Ak mechanické vlastnosti extrúznych výrobkov nie sú také, aké sa očakávajú, pozornosť sa zvyčajne zameriava na počiatočné zloženie polotovaru alebo na podmienky extrúzie/starnutia. Len málo ľudí sa pýta, či samotná homogenizácia môže byť problémom. V skutočnosti je fáza homogenizácie kľúčová pre výrobu vysokokvalitných extrúznych výrobkov. Nedostatočná kontrola kroku homogenizácie môže viesť k:
●Zvýšený prielomový tlak
●Viac chýb
●Pruhované textúry po eloxovaní
●Nižšia rýchlosť extrúzie
●Zlé mechanické vlastnosti
Fáza homogenizácie má dva hlavné účely: rafináciu intermetalických zlúčenín obsahujúcich železo a redistribúciu horčíka (Mg) a kremíka (Si). Preskúmaním mikroštruktúry polotovaru pred a po homogenizácii je možné predpovedať, či si polotovar bude počas extrúzie dobre viesť.
Vplyv homogenizácie polotovaru na kalenie
V extrúziách 6XXX pochádza pevnosť z fáz bohatých na Mg a Si, ktoré sa tvoria počas starnutia. Schopnosť tvoriť tieto fázy závisí od umiestnenia prvkov do tuhého roztoku pred začiatkom starnutia. Aby sa Mg a Si nakoniec stali súčasťou tuhého roztoku, musí sa kov rýchlo ochladiť z teploty nad 530 °C. Pri teplotách nad týmto bodom sa Mg a Si prirodzene rozpúšťajú na hliník. Počas extrúzie však kov zostáva nad touto teplotou iba krátky čas. Aby sa zabezpečilo rozpustenie všetkého Mg a Si, častice Mg a Si musia byť relatívne malé. Bohužiaľ, počas odlievania sa Mg a Si vyzrážajú ako relatívne veľké bloky Mg₂Si (obr. 1a).
Typický homogenizačný cyklus pre predvalky 6060 je 560 °C počas 2 hodín. Počas tohto procesu, keďže predvalok zostáva dlhší čas nad 530 °C, sa Mg₂Si rozpúšťa. Po ochladení sa opäť vyzráža v oveľa jemnejšej distribúcii (obr. 1c). Ak teplota homogenizácie nie je dostatočne vysoká alebo je čas príliš krátky, zostanú niektoré veľké častice Mg₂Si. Keď sa to stane, pevný roztok po extrúzii obsahuje menej Mg a Si, čo znemožňuje tvorbu vysokej hustoty vytvrdzujúcich sa zrazenín, čo vedie k zníženiu mechanických vlastností.
Obr. 1. Optické mikrofotografie leštených a 2 % HF leptaných predvalkov 6060: (a) odliaty, (b) čiastočne homogenizovaný, (c) úplne homogenizovaný.
Úloha homogenizácie intermetalických zlúčenín obsahujúcich železo
Železo (Fe) má väčší vplyv na lomovú húževnatosť ako na pevnosť. V zliatinách 6XXX majú fázy Fe tendenciu tvoriť počas odlievania β-fázu (Al₅(FeMn)Si alebo Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Tieto fázy sú veľké, hranaté a prekážajú pri extrúzii (zvýraznené na obr. 2a). Počas homogenizácie ťažké prvky (Fe, Mn atď.) difundujú a veľké hranaté fázy sa zmenšujú a zaobliavajú (obr. 2b).
Len z optických snímok je ťažké rozlíšiť rôzne fázy a nie je možné ich spoľahlivo kvantifikovať. V spoločnosti Innoval kvantifikujeme homogenizáciu predvalkov pomocou našej internej metódy detekcie a klasifikácie znakov (FDC), ktorá poskytuje hodnotu %α pre predvalky. To nám umožňuje posúdiť kvalitu homogenizácie.
Obr. 2. Optické mikrofotografie predvalkov (a) pred a (b) po homogenizácii.
Metóda detekcie a klasifikácie prvkov (FDC)
Obr. 3a zobrazuje leštenú vzorku analyzovanú skenovacou elektrónovou mikroskopiou (SEM). Na oddelenie a identifikáciu intermetalických zlúčenín, ktoré sa na obr. 3b javia ako biele, sa potom použije technika prahovania v odtieňoch sivej. Táto technika umožňuje analýzu oblastí do 1 mm², čo znamená, že je možné analyzovať viac ako 1 000 jednotlivých prvkov naraz.
Obr. 3. (a) Spätne rozptýlený elektrónový obraz homogenizovaného polotovaru 6060, (b) identifikované jednotlivé znaky z (a).
Zloženie častíc
Systém Innoval je vybavený energiovo-disperzným röntgenovým (EDX) detektorom Oxford Instruments Xplore 30. To umožňuje rýchly automatický zber EDX spektier z každého identifikovaného bodu. Z týchto spektier je možné určiť zloženie častíc a odvodiť relatívny pomer Fe:Si.
V závislosti od obsahu Mn alebo Cr v zliatine môžu byť zahrnuté aj ďalšie ťažké prvky. Pre niektoré zliatiny 6XXX (niekedy s významným obsahom Mn) sa ako referencia používa pomer (Fe+Mn):Si. Tieto pomery sa potom môžu porovnať s pomermi známych intermetalických zlúčenín obsahujúcich Fe.
β-fáza (Al₅(FeMn)Si alebo Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): pomer (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-fáza (Al₁₂(FeMn)₃Si alebo Al₈.₃(FeMn)₂Si): pomer ≈ 4–6, v závislosti od zloženia. Náš vlastný softvér nám umožňuje nastaviť prahovú hodnotu a klasifikovať každú časticu ako α alebo β, potom zmapovať ich polohy v mikroštruktúre (obr. 4). To poskytuje približné percento transformovaného α v homogenizovanom polotovare.
Obr. 4. (a) Mapa zobrazujúca častice klasifikované ako α- a β, (b) bodový graf pomerov (Fe+Mn):Si.
Čo nám môžu povedať dáta
Obr. 5 znázorňuje príklad použitia týchto informácií. V tomto prípade výsledky naznačujú nerovnomerné ohrev v rámci konkrétnej pece alebo možno nedosiahnutie požadovanej teploty. Na správne posúdenie takýchto prípadov sú potrebné testovacie aj referenčné polotovary známej kvality. Bez nich nie je možné stanoviť očakávaný rozsah %α pre dané zloženie zliatiny.
Obr. 5. Porovnanie %α v rôznych sekciách homogenizačnej pece so slabým výkonom.
Čas uverejnenia: 30. augusta 2025
