אם התכונות המכניות של פרופילי שיחול אינם כמצופה, תשומת הלב מתמקדת בדרך כלל בהרכב הראשוני של הביל או בתנאי השחול/הזדקנות. מעטים מטילים ספק האם ההומוגניזציה עצמה יכולה להיות בעיה. למעשה, שלב ההומוגניזציה הוא קריטי לייצור פרופילי שיחול באיכות גבוהה. אי שליטה נכונה בשלב ההומוגניזציה עלולה להוביל ל:
● לחץ פריצה מוגבר
● יותר פגמים
● טקסטורות פסים לאחר אנודייז
● מהירות שחול נמוכה יותר
● תכונות מכניות ירודות
לשלב ההומוגניזציה שתי מטרות עיקריות: זיקוק תרכובות אינטר-מתכתיות המכילות ברזל, וחלוקה מחדש של מגנזיום (Mg) וסיליקון (Si). על ידי בחינת המיקרו-מבנה של הבילט לפני ואחרי ההומוגניזציה, ניתן לחזות האם הבילט יתפקד היטב במהלך האקסטרוזיה.
השפעת הומוגניזציה של בילט על התקשות
באקסטרוזציות 6XXX, החוזק נובע מפאזות עשירות במגנזיום (Mg) ובסיליקון (Si) שנוצרות במהלך ההזדקנות. היכולת ליצור פאזות אלו תלויה בהנחת היסודות בתמיסה מוצקה לפני תחילת ההזדקנות. כדי שמגנזיום (Mg) וסיליקון יהפכו בסופו של דבר לחלק מהתמיסה המוצקה, יש לקרר את המתכת במהירות מטמפרטורה מעל 530 מעלות צלזיוס. בטמפרטורות מעל נקודה זו, מגנזיום (Mg) וסיליקון מתמוססים באופן טבעי לאלומיניום. עם זאת, במהלך האקסטרוזציה, המתכת נשארת מעל טמפרטורה זו רק לזמן קצר. כדי להבטיח שכל המגנזיום והסיליקון יתמוססו, חלקיקי המגנזיום והסיליקון צריכים להיות קטנים יחסית. לרוע המזל, במהלך היציקה, מגנזיום וסיליקון שוקעים כגושי Mg₂Si גדולים יחסית (איור 1א).
מחזור הומוגניזציה טיפוסי עבור בילטים 6060 הוא 560 מעלות צלזיוס למשך שעתיים. במהלך תהליך זה, מכיוון שהבילט נשאר מעל 530 מעלות צלזיוס למשך תקופה ארוכה, Mg₂Si מתמוסס. לאחר הקירור, הוא שוקע מחדש בפיזור עדין בהרבה (איור 1c). אם טמפרטורת ההומוגניזציה אינה גבוהה מספיק, או שהזמן קצר מדי, יישארו חלקיקי Mg₂Si גדולים. כאשר זה קורה, התמיסה המוצקה לאחר האקסטרוזיה מכילה פחות מגנזיום וסיליקון, מה שמקשה על יצירת צפיפות גבוהה של משקעים מתקשים - מה שמוביל לתכונות מכניות מופחתות.
איור 1. מיקרוסקופים אופטיים של בילטים 6060 מלוטשים וחרוטים ב-2% HF: (א) יצוקים, (ב) הומוגניים חלקית, (ג) הומוגניים לחלוטין.
תפקיד ההומוגניזציה על אינטרמתכות המכילות ברזל
לברזל (Fe) יש השפעה גדולה יותר על קשיחות השבר מאשר על החוזק. בסגסוגות 6XXX, פאזות Fe נוטות ליצור פאזות β (Al₅(FeMn)Si או Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) במהלך היציקה. פאזות אלו גדולות, זוויתיות ומפריעות לביצוע האקסטרוזיה (מודגש באיור 2א'). במהלך ההומוגניזציה, יסודות כבדים (Fe, Mn וכו') מתפזרים, ופאזות זוויתיות גדולות הופכות קטנות ועגולות יותר (איור 2ב').
מתמונות אופטיות בלבד, קשה להבחין בין השלבים השונים, ואי אפשר לכמת אותם באופן מהימן. ב-Innoval, אנו מכמתים הומוגניזציה של בילטים באמצעות שיטת זיהוי וסיווג תכונות פנימית (FDC) שלנו, המספקת ערך %α עבור בילטים. זה מאפשר לנו להעריך את איכות ההומוגניזציה.
איור 2. מיקרוסקופים אופטיים של עמודי עצם (א) לפני ו-(ב) אחרי הומוגניזציה.
שיטת זיהוי וסיווג תכונות (FDC)
איור 3א' מציג דגימה מלוטשת שנותחה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). לאחר מכן, טכניקת סף בגווני אפור מיושמת כדי להפריד ולזהות חומרים בין-מתכתיים, אשר נראים לבנים באיור 3ב'. טכניקה זו מאפשרת ניתוח של שטחים של עד 1 מ"מ², כלומר ניתן לנתח מעל 1000 מאפיינים בודדים בו זמנית.
איור 3. (א) תמונת אלקטרונים מפוזרים לאחור של בילט 6060 הומוגני, (ב) זיהתה מאפיינים בודדים מ-(א).
הרכב החלקיקים
מערכת Innoval מצוידת בגלאי קרני רנטגן מפזר אנרגיה (EDX) מדגם Oxford Instruments Xplore 30. זה מאפשר איסוף אוטומטי מהיר של ספקטרום EDX מכל נקודה שזוהתה. מספקטרומים אלה ניתן לקבוע את הרכב החלקיקים ולהסיק את יחס ה-Fe:Si היחסי.
בהתאם לתכולת ה-Mn או ה-Cr בסגסוגת, ייתכן שיכללו גם יסודות כבדים אחרים. עבור חלק מסגסוגות 6XXX (לפעמים עם Mn משמעותי), יחס (Fe+Mn):Si משמש כנקודת ייחוס. לאחר מכן ניתן להשוות יחסים אלה לאלה של אינטר-מתכות ידועות המכילות Fe.
פאזה β (Al₅(FeMn)Si או Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): יחס (Fe+Mn):Si ≈ 2. פאזה α (Al₁₂(FeMn)₃Si או Al₈.₃(FeMn)₂Si): יחס ≈ 4–6, תלוי בהרכב. התוכנה המותאמת אישית שלנו מאפשרת לנו לקבוע סף ולסווג כל חלקיק כ-α או β, ולאחר מכן למפות את מיקומם בתוך המיקרו-מבנה (איור 4). זה נותן אחוז משוער של α שעבר טרנספורמציה בבילט שעבר הומוגניות.
איור 4. (א) מפה המציגה חלקיקים המסווגים כ-α ו-β, (ב) דיאגרמה פיזור של יחסי (Fe+Mn):Si.
מה הנתונים יכולים לספר לנו
איור 5 מציג דוגמה לאופן השימוש במידע זה. במקרה זה, התוצאות מצביעות על חימום לא אחיד בתוך תנור ספציפי, או שאולי לא הושגה טמפרטורת ההגדרה. כדי להעריך כראוי מקרים כאלה, נדרשים גם בילטים לבדיקה וגם בילטים לייחוס באיכות ידועה. בלעדיהם, לא ניתן לקבוע את טווח ה-%α הצפוי עבור הרכב הסגסוגת.
איור 5. השוואה של %α במקטעים שונים של תנור הומוגניזציה בעל ביצועים גרועים.
זמן פרסום: 30 באוגוסט 2025
