Indien die meganiese eienskappe van ekstrusies nie soos verwag is nie, word die aandag gewoonlik gefokus op die aanvanklike samestelling van die billet of die ekstrusie-/verouderingstoestande. Min mense bevraagteken of homogenisering self 'n probleem kan wees. Trouens, die homogeniseringsfase is van kritieke belang vir die vervaardiging van hoëgehalte-ekstrusies. Versuim om die homogeniseringsstap behoorlik te beheer, kan lei tot:
● Verhoogde deurbraakdruk
●Meer defekte
● Streepteksture na anodisering
● Laer ekstrusiespoed
● Swak meganiese eienskappe
Die homogeniseringsfase het twee hoofdoelwitte: die verfyn van ysterbevattende intermetalliese verbindings, en die herverspreiding van magnesium (Mg) en silikon (Si). Deur die mikrostruktuur van die billet voor en na homogenisering te ondersoek, kan 'n mens voorspel of die billet goed sal presteer tydens ekstrusie.
Effek van Billet-homogenisering op verharding
In 6XXX-ekstrusies kom sterkte van Mg- en Si-ryke fases wat tydens veroudering gevorm word. Die vermoë om hierdie fases te vorm hang af van die plasing van die elemente in 'n vaste oplossing voordat veroudering begin. Vir Mg en Si om uiteindelik deel van die vaste oplossing te word, moet die metaal vinnig van bo 530 °C geblus word. By temperature bo hierdie punt los Mg en Si natuurlik op in aluminium. Tydens ekstrusie bly die metaal egter slegs vir 'n kort tydjie bo hierdie temperatuur. Om te verseker dat alle Mg en Si oplos, moet die Mg- en Si-deeltjies relatief klein wees. Ongelukkig presipiteer Mg en Si tydens gieting as relatief groot Mg₂Si-blokke (Fig. 1a).
'n Tipiese homogeniseringssiklus vir 6060-knoppies is 560 °C vir 2 uur. Gedurende hierdie proses, aangesien die knoppie vir 'n lang tydperk bo 530 °C bly, los Mg₂Si op. Na afkoeling presipiteer dit weer in 'n baie fyner verspreiding (Fig. 1c). As die homogeniseringstemperatuur nie hoog genoeg is nie, of die tyd te kort is, sal 'n paar groot Mg₂Si-deeltjies oorbly. Wanneer dit gebeur, bevat die vaste oplossing na ekstrusie minder Mg en Si, wat dit onmoontlik maak om 'n hoë digtheid van verhardende presipitate te vorm – wat lei tot verminderde meganiese eienskappe.
Fig. 1. Optiese mikrograwe van gepoleerde en 2% HF-geëtste 6060-stawe: (a) soos gegiet, (b) gedeeltelik gehomogeniseer, (c) volledig gehomogeniseer.
Rol van homogenisering op ysterbevattende intermetalliese stowwe
Yster (Fe) het 'n groter effek op breuktaaiheid as op sterkte. In 6XXX-legerings is Fe-fases geneig om β-fase (Al₅(FeMn)Si of Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) tydens gietwerk te vorm. Hierdie fases is groot, hoekig en belemmer ekstrusie (uitgelig in Fig. 2a). Tydens homogenisering diffundeer swaar elemente (Fe, Mn, ens.), en groot hoekige fases word kleiner en ronder (Fig. 2b).
Uit optiese beelde alleen is dit moeilik om die verskillende fases te onderskei, en dit is onmoontlik om hulle betroubaar te kwantifiseer. By Innoval kwantifiseer ons homogenisering van knuppels met behulp van ons interne kenmerkopsporing- en klassifikasiemetode (FDC), wat 'n %α-waarde vir knuppels verskaf. Dit stel ons in staat om die kwaliteit van homogenisering te bepaal.
Fig. 2. Optiese mikrograwe van knuppels (a) voor en (b) na homogenisering.
Kenmerkdeteksie- en Klassifikasiemetode (FDC)
Fig. 3a toon 'n gepoleerde monster wat deur skandeerelektronmikroskopie (SEM) geanaliseer is. 'n Grysskaal-drempeltegniek word dan toegepas om intermetalliese stowwe te skei en te identifiseer, wat wit voorkom in Fig. 3b. Hierdie tegniek maak die analise van areas tot 1 mm² moontlik, wat beteken dat meer as 1000 individuele kenmerke gelyktydig geanaliseer kan word.
Fig. 3. (a) Terugverspreide elektronbeeld van gehomogeniseerde 6060-staaf, (b) het individuele kenmerke van (a) geïdentifiseer.
Deeltjie Samestelling
Die Innoval-stelsel is toegerus met 'n Oxford Instruments Xplore 30 energie-dispersiewe X-straal (EDX) detektor. Dit maak vinnige outomatiese versameling van EDX-spektra vanaf elke geïdentifiseerde punt moontlik. Uit hierdie spektra kan die deeltjiesamestelling bepaal word, en die relatiewe Fe:Si-verhouding afgelei word.
Afhangende van die Mn- of Cr-inhoud van die legering, kan ander swaar elemente ook ingesluit word. Vir sommige 6XXX-legerings (soms met beduidende Mn) word die (Fe+Mn):Si-verhouding as verwysing gebruik. Hierdie verhoudings kan dan vergelyk word met dié van bekende Fe-bevattende intermetalliese verbindings.
β-fase (Al₅(FeMn)Si of Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si-verhouding ≈ 2. α-fase (Al₁₂(FeMn)₃Si of Al₈.₃(FeMn)₂Si): verhouding ≈ 4–6, afhangende van die samestelling. Ons pasgemaakte sagteware laat ons toe om 'n drempelwaarde te stel en elke deeltjie as α of β te klassifiseer, en dan hul posisies binne die mikrostruktuur te karteer (Fig. 4). Dit gee 'n benaderde persentasie van getransformeerde α in die gehomogeniseerde billet.
Fig. 4. (a) Kaart wat α- en β-geklassifiseerde deeltjies toon, (b) spreidingsgrafiek van (Fe+Mn):Si-verhoudings.
Wat die data vir ons kan sê
Fig. 5 toon 'n voorbeeld van hoe hierdie inligting gebruik word. In hierdie geval dui die resultate op nie-eenvormige verhitting binne 'n spesifieke oond, of moontlik dat die ingestelde temperatuur nie bereik is nie. Om sulke gevalle behoorlik te assesseer, word beide die toetsstaaf en verwysingsstawe van bekende gehalte benodig. Sonder hierdie kan die verwagte %α-reeks vir daardie legeringsamestelling nie vasgestel word nie.
Fig. 5. Vergelyking van %α in verskillende dele van 'n swak presterende homogeniseringsoond.
Plasingstyd: 30 Augustus 2025
