Hvis ekstruderingsprofilernes mekaniske egenskaber ikke er som forventet, fokuseres opmærksomheden normalt på den oprindelige sammensætning af barren eller ekstruderings-/ældningsbetingelserne. Få mennesker stiller spørgsmålstegn ved, om homogenisering i sig selv kan være et problem. Faktisk er homogeniseringstrinnet afgørende for at producere ekstruderinger af høj kvalitet. Manglende korrekt kontrol af homogeniseringstrinnet kan føre til:
●Øget gennembrudstryk
● Flere defekter
● Stribede teksturer efter anodisering
● Lavere ekstruderingshastighed
● Dårlige mekaniske egenskaber
Homogeniseringstrinnet har to hovedformål: raffinering af jernholdige intermetalliske forbindelser og omfordeling af magnesium (Mg) og silicium (Si). Ved at undersøge barrens mikrostruktur før og efter homogenisering kan man forudsige, om barren vil klare sig godt under ekstrudering.
Effekt af Billet-homogenisering på hærdning
I 6XXX-ekstruderinger kommer styrken fra Mg- og Si-rige faser, der dannes under ældning. Evnen til at danne disse faser afhænger af, at elementerne placeres i fast opløsning, før ældningen begynder. For at Mg og Si til sidst kan blive en del af den faste opløsning, skal metallet hurtigt bratkøles fra over 530 °C. Ved temperaturer over dette punkt opløses Mg og Si naturligt til aluminium. Under ekstrudering forbliver metallet dog kun over denne temperatur i kort tid. For at sikre, at alt Mg og Si opløses, skal Mg- og Si-partiklerne være relativt små. Desværre udfældes Mg og Si som relativt store Mg₂Si-blokke under støbning (fig. 1a).
En typisk homogeniseringscyklus for 6060-billetter er 560 °C i 2 timer. Under denne proces opløses Mg₂Si, da barren forbliver over 530 °C i en længere periode. Ved afkøling udfældes det igen i en meget finere fordeling (fig. 1c). Hvis homogeniseringstemperaturen ikke er høj nok, eller tiden er for kort, vil der blive tilbage nogle store Mg₂Si-partikler. Når dette sker, indeholder den faste opløsning efter ekstrudering mindre Mg og Si, hvilket gør det umuligt at danne en høj tæthed af hærdende udfældninger – hvilket fører til reducerede mekaniske egenskaber.
Fig. 1. Optiske mikrofotografier af polerede og 2% HF-ætsede 6060-barrer: (a) støbte, (b) delvist homogeniserede, (c) fuldt homogeniserede.
Homogeniseringens rolle på jernholdige intermetaller
Jern (Fe) har en større effekt på brudstyrke end på styrke. I 6XXX-legeringer har Fe-faser en tendens til at danne β-fase (Al₅(FeMn)Si eller Al₈₉(FeMn)₂Si₂) under støbning. Disse faser er store, kantede og forstyrrer ekstruderingen (fremhævet i figur 2a). Under homogenisering diffunderer tunge elementer (Fe, Mn osv.), og store kantede faser bliver mindre og rundere (figur 2b).
Alene ud fra optiske billeder er det vanskeligt at skelne de forskellige faser, og det er umuligt at kvantificere dem pålideligt. Hos Innoval kvantificerer vi homogenisering af barrer ved hjælp af vores interne metode til detektion og klassificering af egenskaber (FDC), som giver en %α-værdi for barrer. Dette gør det muligt for os at vurdere kvaliteten af homogeniseringen.
Fig. 2. Optiske mikrofotografier af barrer (a) før og (b) efter homogenisering.
Metode til funktionsdetektion og -klassificering (FDC)
Figur 3a viser en poleret prøve analyseret ved hjælp af scanningselektronmikroskopi (SEM). En gråtone-tærskelmetode anvendes derefter til at adskille og identificere intermetalliske forbindelser, som fremstår hvide i figur 3b. Denne teknik muliggør analyse af områder på op til 1 mm², hvilket betyder, at over 1000 individuelle elementer kan analyseres på én gang.
Fig. 3. (a) Tilbagespredt elektronbillede af homogeniseret 6060-barre, (b) identificerede individuelle træk fra (a).
Partikelsammensætning
Innoval-systemet er udstyret med en Oxford Instruments Xplore 30 energidispersiv røntgendetektor (EDX). Dette muliggør hurtig og automatisk indsamling af EDX-spektre fra hvert identificeret punkt. Ud fra disse spektre kan partikelsammensætningen bestemmes, og det relative Fe:Si-forhold kan udledes.
Afhængigt af legeringens Mn- eller Cr-indhold kan andre tunge elementer også være inkluderet. For nogle 6XXX-legeringer (nogle gange med betydelig Mn) anvendes forholdet (Fe+Mn):Si som reference. Disse forhold kan derefter sammenlignes med forholdet for kendte Fe-holdige intermetalliske forbindelser.
β-fase (Al₅(FeMn)Si eller Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si-forhold ≈ 2. α-fase (Al₁₂(FeMn)₃Si eller Al₈.₃(FeMn)₂Si): forhold ≈ 4-6, afhængigt af sammensætningen. Vores brugerdefinerede software giver os mulighed for at indstille en tærskel og klassificere hver partikel som α eller β og derefter kortlægge deres positioner i mikrostrukturen (fig. 4). Dette giver en omtrentlig procentdel af transformeret α i den homogeniserede barre.
Fig. 4. (a) Kort der viser α- og β-klassificerede partikler, (b) punktdiagram over (Fe+Mn):Si-forhold.
Hvad dataene kan fortælle os
Figur 5 viser et eksempel på, hvordan disse oplysninger bruges. I dette tilfælde indikerer resultaterne ujævn opvarmning i en specifik ovn, eller muligvis at den indstillede temperatur ikke blev nået. For korrekt at vurdere sådanne tilfælde kræves både testbarren og referencebarren af kendt kvalitet. Uden disse kan det forventede %α-område for den pågældende legeringssammensætning ikke fastslås.
Fig. 5. Sammenligning af %α i forskellige sektioner af en dårligt fungerende homogeniseringsovn.
Opslagstidspunkt: 30. august 2025
