알루미늄 합금 압출재, 특히 알루미늄 프로파일의 압출 공정 중에 표면에 "공식" 결함이 자주 발생합니다. 구체적인 징후에는 다양한 밀도, 꼬리 끌림, 뚜렷한 손 느낌과 뾰족한 느낌이 있는 매우 작은 종양이 포함됩니다. 산화 또는 전기영동 표면 처리 후 제품 표면에 검은색 알갱이가 부착되어 나타나는 경우가 많습니다.
대형 단면 프로파일의 압출 생산에서는 잉곳 구조, 압출 온도, 압출 속도, 금형 복잡성 등의 영향으로 인해 이러한 결함이 발생할 가능성이 더 높습니다. 피트 결함의 미세 입자는 대부분 공정 중에 제거될 수 있습니다. 프로파일 표면 전처리 공정, 특히 알칼리 에칭 공정에서는 소수의 크고 단단하게 부착된 입자가 프로파일 표면에 남아 최종 제품의 외관 품질에 영향을 미칩니다.
일반 건물 문 및 창 프로파일 제품에서 고객은 일반적으로 사소한 흠집 결함을 인정하지만 기계적 특성과 장식 성능을 동일하게 강조하거나 장식 성능을 더 강조해야 하는 산업용 프로파일의 경우 고객은 일반적으로 이 결함, 특히 다음과 같은 흠집 결함을 받아들이지 않습니다. 다른 배경색과 일치하지 않습니다.
거친 입자의 형성 메커니즘을 분석하기 위해 다양한 합금 조성 및 압출 공정에 따른 결함 위치의 형태 및 구성을 분석하고, 결함과 매트릭스 간의 차이를 비교하였다. 거친 입자를 효과적으로 해결하기 위한 합리적인 솔루션을 제시하고 시범 테스트를 진행했습니다.
프로파일의 공식 결함을 해결하기 위해서는 공식 결함의 형성 메커니즘을 이해하는 것이 필요하다. 압출 공정 중 다이 작업 벨트에 달라붙는 알루미늄은 압출된 알루미늄 소재 표면에 구멍이 나는 결함의 주요 원인입니다. 알루미늄의 압출공정은 약 450℃의 고온에서 이루어지기 때문이다. 변형열과 마찰열의 영향이 더해지면 금속이 다이홀 밖으로 흘러나올 때 금속의 온도가 더 높아집니다. 제품이 금형홀 밖으로 흘러나오면 고온으로 인해 금속과 금형가공벨트 사이에 알루미늄이 들러붙는 현상이 발생합니다.
이러한 결합의 형태는 흔히 결합 - 찢기 - 결합 - 다시 찢김의 반복 과정이며 제품이 앞으로 흐르면서 제품 표면에 많은 작은 구멍이 생깁니다.
이러한 결합 현상은 잉곳의 품질, 금형 작업용 벨트의 표면 상태, 압출 온도, 압출 속도, 변형 정도 및 금속의 변형 저항과 같은 요소와 관련이 있습니다.
1 시험재료 및 방법
사전 조사를 통해 금속순도, 금형 상태, 압출 공정, 성분, 생산 조건 등의 요인이 표면 거칠어진 입자에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 알게 되었습니다. 테스트에서는 6005A와 6060이라는 두 개의 합금 막대를 사용하여 동일한 단면을 압출했습니다. 거칠어진 입자 위치의 형태와 구성을 직독 분광계와 SEM 검출 방법을 통해 분석하고, 주변의 법선 매트릭스와 비교하였다.
피트와 입자의 두 가지 결함의 형태를 명확하게 구별하기 위해 다음과 같이 정의됩니다.
(1) 움푹 패인 결함 또는 당김 결함은 점결함의 일종으로 프로파일 표면에 나타나는 불규칙한 올챙이 모양 또는 점 모양의 스크래치 결함입니다. 결함은 스크래치 줄무늬에서 시작하여 결함이 떨어져 나가면서 스크래치 라인 끝의 금속 콩에 축적됩니다. 움푹 패인 결함의 크기는 일반적으로 1~5mm이며, 그림 1의 빨간색 원에 표시된 것처럼 산화 처리 후 짙은 검정색으로 변하며 궁극적으로 프로파일의 외관에 영향을 미칩니다.
(2) 표면입자는 금속콩 또는 흡착입자라고도 한다. 알루미늄 합금 프로파일의 표면에는 구형의 회흑색 경질 금속 입자가 부착되어 있으며 느슨한 구조를 가지고 있습니다. 알루미늄 합금 프로파일에는 닦아낼 수 있는 것과 닦아낼 수 없는 것의 두 가지 유형이 있습니다. 크기는 일반적으로 0.5mm 이하로, 만졌을 때 거친 느낌이 듭니다. 앞부분에는 흠집이 없습니다. 산화 후에는 그림 1의 노란색 원에 표시된 것처럼 매트릭스와 크게 다르지 않습니다.
2 테스트 결과 및 분석
2.1 표면 당김 결함
그림 2는 6005A 합금 표면의 당김 결함의 미세 구조 형태를 보여줍니다. 당김 앞부분에 계단 모양의 긁힌 자국이 있고, 뭉쳐진 결절로 끝난다. 결절이 나타난 후 표면이 정상으로 돌아옵니다. 요철결함의 위치는 만졌을 때 매끄럽지 않고, 날카로운 가시감이 있으며, 프로파일 표면에 부착되거나 쌓인다. 압출 테스트를 통해 6005A 및 6060 압출 프로파일의 인장 형태가 유사하고 제품의 꼬리 끝이 머리 끝보다 더 많은 것으로 관찰되었습니다. 차이점은 6005A의 전체 당김 크기가 더 작고 스크래치 깊이가 약해진다는 것입니다. 이는 합금 조성, 주조 로드 상태 및 금형 조건의 변화와 관련이 있을 수 있습니다. 100X 이하에서 관찰하면, 압출 방향을 따라 늘어나는 당김 영역의 앞쪽 끝에 명백한 긁힌 자국이 있으며, 최종 결절 입자의 모양이 불규칙합니다. 500X에서 당기는 표면의 앞쪽 끝은 압출 방향을 따라 계단 모양의 긁힘이 있고(이 결함의 크기는 약 120μm) 꼬리 끝의 결절성 입자에 뚜렷한 쌓인 흔적이 있습니다.
당김 원인을 분석하기 위해 직독 분광계와 EDX를 사용하여 세 가지 합금 성분의 결함 위치와 매트릭스에 대한 성분 분석을 수행했습니다. 표 1은 6005A 프로파일의 테스트 결과를 보여줍니다. EDX 결과는 끌어당기는 입자의 적층 위치 구성이 기본적으로 매트릭스의 구성과 유사하다는 것을 보여줍니다. 또한, 풀링 결함 내부 및 주변에는 미세한 불순물 입자가 일부 축적되어 있으며, 불순물 입자에는 C, O(또는 Cl) 또는 Fe, Si, S가 포함되어 있습니다.
6005A 미세 산화 압출 프로파일의 거칠기 결함을 분석한 결과 당기는 입자의 크기가 크고(1-5mm) 표면이 대부분 쌓여 있으며 앞부분에 계단 모양의 긁힘이 있는 것으로 나타났습니다. 조성은 Al 매트릭스에 가깝고 Fe, Si, C 및 O를 포함하는 이질적인 상이 그 주위에 분포되어 있습니다. 이는 세 가지 합금의 인장 형성 메커니즘이 동일함을 보여줍니다.
압출 공정 중 금속 유동 마찰로 인해 금형 작업 벨트의 온도가 상승하여 작업 벨트 입구의 절삭날에 "끈적끈적한 알루미늄 층"이 형성됩니다. 동시에, 알루미늄 합금에 함유된 과잉 Si 및 Mn 및 Cr과 같은 기타 원소는 Fe와 대체 고용체를 형성하기 쉬우며, 이는 금형 작업 영역 입구에서 "끈적한 알루미늄 층"의 형성을 촉진합니다.
금속이 앞으로 흘러 작업벨트와 마찰되면서 특정 위치에서 연속적인 접착-찢어짐-접착의 왕복 현상이 일어나며, 이 위치에서 금속이 연속적으로 겹쳐지게 됩니다. 입자가 특정 크기로 증가하면 흐르는 제품에 의해 끌려가 금속 표면에 긁힌 자국이 생깁니다. 이는 금속 표면에 남아 스크래치가 끝나면 당기는 입자를 형성합니다. 따라서, 거친 입자의 형성은 주로 금형 작업 벨트에 부착된 알루미늄과 관련이 있다고 생각할 수 있습니다. 주변에 분포된 이질적인 상은 윤활유, 산화물 또는 먼지 입자뿐만 아니라 잉곳의 거친 표면에서 가져온 불순물에서 비롯될 수 있습니다.
그러나 6005A 테스트 결과에서 당김 횟수는 더 적고 정도는 더 가볍습니다. 한편으로는 알루미늄 층의 두께를 줄이기 위해 금형 작업 벨트 출구의 모따기와 작업 벨트의 세심한 연마로 인해 발생합니다. 반면에 이는 과도한 Si 함량과 관련이 있습니다.
직독 스펙트럼 조성 결과에 따르면, Mg Mg2Si와 결합된 Si 외에 나머지 Si가 단체 형태로 나타나는 것을 알 수 있다.
2.2 표면의 작은 입자
저배율 육안검사시 입자가 작고(0.5mm이하) 촉감이 매끄럽지 않고 날카로운 느낌을 가지며 프로파일 표면에 부착됩니다. 100X 이하에서 관찰해보면 표면에 작은 입자들이 무작위로 분포되어 있고, 스크래치 여부와 상관없이 표면에 작은 입자들이 부착되어 있는 것을 볼 수 있습니다.
500X에서는 압출 방향을 따라 표면에 뚜렷한 계단 모양의 스크래치가 있는지 여부에 관계없이 많은 입자가 여전히 부착되어 있으며 입자 크기가 다양합니다. 가장 큰 입자 크기는 약 15μm이고, 작은 입자는 약 5μm입니다.
6060 합금 표면 입자와 손상되지 않은 매트릭스의 조성 분석을 통해 입자는 주로 O, C, Si 및 Fe 원소로 구성되어 있으며 알루미늄 함량은 매우 낮습니다. 거의 모든 입자에는 O 및 C 원소가 포함되어 있습니다. 각 입자의 구성은 약간 다릅니다. 그중 a 입자는 10μm에 가까우며 이는 매트릭스 Si, Mg 및 O보다 상당히 높습니다. c 입자에서는 Si, O 및 Cl이 분명히 더 높습니다. 입자 d와 f는 높은 Si, O 및 Na를 함유하고 있습니다. 입자 e는 Si, Fe 및 O를 포함하며; h 입자는 Fe 함유 화합물입니다. 6060 입자의 결과는 이와 유사하지만 6060 자체의 Si 및 Fe 함량이 낮기 때문에 표면 입자의 해당 Si 및 Fe 함량도 낮습니다. 6060 입자의 C 함량은 상대적으로 낮습니다.
표면 입자는 하나의 작은 입자가 아닐 수도 있지만 모양이 다른 많은 작은 입자의 집합체 형태로 존재할 수도 있으며 입자마다 다른 원소의 질량 비율이 다릅니다. 입자는 주로 두 가지 유형으로 구성되어 있다고 믿어집니다. 하나는 AlFeSi 및 Si 원소와 같은 석출물인데, 이는 잉곳 내 FeAl3 또는 AlFeSi(Mn)과 같은 고융점 불순물 상이나 압출 공정 중 석출상에서 발생합니다. 다른 하나는 부착된 이물질이다.
2.3 잉곳 표면 거칠기의 영향
테스트 과정에서 6005A 주조봉 선반의 후면이 거칠고 먼지로 얼룩진 것으로 확인됐다. 그림 7에서 볼 수 있듯이 국부 위치에서 가장 깊은 터닝 도구 표시가 있는 두 개의 주조 로드가 있었는데, 이는 압출 후 당김 횟수의 상당한 증가에 해당하며 단일 당김 크기는 더 컸습니다.
6005A 주조봉에는 선반이 없으므로 표면 거칠기가 낮고 당김 횟수가 줄어듭니다. 또한, 주조봉의 선반 마크에 과잉 절삭유가 부착되지 않으므로 해당 입자 내 C 함량이 감소됩니다. 주조 로드 표면의 회전 흔적이 어느 정도 당김 및 입자 형성을 악화시키는 것으로 입증되었습니다.
3 토론
(1) 당기는 결함의 구성 요소는 기본적으로 매트릭스의 구성 요소와 동일합니다. 압출 공정 중 압출 배럴 벽이나 금형의 불감대에 쌓인 잉곳 표면의 이물질, 오래된 껍질, 기타 불순물이 금형 가공의 금속 표면이나 알루미늄층으로 유입되는 것입니다. 벨트. 제품이 앞으로 흘러가면서 표면에 흠집이 생기고, 제품이 일정 크기로 쌓이면 제품에 의해 인출되어 당김 형태가 됩니다. 산화 후 풀링이 부식되었고, 크기가 크기 때문에 거기에 피트 같은 결함이 있었다.
(2) 표면입자는 하나의 작은 입자로 나타나는 경우도 있고, 응집된 형태로 존재하는 경우도 있다. 그들의 구성은 매트릭스의 구성과 분명히 다르며 주로 O, C, Fe 및 Si 원소를 포함합니다. 일부 입자는 O 및 C 원소가 지배적이며, 일부 입자는 O, C, Fe 및 Si가 지배적입니다. 따라서 표면 입자는 두 가지 소스에서 비롯된 것으로 추론됩니다. 하나는 AlFeSi 및 원소 Si와 같은 침전물이고 O 및 C와 같은 불순물은 표면에 부착됩니다. 다른 하나는 부착된 이물질이다. 산화 후에 입자가 부식됩니다. 크기가 작기 때문에 표면에 영향이 없거나 거의 없습니다.
(3) C 및 O 원소가 풍부한 입자는 주로 잉곳 표면에 부착된 윤활유, 먼지, 토양, 공기 등에서 발생합니다. 윤활유의 주성분은 C, O, H, S 등이며, 먼지와 흙의 주성분은 SiO2입니다. 표면 입자의 O 함량은 일반적으로 높습니다. 입자는 작업 벨트를 떠난 직후 고온 상태에 있고 입자의 비표면적이 크기 때문에 공기 중의 O 원자를 쉽게 흡착하고 공기와 접촉한 후 산화를 일으켜 더 높은 O를 발생시킵니다. 매트릭스보다 콘텐츠.
(4) Fe, Si 등은 주로 잉곳의 산화물, 오래된 스케일 및 불순물 상(고융점 또는 균질화에 의해 완전히 제거되지 않는 2차 상)에서 유래합니다. Fe 원소는 알루미늄 잉곳의 Fe에서 유래하여 FeAl3 또는 AlFeSi(Mn)과 같은 고융점 불순물 상을 형성하는데, 이는 균질화 공정 중에 고용체에 용해될 수 없거나 완전히 전환되지 않습니다. Si는 주조 공정 중에 Mg2Si 또는 Si의 과포화 고용체 형태로 알루미늄 매트릭스에 존재합니다. 주조봉의 열간압출 과정에서 과도한 Si가 석출될 수 있습니다. 알루미늄에서 Si의 용해도는 450°C에서 0.48%, 500°C에서 0.8%(wt%)입니다. 6005의 과잉 Si 함량은 약 0.41%이며, 석출된 Si는 농도 변동에 따른 응집 및 석출일 수 있다.
(5) 금형 작업 벨트에 알루미늄이 달라붙는 것이 당김의 주요 원인입니다. 압출 다이는 고온, 고압 환경입니다. 금속 유동 마찰은 금형 작업 벨트의 온도를 증가시켜 작업 벨트 입구의 절단 가장자리에 "끈적한 알루미늄 층"을 형성합니다.
동시에, 알루미늄 합금에 함유된 과잉 Si 및 Mn 및 Cr과 같은 기타 원소는 Fe와 대체 고용체를 형성하기 쉬우며, 이는 금형 작업 영역 입구에서 "끈적한 알루미늄 층"의 형성을 촉진합니다. "끈적한 알루미늄 층"을 통해 흐르는 금속은 내부 마찰(금속 내부의 슬라이딩 전단)에 속합니다. 내부 마찰로 인해 금속이 변형되고 경화되어 기본 금속과 금형이 서로 달라붙게 됩니다. 동시에, 금형 작업 벨트는 압력에 의해 나팔 모양으로 변형되고, 작업 벨트의 절단 모서리 부분이 프로파일과 접촉하여 형성된 끈적끈적한 알루미늄은 선삭 공구의 절단 모서리와 유사합니다.
끈적끈적한 알루미늄의 형성은 성장과 탈락의 역동적인 과정입니다. 프로파일에 의해 입자가 지속적으로 배출됩니다. 프로파일 표면에 달라붙어 당김 결함이 형성됩니다. 작업 벨트 밖으로 직접 흘러나와 프로파일 표면에 순간적으로 흡착되는 경우, 표면에 열적으로 부착된 작은 입자를 "흡착 입자"라고 합니다. 압출된 알루미늄 합금에 의해 일부 입자가 부서지면 일부 입자가 작업 벨트를 통과할 때 작업 벨트 표면에 달라붙어 프로파일 표면에 긁힘이 발생합니다. 꼬리 끝은 쌓인 알루미늄 매트릭스입니다. 작업벨트 중간에 알루미늄이 많이 붙어 있으면(접착력이 강함) 표면 스크래치가 심해집니다.
(6) 압출 속도는 당김에 큰 영향을 미칩니다. 압출 속도의 영향. 추적된 6005 합금의 경우 시험 범위 내에서 압출 속도가 증가하고 출구 온도가 증가하며 표면 당김 입자 수가 증가하고 기계 라인이 증가함에 따라 무거워집니다. 압출 속도는 급격한 속도 변화를 피하기 위해 가능한 한 안정적으로 유지되어야 합니다. 과도한 압출 속도와 높은 출구 온도는 마찰을 증가시키고 심각한 입자 당김을 초래합니다. 당김 현상에 대한 압출 속도의 영향에 대한 구체적인 메커니즘은 후속 후속 조치 및 검증이 필요합니다.
(7) 주조봉의 표면 품질도 입자를 끌어당기는 데 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 주조 로드의 표면은 거칠고 톱니 모양의 버, 기름 얼룩, 먼지, 부식 등으로 인해 입자를 끌어당기는 경향이 증가합니다.
4 결론
(1) 인장 결함의 구성은 매트릭스의 구성과 일치합니다. 입자 위치의 구성은 주로 O, C, Fe 및 Si 원소를 포함하는 매트릭스의 구성과 분명히 다릅니다.
(2) 입자 당김 불량은 주로 금형 작업 벨트에 알루미늄이 달라붙어 발생합니다. 알루미늄이 금형 작업 벨트에 달라붙는 것을 촉진하는 요인은 당김 결함을 유발합니다. 주조봉의 품질을 보장한다는 전제 하에, 견인 입자의 생성은 합금 조성에 직접적인 영향을 미치지 않습니다.
(3) 적절하고 균일한 화재 처리는 표면 당김을 줄이는 데 도움이 됩니다.
게시 시간: 2024년 9월 10일
