Ако механичните свойства на екструдираните продукти не са според очакванията, вниманието обикновено се фокусира върху първоначалния състав на заготовката или върху условията на екструдиране/стареене. Малко хора се питат дали самата хомогенизация може да е проблем. Всъщност етапът на хомогенизиране е от решаващо значение за производството на висококачествени екструдирани продукти. Неправилният контрол на етапа на хомогенизиране може да доведе до:
●Повишено налягане на пробив
●Повече дефекти
● Текстури с ивици след анодиране
●По-ниска скорост на екструдиране
●Лоши механични свойства
Етапът на хомогенизация има две основни цели: рафиниране на желязосъдържащи интерметални съединения и преразпределение на магнезий (Mg) и силиций (Si). Чрез изследване на микроструктурата на заготовката преди и след хомогенизацията може да се предвиди дали заготовката ще се представи добре по време на екструдиране.
Влияние на хомогенизирането на заготовката върху втвърдяването
При екструдираните форми 6XXX, якостта идва от богатите на Mg и Si фази, образувани по време на стареенето. Способността за образуване на тези фази зависи от поставянето на елементите в твърд разтвор преди началото на стареенето. За да станат Mg и Si евентуално част от твърдия разтвор, металът трябва да се закали бързо от над 530 °C. При температури над тази точка Mg и Si естествено се разтварят в алуминий. По време на екструдирането обаче металът остава над тази температура само за кратко време. За да се гарантира разтварянето на целия Mg и Si, частиците Mg и Si трябва да са относително малки. За съжаление, по време на леенето Mg и Si се утаяват като относително големи Mg₂Si блокове (фиг. 1а).
Типичен цикъл на хомогенизация за заготовки 6060 е 560 °C за 2 часа. По време на този процес, тъй като заготовката остава над 530 °C за дълъг период, Mg₂Si се разтваря. При охлаждане той се утаява отново с много по-фино разпределение (фиг. 1в). Ако температурата на хомогенизация не е достатъчно висока или времето е твърде кратко, ще останат някои големи частици Mg₂Si. Когато това се случи, твърдият разтвор след екструдиране съдържа по-малко Mg и Si, което прави невъзможно образуването на висока плътност на втвърдяващи се утайки, което води до намалени механични свойства.
Фиг. 1. Оптични микрографии на полирани и 2% HF-ецвани заготовки 6060: (а) отлети, (б) частично хомогенизирани, (в) напълно хомогенизирани.
Роля на хомогенизацията върху желязосъдържащи интерметални съединения
Желязото (Fe) има по-голям ефект върху жилавостта на счупване, отколкото върху якостта. В сплавите 6XXX, Fe фазите са склонни да образуват β-фаза (Al₅(FeMn)Si или Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) по време на леенето. Тези фази са големи, ъгловати и пречат на екструдирането (показано на фиг. 2а). По време на хомогенизацията тежките елементи (Fe, Mn и др.) дифундират, а големите ъглови фази стават по-малки и по-закръглени (фиг. 2б).
Само от оптични изображения е трудно да се разграничат различните фази и е невъзможно надеждно да се определи количествено. В Innoval ние определяме количествено хомогенизацията на заготовките, използвайки нашия метод за вътрешно откриване и класифициране на характеристики (FDC), който предоставя %α стойност за заготовките. Това ни позволява да оценим качеството на хомогенизацията.
Фиг. 2. Оптични микрографии на заготовки (а) преди и (б) след хомогенизиране.
Метод за откриване и класификация на характеристики (FDC)
Фиг. 3а показва полирана проба, анализирана чрез сканираща електронна микроскопия (SEM). След това се прилага техника за определяне на прагови стойности в сивата скала, за да се отделят и идентифицират интерметални съединения, които на Фиг. 3б изглеждат бели. Тази техника позволява анализ на области до 1 mm², което означава, че над 1000 отделни характеристики могат да бъдат анализирани едновременно.
Фиг. 3. (а) Образ на обратно разсеяни електрони на хомогенизирана заготовка 6060, (б) идентифицирани отделни характеристики от (а).
Състав на частиците
Системата Innoval е оборудвана с енергийно-дисперсионен рентгенов (EDX) детектор Oxford Instruments Xplore 30. Това позволява бързо автоматично събиране на EDX спектри от всяка идентифицирана точка. От тези спектри може да се определи съставът на частиците и да се изведе относителното съотношение Fe:Si.
В зависимост от съдържанието на Mn или Cr в сплавта, могат да бъдат включени и други тежки елементи. За някои 6XXX сплави (понякога със значително съдържание на Mn), съотношението (Fe+Mn):Si се използва като отправна точка. Тези съотношения могат да бъдат сравнени с тези на известни Fe-съдържащи интерметални съединения.
β-фаза (Al₅(FeMn)Si или Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): съотношение (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-фаза (Al₁₂(FeMn)₃Si или Al₈.₃(FeMn)₂Si): съотношение ≈ 4–6, в зависимост от състава. Нашият персонализиран софтуер ни позволява да зададем праг и да класифицираме всяка частица като α или β, след което да картографираме техните позиции в микроструктурата (фиг. 4). Това дава приблизителен процент на трансформираната α в хомогенизираната заготовка.
Фиг. 4. (а) Карта, показваща α- и β-класифицирани частици, (б) точкова диаграма на съотношенията (Fe+Mn):Si.
Какво могат да ни кажат данните
Фиг. 5 показва пример за това как се използва тази информация. В този случай резултатите показват неравномерно нагряване в рамките на определена пещ или евентуално не е достигната зададената температура. За да се оценят правилно такива случаи, са необходими както тестови заготовки, така и референтни заготовки с известно качество. Без тях не може да се установи очакваният диапазон на %α за този състав на сплавта.
Фиг. 5. Сравнение на %α в различни секции на слабо работеща хомогенизационна пещ.
Време на публикуване: 30 август 2025 г.
