Ako mehanička svojstva ekstruzija nisu onakva kakva se očekuje, pozornost se obično usmjerava na početni sastav gredice ili uvjete ekstruzije/starenja. Malo tko dovodi u pitanje može li sama homogenizacija biti problem. Zapravo, faza homogenizacije ključna je za proizvodnju visokokvalitetnih ekstruzija. Neuspjeh u pravilnoj kontroli koraka homogenizacije može dovesti do:
●Povećani probojni tlak
●Više nedostataka
● Teksture pruga nakon eloksiranja
●Manja brzina ekstruzije
●Loša mehanička svojstva
Faza homogenizacije ima dvije glavne svrhe: rafiniranje intermetalnih spojeva koji sadrže željezo i preraspodjelu magnezija (Mg) i silicija (Si). Ispitivanjem mikrostrukture gredice prije i nakon homogenizacije može se predvidjeti hoće li gredica dobro funkcionirati tijekom ekstruzije.
Utjecaj homogenizacije gredice na očvršćavanje
U 6XXX ekstruzijama, čvrstoća dolazi od faza bogatih Mg i Si koje nastaju tijekom starenja. Sposobnost stvaranja ovih faza ovisi o stavljanju elemenata u čvrstu otopinu prije početka starenja. Da bi Mg i Si na kraju postali dio čvrste otopine, metal se mora brzo ugasiti s temperature iznad 530 °C. Na temperaturama iznad ove točke, Mg i Si se prirodno otapaju u aluminij. Međutim, tijekom ekstruzije, metal ostaje iznad ove temperature samo kratko vrijeme. Kako bi se osiguralo otapanje svih Mg i Si, čestice Mg i Si moraju biti relativno male. Nažalost, tijekom lijevanja, Mg i Si se talože kao relativno veliki Mg₂Si blokovi (slika 1a).
Tipičan ciklus homogenizacije za gredice 6060 je 560 °C tijekom 2 sata. Tijekom ovog procesa, budući da gredica ostaje iznad 530 °C dulje vrijeme, Mg₂Si se otapa. Nakon hlađenja, ponovno se taloži u mnogo finijoj raspodjeli (slika 1c). Ako temperatura homogenizacije nije dovoljno visoka ili je vrijeme prekratko, ostat će neke velike čestice Mg₂Si. Kada se to dogodi, čvrsta otopina nakon ekstruzije sadrži manje Mg i Si, što onemogućuje stvaranje visoke gustoće taloga koji se stvrdnjavaju, što dovodi do smanjenih mehaničkih svojstava.
Sl. 1. Optičke mikrografije poliranih i 2% HF-jetkanih 6060 gredica: (a) kao lijevane, (b) djelomično homogenizirane, (c) potpuno homogenizirane.
Uloga homogenizacije intermetalnih spojeva koji sadrže željezo
Željezo (Fe) ima veći utjecaj na lomnu žilavost nego na čvrstoću. U legurama 6XXX, Fe faze imaju tendenciju stvaranja β-faze (Al₅(FeMn)Si ili Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) tijekom lijevanja. Ove faze su velike, kutne i ometaju ekstruziju (istaknuto na slici 2a). Tijekom homogenizacije, teški elementi (Fe, Mn, itd.) difundiraju, a velike kutne faze postaju manje i okruglije (slika 2b).
Samo iz optičkih slika teško je razlikovati različite faze i nemoguće ih je pouzdano kvantificirati. U Inovalu kvantificiramo homogenizaciju gredica koristeći našu internu metodu detekcije i klasifikacije značajki (FDC), koja daje %α vrijednost za gredice. To nam omogućuje procjenu kvalitete homogenizacije.
Sl. 2. Optičke mikrografije oblica (a) prije i (b) nakon homogenizacije.
Metoda detekcije i klasifikacije značajki (FDC)
Sl. 3a prikazuje polirani uzorak analiziran skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). Zatim se primjenjuje tehnika određivanja praga u sivim tonovima za odvajanje i identifikaciju intermetalnih spojeva, koji se na sl. 3b pojavljuju bijeli. Ova tehnika omogućuje analizu područja do 1 mm², što znači da se odjednom može analizirati preko 1000 pojedinačnih značajki.
Sl. 3. (a) Slika povratno raspršenih elektrona homogeniziranog komada 6060, (b) identificirane pojedinačne značajke iz (a).
Sastav čestica
Innoval sustav opremljen je Oxford Instruments Xplore 30 energetski disperzivnim rendgenskim (EDX) detektorom. To omogućuje brzo automatsko prikupljanje EDX spektara iz svake identificirane točke. Iz tih spektara može se odrediti sastav čestica i zaključiti relativni omjer Fe:Si.
Ovisno o sadržaju Mn ili Cr u leguri, mogu biti uključeni i drugi teški elementi. Za neke 6XXX legure (ponekad sa značajnim Mn), omjer (Fe+Mn):Si koristi se kao referenca. Ti se omjeri zatim mogu usporediti s omjerima poznatih intermetalnih spojeva koji sadrže Fe.
β-faza (Al₅(FeMn)Si ili Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): omjer (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-faza (Al₁₂(FeMn)₃Si ili Al₈.₃(FeMn)₂Si): omjer ≈ 4–6, ovisno o sastavu. Naš prilagođeni softver omogućuje nam postavljanje praga i klasificiranje svake čestice kao α ili β, a zatim mapiranje njihovih položaja unutar mikrostrukture (slika 4). To daje približan postotak transformiranog α u homogeniziranom gredici.
Sl. 4. (a) Karta koja prikazuje α- i β-klasificirane čestice, (b) dijagram raspršenja omjera (Fe+Mn):Si.
Što nam podaci mogu reći
Sl. 5 prikazuje primjer kako se ove informacije koriste. U ovom slučaju, rezultati ukazuju na nejednoliko zagrijavanje unutar određene peći ili moguće da zadana temperatura nije postignuta. Za pravilnu procjenu takvih slučajeva potrebni su i ispitni i referentni komadi poznate kvalitete. Bez njih se ne može utvrditi očekivani raspon %α za taj sastav legure.
Sl. 5. Usporedba %α u različitim dijelovima homogenizacijske peći s lošim performansama.
Vrijeme objave: 30. kolovoza 2025.
