Pokud mechanické vlastnosti extrudovaných výrobků neodpovídají očekávání, pozornost se obvykle zaměřuje na počáteční složení polotovaru nebo na podmínky extruze/stárnutí. Jen málo lidí se ptá, zda by samotná homogenizace mohla být problémem. Fáze homogenizace je ve skutečnosti klíčová pro výrobu vysoce kvalitních extrudovaných výrobků. Nedostatečná kontrola kroku homogenizace může vést k:
●Zvýšený průrazný tlak
●Více vad
●Pruhované textury po eloxování
●Nižší rychlost extruze
●Špatné mechanické vlastnosti
Fáze homogenizace má dva hlavní účely: rafinaci intermetalických sloučenin obsahujících železo a redistribuci hořčíku (Mg) a křemíku (Si). Zkoumáním mikrostruktury polotovaru před a po homogenizaci lze předpovědět, zda si polotovar bude během extruze chovat dobře.
Vliv homogenizace polotovaru na kalení
U extrudovaných výlisků 6XXX pochází pevnost z fází bohatých na Mg a Si, které se tvoří během stárnutí. Schopnost tvořit tyto fáze závisí na umístění prvků do pevného roztoku před zahájením stárnutí. Aby se Mg a Si nakonec staly součástí pevného roztoku, musí být kov rychle zakalený z teploty nad 530 °C. Při teplotách nad tímto bodem se Mg a Si přirozeně rozpouštějí do hliníku. Během extruze však kov zůstává nad touto teplotou pouze krátkou dobu. Aby se zajistilo rozpuštění veškerého Mg a Si, musí být částice Mg a Si relativně malé. Bohužel se během odlévání Mg a Si srážejí jako relativně velké bloky Mg₂Si (obr. 1a).
Typický homogenizační cyklus pro ingoty 6060 je 560 °C po dobu 2 hodin. Během tohoto procesu, protože ingot zůstává nad 530 °C po dlouhou dobu, se Mg₂Si rozpouští. Po ochlazení se znovu vysráží v mnohem jemnější distribuci (obr. 1c). Pokud teplota homogenizace není dostatečně vysoká nebo je doba příliš krátká, zůstanou některé velké částice Mg₂Si. V takovém případě pevný roztok po extruzi obsahuje méně Mg a Si, což znemožňuje tvorbu vysoké hustoty vytvrzujících sraženin – což vede ke snížení mechanických vlastností.
Obr. 1. Optické mikrofotografie leštěných a 2% HF leptaných ingotů 6060: (a) odlité, (b) částečně homogenizované, (c) plně homogenizované.
Úloha homogenizace u intermetalických sloučenin obsahujících železo
Železo (Fe) má větší vliv na lomovou houževnatost než na pevnost. U slitin 6XXX mají fáze Fe tendenci během odlévání tvořit β-fázi (Al₅(FeMn)Si nebo Al₈.₉(FeMn)₂Si₂). Tyto fáze jsou velké, hranaté a narušují vytlačování (zvýrazněno na obr. 2a). Během homogenizace těžké prvky (Fe, Mn atd.) difundují a velké hranaté fáze se zmenšují a zaoblují (obr. 2b).
Pouhým optickým snímkováním je obtížné rozlišit různé fáze a je nemožné je spolehlivě kvantifikovat. Ve společnosti Innoval kvantifikujeme homogenizaci sochorů pomocí naší interní metody detekce a klasifikace znaků (FDC), která poskytuje hodnotu %α pro sochory. To nám umožňuje posoudit kvalitu homogenizace.
Obr. 2. Optické mikrofotografie sochorů (a) před a (b) po homogenizaci.
Metoda detekce a klasifikace prvků (FDC)
Obr. 3a ukazuje leštěný vzorek analyzovaný pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM). Pro oddělení a identifikaci intermetalických sloučenin, které se na obr. 3b jeví jako bílé, je následně použita technika prahování ve stupních šedi. Tato technika umožňuje analýzu ploch až do velikosti 1 mm², což znamená, že lze analyzovat více než 1000 jednotlivých prvků najednou.
Obr. 3. (a) Obraz homogenizovaného polotovaru 6060 získaný zpětně rozptýlenými elektrony, (b) identifikované jednotlivé prvky z (a).
Složení částic
Systém Innoval je vybaven energiově disperzním rentgenovým (EDX) detektorem Oxford Instruments Xplore 30. Ten umožňuje rychlý automatický sběr EDX spekter z každého identifikovaného bodu. Z těchto spekter lze určit složení částic a odvodit relativní poměr Fe:Si.
V závislosti na obsahu Mn nebo Cr ve slitině mohou být obsaženy i další těžké prvky. U některých slitin 6XXX (někdy s významným obsahem Mn) se jako reference používá poměr (Fe+Mn):Si. Tyto poměry lze poté porovnat s poměry známých intermetalických sloučenin obsahujících Fe.
β-fáze (Al₅(FeMn)Si nebo Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): poměr (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-fáze (Al₁₂(FeMn)₃Si nebo Al₈.₃(FeMn)₂Si): poměr ≈ 4–6, v závislosti na složení. Náš software na míru nám umožňuje nastavit prahovou hodnotu a klasifikovat každou částici jako α nebo β a poté zmapovat jejich polohy v mikrostruktuře (obr. 4). To poskytuje přibližné procento transformovaného α v homogenizovaném polotovaru.
Obr. 4. (a) Mapa znázorňující částice klasifikované jako α- a β, (b) bodový graf poměrů (Fe+Mn):Si.
Co nám data mohou říct
Obr. 5 ukazuje příklad použití těchto informací. V tomto případě výsledky naznačují nerovnoměrný ohřev v dané peci nebo případně nedosažení požadované teploty. Pro správné posouzení takových případů jsou zapotřebí jak zkušební, tak referenční ingoty známé kvality. Bez nich nelze stanovit očekávaný rozsah %α pro dané složení slitiny.
Obr. 5. Porovnání %α v různých částech špatně výkonné homogenizační pece.
Čas zveřejnění: 30. srpna 2025
