Nếu các đặc tính cơ học của sản phẩm đùn không như mong đợi, người ta thường tập trung vào thành phần ban đầu của phôi hoặc điều kiện đùn/lão hóa. Ít ai đặt câu hỏi liệu quá trình đồng nhất hóa có phải là một vấn đề hay không. Trên thực tế, giai đoạn đồng nhất hóa rất quan trọng để tạo ra sản phẩm đùn chất lượng cao. Việc không kiểm soát đúng bước đồng nhất hóa có thể dẫn đến:
●Áp lực đột phá tăng lên
●Nhiều khuyết điểm hơn
●Kết cấu sọc sau khi anodizing
●Tốc độ đùn thấp hơn
●Tính chất cơ học kém
Giai đoạn đồng nhất hóa có hai mục đích chính: tinh chế các hợp chất liên kim loại chứa sắt và phân phối lại magie (Mg) và silic (Si). Bằng cách kiểm tra cấu trúc vi mô của phôi trước và sau khi đồng nhất hóa, người ta có thể dự đoán phôi có hoạt động tốt trong quá trình đùn hay không.
Ảnh hưởng của quá trình đồng nhất phôi thép đến quá trình làm cứng
Trong quá trình đùn 6XXX, độ bền đến từ các pha giàu Mg và Si hình thành trong quá trình lão hóa. Khả năng hình thành các pha này phụ thuộc vào việc đặt các nguyên tố vào dung dịch rắn trước khi bắt đầu lão hóa. Để Mg và Si cuối cùng trở thành một phần của dung dịch rắn, kim loại phải được làm nguội nhanh chóng từ nhiệt độ trên 530 °C. Ở nhiệt độ trên mức này, Mg và Si tự nhiên hòa tan thành nhôm. Tuy nhiên, trong quá trình đùn, kim loại chỉ duy trì ở nhiệt độ trên mức này trong một thời gian ngắn. Để đảm bảo tất cả Mg và Si hòa tan, các hạt Mg và Si cần phải tương đối nhỏ. Đáng tiếc là trong quá trình đúc, Mg và Si kết tủa thành các khối Mg₂Si tương đối lớn (Hình 1a).
Chu trình đồng nhất hóa điển hình cho phôi 6060 là 560 °C trong 2 giờ. Trong quá trình này, do phôi duy trì nhiệt độ trên 530 °C trong thời gian dài, Mg₂Si sẽ hòa tan. Khi làm nguội, nó kết tủa lại với độ phân bố mịn hơn nhiều (Hình 1c). Nếu nhiệt độ đồng nhất hóa không đủ cao hoặc thời gian quá ngắn, một số hạt Mg₂Si lớn sẽ vẫn còn sót lại. Khi điều này xảy ra, dung dịch rắn sau khi đùn chứa ít Mg và Si hơn, khiến việc hình thành kết tủa đông cứng mật độ cao trở nên bất khả thi - dẫn đến giảm tính chất cơ học.
Hình 1. Ảnh chụp quang học của phôi 6060 đã đánh bóng và được khắc HF 2%: (a) đúc sẵn, (b) đồng nhất một phần, (c) đồng nhất hoàn toàn.
Vai trò của đồng nhất hóa trên kim loại liên hợp chứa sắt
Sắt (Fe) có ảnh hưởng lớn hơn đến độ dai gãy so với độ bền. Trong hợp kim 6XXX, pha Fe có xu hướng tạo thành pha β (Al₅(FeMn)Si hoặc Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) trong quá trình đúc. Các pha này lớn, có góc cạnh và cản trở quá trình đùn (được đánh dấu trong Hình 2a). Trong quá trình đồng nhất hóa, các nguyên tố nặng (Fe, Mn, v.v.) khuếch tán, và các pha góc cạnh lớn trở nên nhỏ hơn và tròn hơn (Hình 2b).
Chỉ dựa vào hình ảnh quang học, rất khó để phân biệt các pha khác nhau và không thể định lượng chúng một cách đáng tin cậy. Tại Innoval, chúng tôi định lượng độ đồng nhất của phôi bằng phương pháp phát hiện và phân loại đặc điểm nội bộ (FDC), cung cấp giá trị %α cho phôi. Điều này cho phép chúng tôi đánh giá chất lượng đồng nhất.
Hình 2. Ảnh chụp quang học của phôi (a) trước và (b) sau khi đồng nhất hóa.
Phương pháp phát hiện và phân loại đặc điểm (FDC)
Hình 3a cho thấy một mẫu đã đánh bóng được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Sau đó, kỹ thuật ngưỡng thang độ xám được áp dụng để tách và nhận dạng các liên kim loại, xuất hiện màu trắng trong Hình 3b. Kỹ thuật này cho phép phân tích các khu vực lên đến 1 mm², nghĩa là có thể phân tích hơn 1000 đặc điểm riêng lẻ cùng một lúc.
Hình 3. (a) Hình ảnh điện tử tán xạ ngược của phôi 6060 đồng nhất, (b) các đặc điểm riêng lẻ được xác định từ (a).
Thành phần hạt
Hệ thống Innoval được trang bị đầu dò tia X tán xạ năng lượng (EDX) Oxford Instruments Xplore 30. Thiết bị này cho phép thu thập nhanh chóng và tự động phổ EDX từ mỗi điểm đã xác định. Từ phổ này, có thể xác định thành phần hạt và suy ra tỷ lệ Fe:Si tương đối.
Tùy thuộc vào hàm lượng Mn hoặc Cr trong hợp kim, các nguyên tố nặng khác cũng có thể được thêm vào. Đối với một số hợp kim 6XXX (đôi khi có hàm lượng Mn đáng kể), tỷ lệ (Fe+Mn):Si được sử dụng làm tham chiếu. Các tỷ lệ này sau đó có thể được so sánh với tỷ lệ của các kim loại liên hợp chứa Fe đã biết.
Pha β (Al₅(FeMn)Si hoặc Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): Tỷ lệ (Fe+Mn):Si ≈ 2. Pha α (Al₁₂(FeMn)₃Si hoặc Al₈.₃(FeMn)₂Si): tỷ lệ ≈ 4–6, tùy thuộc vào thành phần. Phần mềm tùy chỉnh của chúng tôi cho phép chúng tôi thiết lập ngưỡng và phân loại từng hạt thành α hoặc β, sau đó lập bản đồ vị trí của chúng trong cấu trúc vi mô (Hình 4). Điều này cung cấp tỷ lệ phần trăm gần đúng của α đã biến đổi trong phôi đồng nhất.
Hình 4. (a) Bản đồ hiển thị các hạt được phân loại theo α và β, (b) biểu đồ phân tán của tỷ lệ (Fe+Mn):Si.
Dữ liệu có thể cho chúng ta biết điều gì
Hình 5 minh họa cách sử dụng thông tin này. Trong trường hợp này, kết quả cho thấy quá trình gia nhiệt không đồng đều trong một lò nung cụ thể, hoặc có thể nhiệt độ điểm đặt chưa đạt được. Để đánh giá chính xác những trường hợp như vậy, cần có cả phôi thử nghiệm và phôi tham chiếu có chất lượng đã biết. Nếu không có những phôi này, phạm vi %α dự kiến cho thành phần hợp kim đó sẽ không thể được thiết lập.
Hình 5. So sánh %α ở các phần khác nhau của lò đồng nhất có hiệu suất kém.
Thời gian đăng: 30-08-2025
