Дефекты алюминиевых профилей

Дефекты профилей из сплавов типа 6060

Любой завод по производству алюминиевых профилей должен постоянно поддерживать усилия в трех важных направлениях работы:

  • своевременное выявление дефектов производимых алюминиевых профилей;
  • анализ причин их возникновения и
  • незамедлительные корректирующие действия по устранению причин возникновения этих дефектов.

Ниже рассмотрены дефекты профилей из «мягких» алюминиевых сплавов типа 6060/6063. В определенной мере это относится и к другим, среднепрочным, сплавам серии 6ххх.

Дефекты профилей из высокопрочных сплавов, таких как сплавов серий 2ххх, 5ххх и 7ххх, имеют свои особенности из-за высокого содержания легирующих элементов, таких как, медь, магний и цинк.

Все дефекты относятся к собственно производству алюминиевых профилей на прессовой линии (см. рисунок внизу), без дефектов анодирования и порошковой окраски. Дефекты анодирования и порошковой окраски алюминиевых профилей требуют отдельного рассмотрения.

Терминология дефектов алюминиевых профилей

Терминология дефектов алюминиевых профилей еще продолжает формироваться, причем как англоязычная, так и русскоязычная. Так, в англоязычной литературе каждый дефект профилей имеет, как правило, несколько названий.

Будем «отталкиваться» от англоязычной системы дефектов алюминиевых профилей, как, безусловно, более развитой, чем русскоязычная. Каждому английскому термину будем пытаться ставить в соответствие русский термин.

Применяемые ниже русские аналоги английских терминов взяты из нормативно-технической документации (в основном, ГОСТ 8617-81 и ГОСТ 22233-2001), технической литературы по производству алюминиевых профилей, а также из практического лексикона действующих прессовщиков алюминия. К сожалению, для алюминиевых профилей нет такого подробного стандарта по терминам дефектов с «картинками», как ГОСТ 21014-88 для проката черных металлов.

Некоторые английские термины еще не имеют русских аналогов. В этом случае будем прилагать максимально близкий русский перевод английского термина. Такие «термины» будем выделять курсивом или снабжать знаком вопроса.

Классификация дефектов по причине их возникновения

Все дефекты алюминиевых профилей удобно подразделять по причинам их возникновения – одной или нескольких:

  • неоднородность течения металла в матрице;
  • течение алюминия через рабочие пояски матрицы;
  • неравномерное течение металла в матрице;
  • поперечные и продольные сварные швы;
  • неоднородность микроструктуры металла;
  • температура и скорость прессования;
  • передача и обработка профилей в линии пресса;
  • повреждения профилей в печи старения.

Дефекты от неоднородности течения металла в контейнере

В промышленном прямом прессовании алюминиевых профилей обычно реализуется режим, когда трение между заготовкой и контейнером достаточно высокое и напряжение течения материала заготовки вблизи менее нагретого контейнера выше, чем в центре заготовки.

С этим явлением связан дефект алюминиевых профилей, который называют:

  • back-end-defect – утяжина.

См. подробнее здесь.

По-английски этот дефект также называют, как funnel («воронка»), pipe («труба») и fishtailing («рыбий хвост»).

По той же причине в центре прессованного изделия (не только «профиля») могут возникать дефекты в виде радиальных трещин. По-английски их могут называть centerburst, center cracking, arrowhead fracture или shevron cracking. Это в большей степени относится к высоко легированным алюминиевым сплавам.

К этой же категории относится следующий подповерхностный дефект:

  • blisters – пузыри.

Дефекты, связанные с состоянием рабочих поясков матриц

На поверхности профилей возникают различные типы дефектов:

  • die lines – следы матрицы (риски);
  • score lines – борозды (?);
  • pick-ups – налипы, задиры;
  • scratches — царапины;
  • dents — вмятины.

Американская Алюминиевая Ассоциация определяет следы матрицы (die lines) как “продольные углубления или выступы, которые образуются  на поверхности прессованного изделия вследствие неровностей поверхности рабочих поясков матриц”. Считается, что полностью избежать возникновения следов матрицы невозможно, но можно добиться того, что они будут очень мелкие и неглубокие. Тогда их называют “micro die lines”.

Неравномерное течение металла в матрице

Неравномерность течения металла в матрице может приводить к таким дефектам как:

  • bending – непрямолинейность;
  • twisting – скручивание;
  • out of angle – отклонение от заданного угла (между полками);
  • concave – вогнутость (прямолинейных полок);
  • convex – выпуклость (прямолинейных полок);

Из-за неравномерности течения металла в матрице могут возникать дефекты с общим названием

  • uneven surface («неровная поверхность»).

В тонких алюминиевых полосах эти дефекты имеют вид:

  • centre buckle (center waves, pockets) – повторяющиеся выпуклости и вогнутости в центре полосы или полки (возникают при слишком высокой скорости центра полосы или полки);
  • edge buckle (wrinkles) – «морщины» по краям полосы или полки (слишком низкая скорость центра полосы или полки).

В более сложных по форме профилей может возникать более серьезный дефект формы, который иногда называют wryness (что-то вроде слова «перекошенность»).

Близким к этим дефектам является дефект:

  • chatter – «рябь» (мелкие параллельные волны перпендикулярно направлению прессования.

Поперечные и продольные сварные швы

В настоящее время общей практикой является прессовать профили методом “заготовка за заготовкой». Для этого применяют матрицы со сварочными камерами и питателями. Особенность таких матриц в том, что в них остается значительное количество металла из заднего конца предыдущей заготовки. Этот металл дает поверхность для сваривания предыдущей заготовки со следующей заготовкой. Это приводить к образованию дефекта:

  • transverse weld – поперечный сварной шов.

Этот дефект называют также «charge weld»

Если поверхности смежных заготовок достаточно чистая, то проблем со сваркой обычно не происходит. На практике же торцы заготовок всегда окислены, а поверхность горячего реза часто загрязнена остатками смазки и окисленного металла с лезвий горячих ножниц. В результате поперечный сварочный шов обычно всегда является «дефективным» и его вырезают при последующей холодной резке профилей на мерные длины.

Для полых профилей этот дефект усугубляется тем, что загрязненный металл может проникать на значительной длине в продольные швы. Этот дефект обычно бывает виден в виде полос различного оттенка, особенно после щелочного травления перед анодированием:

  • longitudinal weld – продольный сварной шов.

Металлургические дефекты

Металлургические дефекты алюминиевых профилей подразделяют на три основных категории:

  • streaking — полосчатость;
  • non-uniform appearance – пятна различных оттенков: темные и светлые, матовые и блестящие и т. п.

Полосчатость — дефект в виде полос различных оттенков по цвету или матовости на анодированных профилях. Основная причина полосчатости – различия в микроструктуре между различными «полосами» профиля.

Темные грубые пятна (серые или черные) могут быть через регулярные интервалы вдоль профиля. Они вызваны выделением крупных частиц силицида магния при различных скоростях охлаждения смежных участков профиля, например, при остановке горячего профиля на рольгане. Эти дефекты называют:

  • hot spots – “горячие” пятна.

Другим металлургическим дефектом является:

  • spangle – «блестки”.

Дефект “spangle” — это видимая невооруженным глазом крупнозернистая структура поверхности.

Параметры прессования

Если температура или скорость на выходе из матрицы слишком велики, то на кромках профилей начинают образовываться трещины, которые затем распространяются на всю поверхность. Этот дефект называют:

  • hot tears – горячие трещины.

Этот дефект называют также «fir-tree cracking» и «speed cracking».

При чрезмерной скорости или температуре прессования возникает состояние металла с низкой механической прочностью и тенденцией металла растрескиваться вместо пластического деформирования. Этот явление называют «hot shortness» или «U-shaped cracking».

Дефекты при передаче профилей по линии пресса

На поверхности профиля, особенно массивного, могут возникать:

  • graphite lines (carbon marks, runout marks) – графитные полосы.

Графитные полосы возникают из-за трения горячего профиля по графитным блокам или графитным роликам выходного (приемного) стола пресса.

При нештатной остановке пресса на профилях образуется дефект:

  • die stop marks – поперечные следы матрицы при остановке пресса.

При штатных остановках пресса этот дефект находится в начале поперечного сварного шва.

При резкой смене параметров прессования возникает дефект:

  • snap mark — след в виде полосы вокруг всего периметра профиля. По-русский его можно назвать «обхват».

При прессовании на многоочковых матрицах смежные прессованные изделия («экструдаты») могут тереться друг об друга и образовывать

  • hot rub marks – горячие потертости.

При передаче профилей по линии пресса к пиле мерной резки (см. рисунок внизу) могут возникать следующие дефекты:

  • scratches — царапины;
  • dents – вмятины.

Общее название дефекта поверхности профиля, когда ее качество ниже, чем задано в промышленных стандартах:

  • rough surface – грубая поверхность.

Дефекты, связанные с термической обработкой

Нарушения параметров термической обработки профилей (температура профиля на выходе из матрицы, скорость охлаждения профиля, температура и длительность выдержки в печи старения) могут привести к дефекту профилей:

  • low hardness – низкая твердость (низкая прочность).

В печи старения могут возникать такие дефекты, как

  • вмятины или следы от прокладок.

Темные следы на профилях после печи старения возникают, если применяют прокладки, не защищенные термостойким материалом типа кевлара. Вмятины могут возникать на нижних рядах профилей в корзине от веса верхних профилей, если прокладки просто лежат между рядами профилей, а не опираются на борта корзины.

Особо подчеркнем, что примененные выше русские термины, а также их соответствия английским терминам, конечно же, не являются окончательными, абсолютно правильными и полными. Поэтому любая конструктивная критика и конкретные предложения, особенно от действующих прессовщиков-производственников, категорически приветствуются.

Замечания, возражения и предложения по дефектам алюминиевых профилей шлите, пожалуйста, на info@aluminium-guide.ru.

shema-ekstrusionnogo-pressaРисунок — Схема расположения прессового оборудования типичной линии для производства алюминиевых профилей (печь старения не показана). Источник: El Kennedy (по R. L. Best Co.)

Источники:

  1. A.F.M Arif et al, Product defects in aluminum extrusion and their impact on operation cost, KFUPM, Saudi Arabia, 2002.
  2. P. K. Saha, Aluminum Extrusion Technology, ASM International, 2000.
  3. Щерба В.Н. Прессование алюминиевых сплавов, Интермет Инжиниринг, 2001.
  4. R. Ramanan et al (Alcan), Helping the Customer — Part 2, ET2012, Chicago, 2012.
  5. GAG Guidance Document 001, Terms and Definition, 2011.