Ja ekstrūzijas mehāniskās īpašības neatbilst gaidītajam, uzmanība parasti tiek pievērsta sagataves sākotnējam sastāvam vai ekstrūzijas/novecošanas apstākļiem. Tikai retais apšauba, vai homogenizācija pati par sevi varētu būt problēma. Patiesībā homogenizācijas posms ir ļoti svarīgs augstas kvalitātes ekstrūzijas ražošanai. Ja homogenizācijas posms netiek pienācīgi kontrolēts, tas var izraisīt:
●Paaugstināts caursišanas spiediens
●Vairāk defektu
●Svītru tekstūras pēc anodēšanas
●Zemāks ekstrūzijas ātrums
●Sliktas mehāniskās īpašības
Homogenizācijas posmam ir divi galvenie mērķi: dzelzi saturošu starpmetālisku savienojumu rafinēšana un magnija (Mg) un silīcija (Si) pārdale. Pārbaudot sagataves mikrostruktūru pirms un pēc homogenizācijas, var prognozēt, vai sagatave labi darbosies ekstrūzijas laikā.
Stieņa homogenizācijas ietekme uz sacietēšanu
6XXX ekstrūzijās izturību nodrošina Mg un Si bagātās fāzes, kas veidojas novecošanas laikā. Šo fāžu veidošanās spēja ir atkarīga no elementu ievietošanas cietā šķīdumā pirms novecošanas sākuma. Lai Mg un Si galu galā kļūtu par cietā šķīduma daļu, metāls ir ātri jāatdzesē temperatūrā, kas pārsniedz 530 °C. Temperatūrā, kas pārsniedz šo punktu, Mg un Si dabiski izšķīst alumīnijā. Tomēr ekstrūzijas laikā metāls virs šīs temperatūras paliek tikai īsu laiku. Lai nodrošinātu, ka viss Mg un Si izšķīst, Mg un Si daļiņām jābūt relatīvi mazām. Diemžēl liešanas laikā Mg un Si izgulsnējas kā relatīvi lieli Mg₂Si bloki (1.a att.).
Tipisks 6060 sagataves homogenizācijas cikls ir 560 °C 2 stundas. Šī procesa laikā, tā kā sagataves temperatūra ilgstoši pārsniedz 530 °C, Mg₂Si izšķīst. Atdzesējot, tas atkārtoti nogulsnējas daudz smalkākā sadalījumā (1.c attēls). Ja homogenizācijas temperatūra nav pietiekami augsta vai laiks ir pārāk īss, dažas lielas Mg₂Si daļiņas paliks. Kad tas notiek, cietais šķīdums pēc ekstrūzijas satur mazāk Mg un Si, padarot neiespējamu augsta blīvuma sacietējošu nogulšņu veidošanos, kas noved pie samazinātām mehāniskajām īpašībām.
1. att. Pulētu un ar 2% HF kodinātu 6060 tērauda sagataves optiskie mikroattēli: (a) kā lieta, (b) daļēji homogenizēta, (c) pilnībā homogenizēta.
Homogenizācijas loma dzelzi saturošos starpmetāliskos savienojumos
Dzelzim (Fe) ir lielāka ietekme uz lūzuma izturību nekā uz stiprību. 6XXX sakausējumos Fe fāzes liešanas laikā mēdz veidot β-fāzi (Al₅(FeMn)Si vai Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Šīs fāzes ir lielas, leņķiskas un traucē ekstrūziju (izcelts 2.a attēlā). Homogenizācijas laikā smagie elementi (Fe, Mn utt.) difūzē, un lielās leņķiskās fāzes kļūst mazākas un apaļākas (2.b attēls).
Tikai no optiskajiem attēliem ir grūti atšķirt dažādās fāzes, un nav iespējams tās ticami kvantitatīvi noteikt. Uzņēmumā Innoval mēs kvantitatīvi nosakām sagatavju homogenizāciju, izmantojot mūsu iekšējo pazīmju noteikšanas un klasifikācijas (FDC) metodi, kas sniedz sagatavēm %α vērtību. Tas ļauj mums novērtēt homogenizācijas kvalitāti.
2. att. Sagatavju optiskie mikroattēli (a) pirms un (b) pēc homogenizācijas.
Iezīmju noteikšanas un klasifikācijas (FDC) metode
3.a attēlā redzams pulēts paraugs, kas analizēts ar skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM). Pēc tam tiek izmantota pelēktoņu sliekšņa noteikšanas metode, lai atdalītu un identificētu starpmetāliskus savienojumus, kas 3.b attēlā izskatās balti. Šī metode ļauj analizēt laukumus līdz 1 mm², kas nozīmē, ka vienlaikus var analizēt vairāk nekā 1000 atsevišķu elementu.
3. att. (a) Homogenizēta 6060 sagataves elektronu attēls ar atpakaļizkliedētu ainu, (b) identificētās atsevišķās pazīmes no (a).
Daļiņu sastāvs
Innoval sistēma ir aprīkota ar Oxford Instruments Xplore 30 enerģijas dispersijas rentgenstaru (EDX) detektoru. Tas ļauj ātri un automātiski apkopot EDX spektrus no katra identificētā punkta. No šiem spektriem var noteikt daļiņu sastāvu un secināt relatīvo Fe:Si attiecību.
Atkarībā no sakausējuma Mn vai Cr satura var tikt iekļauti arī citi smagie elementi. Dažiem 6XXX sakausējumiem (dažreiz ar ievērojamu Mn daudzumu) kā atsauci izmanto (Fe+Mn):Si attiecību. Šīs attiecības pēc tam var salīdzināt ar zināmu Fe saturošu starpmetālisku savienojumu attiecībām.
β-fāze (Al₅(FeMn)Si vai Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si attiecība ≈ 2. α-fāze (Al₁₂(FeMn)₃Si vai Al₈.₃(FeMn)₂Si): attiecība ≈ 4–6 atkarībā no sastāva. Mūsu pielāgotā programmatūra ļauj mums iestatīt slieksni un klasificēt katru daļiņu kā α vai β, pēc tam kartēt to pozīcijas mikrostruktūrā (4. att.). Tas dod aptuvenu pārveidotās α procentuālo daudzumu homogenizētajā sagatavē.
4. att. (a) Karte, kurā redzamas α- un β-klasificētas daļiņas, (b) (Fe+Mn):Si attiecību izkliedes diagramma.
Ko dati var mums pastāstīt
5. attēlā parādīts šīs informācijas izmantošanas piemērs. Šajā gadījumā rezultāti norāda uz nevienmērīgu sildīšanu konkrētā krāsnī vai, iespējams, uzdotās temperatūras neesamību. Lai pareizi novērtētu šādus gadījumus, ir nepieciešamas gan testa sagataves, gan atsauces sagataves ar zināmu kvalitāti. Bez tām nav iespējams noteikt paredzamo %α diapazonu šim sakausējuma sastāvam.
5. att. %α salīdzinājums dažādās slikti funkcionējošas homogenizācijas krāsns sekcijās.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 30. augusts
