६०६० अॅल्युमिनियम बिलेट्सच्या एकरूपतेचे तत्व

जर एक्सट्रूझनचे यांत्रिक गुणधर्म अपेक्षेनुसार नसतील, तर सामान्यतः बिलेटच्या सुरुवातीच्या रचनेवर किंवा एक्सट्रूझन/वृद्धत्वाच्या स्थितीवर लक्ष केंद्रित केले जाते. एकरूपीकरण ही स्वतःच एक समस्या असू शकते का असा प्रश्न फार कमी लोकांना पडतो. खरं तर, उच्च-गुणवत्तेच्या एक्सट्रूझन तयार करण्यासाठी एकरूपीकरण टप्पा महत्त्वाचा आहे. एकरूपीकरण पायरी योग्यरित्या नियंत्रित करण्यात अयशस्वी झाल्यास खालील परिणाम होऊ शकतात:

● वाढलेला ब्रेकथ्रू प्रेशर

● अधिक दोष

● अ‍ॅनोडायझिंग नंतर स्ट्रीक टेक्सचर

● कमी एक्सट्रूजन गती

● खराब यांत्रिक गुणधर्म

एकरूपीकरण टप्प्याचे दोन मुख्य उद्देश आहेत: लोहयुक्त आंतरधातू संयुगे शुद्ध करणे आणि मॅग्नेशियम (Mg) आणि सिलिकॉन (Si) पुनर्वितरण करणे. एकरूपीकरणापूर्वी आणि नंतर बिलेटच्या सूक्ष्म संरचनाचे परीक्षण करून, एक्सट्रूझन दरम्यान बिलेट चांगले कार्य करेल की नाही हे सांगता येते.

बिलेट एकरूपीकरणाचा कडक होण्यावर परिणाम

6XXX एक्सट्रूझनमध्ये, वृद्धत्वादरम्यान तयार होणाऱ्या Mg- आणि Si-समृद्ध टप्प्यांमधून ताकद येते. या टप्प्यांची निर्मिती करण्याची क्षमता वृद्धत्व सुरू होण्यापूर्वी घटकांना घन द्रावणात ठेवण्यावर अवलंबून असते. Mg आणि Si अखेरीस घन द्रावणाचा भाग बनण्यासाठी, धातू 530 °C वरील तापमानावरून लवकर वितळवावा लागतो. या बिंदूपेक्षा जास्त तापमानात, Mg आणि Si नैसर्गिकरित्या अॅल्युमिनियममध्ये विरघळतात. तथापि, एक्सट्रूझन दरम्यान, धातू फक्त थोड्या काळासाठी या तापमानाच्या वर राहतो. सर्व Mg आणि Si विरघळतात याची खात्री करण्यासाठी, Mg आणि Si कण तुलनेने लहान असणे आवश्यक आहे. दुर्दैवाने, कास्टिंग दरम्यान, Mg आणि Si तुलनेने मोठ्या Mg₂Si ब्लॉक्सच्या रूपात अवक्षेपित होतात (आकृती 1a).

६०६० बिलेटसाठी एक सामान्य एकरूपीकरण चक्र २ तासांसाठी ५६० °C असते. या प्रक्रियेदरम्यान, बिलेट दीर्घकाळ ५३० °C पेक्षा जास्त राहिल्यामुळे, Mg₂Si विरघळते. थंड झाल्यावर, ते अधिक बारीक वितरणात पुन्हा अवक्षेपित होते (आकृती १c). जर एकरूपीकरण तापमान पुरेसे जास्त नसेल किंवा वेळ खूप कमी असेल, तर काही मोठे Mg₂Si कण राहतील. जेव्हा असे होते, तेव्हा बाहेर काढल्यानंतर घन द्रावणात Mg आणि Si कमी असते, ज्यामुळे कडक होणारे अवक्षेपण तयार करणे अशक्य होते—ज्यामुळे यांत्रिक गुणधर्म कमी होतात.

आकृती १. पॉलिश केलेल्या आणि २% एचएफ-एच्ड ६०६० बिलेट्सचे ऑप्टिकल मायक्रोग्राफ: (अ) अ‍ॅज-कास्ट, (ब) अंशतः एकरूप, (क) पूर्णपणे एकरूप.

लोहयुक्त आंतरधातूंवर एकरूपतेची भूमिका

लोह (Fe) चा फ्रॅक्चरच्या कडकपणावर ताकदीपेक्षा जास्त परिणाम होतो. 6XXX मिश्रधातूंमध्ये, कास्टिंग दरम्यान Fe फेज β-फेज (Al₅(FeMn)Si किंवा Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) तयार करतात. हे फेज मोठे, कोनीय असतात आणि एक्सट्रूजनमध्ये व्यत्यय आणतात (आकृती 2a मध्ये हायलाइट केलेले). एकरूपीकरण दरम्यान, जड घटक (Fe, Mn, इ.) पसरतात आणि मोठे कोनीय फेज लहान आणि गोलाकार होतात (आकृती 2b).

केवळ ऑप्टिकल प्रतिमांवरून, विविध टप्प्यांमध्ये फरक करणे कठीण आहे आणि त्यांचे विश्वसनीयरित्या प्रमाण निश्चित करणे अशक्य आहे. इनोव्हलमध्ये, आम्ही आमच्या अंतर्गत वैशिष्ट्य शोध आणि वर्गीकरण (FDC) पद्धतीचा वापर करून बिलेट एकरूपीकरणाचे प्रमाण निश्चित करतो, जी बिलेटसाठी %α मूल्य प्रदान करते. हे आम्हाला एकरूपीकरणाच्या गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यास सक्षम करते.

आकृती २. बिलेट्सचे ऑप्टिकल मायक्रोग्राफ (अ) एकरूपीकरणापूर्वी आणि (ब) नंतर.

वैशिष्ट्य शोध आणि वर्गीकरण (FDC) पद्धत

आकृती ३अ मध्ये इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून विश्लेषण केलेला पॉलिश केलेला नमुना दाखवला आहे. आकृती ३ब मध्ये पांढरे दिसणारे इंटरमेटेलिक्स वेगळे करण्यासाठी आणि ओळखण्यासाठी ग्रेस्केल थ्रेशोल्डिंग तंत्र वापरले जाते. हे तंत्र १ मिमी² पर्यंतच्या क्षेत्रांचे विश्लेषण करण्यास अनुमती देते, म्हणजेच एकाच वेळी १००० हून अधिक वैयक्तिक वैशिष्ट्यांचे विश्लेषण केले जाऊ शकते.

आकृती ३. (अ) एकरूप झालेल्या ६०६० बिलेटची बॅकस्कॅटर्ड इलेक्ट्रॉन प्रतिमा, (ब) (अ) मधून ओळखली जाणारी वैयक्तिक वैशिष्ट्ये.

कण रचना

इनोव्हल सिस्टीममध्ये ऑक्सफर्ड इन्स्ट्रुमेंट्स एक्सप्लोर ३० एनर्जी-डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे (EDX) डिटेक्टर आहे. हे प्रत्येक ओळखलेल्या बिंदूवरून EDX स्पेक्ट्राचे जलद स्वयंचलित संकलन करण्यास अनुमती देते. या स्पेक्ट्रावरून, कण रचना निश्चित केली जाऊ शकते आणि सापेक्ष Fe:Si गुणोत्तर अनुमानित केले जाऊ शकते.

मिश्रधातूच्या Mn किंवा Cr सामग्रीनुसार, इतर जड घटक देखील समाविष्ट केले जाऊ शकतात. काही 6XXX मिश्रधातूंसाठी (कधीकधी लक्षणीय Mn सह), (Fe+Mn):Si गुणोत्तर संदर्भ म्हणून वापरले जाते. नंतर या गुणोत्तरांची तुलना ज्ञात Fe-युक्त इंटरमेटेलिक्सशी केली जाऊ शकते.

β-फेज (Al₅(FeMn)Si किंवा Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): (Fe+Mn):Si गुणोत्तर ≈ 2. α-फेज (Al₁₂(FeMn)₃Si किंवा Al₈.₃(FeMn)₂Si): गुणोत्तर ≈ 4–6, रचनेनुसार. आमचे कस्टम सॉफ्टवेअर आम्हाला एक थ्रेशोल्ड सेट करण्याची आणि प्रत्येक कणाचे α किंवा β म्हणून वर्गीकरण करण्याची परवानगी देते, नंतर सूक्ष्म संरचनामध्ये त्यांची स्थिती मॅप करण्याची परवानगी देते (आकृती 4). हे एकसंध बिलेटमध्ये रूपांतरित α ची अंदाजे टक्केवारी देते.

आकृती ४. (अ) α- आणि β-वर्गीकृत कण दर्शविणारा नकाशा, (ब) (Fe+Mn):Si गुणोत्तरांचा स्कॅटर प्लॉट.

डेटा आपल्याला काय सांगू शकतो

आकृती ५ मध्ये ही माहिती कशी वापरली जाते याचे उदाहरण दाखवले आहे. या प्रकरणात, निकाल विशिष्ट भट्टीमध्ये एकसमान नसलेली उष्णता दर्शवितात, किंवा कदाचित सेटपॉइंट तापमान गाठले गेले नाही. अशा प्रकरणांचे योग्य मूल्यांकन करण्यासाठी, ज्ञात गुणवत्तेचे चाचणी बिलेट आणि संदर्भ बिलेट दोन्ही आवश्यक आहेत. याशिवाय, त्या मिश्रधातूच्या रचनेसाठी अपेक्षित %α श्रेणी स्थापित केली जाऊ शकत नाही.

आकृती ५. खराब कामगिरी करणाऱ्या एकरूपीकरण भट्टीच्या वेगवेगळ्या विभागांमध्ये %α ची तुलना.