ИССЛЕДОВАНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА

АННОТАЦИЯ

Исследование макроструктуры алюминиевых сплавов представляет собой процесс лабораторного исследования, подразумевающего качественный анализ кристаллической структуры их поверхности, а также поиск и выявление различных факторов, ухудшающих качество сплава в целом. К таким факторам относятся поры (кратеры), резкое изменение кристаллического рисунка, а также наличие посторонних фракций в составе исследуемого сплава.

Выявление вредоносных факторов на этапе макроструктурного анализа сплава играет существенную роль в предотвращении возможных производственных браков, в частности, обусловленных сколами и микротрещинами, возникающих вследствие попадания посторонних фракций во внутреннюю структуру алюминиевого сплава.

Современное лабораторное ПО позволяет применять методы фототехники для получения более точных изображений, отображающих структуру исследуемого сплава, хотя автором не было обнаружено источников, дающих наукоёмкое описание процессу их практического применения.

Предлагается статья, описывающая процесс выявления изъянов в низколегированных алюминиевых сплавах на макроструктурном уровне, в том числе, и с применением методов цветовой и фото-коррекции.

ABSTRACT

The study of the macrostructure of aluminum alloys is a laboratory research process involving a qualitative analysis of the crystal structure of their surface, as well as the search and identification of various factors that worsen the quality of the alloy as a whole. Such factors include pores (craters), a sharp change in the crystal pattern, as well as the presence of extraneous fractions in the composition of the alloy under study.

Identification of harmful factors at the stage of macrostructural analysis of the alloy plays an essential role in preventing possible production defects, in particular, caused by chips and microcracks resulting from the ingress of foreign fractions into the internal structure of the aluminum alloy.

Modern laboratory software allows the use of photographic techniques to obtain more accurate images showing the structure of the alloy under study, although the author has not found sources that give a high-tech description of the process of their practical application.

An article is proposed describing the process of identifying flaws in low-alloy aluminum alloys at the macrostructural level, including using color and photo correction methods.

Ключевые слова: Алюминий, сплав, низколегированный сплав, макроструктура, микроскоп, фракция, брак, контроль качества.

Keywords: Aluminum, alloy, low alloy, macrostructure, microscope, fraction, defect, quality control.

Введение

Согласно статистике, до 4,0-4,5% алюминиевой продукции из низколегированных алюминиевых сплавов отбраковывается вследствие различных трещин, штамповых и экструзионных вырезов, а также попадания в пресс-штемпели и матрицы посторонних фракций, проходя через которые, сплав прорезается, и изделие на выходе получается непригодным к использованию (Рис.1) [1, p. 139].

Рисунок 1. Экструзионный вырез вдоль алюминиевого профиля.

Продукция непригодна к использованию.

Выявление посторонних фракции в заготовках и их распространенности на уровне макроструктуры сплава является достаточно эффективным способом превентивного исследования, для минимизирования производственного брака, описанного выше. Классическим методом исследования макроструктуры сплава является лабораторное исследование под микроскопом [4, сс. 107-110], с увеличением со 100 до 1000 раз, хотя обычно используется 100-200 кратное увеличение.

Фракции в сплаве могут быть не только твердыми, но и газообразными – в виде пор и полостей, которые невозможно обнаружить невооружённым глазом. В таких случаях, имеет смысл обращаться к методам цветовой и гамма-коррекции, для получения более наглядного изображения потенциального бракогенного фактора [5].

Выявление причин возникновения посторонних фракций в макроструктуре сплава является основным этапом их устранения, а равно и сокращения общего процента производственного брака [2, p.354; 3, p. 10].

Объекты исследования

Образцы сплава алюминия EN AW-6063 по ГОСТ 4784-2019, в форме плоских блинов, отпиленных от цилиндрических столбов-заготовок, длины 5,9 м.

Постановка задачи исследования

Задача исследования заключалась в получении увеличенного изображения макроструктуры исследуемого алюминиевого сплава EN AW-6063, в целях поиска посторонних фракций вдоль его макроструктуры; при необходимости, использовались методы цветовой коррекции, предусмотренные инструментами специального лабораторного ПО.

Методика исследования

При исследовании макроструктуры низколегированного алюминиевого сплава, в качестве критериев оценки их качества принимались следующие:

1) Наличие на исследуемой поверхности посторонних фракций;

2) Наличие пор и трещин на поверхности сплава.

Исследование макроструктуры образца производилось с использованием увеличивающего лабораторного металлографического инвертированного микроскопа KSN4XB (КНР), с установленными в окуляр ахроматическими линзами, 100-кратного увеличения.

Было отобрано 4 случайных образца, отпиленных из экструзионных цилиндрических слитков. Каждый образец подвергался анализу макроструктуры, в поисках посторонних фракций, а также воздушных пор и щелей в твердом сплаве.

С помощью специализированного лабораторного ПО FCL-RS, поставляемого производителем микроскопа, полученные изображения исследовались в разных режимах цветовой коррекции, что позволяет получить более точную информацию о природе посторонних включений в структуре сплава (Рис.2)

Рисунок 2. (слева направо): результаты использования методов цветовой коррекции для получения более резкого изображения изъянов в структуре сплава. Стрелками указаны обнаруженные в ходе микроскопического исследования сплава поры.

На Рис.2 видно, как средства коррекции изображения позволяют получить альтернативный и более резкий вариант микроскопического изображения. Обусловлено это природой контрастности цветов на соответствующим спектре, что и позволяет наглядно представить бракогенные включения в структуре сплава.

Практическая значимость проведенного исследования

Проведенное исследование описывает один из подходов к макроструктурному исследованию низколегированных алюминиевых сплавов. Для минимизации производственного брака на одноименном производстве, алюминиевые заготовки целесообразно подвергать микроскопическому исследованию – это позволит выявить посторонние фракции и воздушные поры в их макроструктуре, и соответственно, предотвратить их дальнейшие штампование и/или экструзию в бракованную продукцию.

Описана методика исследования с применением техники цветовой коррекции микроскопических изображений.

Заключение

Главным прецедентом к настоящему исследованию стал вопрос о необходимости понижения производственного брака, обусловленного образованием пост-экструзионных трещин и сколов на алюминиевой продукции из низколегированных алюминиевых сплавов. В ходе систематизации наблюдений, удалось сформировать перечень факторов, которые и приводят к данному типу брака:

1. Посторонние включения (фракции) в структуре сплава;

2. Образование пор (кратеров) в структуре сплава;

3. Попадание посторонних частиц и включений в прессовые формы и матрицы.

Применение описанного подхода исследованию макроструктуры сплава на практике позволило установить причину возникновения воздушных пор в составе сплава. Как оказалось, концентрация в печи дегазирующего сплав компонента оказалось недостаточной, вследствие чего, наблюдался факт неполного высвобождения газа из жидкого сплава.

Результаты данного исследования, а также представленная методика микроскопического анализа могут быть полезными к изучению и практическому применению отделами и службами контроля качества предприятий по изготовлению алюминиевой продукции из низколегированных алюминиевых сплавов.

Список литературы:

1. Arif, A and others – Product defects in aluminum extrusion and their impact on operational cost – pp.137 – 154, The 6th Saudi Engineering Conference, KFUPM, Dhahran, December 2002, Vol. 5, 137
2. Nemchinova, Nina & Belskii, Sergei & Vlasov, Alexander. (2021). Studying Aluminum Alloy Defects. Solid State Phenomena. 316. 353-358. 10.4028/www.scientific.net/SSP.316.353.
3. Y.P. Lim, H.K. Lim – Quality Assurance of Aluminium Extrusion for 6xxx Series Alloys – IntechOpen – pp. 1-22, PMB Aluminium Sdn Bhd, Kapar, Malaysia
3. 4. Столярова О.О., Муравьева Т.И., Загорский Д.Л., Белов Н.А. Микроскопия в исследовании поверхности антифрикционных многокомпонентных алюминиевых сплавов // Физ. мезомех.. 2016. №5., сс. 105-114
4. https://aluminium-guide.com/ – электронно-информационный ресурс