Si les propietats mecàniques de les extrusions no són les esperades, l'atenció se sol centrar en la composició inicial del toll o en les condicions d'extrusió/envelliment. Poca gent qüestiona si l'homogeneïtzació en si mateixa podria ser un problema. De fet, l'etapa d'homogeneïtzació és crucial per produir extrusions d'alta qualitat. Si no es controla adequadament el pas d'homogeneïtzació, es poden produir els següents problemes:
● Augment de la pressió de ruptura
●Més defectes
●Textures de ratlles després de l'anoditzat
●Velocitat d'extrusió més baixa
●Males propietats mecàniques
L'etapa d'homogeneïtzació té dos propòsits principals: refinar compostos intermetàl·lics que contenen ferro i redistribuir magnesi (Mg) i silici (Si). Examinant la microestructura del toco abans i després de l'homogeneïtzació, es pot predir si el toco funcionarà bé durant l'extrusió.
Efecte de l'homogeneïtzació del toll sobre l'enduriment
En les extrusions 6XXX, la resistència prové de les fases riques en Mg i Si que es formen durant l'envelliment. La capacitat de formar aquestes fases depèn de col·locar els elements en una solució sòlida abans que comenci l'envelliment. Perquè el Mg i el Si finalment formin part de la solució sòlida, el metall s'ha de refredar ràpidament des de més de 530 °C. A temperatures superiors a aquest punt, el Mg i el Si es dissolen naturalment en alumini. Tanmateix, durant l'extrusió, el metall només roman per sobre d'aquesta temperatura durant un curt període de temps. Per garantir que tot el Mg i el Si es dissolguin, les partícules de Mg i Si han de ser relativament petites. Malauradament, durant la fosa, el Mg i el Si precipiten com a blocs de Mg₂Si relativament grans (Fig. 1a).
Un cicle d'homogeneïtzació típic per a tollols 6060 és de 560 °C durant 2 hores. Durant aquest procés, com que el tollol es manté per sobre dels 530 °C durant un període llarg, el Mg₂Si es dissol. En refredar-se, torna a precipitar en una distribució molt més fina (Fig. 1c). Si la temperatura d'homogeneïtzació no és prou alta o el temps és massa curt, quedaran algunes partícules grans de Mg₂Si. Quan això passa, la solució sòlida després de l'extrusió conté menys Mg i Si, cosa que fa impossible formar una alta densitat de precipitats d'enduriment, cosa que porta a una reducció de les propietats mecàniques.
Fig. 1. Micrografies òptiques de lingots 6060 polits i gravats amb HF al 2%: (a) tal com s'han fos, (b) parcialment homogeneïts, (c) completament homogeneïts.
Paper de l'homogeneïtzació en els intermetàl·lics que contenen ferro
El ferro (Fe) té un efecte més gran sobre la tenacitat a la fractura que sobre la resistència. En els aliatges 6XXX, les fases de Fe tendeixen a formar una fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) durant la fosa. Aquestes fases són grans, angulars i interfereixen amb l'extrusió (destacat a la figura 2a). Durant l'homogeneïtzació, els elements pesants (Fe, Mn, etc.) es difonen i les fases angulars grans es tornen més petites i arrodonides (figura 2b).
Només a partir d'imatges òptiques, és difícil distingir les diverses fases i és impossible quantificar-les de manera fiable. A Innoval, quantifiquem l'homogeneïtzació de les palanques mitjançant el nostre mètode intern de detecció i classificació de característiques (FDC), que proporciona un valor %α per a les palanques. Això ens permet avaluar la qualitat de l'homogeneïtzació.
Fig. 2. Micrografies òptiques de palanques (a) abans i (b) després de l'homogeneïtzació.
Mètode de detecció i classificació de característiques (FDC)
La figura 3a mostra una mostra polida analitzada mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM). A continuació, s'aplica una tècnica de llindar en escala de grisos per separar i identificar els intermetàl·lics, que apareixen blancs a la figura 3b. Aquesta tècnica permet l'anàlisi d'àrees de fins a 1 mm², cosa que significa que es poden analitzar més de 1000 característiques individuals alhora.
Fig. 3. (a) Imatge d'electrons retrodispersats d'un lingot 6060 homogeneïttzat, (b) característiques individuals identificades de (a).
Composició de partícules
El sistema Innoval està equipat amb un detector de raigs X per dispersió d'energia (EDX) Xplore 30 d'Oxford Instruments. Això permet la recollida automàtica i ràpida d'espectres EDX de cada punt identificat. A partir d'aquests espectres, es pot determinar la composició de les partícules i inferir la relació Fe:Si.
Depenent del contingut de Mn o Cr de l'aliatge, també es poden incloure altres elements pesants. Per a alguns aliatges 6XXX (de vegades amb Mn significatiu), la relació (Fe+Mn):Si s'utilitza com a referència. Aquestes relacions es poden comparar amb les dels intermetàl·lics coneguts que contenen Fe.
Fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): relació (Fe+Mn):Si ≈ 2. Fase α (Al₁₂(FeMn)₃Si o Al₈.₃(FeMn)₂Si): relació ≈ 4–6, depenent de la composició. El nostre programari personalitzat ens permet establir un llindar i classificar cada partícula com a α o β, i després mapejar les seves posicions dins de la microestructura (Fig. 4). Això dóna un percentatge aproximat d'α transformada en el toll homogeneït.
Fig. 4. (a) Mapa que mostra les partícules classificades en α i β, (b) diagrama de dispersió de les relacions (Fe+Mn):Si.
Què ens poden dir les dades
La figura 5 mostra un exemple de com s'utilitza aquesta informació. En aquest cas, els resultats indiquen un escalfament no uniforme dins d'un forn específic, o possiblement que no s'ha assolit la temperatura de consigna. Per avaluar correctament aquests casos, es necessiten tant el lingot de prova com els lingots de referència de qualitat coneguda. Sense aquests, no es pot establir el rang %α esperat per a aquesta composició d'aliatge.
Fig. 5. Comparació de %α en diferents seccions d'un forn d'homogeneïtzació de baix rendiment.
Data de publicació: 30 d'agost de 2025
