Alumiinibilletin homogenisointiasteen määrittäminen

Abstract

Homogenisation is a heat treatment, which is used for aluminium extrusion billets in order to level out the concentration differences and to eliminate the eutectic phases created during solidification. In addition the aim is to transform the intermetallic (3-AlFeSi-phase in to a more favourable form, i.e. the aA1FeSi-phase.The aim of this thesis was to determine the degree of homogenisation of an aluminium extrusion billet. An optimized billet microstructure would result in minimal extrusion pressure, maximal precipitation hardening during aging and desired flawless surface for the extrudate. This is obtained through the homogenisation annealing and a proper subsequent cooling. The other important factor influencing the final result is the preheating practice before extrusion.Samples were taken from an as-cast billet and they were homogenised under laboratory conditions with different soaking times. Microstructures and existing phases were analysed using a quantitative energy dispersive microanalysis (EDS) in scanning electron microscope. With a method based on graphical interpretation of the EDS results, the intermetallic Fi-A1FeSi and aA1FeSi-phases were identified.The degree of homogenisation was determined by the ratio of alpha-A1FeSiphase particles to the number of all analysed particles. It was also required that the number of coarse Mg2Si-precipitates should be below 400 I/mm2 in order to have a proper microstructure for the following extrusion. Other methods for determining the degree of homogenisation are the standard micrograph series and the so called grain boundary ratio, which is based on the ratio of the length of the grain boundary and the particles on the grain boundary.

Homogenisoinnilla tarkoitetaan lämpökäsittelyä, jolla pyritään tasaamaan sulaan jähmettymisen yhteydessä muodostuneet pitoisuuserot. Materiaalista halutaan tasalaatuista. Lisäksi homogenisointihehkutuksella pyritään vaikuttamaan raerajoille muodostuneiden yhdisteiden morfologiaan, eli saman yhdisteen eri esiintymismuotoihin. Hehkutuksen jälkeisellä jäähtymisnopeudella puolestaan säädellään billettien mikrorakenteeseen muodostuvien Mg2Si-erkaumien kokoa. Tämän diplomityön tavoitteena oli määrittää billetin eli kuumapursotusaihion homogenisointiaste. Nykyinen kohdeyrityksen alumiinivalimon billettien hehkutuksessa käyttämä erähomogenisointiuuni on tulevaisuudessa pursotuskapasiteetin kasvaessa koko profiilien tuotantoprosessin nopeutta rajoittava tekijä käytettäessä kierrätys- eli sekundäärialumiinia. Siitä on tulossa prosessin tehokkuutta rajoittava pullonkaula. Näin ollen homogenisointiasteen tarkemman määrittämisen avulla voitaisiin optimoida homogenisointikäsittelyyn kuluva aika ja päästä tehokkaampaan tuotantoon. Tutkimuksissa käytetty seos oli alumiini-magnesium-pii-seos eli EN-AW6063, joka on ylivoimaisesti eniten käytetty seos kuumapursotusta käyttäen valmistettujen profiilien tuotannossa. Kuumapursotuksella saadaan profiilille haluttu muoto ja myöhemmin tapahtuvassa vanhennuskäsittelyssä lopullinen lujuus. Saavutettavaan lujuustasoon vaikuttaa Mg2Si-partikkelien kokojakauma ja liuenneisuus matriisiin. Pinnanlaatuun vaikuttavat varsinkin (3-AlFeSipartikkelit, jotka aiheuttavat ns. tikkuuntumista pursotetun profiilin pinnalle. Homogenisointiaste määritettiin billetin mikrorakenteesta analysoimalla raerajapartikkelit kvantitatiivisella EDS-menetelmällä. Analyysin tuloksista laadittiin graafinen esitys, jonka avulla (3-AlFeSi- ja a-AlFeSi-faasit voitiin tunnistaa. Homogenisointiaste saatiin alfafaasin suhteesta kaikkien analysoitujen partikkelien lukumäärään. Indikaationa homogenisoinnin onnistumiselle edellytettiin lisäksi, että karkeiden Mg2Si-partikkelien määrän tuli olla alle 400 kpl/mm2. Muut menetelmät homogenisointiasteen määrittämiseksi ovat vertailukuvasarjan käyttö sekä raerajapartikkelien ja raerajan kokonaispituuden väliseen suhteeseen perustuva ns. raerajasuhde. /Kir10