Defects in medium strength alloy extrusions Difetti negli estrusi di

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technologies/ tecnologie
Defects in medium strength alloy extrusions
Difetti negli estrusi di leghe a media resistenza
Xinquan Zhang1, Natalia Danilova1, Joe Barresi
Introduction
The extrusions of the medium
strength 6000 aluminium alloys,
which mainly refer to alloys such
as 6106, 6061, 6005, 6351 and
6082, are used extensively in
structural components for transport, marine and automotive applications, and are normally regarded as upmarket products.
The special requirements of the
end applications necessitate
stringent controls on the quality of
the extrusions, which often poses
a significant challenge to most extruders, even to those who specialise in the production of these
products.
These challenges are usually associated with one of the following
three characteristics of medium
strength alloy extrusions: high alloying contents, heavy cross-section and a need for further forming or machining. High alloy contents increase the quench sensitivity of extrusions, which can result in low mechanical properties
if post-extrusion cooling is inadequate. High Cr and Mn content in
the alloys raise the amount of energy required for recrystallisation,
which can lead to the formation of
a coarse-grained periphery layer
in extrusions. In addition, billets
with high alloy contents are prone
to both surface and internal cracking during the casting process,
which may not be healed during
extrusion. Most extrusions of
medium strength alloys have a
heavy cross-section based on the
strength consideration. A heavy
Defects in extrusions of medium
strength 6000 aluminium alloys:
mechanism of formation
and prevention methods
Difetti negli estrusi di leghe di
alluminio di media resistenza serie
6000: meccanismi di formazione
e metodi di prevenzione
cross-section results in a low extrusion ratio.
The implications for the extrusion
process include less dispersion of
inclusions, easy flow of billet skin
and difficulty in seam welding for
hollow sections. When an extrusion is subject to machining or further forming such as forging and
bending, any internal imperfections in the extrusion are exposed
and their detrimental effects are
manifested. Thus, preventing the
formation of internal defects is of
paramount importance for the
production of medium strength alloy extrusions.
In the present paper, 3 of the most
commonly found defects in medi-
1) Measured Rockwell F hardness
on the cross-section.
Durezza Rockwell F misurata
sulla sezione trasversale.
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2
ALUMINIUM AND ITS ALLOYS - NOVEMBER 2005
Introduzione
Gli estrusi di leghe di alluminio
di media resistenza serie 6000
- principalmente leghe 6106,
6061, 6005, 6351 e 6082 - sono
molto utilizzati come componenti strutturali nel settore dei
trasporti, delle costruzioni navali e nell’auto e sono generalmente classificati tra i prodotti
di fascia alta.
Le particolari esigenze delle
applicazioni finali richiedono rigorosi controlli della qualità degli estrusi, che spesso diventano un problema per la maggior
parte degli estrusori, anche di
quelli specializzati in questo
campo. Tali problemi sono per
lo più associati a una delle tre
seguenti caratteristiche degli
estrusi di leghe di media resistenza: alto contenuto di elementi di lega, sezioni di grande
spessore, necessità di ulteriori
lavorazioni meccaniche o di formatura.
L’alto contenuto di elementi di
lega fa aumentare la sensibilità
alla tempra con conseguenti
scarse proprietà meccaniche
se il raffreddamento dopo l’estrusione non è adeguato. Un
forte tenore di Cr e Mn fa aumentare la quantità di energia
necessaria per la ricristallizzazione, il che può portare alla
formazione di strati periferici a
grana grossolana nell’estruso.
Inoltre, le billette ad alto tenore
di elementi di lega sono soggette durante la colata a criccature interne o superficiali che
non si eliminano con l’estrusione. Molti estrusi di leghe a media resistenza hanno sezioni di
grande spessore per questioni
di resistenza meccanica.
Sezioni di grande spessore significano bassi rapporti di
estrusione.
Le implicazioni per il procedimento di estrusione sono la minore dispersione delle inclusioni, il facile fluire della pelle delle billette e problemi nella saldatura a rulli di profilati cavi. Se
l’estruso deve subire altre lavorazioni di macchina o di formatura, per esempio stampaggio o
piegatura, eventuali difetti interni all’estruso vengono rivelati e
1 Comalco Research and Technical
Support, Thomastown, 3074, Australia
2 Comalco Aluminium Limited, 12
Creek Street, Brisbane, 4000, Australia
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um strength alloy extrusions are
discussed in the form of case
studies. The defects covered include: low mechanical properties,
inclusions and coarse-grained
surface layers.
Low mechanical properties
The problem of low mechanical
properties is identified when extruded sections do not pass mechanical property tests and fail to
reach the specified hardness/tensile properties, or show an excessive variability in these properties.
Case Study
Problem Description
An extruder experienced low
hardness in a large profile made
of alloy 6061. Two extrusion samples were investigated, one of
which showed low hardness while
the other showed acceptable
hardness.
Investigation
Hardness measurements on the
cross-section (Fig. 1) revealed
that the region with low hardness
values was on one side of the hollow part (section A).
The chemical composition of the
two samples was checked and no
difference in the content of major
alloying elements was found.
Following reheat treatment of the
extrusion (T6), section A and B
both reached a hardness value of
92 HRF (equivalent to 16 Webster), confirming the alloy had the
potential to achieve the required
strength.
Further microstructural analysis
was performed to compare the
features of Mg-Si precipitates between the regions with low and
high hardness values. As shown
in Fig. 2, the region with low hardness (Section A) contained a
higher density of coarse Mg-Si
precipitates (see black dots in
background) in comparison to the
region with high hardness (Section B), indicating inadequate
cooling for the region. Coarse MgSi precipitates are known to have
no contribution to the strength of
the alloy, and their presence suggests that not all the Mg in the alloy was available for hardening.
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section A (~63 HRF)
2) Optical micrographs showing
a higher density of coarse Mg-Si
precipitates in section A than
in section B. 0.5% HF etching.
section B (~83 HRF)
Micrografie ottiche che mostrano
la maggior densità di precipitati
Mg-Si a grana grossa nella sez.
A rispetto alla B. Attacco HF 0,5%.
Conclusion
Hardness measurements and microstructural examination suggest insufficient cooling was the
root cause of the low hardness
problem. It appeared that section
A of the profile was subject to different cooling conditions as compared to the other part of the profile. For alloy 6061, the minimum
cooling rate must be greater than
300 °C/min. to prevent premature
precipitation of Mg2Si from the
solid solution and to maximise the
ageing response of the alloy. This
requirement must be met for all
parts of the profile for its crosssection to achieve uniform properties.
Discussion
Assuming peak ageing conditions
are used, low hardness can always be attributed to the fact that
there is not enough Mg and Si retained in the solid solution prior to
artificial ageing. This can be due
to various contributing factors, including:
- Low Mg or Si
levels in the
cast billet;
- Slow post-homogenisation
cooling, resulting in excessive precipitation of Mg-Si
precipitates in
the
homogenised billet;
- Prolonged billet preheating
in the temperature
zone
around 400 °C
la loro azione negativa diventa
manifesta. Pertanto, prevenire
la comparsa di difetti interni è
di enorme importanza per la
produzione di estrusi di leghe a
media resistenza.
In questo articolo si tratteranno
casi pratici di tre dei difetti più
comuni degli estrusi di leghe a
media resistenza: ridotte proprietà meccaniche, inclusioni,
strati superficiali a grano grossolano.
Ridotte proprietà
meccaniche
Il problema si presenta se l’estruso non supera le prove di
resistenza meccanica e non
raggiunge i valori specificati di
durezza e resistenza a trazione
o se tali valori sono eccessivamente variabili.
Caso pratico
Descrizione del problema
La durezza di un grande estruso in lega 6061 era insufficien-
te. Sono stati esaminati due
campioni, uno dei quali con
scarsa durezza e l’altro accettabile.
Indagine
La misura della durezza sulla
sezione trasversale (fig. 1) indicava che la zona di durezza insufficiente era su un lato della
parte cava (sezione A). Si è
controllata la composizione chimica dei due campioni senza
trovare differenze nel tenore
dei principali elementi di lega.
Dopo un nuovo trattamento termico (T6), le due sezioni A e B
avevano raggiunto 92 HRF di
durezza (equivalente a 16 Webster), confermando così che la
lega era in grado di acquisire il
valore di durezza richiesto.
E’ stata eseguita un’analisi microstrutturale per mettere a
confronto le caratteristiche dei
precipitati di Mg-Si delle due
zone di scarsa e di adeguata
durezza. Come risulta in fig. 2,
la zona meno dura (sezione A)
3) Thermal history
of aluminium extrusions.
Storia termica degli estrusi
in alluminio.
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4) Tearing/streaking defect in a hollow 6061 extrusion (a) and a SEM
micrograph showing the structure
of embedded large inclusions.
Difetto (striature e lacerazioni)
in estruso cavo in 6061 (a) e
micrografia elettronica a
scansione illustrante la struttura
di grosse inclusioni.
in a gas-fired billet pre-heater;
- The exit temperature being below 520 °C, leading to insufficient
dissolving of coarse Mg-Si precipitates, and
- Delayed or inadequate quenching of the extrusion on the runout
table, causing premature precipitation of Mg-Si precipitates.
The impact of these factors is illustrated in Fig. 3, which describes the thermal history of extruded material from the casting
to ageing processes. It highlights
the importance of temperature
control in various process steps
and the use of a systematic approach in troubleshooting.
The issues related to billet conditions, billet preheating and exit
temperature control should be reviewed first as these issues are
relatively easy to address. Resolving the issue of quenching deficiency often requires engineering solutions, such as re-designing the quench box and changing
the quenching medium.
Inclusions
Defects caused by inclusions become visible either after
extrusion in the form of
surface streaking and
tearing or after cross sectioning and machining.
The primary objective of
the investigation is to
identify the origin of the inclusions in order to pre-
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vent any re-occurrence of the defects. In most cases, it is necessary to determine whether the inclusions have been inherited in
the billet or introduced during the
extrusion process.
Case Study
Problem Description
Tearing and streaking defects
were observed in a portion of a
round tube while extruding a 6061
billet. The defective areas
showed dark particles on the surface and a streaking band (Fig.
4a).
The die was damaged as a result
of this incident.
Investigation
SEM (Scanning Electron Microscope) examination of the as-received sample revealed particles
with sizes of up to 1 mm embedded in the surface (Fig. 4b). Analysis of the large particles using
EDS (Energy Dispersive Spectrometry) showed Ca, Al and O as
major elements. The XRD analysis identified calcite (CaCO3) as
the major component of the foreign material. Further analysis of
some concrete samples collected
near the cast station established
that the inclusions in the extrusion
are likely to have originated from
concrete.
Conclusion
The inclusions embedded in the
extruded tube originated from the
billet that contained concrete
fragments.
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contiene una maggior concentrazione di precipitati Mg-Si
grossolani (v. i punti neri sullo
sfondo) rispetto alla zona più
dura (sezione B), indicando che
il raffreddamento era insufficiente.
Si sa che tali precipitati grossolani di Mg-Si non contribuiscono alla resistenza della lega; la
loro presenza fa pensare che
non tutto il magnesio in lega
fosse disponibile per la tempra.
Conclusione
Dalle misure di durezza e dall’analisi microstrutturale appare
che il problema sia dovuto all’insufficiente raffreddamento.
Sembra che le condizioni di raffreddamento della sezione A
fossero diverse da quelle del
resto dell’estruso. La velocità di
raffreddamento della lega 6061
deve superare 300 °C/min per
evitare la precipitazione precoce di Mg2Si dalla soluzione solida e per massimizzare la risposta della lega all’invecchiamento. Questa condizione deve
essere soddisfatta in tutti i punti dell’estruso perché la sezione
abbia proprietà uniformi.
Discussione
Nell’ipotesi che le condizioni di
invecchiamento accelerato siano ottime, la scarsa durezza
può essere dovuta a una quantità insufficiente di Mg o Si nella soluzione solida prima del’invecchiamento. Ciò può attribuirsi a diversi fattori, tra cui:
- Basso tenore di Mg o Si nella
billetta;
- Lento raffreddamento postomogeneizzazione, con conseguente eccessiva precipitazione di Mg-Si nella billetta omogeneizzata;
- Preriscaldo troppo prolungato
della billetta intorno a 400 °C in
forno di preriscaldo a gas;
- Temperatura in uscita sotto
520 °C, con conseguente insufficiente dissoluzione di precipitati Mg-Si grossolani;
- Tempra dell’estruso in uscita
ritardata o inadeguata, che provoca precipitazione precoce di
Mg-Si.
L’effetto di questi fattori è illustrato in fig. 3, che traccia la
storia termica del materiale
estruso dalla colata fino all’invecchiamento.
Si sottolinea l’importanza del
controllo della temperatura nelle varie fasi del processo e di
un approccio sistematico nella
ricerca di problemi.
Le questioni relative alle condizioni della billetta, al preriscaldo della billetta e al controllo
della temperatura in uscita vanno esaminate per prime essendo di soluzione relativamente
agevole. I problemi relativi alla
tempra richiedono spesso soluzioni
ingegneristiche,
per
esempio ridisegnare il bagno di
tempra o cambiare il fluido di
tempra.
Inclusioni
I difetti dovuti ad inclusioni si
manifestano dopo l’estrusione
come striature o lacerazioni superficiali o dopo il taglio e le lavorazioni meccaniche. Scopo
primario della ricerca è identificare l’origine dell’inclusione per
prevenire il ripetersi delle difettosità. Per lo più, va stabilito se
le inclusioni erano presenti nella billetta o sono state introdotte durante l’estrusione.
Caso pratico
Descrizione del problema
Lacerazioni e striature sono
state osservate su un tubo circolare nel corso dell’estrusione
di una billetta in 6061. Sulle zone difettose si notavano particelle nere in superficie ed
una fascia di striature (fig.
5) Schematic diagram showing
the flow of billet skin via the
backend of the billet.
Schema del fluire della pelle
della billetta dal retro della
billetta stessa.
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technologies
6) Photos showing “orange peel” defects occurring with the
alternative 6061 billet extruded at 340 °C. Arrows indicate the region where micro cross-sections were taken for examination.
Fotografie del difetto “buccia d’arancia” comparso nella billetta
6061 alternativa a 340 °C. Le frecce indicano la zona da cui si sono prelevate le microsezioni per l’esame.
A review of casting records found
that concrete work was being conducted to repair the floor around
the cast station during that billet
cast and it is likely that some of
that concrete material entered the
billet. In order to prevent any reoccurrence of this type of incident, changes were made to
maintenance procedures and
housekeeping practices.
Discussion
The absence of inclusions in the
extrusions of medium strength alloys is of paramount importance
in ensuring the integrity of end
products. Various types of foreign
material can be found in extruded
products. The foreign materials
from billet include casthouse refractories, launder coatings and
oxide inclusions related to dross.
Every effort should be made by
billet suppliers to ensure no inclusions are introduced into billet.
The foreign materials from the extrusion process include contaminants from the billet surface,
residual lubricant and tool steel
fragments from dies. In most cases, it is not very difficult to identify the source of the foreign materials, as shown in the case study
given in this section. Therefore,
the corresponding measures to
prevent contamination by foreign
materials should be straightforward.
Very often, oxide inclusions become trapped in extrusions because of billet skin being extruded.
Fig. 5 illustrates how the oxide
skin of the billet flows into the extrusion. The oxide skin is constrained by the container wall due
to friction. As the extrusion progresses, the surface material is
swept back and collects at the
dummy block. Some of this material may then begin to flow forward
with the interior portion of the billet. If insufficient butt length is dis-
carded, billet skin will
flow into the extrusion, resulting in a
backend defect.
The backend defect
will occur at an earlier stage when
extruding a heavy section than
when extruding a thin section,
which means a longer butt length
should be discarded for heavy
sections. For critical products, the
back part of the extrusion should
be sectioned at different locations
and then etched in a caustic solution to reveal the start point of
backend defects.
This will help to decide the minimum butt length which should be
discarded from the billet.
Coarse grains
A layer of coarse grains on, or just
under, the surface of an extrusion
4a). In seguito a tale incidente,
la matrice era stata danneggiata.
Indagine
All’esame al microscopio elettronico a scansione del campione come ricevuto si notavano
particelle grandi fino ad 1 mm
annegate nella superficie (fig.
4b). L’analisi spettrometrica a
dispersione di energia indicava
Ca, Al ed O come elementi
principali. Il principale componente della sostanza estranea
era calcite (CaCO3). Dall’ulteriore analisi di campioni di calcestruzzo prelevati presso la
stazione di colata risultava che
le inclusioni nell’estruso provenivano
probabilmente da
calcestruzzo.
Conclusione
Le inclusioni nel tubo estruso provenivano dalla billetta
che
conteneva
frammenti di cemento. Dall’esame
dell’archivio di fonderia risultava che
mentre si colavano
le billette erano in
corso lavori di riparazione del pavimento intorno alla
stazione di colata e
che quindi residui
di cemento potevano esser stati incorporati nelle billette. Per evitare
che l’incidente si ri-
petesse, sono state modificate
le procedure di manutenzione e
riparazione.
Discussione
Eliminare le inclusioni dagli
estrusi in leghe di media resistenza è importantissimo per
garantire l’integrità dei prodotti
finiti. Sostanze estranee di vario tipo possono essere trovate
negli estrusi.
Quelle provenienti dalla billetta
comprendono refrattari, residui
del rivestimento dei canali di
colata e ossidi provenienti dalla
scoria.
I fornitori delle billette devono
fare il possibile per evitare queste inclusioni.
Le sostanze estranee provenienti dal processo di estrusione sono: inquinanti depositati
sulla superficie delle billette, lubrificanti e frammenti di acciaio
della matrice. In generale non è
molto difficile individuare l’origine delle sostanze estranee, come risulta dal caso pratico citato qui. Pertanto, le misure preventive da prendersi dovrebbero essere evidenti.
Molto spesso, estrudendo la
billetta con la sua pelle, si formano inclusioni di ossido.
La fig. 5 mostra come la pelle
ossidata della billetta finisce
nell’estruso.
La pelle viene trattenuta per attrito dalle pareti del contenitore.
Con il progredire dell’estrusione, lo strato superficiale viene
trascinato avanti e si accumula
sulla testa pressante. Parte di
7) Optical micrographs showing different sizes of surface
grains in 3 samples.
Micrografie ottiche che mostrano grani superficiali
di diverse dimensioni in 3 provini.
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can cause problems such as
bending failure, “orange peel” finish, streaking and variations in
surface brightness. The presence
of a coarse grain layer may be revealed after an extrusion is
stretched or bent, and an “orange
peel” finish appears on the surface.
Case Study
Problem Description
A seamless tube extrusion is
formed from 6061 billet using a
low billet temperature (340 ºC).
When an alternative 6061 alloy
was tried, “orange peel” defects
were experienced (Figs. 6a and
6b).
Investigation
Microstructural examination of
the transverse sections taken
from the samples revealed that
while both samples showed recrystallised grain structures, the
extrusion produced using the alternative 6061 billet contained
coarse grains in the surface and
sub-surface regions (Fig. 7b),
whereas the extrusion produced
with the original 6061 billet exhibited fine surface grains (Fig. 7a).
Coarse surface grains are well
known to form “orange peel” defects. In an attempt to reduce the
surface recrystallised grain size
and the resulting “orange peel”,
the billet temperature was increased to 520 ºC. This greatly
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improved the surface appearance
(Fig. 6c). Microstructural examination of the section shows that
while the coarse grains have been
greatly reduced, they were still
larger than in the original 6061 billet extrusion so the issue was not
completely resolved (Fig. 7c).
When the chemical compositions
of the samples were checked it
was found that while both alloys
conformed to the AAC specification for 6061 alloy, the Mn and Cr
contents were significantly lower
in the original 6061 billet extrusions. Mn and Cr both have a significant effect on the recrystallisation response of medium
strength alloys. Mn and Cr form
dispersoids in the matrix (~0.02 to
0.5 µm) which act as inhibitors of
recrystallisation by pinning grain
boundaries.
As the original 6061 alloy contained significantly less Mn and Cr
than the new alloy, it recrystallised
more easily and thus resulted in
finer surface grains under the
same extrusion conditions.
Conclusion
Increasing exit temperature by increasing extrusion speed and billet temperature can promote recrystallisation and reduce the
grain size in a fully recrystallised
grain structure. Reducing Mn and
Cr contents in alloy 6061 also has
a significant impact on promoting
TAB. 1 • Recrystallisation Controlling Parameters
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questo materiale può poi cominciare ad avanzare insieme
all’interno della billetta.
Se il fondello scartato non è
sufficientemente lungo, la pelle
fluisce nell’estruso dando luogo a difetti nell’estremità posteriore. Il difetto si manifesta prima se si estrudono sezioni
spesse che con sezioni più
sottili; ciò indica che il tratto da
scartare per sezioni più spesse
deve essere più lungo.
Per prodotti di importanza critica, la parte posteriore dell’estruso va sezionata in diversi
punti ed attaccata con soluzione caustica per determinare l’inizio del difetto. Si può così
stabilire la lunghezza minima
del fondello da mandare a
scarto.
Grano grossolano
Uno strato a grano grossolano
sulla superficie dell’estruso o
subito sotto di essa può causare problemi quali rottura a flessione, pelle a “buccia d’arancia”, striature e variazioni di
brillantezza. La presenza dello
strato grossolano è rivelata
dalla comparsa dell’effetto
“buccia d’arancia” dopo che l’estruso è stato sollecitato a trazione o a flessione.
Caso pratico
Descrizione del problema
Un tubo senza saldatura viene estruso da
una billetta di lega
6061 a bassa temperatura (340 °C). Sperimentando con una
6061 alternativa, si
manifestava l’effetto
“buccia
d’arancia”
(figg. 6a e 6b).
Indagine
L’esame microstrutturale di sezioni trasversali dei provini indicava che mentre ambedue i provini avevano
grani ricristallizzati, gli
estrusi ottenuti dalla
billetta di 6061 alternativa contenevano
grani grossi in superficie e nella zona sub-
superficiale (fig. 7b), mentre
quelli ottenuti dalla billetta di
6061 originale avevano grani
superficiali fini (fig. 7a).
Per cercare di ridurre le dimensioni dei grani ricristallizzati
superficiali e il conseguente effetto buccia d’arancia, la temperatura della billetta è stata
aumentata a 520 °C, con significativo miglioramento dell’aspetto superficiale (fig. 6c).
Dall’esame
microstrutturale
della sezione risultava che anche se i grani grossolani erano
stati notevolmente ridotti, essi
continuavano ad essere più
grandi che nell’estruso da billetta 6061 originale; il problema
non era dunque completamente risolto (fig. 7c).
Controllando le composizioni
chimiche dei provini si è trovato che anche se ambedue le leghe soddisfacevano alla specifica AAC per la lega 6061, il tenore di Mn e Cr era decisamente più basso negli estrusi
da billetta originale. Mn e Cr influenzano marcatamente la ricristallizzazione delle leghe di
media resistenza.
Essi formano dispersoidi nella
matrice (da 0,02 a 0,5 µm) che
fungono da inibitori della ricristallizzazione bloccando i bordi
del grano.
La lega 6061 originale conteneva molto meno Mn e Cr della nuova lega e quindi ricristallizzava più agevolmente e i
grani superficiali risultavano
più fini a pari condizioni di
estrusione.
Conclusione
L’aumento di temperatura in
uscita ottenuto aumentando la
velocità di estrusione e la temperatura della billetta può promuovere la ricristallizzazione e
far diminuire le dimensioni del
grano nella struttura totalmente
ricristallizzata.
Anche la riduzione del tenore
di Mn e Cr della lega 6061 influenza decisamente la ricristallizzazione. Se si cambia
fornitore di billette, è essenziale specificare l’analisi chimica
richiesta.
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technologies
recrystallisation. It is critical when
changing billet supplier to be specific of the billet composition required.
Discussion
There are two options for preventing the formation of a coarse
grain surface layer. Firstly, recrystallisation can be retarded to
retain a non-recrystallised structure.
Secondly, recrystallisation can be
promoted to obtain a fully recrystallised structure containing fine
and uniform grains. Compared to
an extrusion containing a coarse
grain surface layer, these options
are preferred as they offer better
elongation and bending properties.
The measures required for these
two totally different approaches
are listed in Table 1. As the first
step to address a coarse grain
problem, a decision needs to be
made on which option should be
adopted.
For some of the medium strength
6000 series alloys, either option
may be possible. Generally, however, only one of the options will
give satisfactory results in terms
of preventing a coarse grain surface layer and achieving the desired mechanical properties. The
option of achieving non-recrystallised grain structures is recommended for alloys having high Mn
and Cr contents (such as 6082)
and heavy sections (low extrusion
ratio).
On the other hand, the option of
achieving fully recrystallised
grain structures is preferred for alloys having low Mn and Cr contents (such as 6061) and for sections with a moderate or high extrusion ratio.
Once an appropriate approach
has been decided upon, the next
step is to adjust extrusion conditions according to the recommendations given in Table 1. Note that
all extrusion parameters should
be adjusted in a consistent way
and no contradictory measures
should be taken.
If the grain structure is still not satisfactory, a request to change Mn
and Cr contents in the alloy
should be made to the billet supplier. If different sizes of presses
are available, changing the extrusion ratio by producing a particular profile in different presses
will also help to solve the coarse
grain problem.
Summary
In order to meet the end products’
special performance requirements, the extrusions of medium
strength alloys are normally required to have good mechanical
properties, sound macrostructure
and uniform microstructure.
The case studies show that
achieving these quality targets
largely relies on both a sound
metallurgical knowledge of the alloys and a good understanding of
metal flow in the extrusion
process.
The case studies also demonstrate that most quality control issues need to be addressed in a
systematic way, that is, examining all the process steps and conditions, including alloy composition, billet quality, die design, extrusion parameters and post-extrusion operations.
Thus, an in-depth understanding
of the mechanism of defect formation and the proper use of troubleshooting techniques are two
key components necessary for
both the successful investigation
and prevention of defects.
From the paper presented at the
3rd Australasian Pacific Aluminium Extrusion Conference, 28-29
July 2005, Sydney
Discussione
Esistono due possibilità per
evitare la formazione di strati
superficiali a grana grossa.
La prima prevede che la ricristallizzazione sia ritardata in
modo da conservare una struttura non ricristallizzata.
La seconda consiste nel promuovere la ricristallizzazione
per ottenere una struttura completamente ricristallizzata a
grana fine ed uniforme.
Rispetto ad estrusi contenenti
uno strato superficiale a grana
grossa, sono da preferirsi queste due possibilità che comportano miglior allungamento e
buone proprietà a flessione. Le
misure necessarie sono riportate nella Tabella 1.
Per affrontare un problema di
struttura granulare grossolana
occorre anzitutto decidere quale possibilità adottare.
Per alcune leghe a media resistenza della serie 6000 si può
adottare indifferentemente l’uno o l’altro modo.
In generale però uno solo darà
risultati soddisfacenti, evitando
di formare strati superficiali a
grana grossa e ottenendo le
caratteristiche meccaniche desiderate.
L’opzione delle strutture non ricristallizzate è preferibile per
leghe ad alto contenuto di Mn e
Cr (per esempio, la 6082) e per
sezioni spesse (bassi rapporti
di estrusione). Strutture totalmente ricristallizzate sono invece da preferire per leghe a
basso Mn e Cr (per esempio, la
REFERENCES
[1]. Elizabeth Sweet, Sally Caraher, Natalia Danilova and Xinquan
Zhang, “Effects of Extrusion Parameters on Coarse Grain Surface
Layer in 6000 Series Extrusions”, Proceedings of the Eighth International Aluminium Extrusion Technology Seminar, Vol I, 115-126, Orlando, Florida, 2004.
[2]. Comalco Extrusion Guides for 6000 Series Alloys, Comalco Technical Brochure, Comalco Aluminium Limited, 2002.
[3]. A. J. “Bill” Bryant, W “Bill” Dixon and Roger A.P. Fielding, “The Prevention of Metallurgical Defects in Medium-and High-Strength Aluminium Extrusions”, Light Metal Age, June 1999, 30-54.
6061) e per rapporti di estrusione medio-alti.
Una volta decisa la strada da
prendere, le condizioni di
estrusione vanno adattate secondo quanto indicato in Tabella 1. Si tenga presente che tutti i parametri di estrusione vanno corretti in modo coerente
senza ricorrere a misure contraddittorie. Se la struttura del
grano non è ancora quella voluta, si dovrà chiedere al fornitore delle billette di ritoccare il
contenuto di Mn e Cr nella lega. Se si dispone di presse di
diversa capacità, cambiare il
rapporto di estrusione, producendo un dato profilato in presse diverse può anche aiutare a
risolvere il problema.
Sintesi
Per soddisfare specifiche particolari del prodotto finito, gli
estrusi di leghe a media resistenza devono in generale avere buone proprietà meccaniche, una buona macrostruttura
e microstruttura uniforme.
Lo studio di casi pratici mostra
che per arrivare a questi livelli
di qualità occorrono una buona
conoscenza metallurgica delle
leghe e una buona comprensione del fluire del metallo nel
processo di estrusione.
Lo studio dimostra inoltre che
la maggioranza dei problemi di
controllo di qualità vanno affrontati sistematicamente, esaminando cioè tutte le fasi e
condizioni del procedimento,
compresi composizione della
lega, qualità della billetta, tipo
di matrice, parametri di estrusione e lavorazioni successive
all’estrusione. E’ quindi necessaria una profonda conoscenza del meccanismo di formazione dei difetti e una certa
esperienza nell’uso delle tecniche di ricerca dei problemi per
riuscire ad identificare e prevenire le difettosità.
Da una relazione presentata alla 3rd Australasian Pacific Aluminium Extrusion Conference,
Sidney, 28-29 luglio 2005
ALLUMINIO E LEGHE - NOVEMBRE 2005
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