Se le proprietà meccaniche degli estrusi non sono quelle attese, l'attenzione si concentra solitamente sulla composizione iniziale della billetta o sulle condizioni di estrusione/invecchiamento. Pochi si chiedono se l'omogeneizzazione in sé possa rappresentare un problema. In effetti, la fase di omogeneizzazione è fondamentale per la produzione di estrusi di alta qualità. Un controllo inadeguato della fase di omogeneizzazione può portare a:
●Aumento della pressione di rottura
●Più difetti
● Texture striate dopo l'anodizzazione
●Velocità di estrusione inferiore
● Scarse proprietà meccaniche
La fase di omogeneizzazione ha due scopi principali: raffinare i composti intermetallici contenenti ferro e ridistribuire magnesio (Mg) e silicio (Si). Esaminando la microstruttura della billetta prima e dopo l'omogeneizzazione, è possibile prevedere se la billetta si comporterà bene durante l'estrusione.
Effetto dell'omogeneizzazione della billetta sulla tempra
Nelle estrusioni 6XXX, la resistenza deriva dalle fasi ricche di Mg e Si che si formano durante l'invecchiamento. La capacità di formare queste fasi dipende dal posizionamento degli elementi in soluzione solida prima dell'inizio dell'invecchiamento. Affinché Mg e Si possano finalmente integrare nella soluzione solida, il metallo deve essere temprato rapidamente a temperature superiori a 530 °C. A temperature superiori a questo punto, Mg e Si si dissolvono naturalmente nell'alluminio. Tuttavia, durante l'estrusione, il metallo rimane al di sopra di questa temperatura solo per un breve periodo. Per garantire la completa dissoluzione di Mg e Si, le particelle di Mg e Si devono essere relativamente piccole. Sfortunatamente, durante la colata, Mg e Si precipitano sotto forma di blocchi di Mg₂Si relativamente grandi (Fig. 1a).
Un tipico ciclo di omogeneizzazione per billette 6060 è di 560 °C per 2 ore. Durante questo processo, poiché la billetta rimane a una temperatura superiore a 530 °C per un lungo periodo, il Mg₂Si si dissolve. Raffreddandosi, precipita nuovamente in una distribuzione molto più fine (Fig. 1c). Se la temperatura di omogeneizzazione non è sufficientemente elevata o il tempo è troppo breve, rimarranno alcune particelle di Mg₂Si di grandi dimensioni. In questo caso, la soluzione solida dopo l'estrusione contiene meno Mg e Si, rendendo impossibile la formazione di un'elevata densità di precipitati indurenti, con conseguente riduzione delle proprietà meccaniche.
Fig. 1. Micrografie ottiche di billette 6060 lucidate e incise con HF al 2%: (a) come colate, (b) parzialmente omogeneizzate, (c) completamente omogeneizzate.
Ruolo dell'omogeneizzazione sugli intermetallici contenenti ferro
Il ferro (Fe) ha un effetto maggiore sulla tenacità alla frattura che sulla resistenza. Nelle leghe 6XXX, le fasi Fe tendono a formare la fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) durante la fusione. Queste fasi sono grandi, angolari e interferiscono con l'estrusione (evidenziate in Fig. 2a). Durante l'omogeneizzazione, gli elementi pesanti (Fe, Mn, ecc.) si diffondono e le fasi angolari grandi diventano più piccole e arrotondate (Fig. 2b).
Dalle sole immagini ottiche, è difficile distinguere le varie fasi ed è impossibile quantificarle in modo affidabile. In Innoval, quantifichiamo l'omogeneizzazione delle billette utilizzando il nostro metodo interno di rilevamento e classificazione delle caratteristiche (FDC), che fornisce un valore %α per le billette. Questo ci consente di valutare la qualità dell'omogeneizzazione.
Fig. 2. Micrografie ottiche di billette (a) prima e (b) dopo l'omogeneizzazione.
Metodo di rilevamento e classificazione delle caratteristiche (FDC)
La Figura 3a mostra un campione lucidato analizzato tramite microscopia elettronica a scansione (SEM). Viene quindi applicata una tecnica di sogliatura in scala di grigi per separare e identificare gli intermetallici, che appaiono bianchi nella Figura 3b. Questa tecnica consente l'analisi di aree fino a 1 mm², il che significa che è possibile analizzare contemporaneamente oltre 1000 caratteristiche individuali.
Fig. 3. (a) Immagine di elettroni retrodiffusi di billetta 6060 omogeneizzata, (b) caratteristiche individuali identificate da (a).
Composizione delle particelle
Il sistema Innoval è dotato di un rivelatore a raggi X a dispersione di energia (EDX) Xplore 30 di Oxford Instruments. Questo consente la rapida raccolta automatica di spettri EDX da ogni punto identificato. Da questi spettri è possibile determinare la composizione delle particelle e dedurre il rapporto relativo Fe:Si.
A seconda del contenuto di Mn o Cr della lega, possono essere presenti anche altri elementi pesanti. Per alcune leghe 6XXX (talvolta con un contenuto significativo di Mn), il rapporto (Fe+Mn):Si viene utilizzato come riferimento. Questi rapporti possono quindi essere confrontati con quelli di intermetallici noti contenenti Fe.
Fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): rapporto (Fe+Mn):Si ≈ 2. Fase α (Al₁₂(FeMn)₃Si o Al₈.₃(FeMn)₂Si): rapporto ≈ 4–6, a seconda della composizione. Il nostro software personalizzato ci consente di impostare una soglia e classificare ciascuna particella come α o β, quindi mappare le loro posizioni all'interno della microstruttura (Fig. 4). Questo fornisce una percentuale approssimativa di α trasformato nella billetta omogeneizzata.
Fig. 4. (a) Mappa che mostra le particelle classificate α e β, (b) diagramma di dispersione dei rapporti (Fe+Mn):Si.
Cosa possono dirci i dati
La Figura 5 mostra un esempio di come vengono utilizzate queste informazioni. In questo caso, i risultati indicano un riscaldamento non uniforme all'interno di un forno specifico, o forse il mancato raggiungimento della temperatura di riferimento. Per valutare correttamente tali casi, sono necessari sia la billetta di prova che le billette di riferimento di qualità nota. Senza di esse, non è possibile stabilire l'intervallo %α previsto per quella composizione di lega.
Fig. 5. Confronto di %α in diverse sezioni di un forno di omogeneizzazione con scarse prestazioni.
Data di pubblicazione: 30-08-2025
