Εάν οι μηχανικές ιδιότητες των εξωθήσεων δεν είναι οι αναμενόμενες, η προσοχή συνήθως επικεντρώνεται στην αρχική σύνθεση του τεμαχίου ή στις συνθήκες εξώθησης/γήρανσης. Λίγοι αμφισβητούν εάν η ίδια η ομογενοποίηση θα μπορούσε να αποτελέσει πρόβλημα. Στην πραγματικότητα, το στάδιο της ομογενοποίησης είναι κρίσιμο για την παραγωγή εξωθήσεων υψηλής ποιότητας. Η μη σωστή ρύθμιση του σταδίου ομογενοποίησης μπορεί να οδηγήσει σε:
● Αυξημένη πίεση διάτρησης
●Περισσότερα ελαττώματα
● Ραβδώσεις μετά την ανοδίωση
● Χαμηλότερη ταχύτητα εξώθησης
●Κακές μηχανικές ιδιότητες
Το στάδιο της ομογενοποίησης έχει δύο κύριους σκοπούς: τον καθαρισμό των μεσομεταλλικών ενώσεων που περιέχουν σίδηρο και την ανακατανομή του μαγνησίου (Mg) και του πυριτίου (Si). Εξετάζοντας τη μικροδομή της μπιγέτας πριν και μετά την ομογενοποίηση, μπορεί κανείς να προβλέψει εάν η μπιγέτα θα έχει καλή απόδοση κατά την εξώθηση.
Επίδραση της ομογενοποίησης των τεμαχίων στη σκλήρυνση
Στις εξωθήσεις 6XXX, η αντοχή προέρχεται από φάσεις πλούσιες σε Mg και Si που σχηματίζονται κατά τη γήρανση. Η ικανότητα σχηματισμού αυτών των φάσεων εξαρτάται από την τοποθέτηση των στοιχείων σε στερεό διάλυμα πριν από την έναρξη της γήρανσης. Για να γίνουν τελικά τα Mg και Si μέρος του στερεού διαλύματος, το μέταλλο πρέπει να σβήσει γρήγορα από πάνω από 530 °C. Σε θερμοκρασίες πάνω από αυτό το σημείο, το Mg και το Si διαλύονται φυσικά σε αλουμίνιο. Ωστόσο, κατά την εξώθηση, το μέταλλο παραμένει πάνω από αυτή τη θερμοκρασία μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Για να διασφαλιστεί η διάλυση όλου του Mg και του Si, τα σωματίδια Mg και Si πρέπει να είναι σχετικά μικρά. Δυστυχώς, κατά τη χύτευση, το Mg και το Si καθιζάνουν ως σχετικά μεγάλα μπλοκ Mg₂Si (Εικ. 1α).
Ένας τυπικός κύκλος ομογενοποίησης για μπιγιέτες 6060 είναι 560 °C για 2 ώρες. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, επειδή η μπιγιέτα παραμένει πάνω από 530 °C για μεγάλο χρονικό διάστημα, το Mg₂Si διαλύεται. Κατά την ψύξη, καθιζάνει ξανά σε πολύ λεπτότερη κατανομή (Εικ. 1c). Εάν η θερμοκρασία ομογενοποίησης δεν είναι αρκετά υψηλή ή ο χρόνος είναι πολύ σύντομος, θα παραμείνουν ορισμένα μεγάλα σωματίδια Mg₂Si. Όταν συμβεί αυτό, το στερεό διάλυμα μετά την εξώθηση περιέχει λιγότερο Mg και Si, καθιστώντας αδύνατο τον σχηματισμό υψηλής πυκνότητας ιζημάτων σκλήρυνσης - οδηγώντας σε μειωμένες μηχανικές ιδιότητες.
Σχήμα 1. Οπτικές μικρογραφίες γυαλισμένων και χαραγμένων με 2% HF μπιγιέτ 6060: (α) ως χυτευμένα, (β) μερικώς ομογενοποιημένα, (γ) πλήρως ομογενοποιημένα.
Ο ρόλος της ομογενοποίησης σε μεσομεταλλικές ενώσεις που περιέχουν σίδηρο
Ο σίδηρος (Fe) έχει μεγαλύτερη επίδραση στην αντοχή στη θραύση παρά στην αντοχή. Στα κράματα 6XXX, οι φάσεις Fe τείνουν να σχηματίζουν β-φάση (Al₅(FeMn)Si ή Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) κατά τη χύτευση. Αυτές οι φάσεις είναι μεγάλες, γωνιακές και παρεμβαίνουν στην εξώθηση (επισημαίνεται στο Σχήμα 2α). Κατά την ομογενοποίηση, τα βαριά στοιχεία (Fe, Mn, κ.λπ.) διαχέονται και οι μεγάλες γωνιακές φάσεις γίνονται μικρότερες και πιο στρογγυλές (Σχήμα 2β).
Μόνο από οπτικές εικόνες, είναι δύσκολο να διακριθούν οι διάφορες φάσεις και είναι αδύνατο να ποσοτικοποιηθούν αξιόπιστα. Στην Innoval, ποσοτικοποιούμε την ομογενοποίηση των μπιγιετών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο εσωτερικής ανίχνευσης και ταξινόμησης χαρακτηριστικών (FDC), η οποία παρέχει μια τιμή %α για τις μπιγιέτες. Αυτό μας επιτρέπει να αξιολογήσουμε την ποιότητα της ομογενοποίησης.
Σχήμα 2. Οπτικές μικρογραφίες μπιγιετών (α) πριν και (β) μετά την ομογενοποίηση.
Μέθοδος Ανίχνευσης και Ταξινόμησης Χαρακτηριστικών (FDC)
Το Σχήμα 3α δείχνει ένα γυαλισμένο δείγμα που αναλύθηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Στη συνέχεια, εφαρμόζεται μια τεχνική κατωφλίου σε κλίμακα του γκρι για τον διαχωρισμό και την αναγνώριση μεσομεταλλικών ενώσεων, οι οποίες εμφανίζονται λευκές στο Σχήμα 3β. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ανάλυση περιοχών έως 1 mm², που σημαίνει ότι μπορούν να αναλυθούν ταυτόχρονα πάνω από 1000 μεμονωμένα χαρακτηριστικά.
Σχήμα 3. (α) Εικόνα οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων ομογενοποιημένου τεμαχίου 6060, (β) αναγνωρισμένα μεμονωμένα χαρακτηριστικά από το (α).
Σύνθεση Σωματιδίων
Το σύστημα Innoval είναι εξοπλισμένο με έναν ανιχνευτή ακτίνων Χ (EDX) ενεργειακής διασποράς Oxford Instruments Xplore 30. Αυτό επιτρέπει την γρήγορη αυτόματη συλλογή φασμάτων EDX από κάθε αναγνωρισμένο σημείο. Από αυτά τα φάσματα, μπορεί να προσδιοριστεί η σύνθεση των σωματιδίων και να συναχθεί η σχετική αναλογία Fe:Si.
Ανάλογα με την περιεκτικότητα του κράματος σε Mn ή Cr, μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν και άλλα βαρέα στοιχεία. Για ορισμένα κράματα 6XXX (μερικές φορές με σημαντικό Mn), η αναλογία (Fe+Mn):Si χρησιμοποιείται ως αναφορά. Αυτές οι αναλογίες μπορούν στη συνέχεια να συγκριθούν με εκείνες γνωστών μεσομεταλλικών ενώσεων που περιέχουν Fe.
β-φάση (Al₅(FeMn)Si ή Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): λόγος (Fe+Mn):Si ≈ 2. α-φάση (Al₁₂(FeMn)₃Si ή Al₈.₃(FeMn)₂Si): λόγος ≈ 4–6, ανάλογα με τη σύνθεση. Το προσαρμοσμένο λογισμικό μας μας επιτρέπει να ορίσουμε ένα όριο και να ταξινομήσουμε κάθε σωματίδιο ως α ή β, και στη συνέχεια να χαρτογραφήσουμε τις θέσεις του μέσα στη μικροδομή (Εικ. 4). Αυτό δίνει ένα κατά προσέγγιση ποσοστό μετασχηματισμένου α στο ομογενοποιημένο τεμάχιο.
Σχήμα 4. (α) Χάρτης που δείχνει σωματίδια ταξινομημένα με α και β, (β) διάγραμμα διασποράς των λόγων (Fe+Mn):Si.
Τι μπορούν να μας πουν τα δεδομένα
Το Σχήμα 5 δείχνει ένα παράδειγμα του τρόπου χρήσης αυτών των πληροφοριών. Σε αυτήν την περίπτωση, τα αποτελέσματα υποδεικνύουν μη ομοιόμορφη θέρμανση εντός ενός συγκεκριμένου κλιβάνου ή ενδεχομένως ότι δεν επιτεύχθηκε η επιθυμητή θερμοκρασία. Για την ορθή αξιολόγηση τέτοιων περιπτώσεων, απαιτούνται τόσο η δοκίμια δοκιμής όσο και οι δοκοί αναφοράς γνωστής ποιότητας. Χωρίς αυτά, δεν μπορεί να καθοριστεί το αναμενόμενο εύρος %α για τη συγκεκριμένη σύνθεση κράματος.
Σχήμα 5. Σύγκριση του %α σε διαφορετικά τμήματα ενός κλιβάνου ομογενοποίησης με χαμηλή απόδοση.
Ώρα δημοσίευσης: 30 Αυγούστου 2025
