Jei ekstruzijos mechaninės savybės neatitinka lūkesčių, dėmesys paprastai sutelkiamas į pradinę ruošinio sudėtį arba ekstruzijos / sendinimo sąlygas. Nedaugelis žmonių abejoja, ar pats homogenizavimas gali būti problema. Tiesą sakant, homogenizacijos etapas yra labai svarbus norint pagaminti aukštos kokybės ekstruzijas. Netinkamai kontroliuojant homogenizacijos etapą, gali kilti:
● Padidėjęs proveržio slėgis
●Daugiau defektų
● Dryžuotos tekstūros po anodavimo
● Mažesnis ekstruzijos greitis
●Prastos mechaninės savybės
Homogenizavimo etapas turi du pagrindinius tikslus: geležį turinčių tarpmetalinių junginių rafinavimas ir magnio (Mg) bei silicio (Si) perskirstymas. Ištyrus ruošinio mikrostruktūrą prieš ir po homogenizavimo, galima numatyti, ar ruošinys gerai veiks ekstruzijos metu.
Ruošinio homogenizacijos poveikis grūdinimui
6XXX ekstruzijose stiprumas gaunamas iš Mg ir Si turtingų fazių, susidarančių senėjimo metu. Šių fazių susidarymo gebėjimas priklauso nuo elementų įdėjimo į kietą tirpalą prieš pradedant senėjimą. Kad Mg ir Si galiausiai taptų kieto tirpalo dalimi, metalas turi būti greitai atšaldomas nuo aukštesnės nei 530 °C temperatūros. Aukštesnėje temperatūroje Mg ir Si natūraliai ištirpsta į aliuminį. Tačiau ekstruzijos metu metalas aukštesnėje temperatūroje išlieka tik trumpą laiką. Kad visas Mg ir Si ištirptų, Mg ir Si dalelės turi būti santykinai mažos. Deja, liejimo metu Mg ir Si nusėda kaip santykinai dideli Mg₂Si blokai (1a pav.).
Tipinis 6060 ruošinių homogenizavimo ciklas yra 560 °C 2 valandas. Šio proceso metu, kadangi ruošinys ilgą laiką išlieka aukštesnėje nei 530 °C temperatūroje, Mg₂Si ištirpsta. Atvėsęs jis vėl nusėda daug smulkesniu pasiskirstymu (1c pav.). Jei homogenizavimo temperatūra nėra pakankamai aukšta arba laikas per trumpas, liks keletas didelių Mg₂Si dalelių. Kai taip nutinka, kietame tirpale po ekstruzijos yra mažiau Mg ir Si, todėl neįmanoma susidaryti didelio tankio kietėjančioms nuosėdoms, todėl sumažėja mechaninės savybės.
1 pav. Poliruotų ir 2 % HF ėsdintų 6060 plieno luitų optinės mikrografijos: (a) kaip lieti, (b) iš dalies homogenizuoti, (c) visiškai homogenizuoti.
Homogenizacijos vaidmuo geležies turinčiose intermetalinėse medžiagose
Geležis (Fe) turi didesnį poveikį lūžio stiprumui nei stiprumui. 6XXX lydiniuose Fe fazės liejimo metu linkusios sudaryti β fazę (Al₅(FeMn)Si arba Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Šios fazės yra didelės, kampuotos ir trukdo ekstruzijai (paryškinta 2a pav.). Homogenizacijos metu sunkieji elementai (Fe, Mn ir kt.) difunduoja, o didelės kampuotos fazės tampa mažesnės ir apvalesnės (2b pav.).
Vien iš optinių vaizdų sunku atskirti įvairias fazes ir neįmanoma jų patikimai kiekybiškai įvertinti. „Innoval“ ruošinių homogenizaciją kiekybiškai įvertiname naudodami vidinį požymių aptikimo ir klasifikavimo (FDC) metodą, kuris pateikia ruošinių %α vertę. Tai leidžia mums įvertinti homogenizacijos kokybę.
2 pav. Pluoštų optinės mikrografijos (a) prieš ir (b) po homogenizavimo.
Funkcijų aptikimo ir klasifikavimo (FDC) metodas
3a pav. parodytas poliruotas mėginys, analizuojamas skenuojančia elektronine mikroskopija (SEM). Tada taikomas pilkosios skalės slenksčio metodas, siekiant atskirti ir identifikuoti intermetalinius junginius, kurie 3b pav. atrodo balti. Šis metodas leidžia analizuoti iki 1 mm² plotus, o tai reiškia, kad vienu metu galima analizuoti daugiau nei 1000 atskirų savybių.
3 pav. (a) Homogenizuoto 6060 ruošinio atgalinės sklaidos elektronų vaizdas, (b) identifikuoti individualūs požymiai iš (a).
Dalelių sudėtis
„Innoval“ sistemoje įrengtas „Oxford Instruments Xplore 30“ energijos dispersijos rentgeno spindulių (EDX) detektorius. Tai leidžia greitai ir automatiškai surinkti EDX spektrus iš kiekvieno identifikuoto taško. Iš šių spektrų galima nustatyti dalelių sudėtį ir padaryti išvadą apie santykinį Fe:Si santykį.
Priklausomai nuo lydinio Mn arba Cr kiekio, gali būti ir kitų sunkiųjų elementų. Kai kuriems 6XXX lydiniams (kartais turintiems didelį Mn kiekį) kaip atskaitos taškas naudojamas (Fe+Mn):Si santykis. Šiuos santykius galima palyginti su žinomų Fe turinčių intermetalinių junginių santykiais.
β fazė (Al₅(FeMn)Si arba Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si santykis ≈ 2. α fazė (Al₁₂(FeMn)₃Si arba Al₈.₃(FeMn)₂Si): santykis ≈ 4–6, priklausomai nuo sudėties. Mūsų pritaikyta programinė įranga leidžia nustatyti slenkstį ir klasifikuoti kiekvieną dalelę kaip α arba β, o tada nustatyti jų padėtį mikrostruktūroje (4 pav.). Tai rodo apytikslį transformuotos α procentą homogenizuotame ruošinyje.
4 pav. (a) α ir β klasifikuotų dalelių žemėlapis, (b) (Fe+Mn):Si santykių sklaidos diagrama.
Ką duomenys gali mums pasakyti
5 pav. pateiktas šios informacijos naudojimo pavyzdys. Šiuo atveju rezultatai rodo netolygų kaitinimą konkrečioje krosnyje arba galbūt nebuvo pasiekta nustatyta temperatūra. Norint tinkamai įvertinti tokius atvejus, reikalingi ir bandomasis, ir žinomos kokybės etaloniniai ruošiniai. Be jų negalima nustatyti numatomo tos lydinio sudėties %α diapazono.
5 pav. Prastai veikiančios homogenizavimo krosnies skirtingų sekcijų %α palyginimas.
Įrašo laikas: 2025 m. rugpjūčio 30 d.
