Om de mekaniska egenskaperna hos extruderade material inte är som förväntat, fokuseras uppmärksamheten vanligtvis på ämnets ursprungliga sammansättning eller extruderings-/åldringsförhållandena. Få ifrågasätter om homogeniseringen i sig kan vara ett problem. Faktum är att homogeniseringssteget är avgörande för att producera högkvalitativa extruderade material. Underlåtenhet att kontrollera homogeniseringssteget ordentligt kan leda till:
● Ökat genombrottstryck
●Fler defekter
●Sträcktexturer efter anodisering
● Lägre extruderingshastighet
● Dåliga mekaniska egenskaper
Homogeniseringssteget har två huvudsyften: att raffinera järnhaltiga intermetalliska föreningar och att omfördela magnesium (Mg) och kisel (Si). Genom att undersöka mikrostrukturen hos ämnet före och efter homogenisering kan man förutsäga om ämnet kommer att prestera bra under extrudering.
Effekt av Billet-homogenisering på härdning
I 6XXX-extruderingar kommer styrkan från Mg- och Si-rika faser som bildas under åldring. Förmågan att bilda dessa faser beror på att elementen placeras i fast lösning innan åldringen börjar. För att Mg och Si så småningom ska bli en del av den fasta lösningen måste metallen kylas snabbt från över 530 °C. Vid temperaturer över denna punkt löses Mg och Si naturligt upp i aluminium. Under extrudering förblir metallen dock bara över denna temperatur under en kort tid. För att säkerställa att allt Mg och Si löses upp måste Mg- och Si-partiklarna vara relativt små. Tyvärr fälls Mg och Si ut som relativt stora Mg₂Si-block under gjutning (Fig. 1a).
En typisk homogeniseringscykel för 6060-billets är 560 °C i 2 timmar. Under denna process, eftersom billets temperatur förblir över 530 °C under en längre period, löses Mg₂Si upp. Vid kylning återutfälls det i en mycket finare fördelning (Fig. 1c). Om homogeniseringstemperaturen inte är tillräckligt hög, eller tiden är för kort, kommer några stora Mg₂Si-partiklar att finnas kvar. När detta händer innehåller den fasta lösningen efter extrudering mindre Mg och Si, vilket gör det omöjligt att bilda en hög densitet av härdande utfällningar – vilket leder till minskade mekaniska egenskaper.
Fig. 1. Optiska mikrofotografier av polerade och 2 % HF-etsade 6060-billets: (a) gjutna, (b) delvis homogeniserade, (c) helt homogeniserade.
Homogeniseringens roll på järnhaltiga intermetaller
Järn (Fe) har större effekt på brottseghet än på hållfasthet. I 6XXX-legeringar tenderar Fe-faser att bilda β-fas (Al₅(FeMn)Si eller Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) under gjutning. Dessa faser är stora, kantiga och stör extruderingen (markerat i figur 2a). Under homogenisering diffunderar tunga element (Fe, Mn, etc.) och stora kantiga faser blir mindre och rundare (figur 2b).
Enbart från optiska bilder är det svårt att skilja de olika faserna åt, och det är omöjligt att kvantifiera dem tillförlitligt. På Innoval kvantifierar vi homogenisering av ämnen med hjälp av vår interna metod för detektion och klassificering (FDC), som ger ett %α-värde för ämnen. Detta gör det möjligt för oss att bedöma homogeniseringens kvalitet.
Fig. 2. Optiska mikrofotografier av ämnen (a) före och (b) efter homogenisering.
Metod för funktionsdetektering och klassificering (FDC)
Figur 3a visar ett polerat prov analyserat med svepelektronmikroskopi (SEM). En gråskaligtröskelvärdesteknik tillämpas sedan för att separera och identifiera intermetalliska föreningar, vilka framstår som vita i figur 3b. Denna teknik möjliggör analys av områden upp till 1 mm², vilket innebär att över 1000 individuella egenskaper kan analyseras samtidigt.
Fig. 3. (a) Bakåtspridd elektronbild av homogeniserad 6060-billet, (b) identifierade individuella egenskaper från (a).
Partikelsammansättning
Innoval-systemet är utrustat med en Oxford Instruments Xplore 30 energidispersiv röntgendetektor (EDX). Detta möjliggör snabb automatisk insamling av EDX-spektra från varje identifierad punkt. Från dessa spektra kan partikelsammansättningen bestämmas och det relativa Fe:Si-förhållandet härledas.
Beroende på legeringens Mn- eller Cr-halt kan även andra tunga element ingå. För vissa 6XXX-legeringar (ibland med betydande Mn) används (Fe+Mn):Si-förhållandet som referens. Dessa förhållanden kan sedan jämföras med de för kända Fe-innehållande intermetaller.
β-fas (Al₅(FeMn)Si eller Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si-förhållande ≈ 2. α-fas (Al₁₂(FeMn)₃Si eller Al₈.₃(FeMn)₂Si): förhållande ≈ 4–6, beroende på sammansättning. Vår anpassade programvara låter oss sätta ett tröskelvärde och klassificera varje partikel som α eller β, och sedan kartlägga deras positioner inom mikrostrukturen (Fig. 4). Detta ger en ungefärlig procentandel av transformerad α i den homogeniserade ämnen.
Fig. 4. (a) Karta som visar α- och β-klassificerade partiklar, (b) spridningsdiagram över (Fe+Mn):Si-förhållanden.
Vad informationen kan berätta för oss
Figur 5 visar ett exempel på hur denna information används. I det här fallet indikerar resultaten ojämn uppvärmning inom en specifik ugn, eller möjligen att börtemperaturen inte uppnåddes. För att korrekt bedöma sådana fall krävs både testämne och referensämnen av känd kvalitet. Utan dessa kan det förväntade %α-intervallet för den legeringssammansättningen inte fastställas.
Fig. 5. Jämförelse av %α i olika sektioner av en dåligt fungerande homogeniseringsugn.
Publiceringstid: 30 augusti 2025
