Dacă proprietățile mecanice ale extrudărilor nu sunt cele așteptate, atenția se concentrează de obicei asupra compoziției inițiale a țaglei sau asupra condițiilor de extrudare/îmbătrânire. Puțini oameni se întreabă dacă omogenizarea în sine ar putea fi o problemă. De fapt, etapa de omogenizare este crucială pentru producerea de extrudări de înaltă calitate. Necontrolul corespunzător al etapei de omogenizare poate duce la:
● Presiune de străpungere crescută
●Mai multe defecte
●Texturi cu dungi după anodizare
●Viteză de extrudare mai mică
●Proprietăți mecanice slabe
Etapa de omogenizare are două scopuri principale: rafinarea compușilor intermetalici care conțin fier și redistribuirea magneziului (Mg) și siliciului (Si). Prin examinarea microstructurii țaglei înainte și după omogenizare, se poate prezice dacă țagla se va comporta bine în timpul extrudării.
Efectul omogenizării țaglei asupra călirii
În extrudările 6XXX, rezistența provine din fazele bogate în Mg și Si formate în timpul îmbătrânirii. Capacitatea de a forma aceste faze depinde de plasarea elementelor în soluție solidă înainte de începerea îmbătrânirii. Pentru ca Mg și Si să devină în cele din urmă parte a soluției solide, metalul trebuie răcit rapid de la peste 530 °C. La temperaturi peste acest punct, Mg și Si se dizolvă în mod natural în aluminiu. Cu toate acestea, în timpul extrudării, metalul rămâne peste această temperatură doar pentru o perioadă scurtă de timp. Pentru a se asigura că tot Mg și Si se dizolvă, particulele de Mg și Si trebuie să fie relativ mici. Din păcate, în timpul turnării, Mg și Si precipită sub formă de blocuri de Mg₂Si relativ mari (Fig. 1a).
Un ciclu tipic de omogenizare pentru țaglele 6060 este de 560 °C timp de 2 ore. În timpul acestui proces, deoarece țagla rămâne peste 530 °C pentru o perioadă lungă de timp, Mg₂Si se dizolvă. La răcire, acesta reprecipită într-o distribuție mult mai fină (Fig. 1c). Dacă temperatura de omogenizare nu este suficient de ridicată sau timpul este prea scurt, vor rămâne unele particule mari de Mg₂Si. Când se întâmplă acest lucru, soluția solidă după extrudare conține mai puțin Mg și Si, ceea ce face imposibilă formarea unei densități mari de precipitate de întărire - ceea ce duce la proprietăți mecanice reduse.
Fig. 1. Micrografii optice ale unor țagle 6060 lustruite și gravate cu HF 2%: (a) turnate, (b) parțial omogenizate, (c) complet omogenizate.
Rolul omogenizării asupra intermetalicilor care conțin fier
Fierul (Fe) are un efect mai mare asupra tenacității la fractură decât asupra rezistenței. În aliajele 6XXX, fazele Fe tind să formeze faze β (Al₅(FeMn)Si sau Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) în timpul turnării. Aceste faze sunt mari, unghiulare și interferează cu extrudarea (evidențiat în Fig. 2a). În timpul omogenizării, elementele grele (Fe, Mn etc.) difuzează, iar fazele mari unghiulare devin mai mici și mai rotunde (Fig. 2b).
Doar din imaginile optice, este dificil să se distingă diferitele faze și este imposibil să se cuantifice în mod fiabil. La Innoval, cuantificăm omogenizarea țaglelor folosind metoda noastră internă de detectare și clasificare a caracteristicilor (FDC), care oferă o valoare %α pentru țagle. Acest lucru ne permite să evaluăm calitatea omogenizării.
Fig. 2. Micrografii optice ale țaglelor (a) înainte și (b) după omogenizare.
Metoda de detectare și clasificare a caracteristicilor (FDC)
Fig. 3a prezintă o probă șlefuită, analizată prin microscopie electronică cu scanare (SEM). Apoi, se aplică o tehnică de prag în tonuri de gri pentru a separa și identifica intermetalicii, care apar albi în Fig. 3b. Această tehnică permite analizarea unor suprafețe de până la 1 mm², ceea ce înseamnă că pot fi analizate simultan peste 1000 de caracteristici individuale.
Fig. 3. (a) Imagine electronică retrodifuzată a unei țagle 6060 omogenizate, (b) caracteristici individuale identificate din (a).
Compoziția particulelor
Sistemul Innoval este echipat cu un detector de raze X cu dispersie de energie (EDX) Oxford Instruments Xplore 30. Acest lucru permite colectarea automată și rapidă a spectrelor EDX din fiecare punct identificat. Din aceste spectre, se poate determina compoziția particulelor și se poate deduce raportul relativ Fe:Si.
În funcție de conținutul de Mn sau Cr al aliajului, pot fi incluse și alte elemente grele. Pentru unele aliaje 6XXX (uneori cu Mn semnificativ), raportul (Fe+Mn):Si este utilizat ca referință. Aceste raporturi pot fi apoi comparate cu cele ale intermetalicilor cunoscuți care conțin Fe.
Fază β (Al₅(FeMn)Si sau Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): raport (Fe+Mn):Si ≈ 2. Fază α (Al₁₂(FeMn)₃Si sau Al₈.₃(FeMn)₂Si): raport ≈ 4–6, în funcție de compoziție. Software-ul nostru personalizat ne permite să stabilim un prag și să clasificăm fiecare particulă ca α sau β, apoi să cartografiem pozițiile acestora în cadrul microstructurii (Fig. 4). Aceasta oferă un procent aproximativ de α transformat în țagla omogenizată.
Fig. 4. (a) Hartă care prezintă particulele clasificate α și β, (b) diagramă de dispersie a raporturilor (Fe+Mn):Si.
Ce ne pot spune datele
Fig. 5 prezintă un exemplu despre cum sunt utilizate aceste informații. În acest caz, rezultatele indică o încălzire neuniformă într-un anumit cuptor sau, eventual, că temperatura de referință nu a fost atinsă. Pentru a evalua corect astfel de cazuri, sunt necesare atât țagle de testare, cât și țagle de referință de calitate cunoscută. Fără acestea, nu se poate stabili intervalul %α așteptat pentru compoziția aliajului respectiv.
Fig. 5. Comparație între %α și diferite secțiuni ale unui cuptor de omogenizare cu performanțe slabe.
Data publicării: 30 august 2025
