6005A lebih kecil dan kedalaman goresan melemah. Hal ini mungkin terkait dengan perubahan komposisi paduan, kondisi batang cor, dan kondisi cetakan. Diamati dengan perbesaran 100X, terdapat bekas 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 ketiga komponen paduan. Tabel 1 menunjukkan hasil uji profil 6005A. Hasil EDX menunjukkan bahwa komposisi posisi penumpukan partikel penarik pada dasarnya serupa dengan komposisi matriks. Selain itu, beberapa partikel pengotor halus terakumulasi di dalam dan di sekitar cacat penarikan, dan partikel pengotor tersebut mengandung C, O (atau Cl), atau Fe, Si, dan S.
Analisis cacat pengasaran pada profil ekstrusi oksidasi halus 6005A menunjukkan bahwa partikel penarik berukuran besar (1-5 mm), permukaannya sebagian besar bertumpuk, dan terdapat goresan seperti anak tangga pada bagian depan; komposisinya mendekati matriks Al, dan akan terdapat fase heterogen yang mengandung Fe, Si, C, dan O yang terdistribusi di sekitarnya. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme pembentukan tarikan ketiga paduan tersebut sama.
Selama proses ekstrusi, gesekan aliran logam akan menyebabkan suhu sabuk kerja cetakan meningkat, membentuk "lapisan aluminium lengket" di ujung pemotongan pintu masuk sabuk kerja. Di saat yang sama, kelebihan Si dan unsur-unsur 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 berupa ikatan-robekan-ikatan terus-menerus terjadi pada posisi tertentu, menyebabkan logam terus-menerus bertumpuk pada posisi ini. Ketika partikel-partikel tersebut mencapai ukuran tertentu, logam akan tertarik oleh produk yang mengalir dan membentuk goresan pada permukaan logam. Partikel-partikel tersebut akan tetap berada di permukaan logam dan membentuk partikel penarik di ujung goresan. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa pembentukan partikel yang kasar terutama berkaitan dengan aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan. Fase heterogen yang terdistribusi di sekitarnya dapat berasal dari oli pelumas, oksida, atau partikel debu, serta pengotor 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 pintu keluar sabuk kerja cetakan dan pemolesan sabuk kerja yang cermat untuk mengurangi ketebalan lapisan aluminium; di sisi lain, hal ini berkaitan dengan kandungan Si yang berlebih.
Berdasarkan hasil komposisi spektral pembacaan langsung dapat diketahui bahwa selain Si yang berikatan dengan Mg Mg2Si, sisa Si muncul dalam bentuk zat sederhana.
2.2 Partikel kecil di permukaan
Pada pemeriksaan visual dengan perbesaran rendah, partikel berukuran kecil (≤0,5 mm), tidak halus saat disentuh, terasa tajam, dan melekat pada permukaan profil. Pada pengamatan dengan perbesaran 100x, partikel berukuran kecil pada permukaan terdistribusi secara acak, dan terdapat partikel berukuran kecil yang menempel pada permukaan terlepas dari ada atau tidaknya goresan;
Pada perbesaran 500X, terlepas dari apakah terdapat 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 terkecil 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 serupa 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 juga dapat berupa agregasi dari banyak partikel kecil dengan bentuk yang berbeda-beda, dan persentase massa berbagai unsur dalam partikel yang berbeda bervariasi. Partikel-partikel tersebut diyakini sebagian besar terdiri dari dua jenis. Pertama, 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. Kedua, benda asing yang melekat.
2.3 Pengaruh kekasaran permukaan ingot
Selama pengujian, ditemukan bahwa permukaan belakang mesin bubut batang cor 6005A kasar dan berdebu. Terdapat dua batang cor dengan bekas pahat putar terdalam di lokasi setempat, yang menunjukkan peningkatan jumlah tarikan yang signifikan setelah ekstrusi, dan ukuran tarikan tunggal lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.
Batang cor 6005A tidak mengalami proses bubut, sehingga kekasaran permukaannya rendah dan jumlah tarikan berkurang. Selain itu, karena tidak ada cairan pemotong berlebih yang menempel pada bekas bubut batang cor, kandungan C dalam partikel terkait berkurang. Telah terbukti bahwa bekas bubut pada permukaan batang cor akan memperparah tarikan dan pembentukan partikel sampai batas tertentu.
3 Diskusi
(1) Komponen cacat tarik pada dasarnya sama dengan komponen cacat pada matriks. Komponen tersebut adalah partikel asing, kulit mati pada permukaan ingot, dan pengotor lain yang terakumulasi di dinding laras ekstrusi atau area mati cetakan selama proses ekstrusi, yang terbawa ke permukaan logam atau lapisan aluminium sabuk kerja cetakan. Saat produk mengalir ke depan, goresan permukaan akan terjadi, dan ketika produk terakumulasi hingga ukuran tertentu, produk akan dikeluarkan oleh produk dan 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 terdapat 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, dampaknya terhadap permukaan tidak signifikan atau hanya sedikit.
(3) Partikel 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., sedangkan komponen utama debu dan tanah adalah SiO2. Kandungan O pada partikel permukaan umumnya tinggi. Karena partikel berada dalam kondisi suhu tinggi segera setelah meninggalkan sabuk kerja, dan karena luas permukaan spesifik partikel yang besar, mereka 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). Unsur Fe berasal dari Fe dalam ingot aluminium, membentuk fase pengotor titik leleh tinggi seperti FeAl3 atau AlFeSi(Mn), yang tidak dapat larut dalam larutan padat selama proses homogenisasi, atau tidak sepenuhnya dikonversi; 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 mengendap dapat berupa agregasi dan presipitasi yang disebabkan oleh fluktuasi konsentrasi.
(5) Aluminium yang menempel pada sabuk kerja cetakan merupakan penyebab utama penarikan. Cetakan ekstrusi berada dalam lingkungan bersuhu dan bertekanan tinggi. Gesekan aliran logam akan meningkatkan suhu sabuk kerja cetakan, membentuk "lapisan aluminium lengket" pada ujung tombak 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 bersentuhan dengan profil mirip dengan ujung tombak alat pemutar.
Pembentukan aluminium lengket merupakan proses pertumbuhan dan pengelupasan yang dinamis. Partikel-partikel aluminium terus-menerus dikeluarkan oleh profil. Partikel-partikel tersebut menempel pada permukaan profil, membentuk cacat tarikan. Jika aluminium mengalir langsung keluar dari sabuk kerja dan langsung teradsorpsi pada permukaan profil, partikel-partikel kecil yang menempel secara termal pada permukaan tersebut disebut "partikel adsorpsi". Jika beberapa partikel dipecah oleh paduan aluminium yang diekstrusi, beberapa partikel akan menempel pada permukaan sabuk kerja saat melewati sabuk kerja, menyebabkan goresan pada permukaan profil. Ujung ekornya adalah matriks aluminium yang bertumpuk. Ketika terdapat banyak aluminium yang tersangkut di tengah sabuk kerja (ikatannya kuat), goresan permukaan akan semakin parah.
(6) Kecepatan ekstrusi memiliki pengaruh besar terhadap penarikan. Pengaruh kecepatan ekstrusi. Untuk paduan 6005 berantai, kecepatan ekstrusi meningkat dalam rentang uji, suhu keluaran meningkat, dan jumlah partikel penarik permukaan meningkat dan menjadi lebih berat seiring bertambahnya garis mekanis. Kecepatan ekstrusi harus dijaga sestabil mungkin untuk menghindari perubahan kecepatan yang tiba-tiba. Kecepatan ekstrusi yang berlebihan dan suhu keluaran yang tinggi akan menyebabkan peningkatan gesekan dan penarikan partikel yang serius. Mekanisme spesifik dampak kecepatan ekstrusi terhadap fenomena penarikan memerlukan tindak lanjut dan verifikasi selanjutnya.
(7) Kualitas permukaan batang cor juga merupakan faktor penting yang memengaruhi partikel penarik. Permukaan batang cor kasar, terdapat gerinda gergaji, noda oli, 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 tarik terutama disebabkan oleh menempelnya aluminium pada sabuk kerja cetakan. Faktor apa pun yang mendorong menempelnya aluminium pada sabuk kerja cetakan akan menyebabkan cacat tarik. Dengan alasan memastikan kualitas batang cor, pembentukan partikel tarik tidak berdampak langsung pada komposisi paduan.
(3) Penanganan kebakaran yang seragam dan tepat bermanfaat untuk mengurangi tarikan permukaan.
Waktu posting: 10-Sep-2024
