Se as propiedades mecánicas das extrusións non son as esperadas, a atención adoita centrarse na composición inicial do lingote ou nas condicións de extrusión/envellecemento. Poucas persoas cuestionan se a propia homoxenización podería ser un problema. De feito, a etapa de homoxenización é crucial para producir extrusións de alta calidade. Se non se controla axeitadamente o paso de homoxenización, pode haber:
●Aumento da presión de rotura
●Máis defectos
●Texturas de raias despois da anodización
●Menor velocidade de extrusión
● Malas propiedades mecánicas
A etapa de homoxenización ten dous propósitos principais: refinar compostos intermetálicos que conteñen ferro e redistribuír magnesio (Mg) e silicio (Si). Ao examinar a microestrutura do lingote antes e despois da homoxenización, pódese predicir se o lingote funcionará ben durante a extrusión.
Efecto da homoxeneización do tocho no endurecemento
Nas extrusións 6XXX, a resistencia provén das fases ricas en Mg e Si que se forman durante o envellecemento. A capacidade de formar estas fases depende de colocar os elementos nunha solución sólida antes de que comece o envellecemento. Para que o Mg e o Si finalmente formen parte da solución sólida, o metal debe ser arrefriado rapidamente por riba dos 530 °C. A temperaturas superiores a este punto, o Mg e o Si disólvense naturalmente no aluminio. Non obstante, durante a extrusión, o metal só permanece por riba desta temperatura durante un curto período de tempo. Para garantir que todo o Mg e o Si se disolvan, as partículas de Mg e Si deben ser relativamente pequenas. Desafortunadamente, durante a fundición, o Mg e o Si precipitan como bloques de Mg₂Si relativamente grandes (Fig. 1a).
Un ciclo de homoxenización típico para lingotes 6060 é de 560 °C durante 2 horas. Durante este proceso, dado que o lingote permanece por riba dos 530 °C durante un longo período, o Mg₂Si disólvese. Ao arrefriar, volve precipitar nunha distribución moito máis fina (Fig. 1c). Se a temperatura de homoxenización non é o suficientemente alta ou o tempo é demasiado curto, quedarán algunhas partículas grandes de Mg₂Si. Cando isto ocorre, a solución sólida despois da extrusión contén menos Mg e Si, o que fai imposible formar unha alta densidade de precipitados de endurecemento, o que leva a propiedades mecánicas reducidas.
Fig. 1. Micrografías ópticas de lingotes 6060 pulidos e gravados con HF ao 2 %: (a) tal como foron colados, (b) parcialmente homoxeneizados, (c) totalmente homoxeneizados.
Papel da homoxenización en intermetálicos que conteñen ferro
O ferro (Fe) ten un maior efecto na tenacidade á fractura que na resistencia. Nas aliaxes 6XXX, as fases de Fe tenden a formar unha fase β (Al₅(FeMn)Si ou Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) durante a fundición. Estas fases son grandes, angulares e interfiren coa extrusión (destacado na figura 2a). Durante a homoxeneización, os elementos pesados (Fe, Mn, etc.) difúndense e as fases angulares grandes fanse máis pequenas e redondeadas (figura 2b).
Só a partir de imaxes ópticas, é difícil distinguir as distintas fases e é imposible cuantificalas de forma fiable. En Innoval, cuantificamos a homoxenización de lingotes usando o noso método interno de detección e clasificación de características (FDC), que proporciona un valor %α para os lingotes. Isto permítenos avaliar a calidade da homoxenización.
Fig. 2. Micrografías ópticas de lingotes (a) antes e (b) despois da homoxenización.
Método de detección e clasificación de características (FDC)
A figura 3a mostra unha mostra pulida analizada por microscopía electrónica de varrido (SEM). Despois aplícase unha técnica de limiar en escala de grises para separar e identificar os intermetálicos, que aparecen brancos na figura 3b. Esta técnica permite a análise de áreas de ata 1 mm², o que significa que se poden analizar máis de 1000 características individuais á vez.
Fig. 3. (a) Imaxe de electróns retrodispersados dun tocho 6060 homoxeneizado, (b) características individuais identificadas de (a).
Composición de partículas
O sistema Innoval está equipado cun detector de raios X por dispersión de enerxía (EDX) Xplore 30 de Oxford Instruments. Isto permite a recollida automática e rápida de espectros EDX de cada punto identificado. A partir destes espectros, pódese determinar a composición das partículas e inferir a proporción relativa Fe:Si.
Dependendo do contido de Mn ou Cr da aliaxe, tamén poden incluírse outros elementos pesados. Para algunhas aliaxes 6XXX (ás veces con Mn significativo), a proporción (Fe+Mn):Si úsase como referencia. Estas proporcións pódense comparar entón coas dos intermetálicos que conteñen Fe coñecidos.
Fase β (Al₅(FeMn)Si ou Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): proporción (Fe+Mn):Si ≈ 2. Fase α (Al₁₂(FeMn)₃Si ou Al₈.₃(FeMn)₂Si): proporción ≈ 4–6, dependendo da composición. O noso software personalizado permítenos establecer un limiar e clasificar cada partícula como α ou β, e despois mapear as súas posicións dentro da microestrutura (Fig. 4). Isto proporciona unha porcentaxe aproximada de α transformada no lingote homoxeneizado.
Fig. 4. (a) Mapa que mostra as partículas clasificadas en α e β, (b) diagrama de dispersión das proporcións (Fe+Mn):Si.
O que nos poden dicir os datos
A figura 5 mostra un exemplo de como se emprega esta información. Neste caso, os resultados indican un quecemento non uniforme dentro dun forno específico ou posiblemente que non se alcanzou a temperatura de consigna. Para avaliar correctamente estes casos, requírense tanto o lingote de proba como os lingotes de referencia de calidade coñecida. Sen estes, non se pode establecer o rango %α esperado para esa composición de aliaxe.
Fig. 5. Comparación de %α en diferentes seccións dun forno de homoxenización de baixo rendemento.
Data de publicación: 30 de agosto de 2025
