О дефектах алюминиевых профилей «налипы»

Что такое поверхностные дефекты алюминиевых профилей

Прессованные алюминиевые обычно отличаются высоким качеством своей поверхности. Комбинация гладкой и ровной поверхности, выдающихся оптических свойств и высокой коррозионной стойкости – все это дает алюминиевым профилям решающие преимущества по сравнению с другими металлическими материалами, например, сталями.

Однако качество поверхности алюминиевых профилей очень сильно зависит от конструкции матрицы, качества металла заготовки и технологии прессования. Поэтому при слабом контроле технологии производства алюминиевых профилей на их поверхности могут возникать различные поверхностные дефекты. Типичные поверхностные дефекты прессованных алюминиевых профилей показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Типичные поверхностные дефекты
прессованных алюминиевых профилей [1]

Ниже мы рассмотрим «популярный» дефект прессования алюминиевых профилей из сплавов 6ххх, в основном, сплавов 6060 и 6063 — дефект «налипы».

Наименование дефекта

Английское название

Английское написание дефекта имеет различные варианты:

  • pick ups (без дефиса),
  • pick-ups (с дефисом) и
  • pickups (слитно).

Сочетание pick up применяется в английском языке для обозначения следующих действий: зацепить, подцепить, подбирать и т. п.

Немецкое название

Это дефект имеет следующие немецкие варианты названия [2]:

  • Preßsflöhe («прессовые блохи») — основное название;
  • Preßfischchen («прессовые рыбки»);
  • Preßabrieb («прессовые ссадины»);
  • Klebstellen («налипы» (?)) [Kleb — клей].

Русское название

ГОСТ 22233-2001 упоминает следующие поверхностные дефекты алюминиевых профилей: пузыри, продольные следы от матрицы, задиры и налипы, но не дает никаких технических описаний этих дефектов.  Дефект, который по-английски называют pick-ups, а по-немецки – Preßsflöhe, по-видимому, больше всего соответствует дефекту «налипы», хотя, как будет видно ниже, этот дефект имеет и признаки «задиров».

Заметим, что прессовщики алюминия называют этот дефект по-разному: «блохами» (как и немцы), «ежиками» и «ершиками».

Описание дефекта

Немецкий каталог дефектов прессованных алюминиевых профилей [2] дает следующее описание дефекта Preßsflöhe (pick-ups):

«Мелкие частицы из алюминия и алюминиевых оксидов, которые были вырваны из поверхности алюминиевого профиля и позднее снова осели на его поверхность. Имеют вид запятой или кометы, которые ориентированы в направлении прессования. Могут возникать совместно с дефектом «продольные следы матрицы»».

В диссертации [3] этот дефект описывается следующим образом:

«Дефект «pick-ups» выглядит как прерывистые линии бороздок (задиров), которые часто [но не всегда] заканчиваются комочком из частиц алюминия (налипом), который возвышается над поверхностью профиля».

Внешний вид дефекта

Варианты внешнего вида дефектов «налипы-задиры» (Preßsflöhe, pick-ups) из источников [2-4] представлены на рисунках 2-13.

Рисунок 2 — Типичный схематичный внешний вид дефекта «pick-ups»[2]

Рисунок 3 — Дефект «pick-ups» на отпрессованном профиле
без дополнительной обработки [2]

Рисунок 4 — Дефект «pick-ups» (х60) [2]

Рисунок 5 – Типичный внешний вид единичного дефекта pick-up [3]

Рисунок 6 – Схематичный вид дефекта «pick-ups» [3]

Рисунок 7 – Типичный вид дефекта «pick-ups» при различном увеличении [3]:
а) голова и хвост (х25); б) голова (х100); в) хвост (х1000)

Рисунок 8 – Налипы на анодированном профиле [2]:
а – х1; б – х10

 

Рисунок 9 — Налип на анодированном профиле (х100) [2]

 

Рисунок 10 — Дефект «налип» на окрашенном алюминиевом профиле
под слоем краски [4]

 

Рисунок 11 — Дефект «налип» под слоем краски
на поперечном сечении под микроскопом  [4]

 


Рисунок 12 — Дефект «налипы-задиры» имеет вид кометы
(имеет голову и хвост, иногда только хвост) [4]:
а – на поверхности профиля (выделены красным);
б – при увеличении под электронным микроскопом;
в) и г) — при различным увеличением под световым микроскопом

 


Рисунок 13 – Слоистое строение головки дефекта «налип» [3]

 

Каковы размеры дефекта «налип»

К размерам » налипа» относят его общую длину (голова + хвост) и высоту головы.  При некоторых критических размерах эти налипы становятся видны под слоем краски. По мнению источника [3] налипы с высотой головы  50 мкм являются предельно допустимыми.

Механизм образования дефекта «налип»

Признанный механизм образования дефекта «налип» — налипание алюминия оксидов на выходной части рабочего пояска матрицы (рисунки 14-16).

Рисунок 14 – Механизм образования дефекта «налип» по [4]


Рисунок 15 – Выходная часть пояска матрицы с налипшим слоем алюминия и оксидов. Стрелкой показан налип, который готов сорваться с пояска на алюминиевый профиль [4]

 

Рисунок 16 – Механизм образования дефекта «pick-ups» по [3]

 

Причины возникновения дефекта «налипы»

По немецкому каталогу дефектов [2]:

1) Техническое состояние оборудования:

  • Изношены рабочие пояски матрицы
  • Резкое изменение длины рабочего пояска
  • Недостаточно точное выравнивание осей матрицы и контейнера
  • Чрезмерное скопление загрязненного металла на внутренней стенке контейнера

2) Качество металла заготовки;

  • Заготовка низкого качества (примеси на поверхности заготовки или внутри заготовки; отсутствие гомогенизации или недостаточная гомогенизация)

3) Параметры прессования

  • Слишком высокая температура заготовки
  • Неоптимальная скорость прессования
  • Слишком высокая температура профилей на выходе из матрицы

По материалам вебинара [3]:

1) Температура профилей на выходе из матрицы слишком высокая (рисунок Х):

  • слишком высокая исходная температура заготовки;
  • слишком высокая скорость прессования.

2) Плохое состояние поверхности рабочих поясков матрицы:

  • нарушение технологии азотирования матриц;
  • перегрев матриц в печи нагрева матриц;
  • рабочий поясок слишком длинный или имеет резкие изменения длины;
  • недостаточная или неправильная полировка рабочих поясков.

3) Низкое качество металла заготовки:

  • негомогенизированная или недостаточно гомогенизированная заготовка;
  • высокое содержание железа (выше 0,18 %);
  • большое содержание неметаллических включений;
  • наружная оболочка заготовки слишком толстая и имеет высокую концентрацию примесей.

Предотвращение образования дефекта «налипы»:

Рекомендации немецкого каталога [2]

  • Тщательная полировка рабочих поясков матриц
  • Применение азотированных матриц
  • Применение матриц со специальными покрытиями на рабочих поясках
  • Избегать резких изменений длины рабочих поясков матрицы
  • Оптимизация конструкции матрицы
  • Повышение качества заготовки: минимальное содержание загрязнений и включений на поверхности заготовки и внутри нее
  • Снижение температуры прессования
  • Корректировка скорости прессования
  • Регулярная чистка внутренней поверхности контейнера
  • Тщательное выравнивание осей матрицы и контейнера
  • Оптимальная температура контейнера по отношению к температуре заготовки в зависимости от сплава и параметров прессования

Рекомендации вебинара AEC [4]

  • Исходная температура заготовки и скорость прессования должны оптимизированы.
  • Правильно азотировать матрицы, что бы избежать преждевременного износа рабочих поясков матриц в результате отслоений и растрескивания.
  • Скорректировать нагрев матриц, чтобы предотвратить чрезмерное окисление их рабочих поясков.
  • Оптимизировать рабочие пояски: избегать слишком большой длины и резких изменений длины.
  • Снизить окисление рабочих поясков за счет создания инертной среды путем подачи в матрицу азота (рисунок 17)
  • Материал литой заготовки должен пройти достаточно полную гомогенизацию: не менее 95 % частиц грубых и острых бета-AlFeSi должны перейти в более благоприятные для качества поверхности малые и округлые частицы альфа-AlFeSi.
  • Максимально снизить содержание железа в материале заготовки — не выше 0,18 % [что очень трудно реализовать – A-G].
  • Материал заготовки дожжен иметь минимальное содержание включений и примесей, как в поверхностном слое, так и внутри.

Рисунок 17 — Влияние инертной среды азота на качество поверхности алюминиевых профилей [4]

Рекомендации диссертации [3]

1) Обеспечивать высокий уровень контактного напряжения внутри канала рабочего пояска. Для этого:

  • Применять слегка заглушенные (замедляющие) рабочие пояски (< 1º), чтобы обеспечивать контактное давление внутри рабочего пояска. При проектировании матрицы учитывать упругие деформации матрицы, которые могут приводить к растормаживанию рабочего пояска.
  • Необходимо быть очень внимательным при корректировке геометрии матрицы. Обычно корректировка выполняется путем ручной полировки поверхности рабочего пояска. Неправильное выполнение полировки может приводить к тому, что эффективный угол рабочего пояска может быть изменен и этого никто не заметит.

2) Оптимизировать выходную температуру профиля и скорость прессования. Чаще всего это означает или низкую температуру на выходе из пресса, или низкую скорость прессования. Одновременно высокая температура и высокая скорость дают максимальное образование дефектов «налипы-задиры».

3) Снижать по возможности длину рабочих поясков (избегать нулевых рабочих поясков). Самым эффективным решением является короткий, приторможенный рабочий поясок.

4) Применять охлаждение матрицы таким образом, чтобы падение температуры в направлении от профиля к рабочему пояска было достаточно большим для подавления роста налипания алюминия на рабочем пояске.

Заключение

1. Представлена информация из различных источников по причинам образования дефекта «налипы» (pick-ups) и возможным мерам по их предотвращению. Мы ни в коей мере не претендуем на полноту изложения этой проблемы и полное ее раскрытие, но надеемся, что эта информация поможет углублению ее понимания у прессовщиков алюминия.

2. Открытым остается вопрос по адекватному названию этого дефекта. «Пилотным» названием пока остается вариант «налипы».

Источники

1. Storen S. and Moe P.T. Extrusion // Handbook of Aluminum: Vol. 1/ George E. Totten, D. Scott MacKenzie, 2003.

2. Merkmale von Aluminium-Strangpreßprofilen Oberflächen / IWK Aachen, 2001.

3. Surface Quality of Aluminium Extrusion Products / Xiao Ma, PhD Thesis, University of Twente, Enschede, the Netherlands, 2011.

4. Extrusion Defects Fundamentals & Solutions for Optimum Finish/ Jerome Fourmann (Rio Tinto), (AEC Webinar), 2017