Екструзија алуминијума је основни процес формирања пластике у ланцу индустрије прераде алуминијума. Производи архитектонске и индустријске профиле са унапред дефинисаним облицима и димензијама попречног пресека применом аксијалног притиска на гредице од алуминијумске легуре како би их прогурао кроз шупљине калупа. Овај процес карактерише високу искоришћеност материјала, високу ефикасност обликовања и густу микроструктуру производа, а његови производи се широко користе у грађевинарству, железничком транзиту, новим енергетским возилима, електрици и електроници, ваздухопловству и другим областима. Усклађивање параметара процеса екструзије и контрола процеса директно одређују микроструктуру, механичка својства, тачност димензија и квалитет површине екструдираних профила, што је концентрисани одраз основних техничких способности предузећа за прераду алуминијума.
И. Ток процеса екструзије језгра и кључне везе
Екструзија алуминијума је систематски процес са вишепроцесном сарадњом, који се може поделити у три фазе: предтретман гредице, формирање екструзијом и третман после екструзије. Прецизност процеса сваке везе заједно одређује квалитет финалног производа.
1. Процес предтретмана гредица
(1) Хомогенизациони третман
Током полу-континуираног ливења, инготи од легуре алуминијума су склони дефектима микроструктуре као што су интрагрануларна сегрегација, грубе друге фазе и концентрисано унутрашње напрезање. Директно екструдирање ће довести до неуједначене отпорности на деформацију, лошег квалитета површине и великих флуктуација перформанси. Хомогенизациони третман укључује загревање гредице на температуру испод линије солидуса и држање је дуго времена (за легуре серије 6ккк, обично 540~580 степени, држање 4~12 сати). Елиминише сегрегацију састава путем атомске дифузије и раствара и таложи груба интерметална једињења, значајно побољшавајући пластичност и уједначеност деформације гредице, што је предуслов за обезбеђивање квалитета екструзије.
(2) Претходно загревање гредице и калупа
Температура грејања гредице ће се подесити према систему легуре: 460~530 степени за легуре алуминијума 6ккк коване, и 400~480 степени за легуре алуминијума високе чврстоће 7ккк. Принцип је да се обезбеди добра пластичност легуре уз избегавање прегоревања. У међувремену, посуда за екструзију и матрица ће се претходно загрејати синхроно. Температура матрице је генерално 10 ~ 30 степени нижа од температуре гредице, како би се смањило нагло повећање отпора обликовања и термички удар матрице узрокован падом температуре.
2. Процес формирања екструзијом
Према карактеристикама протока метала и напрезања, главни процеси екструзије су подељени у три категорије, прилагођавајући се различитом позиционирању производа:
Дирецт Ектрусион: Најшире коришћени процес. Гредица се креће напред са екструзионим стаблом, а смер тока метала је у складу са екструзионим стаблом. Одликује се једноставним руковањем и погодном заменом матрице, али има велики отпор трења на зиду контејнера, а постоје одређене разлике у микроструктури и својствима између главе и репа профила.
Индирецт Ектрусион: Матрица се помера синхроно са стаблом за екструзију. Не постоји релативно клизање између метала и посуде за екструзију, што резултира ниским отпором на трење, уједначеном деформацијом и малом силом екструзије. Погодан је за легуре високе чврстоће и прецизне индустријске профиле, али је структура опреме сложена и трошкови одржавања су високи.
Изотермна екструзија: Подешавањем аксијалног температурног градијента гредице и регулацијом брзине екструзије у реалном времену, температура метала у зони деформације се одржава константном. У потпуности решава контрадикцију спреге између брзине и температуре и остварује уједначену микроструктуру и својства дуж целе дужине профила. То је главни процес за врхунске индустријске профиле.
Основни параметар процеса екструзије јеоднос екструзије(однос површине попречног пресека контејнера за екструзију према површини попречног пресека профила), што одражава степен деформације. Однос екструзије архитектонских профила је обично 20~50, а индустријских структурних профила може достићи 50~100. Недовољан однос екструзије ће довести до слабог ефекта пречишћавања зрна и ниске чврстоће, док је превелики однос ограничен тонажом опреме и снагом матрице.
3. Процес третмана након екструзије
(1) Гашење на мрежи
Температура профила на излазу из калупа је блиска температури третмана раствора, тако да га је потребно одмах охладити и угасити да би се елементи легуре растворили у алуминијумској матрици у презасићеном стању, стварајући услове за накнадно ојачавање старењем. Методе хлађења су подељене у три категорије: ваздушно хлађење, хлађење воденом маглом и хлађење водом, које одговарају различитим темпераментима производа:
Т5 Темпер: Усвајање ваздушног хлађења или хлађења воденом маглом са умереном брзином хлађења, у комбинацији са накнадним вештачким старењем, има добру тачност формирања и широко се користи у архитектонским декоративним профилима.
Т6 Темпер: Прихватајући топлу воду или гашење јаком воденом маглом уз брзу брзину хлађења и довољну обраду раствора, има већу чврстоћу након старења и користи се за носеће индустријске профиле.
Брзина хлађења треба да одговара саставу легуре: недовољно хлађење ће довести до превременог таложења друге фазе и смањити ефекат јачања старења; прекомерно хлађење ће лако створити велико унутрашње напрезање, узрокујући деформацију и пуцање профила.
(2) Исправљање истезања и завршна обрада
Каљени профил има заостало унутрашње напрезање и дефекте савијања/увртања. Затезна деформација од 0,5%~2% се примењује помоћу носила да би се елиминисао напон и исправила равност и тачност димензија. Након тога се врши тестерисање фиксне дужине, вештачко старење и површинска обрада (елоксирање, електрофоретски премаз, наношење праха итд.) према захтевима.
(3) Вештачко старење
Вештачко старење је основни процес загревања профила на задату температуру и задржавања, тако да презасићени чврсти раствор преципитира фазе јачања нано-размера, значајно побољшавајући чврстоћу. Типични процеси укључују: Т5 старење легуре 6063 на 170~180 степени током 6~8 сати; Т6 старење легуре 6061 на 175 степени у трајању од 8 ~ 10 сати. Прецизна контрола температуре и времена старења је основно средство за прилагођавање усклађености чврстоће и пластичности.
ИИ. Механизам процесних параметара на микроструктуру и својства
Процес екструзије је процес вруће деформације са вишепољним спрегом температуре, брзине и деформације. Параметри процеса на крају одређују микроструктуру и својства профила променом понашања рекристализације и стања таложења друге фазе.
1. Параметар температуре
Повећање температуре гредице ће побољшати пластичност легуре и смањити отпорност на деформацију, што је погодно за формирање сложених попречних пресека. Међутим, када температура пређе критичну вредност, то ће изазвати згрушавање зрна, прекомерну рекристализацију, па чак и дефекте прегоревања, што ће довести до пада механичких својстава налик на литицу. У исто време, рад пластичне деформације током екструзије ће се претворити у топлоту, чинећи излазну температуру профила значајно вишом од почетне температуре гредице. Што је већа брзина екструзије, то је очигледнији ефекат пораста температуре, што је главна потешкоћа у контроли процеса.
2. Брзина екструзије
Брзина екструзије ће бити динамички усклађена са температуром: пребрза брзина ће довести до концентрисане топлоте деформације, површинских дефеката као што су кидање и наранџаста кора на профилу, и велике температурне разлике између језгра и површине, што резултира неуједначеном микроструктуром и својствима; сувише мала брзина ће довести до ниске ефикасности производње, а профил дуго остаје у зони високе температуре која је склона рекристализованом расту зрна. Индустрија генерално усваја стратегију подударања „ниска температура + брза екструзија“ или „висока температура + спора екструзија“, и комбинује технологију изотермне екструзије како би се постигла равнотежа између ефикасности и квалитета.
3. Степен деформације
Према теорији пластичне деформације, повећање односа екструзије ће повећати густину дислокације, промовисати динамичку рекристализацију, побољшати структуру зрна и побољшати свеобухватна својства чврстоће и пластичности профила. Када је однос екструзије мањи од 10, ефекат пречишћавања зрна није очигледан, а дефекти прстена грубог зрна су склони појављивању; прекомерни однос екструзије ће изазвати нагло повећање силе екструзије, која је ограничена тонажом опреме и снагом матрице.
4. Режим гашења и старења
Брзина хлађења при гашењу директно одређује степен третмана раствора: што је бржа брзина хлађења, већа је концентрација презасићеног чврстог раствора и што су више дисперговане фазе јачања које се таложе након старења, што резултира већом чврстоћом. За легуре серије 6ккк, критична брзина хлађења је око 1~5 степени/с. Испод ове вредности, Мг₂Си фаза преципитира унапред и губи ефекат јачања.
Процес старења одређује стање таложења фаза јачања: недовољно старење доводи до недовољне преципитације фаза јачања и ниске чврстоће; врхунско старење достиже максималну снагу, али са смањеном пластичношћу; прекомерно старење изазива грубље фазе јачања, смањење чврстоће и побољшану пластичност. Одговарајући режим ће бити изабран у складу са захтевима перформанси производа.
ИИИ. Прецизне методе контроле за кључне индикаторе учинка
Контрола перформанси екструдираних алуминијумских производа фокусира се на четири основне димензије: механичка својства, тачност димензија, квалитет површине и отпорност на корозију и електричну проводљивост.
1. Контрола механичких својстава
Механичке особине (затезна чврстоћа, граница течења, издужење након лома) су основни показатељи индустријских профила. Контролни пут целог процеса укључује:
Контрола извора композиције: Прецизно контролисати садржај елемената за јачање у легури, као што је контрола укупног садржаја Мг и Си и односа Мг/Си у легурама серије 6ккк да би се обезбедило довољно формирање фазе ојачања Мг₂Си; строго контролишу елементе нечистоћа као што су Фе и Цу да би се избегле крте фазе које смањују пластичност.
Адекватност хомогенизације: Обезбедити уједначен састав и микроструктуру гредице и елиминисати локалне флуктуације перформанси.
Усклађивање процеса екструзије: Контролишите разумну температуру екструзије и однос екструзије да бисте обезбедили довољну динамичку рекристализацију и префињеност зрна.
Контрола затвореног круга гашења-старења: Обезбедите да брзина хлађења за гашење задовољава стандард и прецизно контролише уједначеност температуре и време држања пећи за старење како би се постигло оптимално таложење фаза ојачања.
2. Контрола тачности димензија
На тачност димензија алуминијумских профила утичу многи фактори као што су матрица, опрема и процес. Контролне тачке укључују:
Димензија матрице: Усвојите високо прецизну машинску обраду и полирање огледала, дизајнирајте разумну дужину лежишта и структуру отвора да бисте компензовали разлику у брзини протока метала.
Димензија процеса: стабилизовати температуру и брзину екструзије да би се избегла деформација попречног пресека узрокована неуједначеном брзином протока; контролишите количину истезања и исправљања како бисте спречили одступање димензија.
Димензија опреме: Обезбедите тачност поравнања екструдера и праволинију водилице да бисте смањили увијање и савијање изазвано зазором опреме.
Тачност димензија врхунских индустријских профила може достићи ИТ6~ИТ7 разред, испуњавајући захтеве прецизног склапања.
3. Контрола квалитета површине
Уобичајени површински проблеми укључују огреботине, удубљења, пруге, пликове, итд. Основне мере превенције и контроле су:
Побољшајте металуршки квалитет гредица да бисте смањили дефекте ливења као што су поре и инклузије.
Редовно одржавајте посуду за екструзију и матрицу, чистите површинске остатке и алуминијумске струготине и одржавајте лежиште матрице у огледалу.
Оптимизујте усклађивање брзине екструзије и температуре да бисте избегли кидање површине узроковано превеликим протоком метала.
Оптимизујте транспортну структуру испусног стола и расхладног кревета да бисте смањили механичке огреботине.
4. Отпорност на корозију и контрола електричне проводљивости
Отпорност на корозију: Смањите склоност електрохемијској корозији контролисањем униформности структуре зрна и смањењем грубих других фаза; у комбинацији са површинским третманима као што су елоксирање и електрофоретски премаз, отпорност на слани спреј и отпорност на киселину могу се значајно побољшати.
Електрична проводљивост: За алуминијумске профиле за електричну проводљивост потребно је контролисати садржај нечистоћа и смањити изобличење решетке; у исто време избегавајте грубље друге фазе изазване старењем, како бисте обезбедили равнотежу између проводљивости и снаге.
ИВ. Уобичајени недостаци квалитета и решења за превенцију
| Тип дефекта | Цоре Цаусе | Решење за превенцију и контролу |
|---|---|---|
| Површински пликови / љуштење | Поре и шупљине скупљања у гредицама; заостало уље или алуминијумске струготине у екструзионој посуди | Побољшати квалитет ливења гредица; очистити посуду за екструзију и умрити пре екструзије; контролисати температуру грејања гредице како би се избегло прегоревање |
| Прстен крупног зрна / грубо зрно | Превише висока температура екструзије; премали однос екструзије; недовољан степен деформације | Смањите температуру гредице и калупа; повећати однос екструзије; оптимизовати брзину екструзије да инхибира раст зрна рекристализације |
| Неквалификована механичка својства | Недовољна брзина хлађења каљења; одступање режима старења; композицијска сегрегација | Повећати интензитет хлађења каљења; калибрисати температурну униформност пећи за старење; обезбедити довољну хомогенизацију гредице |
| Увртање / савијање профила | Неразуман дизајн земљишног лежаја; неуједначен проток метала; неправилно исправљање истезања | Оптимизујте отворе за матрице и лежишта; подесити температуру и брзину екструзије; прецизно контролише количину и правац истезања |
| Површинске огреботине / трагови повлачења | Истрошеност земљишта које носи матрицу; тврде избочине на испусном столу и расхладном слоју | Редовно полирајте или мењајте матрице; очистити контактне површине транспортне опреме; оптимизовати структуру водича за пражњење |
В. Трендови развоја технологије индустрије
Уз надоградњу потражње од врхунске производње, технологија екструзије алуминијума наставља да се развија ка високој прецизности, високим перформансама, ниској карбонизацији и интелигенцији.
Интегрисана екструзија великих сложених попречних пресекаПотражња у областима као што су шасије нових енергетских возила и каросерије транзитних вагона промовишу популаризацију екструдера велике тонаже од 10.000 тона, реализујући интегрисано формирање великих танких, порозних шупљих профила и профила сложеног попречног пресека, замењујући традиционални склоп за заваривање и побољшавајући структурну чврстоћу и ниво лагане тежине.
Технологија екструзије за легуре високе чврстоће и жилавостиПробој у технологији екструзије за 7ккк, 2ккк алуминијумске легуре високе чврстоће и легуре алуминијум-литијум подржавају лагану потражњу за ваздухопловством и новим енергетским возилима. Основне потешкоће леже у контроли пуцања деформације и побољшању униформности микроструктуре. Индиректна екструзија, изотермна екструзија, градијентно грејање и друге технологије постале су стандардне конфигурације.
Интелигентне производне линије за екструзијуКроз дигитални близанац, он-лине инфрацрвено мерење температуре, визуелну инспекцију димензија и друге технологије, реализује се контрола параметара екструзије у затвореној петљи у реалном времену; у комбинацији са АИ алгоритмом за оптимизацију дизајна матрице и усклађивања параметара процеса, ручни покушаји и грешке су смањени, а принос и ефикасност производње су значајно побољшани.
Зелени и нискоугљенични процес екструзијеПромовисати технологије за уштеду енергије као што су електромагнетно индукционо грејање и поврат отпадне топлоте како би се смањила потрошња енергије у процесу екструзије; развити процесе екструзије кратког протока, отказати везу за поновно загревање гредице и директно користити отпадну топлоту ливења за екструзију, што може смањити свеобухватну потрошњу енергије за више од 30%.
