Si las propiedades mecánicas de las extrusiones no son las esperadas, la atención suele centrarse en la composición inicial del tocho o en las condiciones de extrusión/envejecimiento. Pocas personas cuestionan si la homogeneización en sí misma podría ser un problema. De hecho, la etapa de homogeneización es crucial para producir extrusiones de alta calidad. Un control inadecuado de la etapa de homogeneización puede provocar:
●Mayor presión de ruptura
●Más defectos
●Texturas de rayas después del anodizado
●Menor velocidad de extrusión
●Malas propiedades mecánicas
La etapa de homogeneización tiene dos objetivos principales: refinar los compuestos intermetálicos que contienen hierro y redistribuir el magnesio (Mg) y el silicio (Si). Al examinar la microestructura del tocho antes y después de la homogeneización, se puede predecir su buen rendimiento durante la extrusión.
Efecto de la homogeneización de palanquillas en el endurecimiento
En las extrusiones 6XXX, la resistencia proviene de las fases ricas en Mg y Si que se forman durante el envejecimiento. La capacidad de formar estas fases depende de la disolución sólida de los elementos antes de que comience el envejecimiento. Para que el Mg y el Si finalmente formen parte de la disolución sólida, el metal debe enfriarse rápidamente por encima de 530 °C. A temperaturas superiores a este punto, el Mg y el Si se disuelven naturalmente en aluminio. Sin embargo, durante la extrusión, el metal solo permanece por encima de esta temperatura durante un corto periodo de tiempo. Para garantizar la disolución completa del Mg y el Si, las partículas de Mg y Si deben ser relativamente pequeñas. Desafortunadamente, durante la fundición, el Mg y el Si precipitan como bloques de Mg₂Si relativamente grandes (Fig. 1a).
Un ciclo típico de homogeneización para palanquillas de 6060 es de 560 °C durante 2 horas. Durante este proceso, dado que la palanquilla se mantiene a una temperatura superior a 530 °C durante un período prolongado, el Mg₂Si se disuelve. Al enfriarse, reprecipita con una distribución mucho más fina (Fig. 1c). Si la temperatura de homogeneización no es lo suficientemente alta o el tiempo es demasiado corto, quedarán partículas grandes de Mg₂Si. En este caso, la solución sólida tras la extrusión contiene menos Mg y Si, lo que impide la formación de una alta densidad de precipitados de endurecimiento, lo que reduce las propiedades mecánicas.
Fig. 1. Micrografías ópticas de tochos de 6060 pulidos y grabados con HF al 2%: (a) recién fundidos, (b) parcialmente homogeneizados, (c) totalmente homogeneizados.
Papel de la homogeneización en los intermetálicos que contienen hierro
El hierro (Fe) tiene un mayor efecto en la tenacidad a la fractura que en la resistencia. En las aleaciones 6XXX, las fases de Fe tienden a formar la fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) durante la fundición. Estas fases son grandes y angulares, e interfieren con la extrusión (como se muestra en la Fig. 2a). Durante la homogeneización, los elementos pesados (Fe, Mn, etc.) se difunden, y las fases angulares grandes se vuelven más pequeñas y redondeadas (Fig. 2b).
A partir de imágenes ópticas únicamente, es difícil distinguir las distintas fases y es imposible cuantificarlas con fiabilidad. En Innoval, cuantificamos la homogeneización de palanquillas mediante nuestro método interno de detección y clasificación de características (FDC), que proporciona un valor %α para las palanquillas. Esto nos permite evaluar la calidad de la homogeneización.
Fig. 2. Micrografías ópticas de tochos (a) antes y (b) después de la homogeneización.
Método de detección y clasificación de características (FDC)
La figura 3a muestra una muestra pulida analizada mediante microscopía electrónica de barrido (MEB). Se aplica una técnica de umbralización en escala de grises para separar e identificar los intermetálicos, que aparecen blancos en la figura 3b. Esta técnica permite analizar áreas de hasta 1 mm², lo que significa que se pueden analizar más de 1000 características individuales a la vez.
Fig. 3. (a) Imagen de electrones retrodispersados de un tocho 6060 homogeneizado, (b) características individuales identificadas de (a).
Composición de partículas
El sistema Innoval está equipado con un detector de rayos X por dispersión de energía (EDX) Xplore 30 de Oxford Instruments. Esto permite la recopilación automática y rápida de espectros EDX de cada punto identificado. A partir de estos espectros, se puede determinar la composición de las partículas e inferir la relación relativa Fe:Si.
Dependiendo del contenido de Mn o Cr de la aleación, también pueden incluirse otros elementos pesados. Para algunas aleaciones 6XXX (a veces con un contenido significativo de Mn), se utiliza como referencia la relación (Fe+Mn):Si. Estas relaciones pueden compararse con las de intermetálicos conocidos que contienen Fe.
Fase β (Al₅(FeMn)Si o Al₈.₉(FeMn)₂Si₂): relación (Fe+Mn):Si ≈ 2. Fase α (Al₁₂(FeMn)₃Si o Al₈.₃(FeMn)₂Si): relación ≈ 4–6, según la composición. Nuestro software personalizado nos permite establecer un umbral y clasificar cada partícula como α o β, y luego mapear sus posiciones dentro de la microestructura (Fig. 4). Esto proporciona un porcentaje aproximado de α transformada en el tocho homogeneizado.
Fig. 4. (a) Mapa que muestra partículas clasificadas α y β, (b) diagrama de dispersión de las relaciones (Fe+Mn):Si.
Lo que los datos nos pueden decir
La figura 5 muestra un ejemplo del uso de esta información. En este caso, los resultados indican un calentamiento no uniforme dentro de un horno específico o, posiblemente, que no se alcanzó la temperatura de consigna. Para evaluar adecuadamente estos casos, se requieren tanto el tocho de prueba como los de referencia de calidad conocida. Sin estos, no se puede establecer el rango de %α esperado para esa composición de aleación.
Fig. 5. Comparación de %α en diferentes secciones de un horno de homogeneización de bajo rendimiento.
Hora de publicación: 30 de agosto de 2025
