Kui ekstrusioonide mehaanilised omadused ei ole ootuspärased, pööratakse tavaliselt tähelepanu tooriku algkoostisele või ekstrusiooni/vananemise tingimustele. Vähesed inimesed seavad kahtluse alla, kas homogeniseerimine ise võiks olla probleem. Tegelikult on homogeniseerimisetapp kvaliteetsete ekstrusioonide tootmiseks ülioluline. Homogeniseerimisetapi ebapiisav kontroll võib kaasa tuua:
● Suurenenud läbimurderõhk
●Rohkem defekte
●Anodeerimise järgsed triibulised tekstuurid
●Väiksem ekstrusioonikiirus
● Halvad mehaanilised omadused
Homogeniseerimisetapil on kaks peamist eesmärki: rauda sisaldavate metallidevaheliste ühendite rafineerimine ning magneesiumi (Mg) ja räni (Si) ümberjaotamine. Tooriku mikrostruktuuri uurimise teel enne ja pärast homogeniseerimist saab ennustada, kas toorik toimib ekstrusiooni ajal hästi.
Tooriku homogeniseerimise mõju kõvenemisele
6XXX ekstrusioonide puhul tuleb tugevus vanandamise käigus tekkivatest Mg- ja Si-rikastest faasidest. Nende faaside moodustumise võime sõltub elementide asetamisest tahkesse lahusesse enne vanandamise algust. Selleks, et Mg ja Si saaksid lõpuks tahke lahuse osaks, tuleb metall kiiresti jahutada temperatuuril üle 530 °C. Sellest punktist kõrgemal temperatuuril lahustuvad Mg ja Si loomulikult alumiiniumiks. Ekstrusiooni ajal püsib metall sellest temperatuurist kõrgemal aga vaid lühikest aega. Kogu Mg ja Si lahustumise tagamiseks peavad Mg ja Si osakesed olema suhteliselt väikesed. Kahjuks sadestuvad Mg ja Si valamise ajal suhteliselt suurte Mg₂Si plokkidena (joonis 1a).
Tüüpiline 6060 toorikute homogeniseerimistsükkel on 560 °C 2 tunni jooksul. Selle protsessi käigus, kuna toorik püsib pikka aega üle 530 °C, lahustub Mg₂Si. Jahtumisel sadestub see uuesti palju peenema jaotusega (joonis 1c). Kui homogeniseerimistemperatuur ei ole piisavalt kõrge või aeg on liiga lühike, jäävad mõned suured Mg₂Si osakesed alles. Sellisel juhul sisaldab tahke lahus pärast ekstrusiooni vähem Mg ja Si, mis muudab kõvenevate sademete suure tihedusega moodustumise võimatuks, mis viib mehaaniliste omaduste halvenemiseni.
Joonis 1. Poleeritud ja 2% HF-söövitatud 6060 toorikute optilised mikrofotod: (a) valatud olekus, (b) osaliselt homogeniseeritud, (c) täielikult homogeniseeritud.
Homogeniseerimise roll rauda sisaldavatel intermetalliididel
Raud (Fe) mõjutab purunemiskindlust rohkem kui tugevust. 6XXX sulamites kipuvad Fe-faasid valamise ajal moodustama β-faasi (Al₅(FeMn)Si või Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Need faasid on suured, nurgelised ja segavad ekstrusiooni (esile tõstetud joonisel 2a). Homogeniseerimise käigus rasked elemendid (Fe, Mn jne) difundeeruvad ja suured nurgelised faasid muutuvad väiksemaks ja ümaramaks (joonis 2b).
Ainult optiliste piltide põhjal on erinevaid faase raske eristada ja neid on võimatu usaldusväärselt kvantifitseerida. Innovalis kvantifitseerime toorikute homogeniseerimist oma sisemise tunnuste tuvastamise ja klassifitseerimise (FDC) meetodi abil, mis annab toorikute %α väärtuse. See võimaldab meil hinnata homogeniseerimise kvaliteeti.
Joonis 2. Kangide optilised mikrofotod (a) enne ja (b) pärast homogeniseerimist.
Tunnuste tuvastamise ja klassifitseerimise (FDC) meetod
Joonisel 3a on kujutatud skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) abil analüüsitud poleeritud proovi. Seejärel rakendatakse halltoonide läviväärtustehnikat, et eraldada ja tuvastada metallidevahelisi ühendeid, mis joonisel 3b on valged. See tehnika võimaldab analüüsida kuni 1 mm² suurusi alasid, mis tähendab, et korraga saab analüüsida üle 1000 üksiku tunnuse.
Joon. 3. (a) Homogeniseeritud 6060 tooriku tagasihajunud elektronide kujutis, (b) punktist (a) tuvastatud üksikud tunnused.
Osakeste koostis
Innoval süsteem on varustatud Oxford Instruments Xplore 30 energiadispergeeriva röntgenkiirguse (EDX) detektoriga. See võimaldab igast tuvastatud punktist EDX-spektrite kiiret ja automaatset kogumist. Nende spektrite põhjal saab määrata osakeste koostise ja järeldada Fe:Si suhte.
Sõltuvalt sulami Mn- või Cr-sisaldusest võib lisada ka teisi raskeid elemente. Mõnede 6XXX sulamite puhul (mõnikord märkimisväärse Mn-sisaldusega) kasutatakse võrdlusalusena (Fe+Mn):Si suhet. Neid suhteid saab seejärel võrrelda teadaolevate Fe-d sisaldavate metallidevaheliste ühendite omadega.
β-faas (Al₅(FeMn)Si või Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si suhe ≈ 2. α-faas (Al₁₂(FeMn)₃Si või Al₈.₃(FeMn)₂Si): suhe ≈ 4–6, olenevalt koostisest. Meie kohandatud tarkvara võimaldab meil määrata läviväärtuse ja klassifitseerida iga osakese α-ks või β-ks ning seejärel kaardistada nende asukohad mikrostruktuuris (joonis 4). See annab ligikaudse muundatud α protsendi homogeniseeritud toorikus.
Joonis 4. (a) α- ja β-klassifikatsiooniga osakeste kaart, (b) (Fe+Mn):Si suhete hajuvusdiagramm.
Mida andmed meile öelda saavad
Joonis 5 näitab näidet selle teabe kasutamise kohta. Sel juhul näitavad tulemused ebaühtlast kuumenemist konkreetses ahjus või seda, et seatud temperatuuri ei saavutatud. Selliste juhtumite nõuetekohaseks hindamiseks on vaja nii test- kui ka teadaoleva kvaliteediga võrdlustoorikuid. Ilma nendeta ei saa selle sulami koostise eeldatavat %α vahemikku kindlaks määrata.
Joonis 5. %α võrdlus halvasti toimiva homogeniseerimisahju erinevates sektsioonides.
Postituse aeg: 30. august 2025
