Če mehanske lastnosti ekstruzij niso takšne, kot so pričakovane, se pozornost običajno osredotoči na začetno sestavo gredice ali pogoje ekstruzije/staranja. Le malo ljudi se sprašuje, ali bi lahko bila sama homogenizacija problem. Pravzaprav je faza homogenizacije ključna za proizvodnjo visokokakovostnih ekstruzij. Če koraka homogenizacije ne nadzorujemo pravilno, lahko pride do:
●Povečan prebojni tlak
●Več napak
● Teksture prog po eloksiranju
● Nižja hitrost ekstrudiranja
●Slabe mehanske lastnosti
Faza homogenizacije ima dva glavna namena: rafiniranje intermetalnih spojin, ki vsebujejo železo, in prerazporeditev magnezija (Mg) in silicija (Si). S preučevanjem mikrostrukture gredice pred in po homogenizaciji je mogoče napovedati, ali se bo gredica med ekstruzijo dobro obnesla.
Vpliv homogenizacije gredice na utrjevanje
Pri ekstrudiranih izdelkih 6XXX trdnost izvira iz faz, bogatih z Mg in Si, ki nastanejo med staranjem. Sposobnost tvorbe teh faz je odvisna od tega, ali se elementi pred začetkom staranja namestijo v trdno raztopino. Da Mg in Si sčasoma postaneta del trdne raztopine, je treba kovino hitro ohladiti nad 530 °C. Pri temperaturah nad to točko se Mg in Si naravno raztopita v aluminij. Vendar pa kovina med ekstrudiranjem ostane nad to temperaturo le kratek čas. Da se ves Mg in Si raztopi, morajo biti delci Mg in Si relativno majhni. Žal se med ulivanjem Mg in Si izločita kot relativno veliki bloki Mg₂Si (slika 1a).
Tipičen cikel homogenizacije za gredice 6060 je 560 °C za 2 uri. Med tem postopkom se Mg₂Si raztopi, ker gredica dlje časa ostane nad 530 °C. Po ohlajanju se ponovno obori v veliko finejši porazdelitvi (slika 1c). Če temperatura homogenizacije ni dovolj visoka ali je čas prekratek, ostanejo nekateri veliki delci Mg₂Si. Ko se to zgodi, trdna raztopina po ekstruziji vsebuje manj Mg in Si, zaradi česar ni mogoče tvoriti visoke gostote utrjevalnih oborin, kar vodi do zmanjšanih mehanskih lastnosti.
Slika 1. Optične mikrografije poliranih in 2 % HF-jedkanih gredic 6060: (a) ulitki, (b) delno homogenizirani, (c) popolnoma homogenizirani.
Vloga homogenizacije pri intermetalnih spojinah, ki vsebujejo železo
Železo (Fe) ima večji vpliv na lomno žilavost kot na trdnost. V zlitinah 6XXX se faze Fe med ulivanjem nagibajo k tvorbi β-faze (Al₅(FeMn)Si ali Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Te faze so velike, oglate in motijo ekstruzijo (označeno na sliki 2a). Med homogenizacijo težki elementi (Fe, Mn itd.) difundirajo, velike oglate faze pa postanejo manjše in bolj okrogle (slika 2b).
Samo na podlagi optičnih slik je težko ločiti različne faze in jih je nemogoče zanesljivo kvantificirati. V podjetju Innoval kvantificiramo homogenizacijo gredic z uporabo naše interne metode zaznavanja in klasifikacije značilnosti (FDC), ki zagotavlja vrednost %α za gredice. To nam omogoča oceno kakovosti homogenizacije.
Slika 2. Optične mikrografije gredic (a) pred in (b) po homogenizaciji.
Metoda zaznavanja in klasifikacije značilnosti (FDC)
Slika 3a prikazuje poliran vzorec, analiziran z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM). Nato se za ločevanje in identifikacijo intermetalnih spojin, ki so na sliki 3b videti bele, uporabi tehnika določanja pragov v sivih odtenkih. Ta tehnika omogoča analizo površin do 1 mm², kar pomeni, da je mogoče hkrati analizirati več kot 1000 posameznih značilnosti.
Slika 3. (a) Slika povratno sipanih elektronov homogeniziranega gredice 6060, (b) identificirane posamezne značilnosti iz (a).
Sestava delcev
Sistem Innoval je opremljen z energijsko disperzivnim rentgenskim (EDX) detektorjem Oxford Instruments Xplore 30. To omogoča hitro samodejno zbiranje EDX spektrov z vsake identificirane točke. Iz teh spektrov je mogoče določiti sestavo delcev in sklepati na relativno razmerje Fe:Si.
Glede na vsebnost Mn ali Cr v zlitini so lahko vključeni tudi drugi težki elementi. Za nekatere zlitine 6XXX (včasih z veliko vsebnostjo Mn) se kot referenca uporablja razmerje (Fe+Mn):Si. Ta razmerja je nato mogoče primerjati z razmerji znanih intermetalnih spojin, ki vsebujejo Fe.
β-faza (Al₅(FeMn)Si ali Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): razmerje (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-faza (Al₁₂(FeMn)₃Si ali Al₈.₃(FeMn)₂Si): razmerje ≈ 4–6, odvisno od sestave. Naša programska oprema po meri nam omogoča, da nastavimo prag in razvrstimo vsak delec kot α ali β, nato pa preslikamo njihove položaje znotraj mikrostrukture (slika 4). To da približen odstotek transformiranega α v homogeniziranem gredici.
Slika 4. (a) Zemljevid, ki prikazuje delce, razvrščene v α- in β-razvrstitev, (b) razpršeni diagram razmerij (Fe+Mn):Si.
Kaj nam lahko povedo podatki
Slika 5 prikazuje primer uporabe teh informacij. V tem primeru rezultati kažejo na neenakomerno segrevanje znotraj določene peči ali pa morda na to, da nastavljena temperatura ni bila dosežena. Za pravilno oceno takšnih primerov sta potrebna tako testna kot referenčna gredica znane kakovosti. Brez njih ni mogoče določiti pričakovanega območja %α za to sestavo zlitine.
Slika 5. Primerjava %α v različnih delih slabo delujoče homogenizacijske peči.
Čas objave: 30. avg. 2025
