Ako mehanička svojstva ekstruzija nisu onakva kakva se očekuje, pažnja se obično usmjerava na početni sastav gredice ili uslove ekstruzije/starenja. Malo ljudi dovodi u pitanje da li bi sama homogenizacija mogla biti problem. U stvari, faza homogenizacije je ključna za proizvodnju visokokvalitetnih ekstruzija. Neuspjeh u pravilnoj kontroli koraka homogenizacije može dovesti do:
●Povećan probojni pritisak
●Više nedostataka
●Teksture pruga nakon anodizacije
●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 poslije homogenizacije, može se predvidjeti hoće li gredica dobro funkcionirati tokom ekstruzije.
Utjecaj homogenizacije gredice na očvršćavanje
Kod 6XXX ekstruzija, čvrstoća dolazi od faza bogatih Mg i Si koje se formiraju tokom starenja. Sposobnost formiranja ovih faza zavisi od stavljanja elemenata u čvrsti rastvor prije početka starenja. Da bi Mg i Si na kraju postali dio čvrstog rastvora, metal se mora brzo ugasiti iznad 530 °C. Na temperaturama iznad ove tačke, Mg i Si se prirodno rastvaraju u aluminijumu. Međutim, tokom ekstruzije, metal ostaje iznad ove temperature samo kratko vrijeme. Da bi se osiguralo da se sav Mg i Si rastvore, čestice Mg i Si moraju biti relativno male. Nažalost, tokom lijevanja, Mg i Si se talože kao relativno veliki Mg₂Si blokovi (slika 1a).
Tipičan ciklus homogenizacije za gredice 6060 je 560 °C tokom 2 sata. Tokom ovog procesa, budući da gredica ostaje iznad 530 °C duži period, Mg₂Si se rastvara. Nakon hlađenja, ponovo se taloži u mnogo finijoj distribuciji (Sl. 1c). Ako temperatura homogenizacije nije dovoljno visoka ili je vrijeme prekratko, ostat će neke velike čestice Mg₂Si. Kada se to dogodi, čvrsti rastvor nakon ekstruzije sadrži manje Mg i Si, što onemogućava formiranje visoke gustine taloga koji se stvrdnjavaju, što dovodi do smanjenih mehaničkih svojstava.
Sl. 1. Optičke mikrografije poliranih i 2% HF-nagrizenih 6060 gredica: (a) lijevane, (b) djelomično homogenizirane, (c) potpuno homogenizirane.
Uloga homogenizacije intermetalnih spojeva koji sadrže željezo
Željezo (Fe) ima veći utjecaj na žilavost loma nego na čvrstoću. U legurama 6XXX, Fe faze imaju tendenciju formiranja β-faze (Al₅(FeMn)Si ili Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) tokom livenja. Ove faze su velike, uglate i ometaju ekstruziju (istaknuto na slici 2a). Tokom homogenizacije, teški elementi (Fe, Mn, itd.) difundiraju, a velike uglate faze postaju manje i okruglije (slika 2b).
Samo na osnovu optičkih slika, teško je razlikovati različite faze, a nemoguće ih je pouzdano kvantificirati. U Innovalu kvantificiramo homogenizaciju trupaca koristeći našu internu metodu detekcije i klasifikacije karakteristika (FDC), koja daje %α vrijednost za trupce. To nam omogućava procjenu kvaliteta homogenizacije.
Sl. 2. Optičke mikrografije obrađenih komada (a) prije i (b) nakon homogenizacije.
Metoda detekcije i klasifikacije karakteristika (FDC)
Slika 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 slici 3b pojavljuju bijeli. Ova tehnika omogućava analizu površina do 1 mm², što znači da se istovremeno može analizirati preko 1000 pojedinačnih karakteristika.
Sl. 3. (a) Slika homogenizovanog 6060 komada dobijena povratnim raspršenjem elektrona, (b) identifikovane pojedinačne karakteristike iz (a).
Sastav čestica
Innoval sistem je opremljen Oxford Instruments Xplore 30 energetski disperzivnim rendgenskim (EDX) detektorom. To omogućava brzo automatsko prikupljanje EDX spektara iz svake identifikovane tačke. Iz ovih spektara se može odrediti sastav čestica i zaključiti relativni odnos Fe:Si.
U zavisnosti od sadržaja Mn ili Cr u leguri, mogu biti uključeni i drugi teški elementi. Za neke 6XXX legure (ponekad sa značajnim sadržajem Mn), odnos (Fe+Mn):Si se koristi kao referenca. Ovi odnosi se zatim mogu uporediti sa odnosima poznatih intermetalnih elemenata koji sadrže Fe.
β-faza (Al₅(FeMn)Si ili Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): odnos (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-faza (Al₁₂(FeMn)₃Si ili Al₈.₃(FeMn)₂Si): odnos ≈ 4–6, ovisno o sastavu. Naš prilagođeni softver nam omogućava da postavimo prag i klasificiramo svaku česticu kao α ili β, a zatim mapiramo njihove položaje unutar mikrostrukture (Slika 4). Ovo daje približan postotak transformiranog α u homogeniziranom komadu.
Sl. 4. (a) Mapa koja prikazuje α- i β-klasificirane čestice, (b) dijagram raspršenja odnosa (Fe+Mn):Si.
Šta nam podaci mogu reći
Sl. 5 prikazuje primjer kako se ove informacije koriste. U ovom slučaju, rezultati ukazuju na neujednačeno zagrijavanje unutar određene peći ili moguće da nije postignuta zadana temperatura. Za pravilnu procjenu takvih slučajeva potrebni su i testni i referentni komadi poznatog kvaliteta. Bez njih se ne može utvrditi očekivani raspon %α za taj sastav legure.
Sl. 5. Poređenje %α u različitim dijelovima homogenizacijske peći sa slabim performansama.
Vrijeme objave: 30. avg. 2025.
