Jos pursotettujen tuotteiden mekaaniset ominaisuudet eivät ole odotetun mukaisia, huomio kiinnittyy yleensä aihion alkuperäiseen koostumukseen tai pursotus-/vanhentamisolosuhteisiin. Harva kyseenalaistaa, voiko homogenisointi itsessään olla ongelma. Itse asiassa homogenisointivaihe on ratkaisevan tärkeä korkealaatuisten pursotettujen tuotteiden tuottamiseksi. Homogenisointivaiheen asianmukaisen hallinnan laiminlyönti voi johtaa:
● Lisääntynyt läpimurtopaine
●Lisää vikoja
● Raidalliset tekstuurit anodisoinnin jälkeen
●Hidas pursotusnopeus
●Huonot mekaaniset ominaisuudet
Homogenisointivaiheella on kaksi päätarkoitusta: rautaa sisältävien metallien välisten yhdisteiden jalostus sekä magnesiumin (Mg) ja piin (Si) uudelleenjakautuminen. Tutkimalla aihion mikrorakennetta ennen homogenisointia ja sen jälkeen voidaan ennustaa, toimiiko aihio hyvin ekstruusion aikana.
Aihion homogenisoinnin vaikutus kovettumiseen
6XXX-ekstruusioissa lujuus syntyy vanhentamisen aikana muodostuvista Mg- ja Si-rikkaista faaseista. Näiden faasien muodostumiskyky riippuu alkuaineiden asettamisesta kiinteään liuokseen ennen vanhentamisen alkamista. Jotta Mg ja Si lopulta muuttuisivat osaksi kiinteää liuosta, metalli on sammutettava nopeasti yli 530 °C:sta. Tätä korkeammissa lämpötiloissa Mg ja Si liukenevat luonnostaan alumiiniksi. Ekstruusion aikana metalli pysyy kuitenkin tätä lämpötilaa korkeammassa lämpötilassa vain lyhyen aikaa. Jotta kaikki Mg ja Si liukenevat, Mg- ja Si-hiukkasten on oltava suhteellisen pieniä. Valitettavasti valamisen aikana Mg ja Si saostuvat suhteellisen suurina Mg₂Si-lohkoina (kuva 1a).
Tyypillinen 6060-aihioiden homogenisointisykli on 560 °C kahden tunnin ajan. Koska aihion lämpötila pysyy pitkään yli 530 °C:ssa, Mg₂Si liukenee tämän prosessin aikana. Jäähtyessään se saostuu uudelleen paljon hienompana jakaumana (kuva 1c). Jos homogenisointilämpötila ei ole riittävän korkea tai aika on liian lyhyt, jäljelle jää suuria Mg₂Si-hiukkasia. Kun näin tapahtuu, kiinteä liuos sisältää vähemmän Mg:ia ja Si:tä ekstruusion jälkeen, mikä tekee mahdottomaksi muodostaa suuren tiheyden omaavia kovettuvia saostumia, mikä johtaa mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen.
Kuva 1. Kiillotettujen ja 2 % HF-etsattujen 6060-aihioiden optiset mikrokuvat: (a) valettuina, (b) osittain homogenisoituina, (c) täysin homogenisoituina.
Homogenisaation rooli rautaa sisältävissä metallien välisissä yhdisteissä
Raudalla (Fe) on suurempi vaikutus murtumissitkeyteen kuin lujuuteen. 6XXX-seoksissa Fe-faasit muodostavat valun aikana yleensä β-faasia (Al₅(FeMn)Si tai Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Nämä faasit ovat suuria, kulmikkaita ja häiritsevät pursotusta (korostettu kuvassa 2a). Homogenisoinnin aikana raskaat alkuaineet (Fe, Mn jne.) diffundoituvat, ja suuret kulmikkaat faasit muuttuvat pienemmiksi ja pyöreämmiksi (kuva 2b).
Pelkästään optisista kuvista on vaikea erottaa eri vaiheita toisistaan, eikä niitä voida luotettavasti kvantifioida. Innovalilla kvantifioimme aihioiden homogenisaation käyttämällä sisäistä ominaisuuksien havaitsemis- ja luokittelumenetelmäämme (FDC), joka antaa aihioille %α-arvon. Näin voimme arvioida homogenisaation laatua.
Kuva 2. Optiset mikrokuvat aihioista (a) ennen homogenisointia ja (b) sen jälkeen.
Ominaisuuksien havaitsemis- ja luokittelumenetelmä (FDC)
Kuvassa 3a on esitetty pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM) analysoitu kiillotettu näyte. Harmaasävykynnystekniikkaa käytetään sitten metallien välisten yhdisteiden erottamiseen ja tunnistamiseen. Nämä yhdisteet näyttävät kuvassa 3b valkoisilta. Tämä tekniikka mahdollistaa jopa 1 mm²:n alueiden analysoinnin, mikä tarkoittaa, että yli 1000 yksittäistä ominaisuutta voidaan analysoida kerralla.
Kuva 3. (a) Homogenisoidun 6060-aihion takaisinsirontaelektronikuva, (b) kohdasta (a) tunnistetut yksittäiset ominaisuudet.
Hiukkasten koostumus
Innoval-järjestelmä on varustettu Oxford Instruments Xplore 30 -energiadispersiivisellä röntgendetektorilla (EDX). Tämä mahdollistaa EDX-spektrien nopean automaattisen keräämisen jokaisesta tunnistetusta pisteestä. Näistä spektreistä voidaan määrittää hiukkaskoostumus ja päätellä suhteellinen Fe:Si-suhde.
Seoksen Mn- tai Cr-pitoisuudesta riippuen seokseen voi sisältyä myös muita raskaita alkuaineita. Joillekin 6XXX-seoksille (joissa joskus on merkittävä Mn-pitoisuus) käytetään vertailukohtana (Fe+Mn):Si-suhdetta. Näitä suhteita voidaan sitten verrata tunnettujen Fe-pitoisten metallien välisten yhdisteiden suhteisiin.
β-faasi (Al₅(FeMn)Si tai Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si-suhde ≈ 2. α-faasi (Al₁₂(FeMn)₃Si tai Al₈.₃(FeMn)₂Si): suhde ≈ 4–6 koostumuksesta riippuen. Räätälöity ohjelmistomme mahdollistaa kynnysarvon asettamisen ja kunkin hiukkasen luokittelun α- tai β-hiukkaseksi ja niiden sijainnin kartoittamisen mikrorakenteessa (kuva 4). Tämä antaa likimääräisen prosenttiosuuden muuntuneesta α-hiukkasesta homogenisoidussa aihiossa.
Kuva 4. (a) Kartta, joka esittää α- ja β-luokiteltuja hiukkasia, (b) (Fe+Mn):Si-suhteiden sirontakaavio.
Mitä data voi kertoa meille
Kuvassa 5 on esimerkki siitä, miten tätä tietoa käytetään. Tässä tapauksessa tulokset osoittavat epätasaista kuumentumista tietyssä uunissa tai mahdollisesti sitä, että asetettua lämpötilaa ei saavutettu. Tällaisten tapausten asianmukaiseen arviointiin tarvitaan sekä testiaihio että tunnetun laadun omaavat referenssiaihiot. Ilman näitä odotettua %α-aluetta kyseiselle seoskoostumukselle ei voida määrittää.
Kuva 5. %α:n vertailu heikosti toimivan homogenisointiuunin eri osissa.
Julkaisun aika: 30. elokuuta 2025
