Eloxieren von Aluminium: Einfluss von Matrizen und Presstechnologie

Einführung

Merkmale der Mikrostruktur des Materials von Aluminiumprofilen - Aluminiumlegierungen - sind sehr oft der Grund für die Inhomogenität des Aussehens ihrer eloxierten Oberfläche. Die Gründe für diese Heterogenität des Gefüges sind Verstöße gegen die Technologie zur Herstellung von Aluminiumprofilen – aus Gussbarren-Säulen, aus denen die Rohlinge für die Strangpresse geschnitten werden und bis hin zur Wärmebehandlungstechnik beim Abschrecken auf der Presse und im Warmauslagerungsofen.

Im vorherigen Teil - Teile 1 - wurde überprüft der Einfluss der Technologie des Gießens von Barren-Säulen zur Mikrostruktur von Aluminiumprofilen.

In diesem Teil - Teile 2 - wird berücksichtigt Einfluss der Profilpresstechnik zur Oberflächengüte von eloxierten Aluminiumprofilen.

Temperatur und Verformung

Das Gefüge von Aluminiumprofilen und die spätere Oberflächenqualität nach dem Eloxieren hängt von verschiedenen technologischen Parametern während ihrer Herstellung ab.. Temperaturwert, die Dauer der Exposition damit, Heiz- und Kühlrate, sowie die Dehnungsgeschwindigkeit und der damit verbundene Temperaturanstieg sind die wichtigsten technologischen Parameter, die die Ausbildung des Gefüges von fertigen Aluminiumprofilen beeinflussen (Abbildung 1).


Bild 1 - Temperaturwechsel während der Produktion
eloxierte Aluminiumprofile

Aluminiumlegierungen

Aluminiumprofile werden am häufigsten aus Legierungen der Serie 6xxx hergestellt, bei denen die Hauptlegierungselemente Magnesium und Silizium sind (Abbildung 2).

Bild 2 - Basislegierungen zur Herstellung von Aluminiumprofilen

Von Legierungen 6060 und 6063 (Analoga des heimischen AD31) stellen fast alle Profile für Fensterrahmen und Türen her, sowie Vorhangfassaden.

Hydro Aluminium verwendet seine internen Aluminiumlegierungen mit engeren Legierungs- und Verunreinigungsbereichen, als herkömmliche Legierungen, solche wie 6060, 6063, 6005, 6082. Dies stellt sicher, unter anderem, höhere Stabilität der Profileigenschaften (Abbildung 3).


Bild 3 - Chemische Zusammensetzung der inneren Aluminiumlegierungen
von Hydro Aluminium [2]

Rekristallisation der Kornstruktur

Viele verformbare Aluminiumlegierungen sind durch das Phänomen der Rekristallisation gekennzeichnet. Dieses Phänomen ist, was hat sich gedehnt, geschichtete Kornstruktur, die bei ihrer plastischen Verarbeitung anfallen, wandelt sich spontan in eine gleichachsige rekristallisierte Kornstruktur um (Abbildung 4).

ein) – Struktur des körnigen Gussblocks


b) Deformierte nichtrekristallisierte Kornstruktur
stranggepresstes Aluminiumprofil


c) Vollständig rekristallisiertes Korngefüge
stranggepresstes Aluminiumprofil

Bild 4 - Rekristallisation der Kornstruktur
Profile aus Aluminiumlegierung 606035 [1]

Abhängig vom Legierungsgrad der Aluminiumlegierung und dem Grad der plastischen Verformung, die das bei der Profilextrusion erhaltene Material , Rekristallisation der Kornstruktur kann vollständig oder unvollständig sein. Unvollständige Rekristallisation kann zu Unregelmäßigkeiten in der Profiloberfläche in Form von Flecken und Streifen führen..

Abhängigkeit des Rekristallisationsgrades des Werkstoffes von Aluminiumprofilen vom Legierungsgrad und der Festigkeit (nach steigender Tendenz zur partiellen Rekristallisation) [1] (für Legierungen - siehe. Zeichnungen 2 und 3):

– niedriglegierte Ausführung aus Aluminiumlegierung 6060 – Legierung 606035 (F22):

  • meist vollständige Rekristallisation (siehe. Abbildung 3c);

– hochlegierte Version der Aluminiumlegierung 6060 – Legierung 606090 (F25):

  • vollständige Rekristallisation dünnwandiger Profile;
  • partielle Rekristallisation von dickwandigen Profilen;

– konische Version aus Aluminiumlegierung 6005 – Legierung 600540 (F27):

  • meist vollständige Rekristallisation dünnwandiger Profile;
  • partielle Rekristallisation von dickwandigen Profilen;

– konische Version aus Aluminiumlegierung 6082 – Legierung 608250 (F31) (Abbildung 5):

  • meist vollständige Rekristallisation der Oberflächenschicht;
  • verformter Schichtaufbau in den Innenlagen der Profile.


Bild 5 - Profil aus Aluminiumlegierung 608250 [1]:
vollständig rekristallisiertes Korngefüge in den Randschichten;
geschichtet verformtes, nicht rekristallisiertes Korngefüge in den Mittelschichten

Presstechnik: Knüppelheizung

Erwärmen des Knüppels zum anschließenden Pressen auf einer Strangpresse (Abbildung 6) werden zu folgenden Zwecken durchgeführt [1]:

  • Auflösung von Mg-Partikeln2Und. Unzureichende Auflösung von Mg-Partikeln2Si wirkt sich negativ auf die Festigkeit von Aluminiumprofilen aus. Außerdem, bei unvollständiger Auflösung dieser Partikel in der Aluminiummatrix nehmen verschiedene Abschnitte der Profiloberfläche alkalische Ätzungen unterschiedlich wahr, die vor dem Eloxieren durchgeführt wird. Dies führt zu Glanzunterschieden oder matt eloxierten Oberflächen..
  • Erweichen von Aluminiumauftrag, um das Pressen zu ermöglichen, ohne die Extrusionsmatrix zu zerstören, das heißt, seinen Widerstand gegen plastische Verformung zu verringern.
  • Typische Erwärmungstemperaturen von Knüppeln vor dem Pressen aus verschiedenen Legierungen (siehe. Bild 3):
    – Legierung 606035: 470-480 ° C
    – Legierung 608250: 490-500 ° C


Bild 6 - Schema einer Strangpresse zum direkten Strangpressen von Aluminium [1]

Design von Extrusionswerkzeugen

  • Die Gestaltung der Matrize hat großen Einfluss auf die Oberflächengüte der Profile..
  • Das Matrixdesign beeinflusst die Mikrostruktur:
    – Körnung;
    – Kornorientierung (Textur):
    – Schlag im Profil der Außenschale des Werkstücks (Rückentmischungszone) mit einer chemischen Zusammensetzung, die sich stark vom unedlen Metall unterscheidet (siehe. Weitere Details hier). Es passiert, insbesondere, mit zu kurzem Pressrückstand (Abbildung 7).
  • Bei Hohlmatrizen ist es sehr wichtig, die Höhe und Breite zu optimieren “Speichen” (Brücken), die den Dorn in einer vorgegebenen Position abstützen. Zu lang oder zu dick “Stricknadeln” kann zu erheblicher Inhomogenität des Gefüges und zur Streifenbildung führen (Bild 8).
  • Der Grund für das Auftreten dieser Bänder sind signifikante Unterschiede im Grad der plastischen Verformung an den Stellen der Schweißnähte und in anderen Abschnitten des Rohres (Abbildung 9).
  • Inhomogenität der plastischen Verformung führt zu inhomogener Rekristallisation verformter Körner (Abbildung 10). Besonders deutlich wird dies nach dem alkalischen Ätzen der Profiloberfläche vor dem Eloxieren..

Bild 7 - Schema des Materialeintritts der Barren Barrensegregation
in das fertige Profil bei gleichzeitiger Reduzierung der Pressrückstandsdicke [1]


Bild 8 - Längsschweißnähte an einem Aluminiumrohr,
ein Bullauge auf eine Matrize gedrückt, nach dem Eloxieren [1]

Bild 9 - Schema der Bildung von Längsnähten
beim Extrudieren eines Aluminiumrohres auf einer Matrize vom Typ "Bullaugen" [1]


Bild 10 - Mikrostruktur des Materials nahe der Längsschweißnaht des Rohres,
gemacht auf einer Matrix vom Typ "Bullaugen" [1]

Cm. ebenfalls Teil 3 zum Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Werkstücks auf die Oberflächengüte des eloxierten Profils.

Quellen von

1. Tom Haug, Hydro-Aluminium, IHAA-Symposium, 2014, New York.
2. Site-Materialien https://www.hydro.com