Trong quá trình ép đùn các vật liệu ép đùn hợp kim nhôm, đặc biệt là nhôm định hình, khuyết tật “rỗ” thường xảy ra trên bề mặt. Biểu hiện cụ thể bao gồm các khối u rất nhỏ với mật độ khác nhau, có đuôi, có cảm giác sờ tay rõ ràng, có cảm giác như gai nhọn. Sau quá trình oxy hóa hoặc xử lý bề mặt điện di, chúng thường xuất hiện dưới dạng các hạt màu đen bám dính trên bề mặt sản phẩm.
Trong quá trình ép đùn các mặt cắt lớn, khuyết tật này dễ xảy ra hơn do ảnh hưởng của cấu trúc phôi, nhiệt độ đùn, tốc độ đùn, độ phức tạp của khuôn, v.v. Hầu hết các hạt mịn của khuyết tật rỗ có thể được loại bỏ trong quá trình Quá trình tiền xử lý bề mặt hồ sơ, đặc biệt là quá trình ăn mòn kiềm, trong khi một số lượng nhỏ các hạt có kích thước lớn, bám chắc vẫn còn trên bề mặt hồ sơ, ảnh hưởng đến chất lượng bề ngoài của sản phẩm cuối cùng.
Trong các sản phẩm cửa và cửa sổ xây dựng thông thường, khách hàng thường chấp nhận các khuyết tật rỗ nhỏ, nhưng đối với các cấu hình công nghiệp yêu cầu chú trọng như nhau về tính chất cơ học và tính năng trang trí hoặc chú trọng hơn đến tính năng trang trí, khách hàng thường không chấp nhận khuyết tật này, đặc biệt là các khuyết tật rỗ. không phù hợp với màu nền khác nhau.
Để phân tích cơ chế hình thành các hạt thô, hình thái và thành phần của các vị trí khuyết tật dưới các thành phần hợp kim khác nhau và quá trình ép đùn đã được phân tích, đồng thời so sánh sự khác biệt giữa các khuyết tật và ma trận. Một giải pháp hợp lý để giải quyết hiệu quả các hạt thô đã được đưa ra và thử nghiệm thử nghiệm đã được thực hiện.
Để giải quyết các khuyết tật rỗ của biên dạng, cần hiểu rõ cơ chế hình thành các khuyết tật rỗ. Trong quá trình ép đùn, nhôm dính vào đai gia công khuôn là nguyên nhân chính gây ra các khuyết tật rỗ trên bề mặt vật liệu nhôm ép đùn. Điều này là do quá trình ép đùn nhôm được thực hiện ở nhiệt độ cao khoảng 450°C. Nếu cộng thêm ảnh hưởng của nhiệt biến dạng và nhiệt ma sát thì nhiệt độ của kim loại sẽ cao hơn khi chảy ra khỏi lỗ khuôn. Khi sản phẩm chảy ra khỏi khuôn, do nhiệt độ cao nên xuất hiện hiện tượng nhôm dính giữa kim loại và đai làm việc khuôn.
Hình thức liên kết này thường là: một quá trình lặp đi lặp lại liên kết – xé – liên kết – xé lại và sản phẩm chảy về phía trước, tạo thành nhiều vết rỗ nhỏ trên bề mặt sản phẩm.
Hiện tượng liên kết này liên quan đến các yếu tố như chất lượng phôi, tình trạng bề mặt của đai làm việc khuôn, nhiệt độ đùn, tốc độ đùn, mức độ biến dạng và khả năng chống biến dạng của kim loại.
1 Vật liệu và phương pháp thử nghiệm
Qua nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi biết được rằng các yếu tố như độ tinh khiết luyện kim, trạng thái nấm mốc, quá trình ép đùn, thành phần và điều kiện sản xuất có thể ảnh hưởng đến các hạt được làm nhám bề mặt. Trong thử nghiệm, hai thanh hợp kim 6005A và 6060 được sử dụng để ép đùn cùng một mặt cắt. Hình thái và thành phần của các vị trí hạt thô được phân tích thông qua phương pháp quang phổ đọc trực tiếp và phương pháp phát hiện SEM và được so sánh với ma trận thông thường xung quanh.
Để phân biệt rõ ràng về hình thái của hai khuyết tật rỗ và hạt, chúng được định nghĩa như sau:
(1) Các khuyết tật rỗ hoặc các khuyết tật kéo là một loại khuyết tật điểm, là một khuyết tật vết xước hình con nòng nọc hoặc hình điểm không đều xuất hiện trên bề mặt của biên dạng. Khiếm khuyết bắt đầu từ sọc xước và kết thúc bằng khuyết tật rơi ra, tích tụ thành các hạt kim loại ở cuối đường xước. Kích thước của khuyết tật rỗ thường là 1-5mm và nó chuyển sang màu đen sẫm sau khi xử lý oxy hóa, điều này cuối cùng ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài, như thể hiện trong vòng tròn màu đỏ trong Hình 1.
(2) Các hạt bề mặt còn được gọi là hạt kim loại hoặc hạt hấp phụ. Bề mặt của thanh định hình hợp kim nhôm được gắn các hạt kim loại cứng hình cầu màu xám đen và có cấu trúc lỏng lẻo. Có hai loại cấu hình hợp kim nhôm: loại có thể xóa sạch và loại không thể xóa sạch. Kích thước thường nhỏ hơn 0,5 mm và khi chạm vào có cảm giác thô ráp. Không có vết xước ở phần phía trước. Sau quá trình oxy hóa, nó không khác nhiều so với nền, như thể hiện trong vòng tròn màu vàng trên Hình 1.
2 Kết quả thử nghiệm và phân tích
2.1 Khuyết tật kéo bề mặt
Hình 2 cho thấy hình thái vi cấu trúc của khuyết tật kéo trên bề mặt hợp kim 6005A. Có những vết xước dạng bậc thang ở phần trước của dây kéo và kết thúc bằng các nốt sần xếp chồng lên nhau. Sau khi các nốt xuất hiện, bề mặt trở lại bình thường. Vị trí của khuyết tật nhám khi chạm vào không mịn, có cảm giác gai nhọn, bám dính hoặc tích tụ trên bề mặt biên dạng. Qua thử nghiệm ép đùn, người ta quan sát thấy hình thái kéo của cấu hình ép đùn 6005A và 6060 là tương tự nhau, và phần đuôi của sản phẩm nhiều hơn phần đầu; sự khác biệt là kích thước kéo tổng thể của 6005A nhỏ hơn và độ sâu vết xước yếu đi. Điều này có thể liên quan đến những thay đổi trong thành phần hợp kim, trạng thái thanh đúc và điều kiện khuôn. Quan sát dưới 100X, có những vết xước rõ ràng ở mặt trước của vùng kéo, kéo dài theo hướng đùn và hình dạng của các hạt nốt cuối cùng không đều. Ở 500X, mặt trước của bề mặt kéo có các vết xước dạng bậc thang dọc theo hướng đùn (kích thước của khuyết tật này là khoảng 120 μm) và có các vết xếp chồng rõ ràng trên các hạt dạng nốt ở đầu đuôi.
Để phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng kéo, máy quang phổ đọc trực tiếp và EDX được sử dụng để tiến hành phân tích thành phần trên các vị trí khuyết tật và ma trận của ba thành phần hợp kim. Bảng 1 thể hiện kết quả thử nghiệm của profile 6005A. Kết quả EDX cho thấy thành phần vị trí xếp chồng của các hạt kéo về cơ bản giống với thành phần của ma trận. Ngoài ra, một số hạt tạp chất mịn được tích tụ trong và xung quanh khuyết tật kéo và các hạt tạp chất chứa C, O (hoặc Cl) hoặc Fe, Si và S.
Phân tích các khuyết tật làm nhám của các cấu hình ép đùn oxy hóa mịn 6005A cho thấy các hạt kéo có kích thước lớn (1-5mm), bề mặt hầu hết xếp chồng lên nhau và có các vết xước dạng bậc thang ở mặt trước; Thành phần gần giống với ma trận Al và sẽ có các pha không đồng nhất chứa Fe, Si, C và O phân bố xung quanh nó. Nó cho thấy cơ chế hình thành kéo của ba hợp kim là như nhau.
Trong quá trình ép đùn, ma sát của dòng kim loại sẽ làm cho nhiệt độ của đai làm việc của khuôn tăng lên, tạo thành một “lớp nhôm dính” ở mép cắt của lối vào đai làm việc. Đồng thời, lượng Si dư và các nguyên tố khác như Mn, Cr trong hợp kim nhôm dễ tạo thành dung dịch rắn thay thế bằng Fe sẽ thúc đẩy hình thành “lớp nhôm dính” ở lối vào vùng làm việc khuôn.
Khi kim loại chảy về phía trước và cọ xát vào đai làm việc, hiện tượng tương hỗ liên kết-xé-liên kết xảy ra ở một vị trí nhất định, khiến kim loại liên tục chồng lên ở vị trí này. Khi các hạt tăng lên đến một kích thước nhất định, nó sẽ bị sản phẩm chảy ra xa và tạo thành vết xước trên bề mặt kim loại. Nó sẽ đọng lại trên bề mặt kim loại và tạo thành các hạt kéo ở cuối vết xước. Vì vậy, có thể coi việc hình thành các hạt nhám chủ yếu liên quan đến việc nhôm dính vào đai làm việc của khuôn. Các pha không đồng nhất phân bố xung quanh nó có thể bắt nguồn từ dầu bôi trơn, oxit hoặc các hạt bụi, cũng như các tạp chất do bề mặt thô ráp của phôi mang lại.
Tuy nhiên, số lần kéo trong kết quả thử nghiệm 6005A nhỏ hơn và mức độ nhẹ hơn. Một mặt là do việc vát mép ở lối ra của đai làm việc khuôn và việc đánh bóng cẩn thận đai làm việc để giảm độ dày của lớp nhôm; mặt khác, nó liên quan đến hàm lượng Si dư thừa.
Theo kết quả đọc trực tiếp thành phần quang phổ, có thể thấy ngoài Si kết hợp với Mg Mg2Si thì Si còn lại xuất hiện dưới dạng một chất đơn giản.
2.2 Các hạt nhỏ trên bề mặt
Khi kiểm tra trực quan ở độ phóng đại thấp, các hạt có kích thước nhỏ (<0,5 mm), khi chạm vào không mịn, có cảm giác sắc nét và bám chặt vào bề mặt của hồ sơ. Quan sát dưới 100X, các hạt nhỏ trên bề mặt phân bố ngẫu nhiên, có những hạt có kích thước nhỏ bám vào bề mặt bất kể có vết xước hay không;
Ở 500X, bất kể có vết xước dạng bậc rõ ràng trên bề mặt dọc theo hướng đùn hay không, nhiều hạt vẫn bám vào và kích thước hạt khác nhau. Kích thước hạt lớn nhất là khoảng 15 μm, và các hạt nhỏ khoảng 5 μm.
Thông qua phân tích thành phần của các hạt bề mặt hợp kim 6060 và ma trận nguyên vẹn, các hạt chủ yếu bao gồm các nguyên tố O, C, Si và Fe và hàm lượng nhôm rất thấp. Hầu như tất cả các hạt đều chứa các nguyên tố O và C. Thành phần của mỗi hạt hơi khác nhau. Trong số đó, các hạt a có kích thước gần 10 μm, cao hơn đáng kể so với ma trận Si, Mg và O; Trong các hạt c, Si, O và Cl rõ ràng là cao hơn; Các hạt d và f chứa nhiều Si, O, Na; hạt e chứa Si, Fe và O; hạt h là những hợp chất chứa Fe. Kết quả của các hạt 6060 cũng tương tự như vậy, nhưng do hàm lượng Si và Fe trong bản thân 6060 thấp nên hàm lượng Si và Fe tương ứng trong các hạt bề mặt cũng thấp; hàm lượng C trong 6060 hạt tương đối thấp.
Các hạt bề mặt có thể không phải là các hạt nhỏ đơn lẻ mà còn có thể tồn tại dưới dạng tập hợp của nhiều hạt nhỏ có hình dạng khác nhau và tỷ lệ phần trăm khối lượng của các nguyên tố khác nhau trong các hạt khác nhau cũng khác nhau. Người ta tin rằng các hạt chủ yếu bao gồm hai loại. Một là các chất kết tủa như AlFeSi và Si nguyên tố, có nguồn gốc từ các pha tạp chất có điểm nóng chảy cao như FeAl3 hoặc AlFeSi(Mn) trong phôi, hoặc các pha kết tủa trong quá trình ép đùn. Thứ hai là vật lạ bám dính.
2.3 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt phôi
Trong quá trình thử nghiệm, người ta nhận thấy bề mặt phía sau của máy tiện thanh đúc 6005A nhám và bám nhiều bụi. Có hai thanh đúc có vết dụng cụ tiện sâu nhất tại các vị trí cục bộ, tương ứng với sự gia tăng đáng kể số lần kéo sau khi ép đùn và kích thước của một lần kéo lớn hơn, như trong Hình 7.
Thanh đúc 6005A không có máy tiện nên độ nhám bề mặt thấp, số lần kéo giảm. Ngoài ra, do không có chất lỏng cắt dư thừa dính vào vết tiện của thanh đúc nên hàm lượng C trong các hạt tương ứng sẽ giảm đi. Người ta đã chứng minh rằng các vết quay trên bề mặt của thanh đúc sẽ làm trầm trọng thêm lực kéo và sự hình thành hạt ở một mức độ nhất định.
3 Thảo luận
(1) Các thành phần của khuyết tật kéo về cơ bản giống như của ma trận. Đó là các hạt lạ, lớp da cũ trên bề mặt phôi và các tạp chất khác tích tụ trong thành thùng đùn hoặc vùng chết của khuôn trong quá trình ép đùn, được đưa lên bề mặt kim loại hoặc lớp nhôm của khuôn làm việc. thắt lưng. Khi sản phẩm chảy về phía trước sẽ gây ra các vết xước trên bề mặt và khi sản phẩm tích tụ đến một kích thước nhất định, nó sẽ được sản phẩm lấy ra để tạo thành lực kéo. Sau quá trình oxy hóa, phần kéo bị ăn mòn và do kích thước lớn nên xuất hiện các khuyết tật dạng rỗ ở đó.
(2) Các hạt bề mặt đôi khi xuất hiện dưới dạng các hạt nhỏ đơn lẻ và đôi khi tồn tại ở dạng tổng hợp. Thành phần của chúng rõ ràng là khác với thành phần của ma trận và chủ yếu chứa các nguyên tố O, C, Fe và Si. Một số hạt bị chi phối bởi các nguyên tố O và C, và một số hạt bị chi phối bởi O, C, Fe và Si. Do đó, người ta suy ra rằng các hạt bề mặt có nguồn gốc từ hai nguồn: một là các chất kết tủa như AlFeSi và nguyên tố Si, còn các tạp chất như O và C bám dính trên bề mặt; Thứ hai là vật lạ bám dính. Các hạt bị ăn mòn sau quá trình oxy hóa. Do kích thước nhỏ nên chúng không có hoặc ít tác động lên bề mặt.
(3) Các hạt giàu nguyên tố C và O chủ yếu có nguồn gốc từ dầu bôi trơn, bụi, đất, không khí,… bám dính trên bề mặt phôi. Thành phần chính của dầu bôi trơn là C, O, H, S, v.v. và thành phần chính của bụi và đất là SiO2. Hàm lượng O của các hạt bề mặt nhìn chung cao. Do các hạt ở trạng thái nhiệt độ cao ngay sau khi rời khỏi đai làm việc và do diện tích bề mặt riêng lớn của các hạt nên chúng dễ dàng hấp thụ các nguyên tử O trong không khí và gây ra quá trình oxy hóa sau khi tiếp xúc với không khí, dẫn đến nồng độ O cao hơn nội dung hơn ma trận.
(4) Fe, Si, v.v. chủ yếu đến từ các oxit, cặn cũ và tạp chất trong phôi (nhiệt độ nóng chảy cao hoặc pha thứ hai không được loại bỏ hoàn toàn bằng quá trình đồng nhất). Nguyên tố Fe có nguồn gốc từ Fe trong phôi nhôm, tạo thành các pha tạp chất có điểm nóng chảy cao như FeAl3 hoặc AlFeSi(Mn), không thể hòa tan trong dung dịch rắn trong quá trình đồng nhất hoặc không được chuyển hóa hoàn toàn; Si tồn tại trong nền nhôm ở dạng Mg2Si hoặc dung dịch rắn siêu bão hòa của Si trong quá trình đúc. Trong quá trình ép nóng thanh đúc, Si dư có thể kết tủa. Độ hòa tan của Si trong nhôm là 0,48% ở 450°C và 0,8% (wt%) ở 500°C. Hàm lượng Si dư thừa trong 6005 là khoảng 0,41% và Si kết tủa có thể bị kết tụ và kết tủa do dao động nồng độ.
(5) Nhôm dính vào đai làm việc của khuôn là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng kéo. Khuôn ép đùn là môi trường có nhiệt độ cao và áp suất cao. Ma sát dòng kim loại sẽ làm tăng nhiệt độ của đai làm việc của khuôn, tạo thành một “lớp nhôm dính” ở mép cắt của lối vào đai làm việc.
Đồng thời, lượng Si dư và các nguyên tố khác như Mn, Cr trong hợp kim nhôm dễ tạo thành dung dịch rắn thay thế bằng Fe sẽ thúc đẩy hình thành “lớp nhôm dính” ở lối vào vùng làm việc khuôn. Kim loại chảy qua “lớp nhôm dính” thuộc hiện tượng ma sát trong (lực cắt trượt bên trong kim loại). Kim loại biến dạng và cứng lại do ma sát bên trong, giúp kim loại bên dưới và khuôn dính vào nhau. Đồng thời, đai làm việc của khuôn bị biến dạng thành hình kèn do áp suất, và nhôm dính được hình thành do phần lưỡi cắt của đai làm việc tiếp xúc với biên dạng tương tự như lưỡi cắt của dụng cụ tiện.
Sự hình thành nhôm dính là một quá trình phát triển và bong tróc năng động. Các hạt liên tục được đưa ra ngoài theo biên dạng. Bám dính vào bề mặt của biên dạng, tạo thành các khuyết tật kéo. Nếu nó chảy trực tiếp ra khỏi đai làm việc và được hấp phụ ngay lập tức trên bề mặt của biên dạng thì các hạt nhỏ bám nhiệt vào bề mặt được gọi là “các hạt hấp phụ”. Nếu một số hạt bị vỡ do hợp kim nhôm ép đùn, một số hạt sẽ dính vào bề mặt của đai làm việc khi đi qua đai làm việc, gây trầy xước trên bề mặt của biên dạng. Phần đuôi là ma trận nhôm xếp chồng lên nhau. Khi có nhiều nhôm bị mắc kẹt ở giữa đai làm việc (liên kết rất chắc chắn) sẽ khiến vết xước bề mặt trở nên trầm trọng hơn.
(6) Tốc độ đùn có ảnh hưởng lớn đến lực kéo. Ảnh hưởng của tốc độ đùn. Đối với hợp kim 6005 được theo dõi, tốc độ đùn tăng trong phạm vi thử nghiệm, nhiệt độ đầu ra tăng và số lượng hạt kéo bề mặt tăng lên và trở nên nặng hơn khi các đường cơ học tăng lên. Tốc độ đùn phải được giữ ổn định nhất có thể để tránh những thay đổi đột ngột về tốc độ. Tốc độ đùn quá cao và nhiệt độ đầu ra cao sẽ dẫn đến tăng ma sát và lực kéo hạt nghiêm trọng. Cơ chế cụ thể về tác động của tốc độ đùn đến hiện tượng kéo đòi hỏi phải theo dõi và xác minh sau đó.
(7) Chất lượng bề mặt của thanh đúc cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các hạt kéo. Bề mặt của thanh đúc nhám, có gờ cưa, vết dầu, bụi, ăn mòn,… tất cả đều làm tăng xu hướng kéo các hạt.
4 Kết luận
(1) Thành phần khuyết tật kéo phù hợp với thành phần của ma trận; Thành phần của vị trí hạt rõ ràng là khác với thành phần của ma trận, chủ yếu chứa các nguyên tố O, C, Fe và Si.
(2) Các khuyết tật của hạt kéo chủ yếu là do nhôm dính vào đai làm việc của khuôn. Bất kỳ yếu tố nào thúc đẩy nhôm bám vào đai làm việc của khuôn sẽ gây ra lỗi kéo. Với mục đích đảm bảo chất lượng của thanh đúc, việc tạo ra các hạt kéo không ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần hợp kim.
(3) Xử lý lửa đồng đều đúng cách có lợi cho việc giảm lực kéo bề mặt.
Thời gian đăng: Sep-10-2024
