Aluminum anodizing: influence of matrices and pressing technology

Introduction

Features material microstructure aluminum profiles - aluminum alloys - very often cause inhomogeneity appearance of anodized surface. The reasons for this heterogeneity are disorders of microstructure technology of production of aluminum profiles - from ingot casting-pillars, Sources from which are cut blanks for the extrusion press and before heat treatment technology to press quenching and artificial aging in an oven.

In the previous part - part 1 - it was considered the impact of technology ingot casting-pillars the microstructure of aluminum profiles.

In this part of the - part of the 2 - will be considered technology impact extrusion of profiles the quality of the surface of anodized aluminum profiles.

Temperature and strain

The microstructure of the aluminum profiles and the subsequent quality of the surface after the anodizing process is dependent on various parameters throughout their production. The magnitude of the temperature, the duration of exposure to it, heating and cooling rate, and the rate of deformation and the associated increase in temperature are major technological parameters, которые влияют на формирование микроструктуры готовых алюминиевых профилей (рисунок 1).


Figure 1 - The change in temperature in the production process
anodised aluminum profiles

aluminum alloys

Aluminum profiles are produced mostly from alloys of the 6xxx series, у которых основными легирующими элементами являются магний и кремний (рисунок 2).

Figure 2 - base alloy for the production of aluminum profiles

alloys 6060 and 6063 (аналогов отечественного АД31) изготавливают практически все профили для оконных рам и дверей, and curtain wall.

Hydro Aluminium company applies its internal aluminum alloys with narrower intervals of the content of alloying elements and impurities, than conventional alloys, such as 6060, 6063, 6005, 6082. it provides, among other things, более высокую стабильность свойств профилей (рисунок 3).


Figure 3 - Chemical composition of internal aluminum alloys
компании Hydro Aluminium [2]

Pererekristallizatsiya grain structure

For many wrought aluminum is characterized by the phenomenon of recrystallization. This phenomenon is, that stretched, layered grain structure, which occurs during their plastic working, самопроизвольно переходит в равноосную рекристаллизованную зеренную структуру (рисунок 4).

а) – The grain structure of the cast ingot


б) Деформированная нерекристаллизованная зеренная структура
extruded aluminum profile


в) Полностью рекристаллизованная зеренная структура
extruded aluminum profile

Figure 4 - recrystallization of the grain structure
profiles from aluminum alloy 606035 [1]

Depending on the doping level of the aluminum alloy and the degree of plastic deformation, which he received material during the extrusion profile , recrystallization grain structure may be complete or incomplete. Incomplete recrystallization may cause irregularities in the surface profile as spots and bands.

Зависимость степени рекристаллизации материала алюминиевых профилей от степени легирования и уровня прочности (в порядке роста склонности к частичной рекристаллизации) [1] (по сплавам – см. drawings 2 and 3):

– low-alloyed variant aluminum alloy 6060 – alloy 606035 (F22):

  • обычно полная рекристаллизация (см. рисунок 3в);

– highly doped embodiment the aluminum alloy 6060 – alloy 606090 (F25):

  • полная рекристаллизация тонкостенных профилей;
  • частичная рекристаллизация толстостенных профилей;

– narrowed embodiment the aluminum alloy 6005 – alloy 600540 (F27):

  • обычно полная рекристаллизация тонкостенных профилей;
  • частичная рекристаллизация толстостенных профилей;

– narrowed embodiment the aluminum alloy 6082 – alloy 608250 (F31) (рисунок 5):

  • обычно полная рекристаллизация поверхностного слоя;
  • layered structure is deformed in the inner layers of profiles.


Figure 5 - Profile of aluminum alloy 608250 [1]:
полностью рекристаллизованная зеренная структура в поверхностных слоях;
layered deformed unrecrystallized grain structure in the central layer

Технология прессования: нагрев заготовки

Нагрев заготовки для последующего прессования на экструзионном прессе (рисунок 6) выполняют со следующими целями [1]:

  • Dissolution particles Mg2Si. Insufficient particle dissolution Mg2Si has an adverse effect on the strength of the aluminum profile. Moreover, in incomplete dissolution of the particles in an aluminum matrix, different portions of the surface profile of an alkaline etching differently perceive, which is performed before anodizing. This leads to differences anodized surface gloss or mattness.
  • Softening aluminum so, to allow its compaction without breaking the extrusion die, that is, to reduce its resistance to plastic deformation.
  • Типичные температуры нагрева заготовок перед прессованием из различных сплавов (см. Figure 3):
    – alloy 606035: 470-480 ° C
    – alloy 608250: 490-500 ° C


Figure 6 – Схема экструзионного пресса для прямого прессования алюминия [1]

The design of extrusion dies

  • The design of the matrix has a great influence on the quality of surface profiles.
  • Конструкция матрицы влияет на микроструктуру:
    размер зерен;
    ориентация зерен (текстура):
    попадание в профиль наружной оболочки заготовки (зоны обратной сегрегации) с химическим составом, который сильно отличается от основного металла (см. подробнее здесь). It happens, in particular, при слишком коротком пресс-остатке (рисунок 7).
  • Hollow matrix is ​​very important to optimize the height and width “Needle” (мостиков), supporting mandrel at a predetermined position. Too long or thick “needles” могут приводит к значительной неоднородности микроструктуры и образованию полос (рисунок 8).
  • Причиной возникновения этих полос является значительные различия в степени пластической деформации в местах сварочных швов и остальных участках трубы (рисунок 9).
  • Неоднородность пластической деформации приводит к неоднородной перекристаллизации деформированных зерен (рисунок 10). This becomes especially evident after alkali etching surface profiles before anodizing.

Figure 7 - Scheme contact material ingot segregation zone
в готовый профиль при уменьшении толщины пресс-остатка [1]


Figure 8 - Longitudinal welds on aluminum tube,
on the molded matrix porthol, после анодирования [1]

Figure 9 - forming circuit longitudinal welds
при прессовании алюминиевой трубы на матрице типа «портхол» [1]


Figure 10 - Microstructure of the material near the longitudinal seam pipe welding,
изготовленной на матрице типа «портхол» [1]

See. also part 3 the impact on the quality of the surface chemical composition of anodized profile blank.

Sources

1. Tom Hauge, Hydro Aluminium, IHAA Symposium, 2014, New York.
2. Материалы сайта https://www.hydro.com