Aluminiumsekstruderingsprosess og ytelseskontroll: Teknisk industrikunnskap

Aluminiumsekstrudering er en kjerneplastformingsprosess i aluminiumsprosesseringsindustrien. Den produserer arkitektoniske og industrielle profiler med forhåndsdefinerte tverrsnittsformer og dimensjoner ved å påføre aksialt trykk på aluminiumslegeringer for å tvinge dem gjennom dysehulrom. Denne prosessen har høy materialutnyttelse, høy formingseffektivitet og tett produktmikrostruktur, og produktene er mye brukt i konstruksjon, jernbanetransport, nye energikjøretøyer, elektrisk og elektronikk, romfart og andre felt. Tilpasningen av ekstruderingsprosessparametere og prosesskontroll bestemmer direkte mikrostrukturen, mekaniske egenskaper, dimensjonsnøyaktighet og overflatekvalitet til ekstruderte profiler, som er en konsentrert refleksjon av den kjernetekniske evnen til aluminiumforedlingsbedrifter.

I. Kjerneekstruderingsprosessflyt og nøkkelkoblinger

Aluminiumsekstrudering er en systematisk prosess med multiprosesssamarbeid, som kan deles inn i tre stadier: billettforbehandling, ekstruderingsforming og postekstruderingsbehandling. Prosesspresisjonen til hver kobling bestemmer i fellesskap den endelige produktkvaliteten.

1. Billet-forbehandlingsprosess

(1) Homogeniseringsbehandling

Under semi-kontinuerlig støping er aluminiumslegeringsblokker utsatt for mikrostrukturdefekter som intragranulær segregering, grove andre faser og konsentrert indre stress. Direkte ekstrudering vil føre til ujevn deformasjonsmotstand, dårlig overflatekvalitet og store ytelsessvingninger. Homogeniseringsbehandling involverer oppvarming av emnet til en temperatur under soliduslinjen og holder det i lang tid (for 6xxx-serielegeringer, vanligvis 540~580 grader, holder i 4~12 timer). Det eliminerer sammensetningssegregering gjennom atomdiffusjon, og løser opp og utfeller grove intermetalliske forbindelser, noe som forbedrer plastisiteten og deformasjonsensartetheten til emnet betydelig, som er forutsetningen for å sikre ekstruderingskvalitet.

(2) Billet and Die Preheating

Billedoppvarmingstemperaturen skal stilles inn i henhold til legeringssystemet: 460~530 grader for 6xxx smide aluminiumslegeringer, og 400~480 grader for 7xxx høyfaste aluminiumslegeringer. Prinsippet er å sikre god plastisitet av legeringen samtidig som man unngår overbrenning. I mellomtiden skal ekstruderingsbeholderen og dysen forvarmes synkront. Dysetemperaturen er vanligvis 10 ~ 30 grader lavere enn billetttemperaturen, for å redusere den plutselige økningen i formingsmotstanden og termisk sjokk forårsaket av temperaturfall.

2. Ekstrusjonsformingsprosess

I henhold til metallstrømnings- og spenningsegenskaper er vanlige ekstruderingsprosesser delt inn i tre kategorier, tilpasset forskjellig produktposisjonering:

Direkte ekstrudering: Den mest brukte prosessen. Emnet beveger seg fremover med ekstruderingsstammen, og metallstrømningsretningen er i samsvar med ekstruderingsstammen. Den har enkel betjening og praktisk dyseskifte, men har stor friksjonsmotstand på beholderveggen, og det er visse forskjeller i mikrostruktur og egenskaper mellom hodet og halen av profilen.

Indirekte ekstrudering: Dysen beveger seg synkront med ekstruderingsstammen. Det er ingen relativ glidning mellom metallet og ekstruderingsbeholderen, noe som resulterer i lav friksjonsmotstand, jevn deformasjon og lav ekstruderingskraft. Den er egnet for høyfaste legeringer og høypresisjons industrielle profiler, men utstyrsstrukturen er kompleks og vedlikeholdskostnadene høye.

Isotermisk ekstrudering: Ved å forhåndsinnstille den aksiale temperaturgradienten til emnet og regulere ekstruderingshastigheten i sanntid, holdes metalltemperaturen i deformasjonssonen konstant. Den løser fullstendig koblingsmotsigelsen mellom hastighet og temperatur, og realiserer ensartet mikrostruktur og egenskaper langs hele profilens lengde. Det er mainstream-prosessen for avanserte industrielle profiler.

Kjerneparameteren i ekstruderingsprosessen erekstruderingsforhold(forholdet mellom tverrsnittsarealet til ekstruderingsbeholderen og profilens tverrsnittsareal), som gjenspeiler graden av deformasjon. Ekstruderingsforholdet til arkitektoniske profiler er vanligvis 20 ~ 50, og det for industrielle strukturelle profiler kan nå 50 ~ 100. Utilstrekkelig ekstruderingsforhold vil føre til svak kornforfiningseffekt og lav styrke, mens overdreven forhold begrenses av utstyrets tonnasje og dysestyrke.

3. Behandlingsprosess etter ekstrudering

(1) Online quenching

Temperaturen på profilen som kommer ut av dysen er nær oppløsningsbehandlingstemperaturen, så den må avkjøles og bråkjøles umiddelbart for å få legeringselementer til å løse seg opp i aluminiumsmatrisen i en overmettet tilstand, og skape forhold for påfølgende aldersforsterkning. Kjølemetoder er delt inn i tre kategorier: luftkjøling, vanntåkekjøling og vannkjøling, tilsvarende ulike produkttemperaturer:

T5 Temperasjon: Ved å bruke luftkjøling eller vanntåkekjøling med moderat kjølehastighet, kombinert med påfølgende kunstig aldring, har den god formingsnøyaktighet og er mye brukt i arkitektoniske dekorative profiler.

T6 Temperasjon: Ved å ta i bruk varmt vann eller sterk vanntåkeslukking med rask kjølehastighet og tilstrekkelig løsningsbehandling, har den høyere styrke etter aldring og brukes til bærende industrielle profiler.

Avkjølingshastigheten skal samsvare med legeringssammensetningen: utilstrekkelig kjøling vil føre til for tidlig nedbør av den andre fasen og redusere den aldersforsterkende effekten; overdreven kjøling vil lett generere store indre spenninger, forårsake deformasjon og sprekker i profilen.

(2) Stretch-retting og etterbehandling

Den bråkjølte profilen har gjenværende indre spenninger og bøye-/vridningsfeil. En strekkdeformasjon på 0,5%~2% påføres av en båre for å eliminere stress og riktig retthet og dimensjonsnøyaktighet. Deretter utføres saging med fast lengde, kunstig aldring og overflatebehandling (anodisering, elektroforetisk belegg, pulverlakkering, etc.) i henhold til kravene.

(3) Kunstig aldring

Kunstig aldring er kjerneprosessen med å varme opp profilen til en innstilt temperatur og holde den, slik at den overmettede faste løsningen utfeller forsterkningsfaser i nanoskala, noe som forbedrer styrken betydelig. Typiske prosesser inkluderer: T5-aldring av 6063-legering ved 170~180 grader i 6~8 timer; T6-aldring av 6061-legering ved 175 grader i 8-10 timer. Den nøyaktige kontrollen av aldringstemperatur og tid er kjernemetoden for å justere matching av styrke og plastisitet.

II. Mekanisme for prosessparametere på mikrostruktur og egenskaper

Ekstrusjonsprosessen er en varm deformasjonsprosess med flerfeltskobling av temperatur, hastighet og deformasjon. Prosessparametere bestemmer til slutt mikrostrukturen og egenskapene til profilen ved å endre rekrystalliseringsatferden og utfellingstilstanden til den andre fasen.

1. Temperaturparameter

Økning av emnetemperaturen vil forbedre legeringsplastisiteten og redusere deformasjonsmotstanden, noe som bidrar til å danne komplekse tverrsnitt. Men når temperaturen overstiger den kritiske verdien, vil det føre til forgrovning av korn, overdreven rekrystallisering og til og med overbrennende defekter, noe som fører til en klippelignende nedgang i mekaniske egenskaper. Samtidig vil det plastiske deformasjonsarbeidet under ekstrudering omdannes til varme, noe som gjør profilens utløpstemperatur betydelig høyere enn den opprinnelige emnetemperaturen. Jo raskere ekstruderingshastigheten er, desto tydeligere er temperaturøkningseffekten, som er kjernevanskeligheten ved prosesskontroll.

2. Ekstruderingshastighet

Ekstruderingshastigheten skal være dynamisk tilpasset temperaturen: for høy hastighet vil føre til konsentrert deformasjonsvarme, overflatedefekter som riving og appelsinskall på profilen, og stor temperaturforskjell mellom kjernen og overflaten, noe som resulterer i ujevn mikrostruktur og egenskaper; for lav hastighet vil føre til lav produksjonseffektivitet, og profilen holder seg lenge i høytemperatursonen, noe som er utsatt for rekrystallisert kornvekst. Industrien bruker generelt matchingsstrategien "lav temperatur + rask ekstrudering" eller "høy temperatur + langsom ekstrudering", og kombinerer isotermisk ekstruderingsteknologi for å oppnå balansen mellom effektivitet og kvalitet.

3. Deformasjonsgrad

I følge plastisk deformasjonsteori vil økning av ekstruderingsforholdet øke dislokasjonstettheten, fremme dynamisk rekrystallisering, foredle kornstrukturen og forbedre de omfattende egenskapene til styrke og plastisitet til profilen. Når ekstruderingsforholdet er mindre enn 10, er kornforfiningseffekten ikke åpenbar, og grove kornringdefekter er tilbøyelige til å oppstå; for høyt ekstruderingsforhold vil føre til en kraftig økning i ekstruderingskraft, som begrenses av utstyrets tonnasje og formstyrke.

4. Slokke- og aldringsregime

Bråkjølingshastigheten bestemmer direkte graden av løsningsbehandlingen: jo raskere kjølehastigheten er, desto høyere er konsentrasjonen av den overmettede faste løsningen, og desto mer spredt blir forsterkningsfasene utfelt etter aldring, noe som resulterer i høyere styrke. For legeringer i 6xxx-serien er den kritiske kjølehastigheten omtrent 1 ~ 5 grader /s. Under denne verdien utfelles Mg₂Si-fasen på forhånd og mister den styrkende effekten.

Aldringsprosessen bestemmer nedbørstilstanden til forsterkningsfaser: underaldring fører til utilstrekkelig nedbør av forsterkningsfaser og lav styrke; toppaldring når maksimal styrke, men med redusert plastisitet; overaldring forårsaker forgrovning av forsterkningsfaser, redusert styrke og forbedret plastisitet. Det tilsvarende regimet skal velges i henhold til kravene til produktets ytelse.

III. Nøyaktige kontrollmetoder for kjerneytelsesindikatorer

Ytelseskontrollen til ekstruderte aluminiumsprodukter fokuserer på fire kjernedimensjoner: mekaniske egenskaper, dimensjonsnøyaktighet, overflatekvalitet og korrosjonsmotstand og elektrisk ledningsevne.

1. Mekanisk eiendomskontroll

Mekaniske egenskaper (strekkfasthet, flytestyrke, forlengelse etter brudd) er kjerneindikatorene for industrielle profiler. Hele prosesskontrollbanen inkluderer:

Komposisjonskildekontroll: Kontroller innholdet av forsterkningselementer nøyaktig i legeringen, slik som å kontrollere det totale innholdet av Mg og Si og Mg/Si-forholdet i 6xxx-seriens legeringer for å sikre tilstrekkelig dannelse av Mg₂Si-forsterkende fase; kontroller strengt urenhetselementer som Fe og Cu for å unngå sprø faser som reduserer plastisiteten.

Homogenisering tilstrekkelig: Sikre ensartet sammensetning og mikrostruktur av emnet og eliminere lokale ytelsessvingninger.

Matching av ekstruderingsprosess: Kontroller rimelig ekstruderingstemperatur og ekstruderingsforhold for å sikre tilstrekkelig dynamisk rekrystallisering og kornforfining.

Slokking-aldring med lukket sløyfekontroll: Sørg for at bråkjølingshastigheten oppfyller standarden, og kontroller nøyaktig temperaturensartetheten og holdetiden til aldringsovnen for å oppnå optimal utfelling av forsterkningsfaser.

2. Dimensjonsnøyaktighetskontroll

Dimensjonsnøyaktigheten til aluminiumsprofiler påvirkes av mange faktorer som dyse, utstyr og prosess. Kontrollpunktene inkluderer:

Dysdimensjon: Bruk høypresisjonsmaskinering og speilpolering, utform rimelig lagerlandlengde og koøyestruktur for å kompensere for forskjellen i metallflythastighet.

Prosessdimensjon: Stabiliser ekstruderingstemperatur og hastighet for å unngå tverrsnittsdeformasjon forårsaket av ujevn strømningshastighet; kontroller strekkmengden av strekkretting for å forhindre dimensjonsavvik.

Utstyrsdimensjon: Sikre innrettingsnøyaktigheten til ekstruderen og rettheten til styreskinnen for å redusere vridning og bøyning forårsaket av utstyrsklaring.

Dimensjonsnøyaktigheten til avanserte industrielle profiler kan nå IT6~IT7-graden, og oppfylle kravene til presisjonsmontering.

3. Overflatekvalitetskontroll

Vanlige overflateproblemer inkluderer riper, groper, striper, blemmer osv. De viktigste forebyggings- og kontrolltiltakene er:

Forbedre den metallurgiske kvaliteten på emner for å redusere støpefeil som porer og inneslutninger.

Vedlikehold ekstruderingsbeholderen og dysen regelmessig, rens opp overflateavfall og aluminiumsspon, og hold dyselageret i speil.

Optimaliser tilpasningen av ekstruderingshastighet og temperatur for å unngå riving av overflaten forårsaket av for høy metallstrømningshastighet.

Optimaliser transportstrukturen til utløpsbordet og kjølesengen for å redusere mekaniske riper.

4. Korrosjonsmotstand og elektrisk konduktivitetskontroll

Korrosjonsmotstand: Reduser tendensen til elektrokjemisk korrosjon ved å kontrollere jevnheten i kornstrukturen og redusere grove andre faser; kombinert med overflatebehandlinger som anodisering og elektroforetisk belegg, kan saltspraymotstanden og syre-basebestandigheten forbedres betraktelig.

Elektrisk ledningsevne: For aluminiumsprofiler for elektrisk ledning er det nødvendig å kontrollere innholdet av urenhetselementer og redusere gitterforvrengning; samtidig unngå forgrovning av den andre fasen forårsaket av overaldring, for å sikre balansen mellom ledningsevne og styrke.

IV. Vanlige kvalitetsfeil og forebyggingsløsninger

V. Utviklingstrender for industriteknologi

Med oppgraderingen av etterspørselen fra high-end nedstrøms produksjon, fortsetter aluminiumsekstruderingsteknologien å utvikle seg mot høy presisjon, høy ytelse, lav karbonisering og intelligens.

Integrert ekstrudering av store komplekse tverrsnittEtterspørsel fra felt som nye energikjøretøy-chassis og karosserier for jernbanetransport fremmer populariseringen av 10 000 tonns ekstrudere med stor tonnasje, og realiserer integrert forming av store tynnveggede, porøse hule og komplekse tverrsnittsprofiler, erstatter tradisjonell sveisemontering og forbedrer strukturell styrke og lettvektsnivå.

Ekstruderingsteknologi for legeringer med høy styrke og høy seighetGjennombrudd innen ekstruderingsteknologi for 7xxx, 2xxx høystyrke aluminiumslegeringer og aluminium-litiumlegeringer støtter lettvektsbehovet til romfart og nye energikjøretøyer. Kjernevanskene ligger i å kontrollere deformasjonssprekker og forbedre mikrostrukturens ensartethet. Indirekte ekstrudering, isotermisk ekstrudering, gradientoppvarming og andre teknologier har blitt standardkonfigurasjoner.

Intelligente ekstruderingsproduksjonslinjerGjennom digital tvilling, on-line infrarød temperaturmåling, visuell dimensjonsinspeksjon og andre teknologier, realiseres sanntids lukket sløyfekontroll av ekstruderingsparametere; kombinert med AI-algoritme for å optimalisere formdesign og prosessparametertilpasning, reduseres manuell prøving og feiling, og utbyttet og produksjonseffektiviteten er betydelig forbedret.

Grønn og lavkarbon ekstruderingsprosessFremme energisparende teknologier som elektromagnetisk induksjonsoppvarming og spillvarmegjenvinning for å redusere energiforbruket i ekstruderingsprosessen; utvikle ekstruderingsprosesser med kort strømning, kansellere gjenoppvarmingskoblingen for emner og bruke støpespillvarme direkte til ekstrudering, noe som kan redusere det omfattende energiforbruket med mer enn 30 %.