Tratamiento térmico de homogeneizado de barrotes para extrusión.

1. Café metalúrgico Octubre 2012
Homogeneizado de
aleaciones Al-Mg-Si
Mitos y Realidades
O. Reiso

2. Café metalúrgico Octubre 2012
Aclaraciones iniciales
Gran parte del trabajo se realiza mediante el análisis de las forma de las
partículas. Van algunas definiciones:

3. Café metalúrgico Octubre 2012
Variación de los parámetros de forma
Para el mismo cambio de forma, el área tiene mayor respuesta.

4. Café metalúrgico Octubre 2012
“Verdades” aceptadas
 Un alto grado de transformación β- AlFeSi a α-
AlFeSi es importante para mejorar la
extrudabilidad.
 Después del homogeneizado, las partículas α-
AlFeSi esferoidizan más que las partículas β-
AlFeSi.
 La esferoidización se debe a la transformación β-
AlFeSi -> α-AlFeSi.
 Agregar Mn conduce a una estructura de
partículas AlFeSi más esferoidizadas.

5. Café metalúrgico Octubre 2012
Aleaciones estudiadas
Mg2Si Ex Si Al6Mn
.60 .18
.60 .19
.58 .19
.63 .18
.63 .17
.01
.21
.41

6. Café metalúrgico Octubre 2012
Medidas Iniciales
Con Mn >0.03% el grado de transf. es casi 100% independiente de la Temperatura !!

7. Café metalúrgico Octubre 2012
Simulación homogeneizado de planta
“…prácticamente la totalidad de la transformación se lleva a cabo durante el
calentamiento en el intervalo de 520 ° C a 575 ° C y que una vez que el
barrote ha alcanzado la temperatura de homogeneización, el proceso de
transformación está casi terminado.”

8. Café metalúrgico Octubre 2012
De que estamos hablando…
Cuales son las partículas esféricas?.. Solo hay unas pocas en el AC.
3hs sin Mn
AC sin Mn
3hs con Mn 03
AC con Mn 03
3hs con Mn 06
AC con Mn 06

9. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito # 1: La esferoidización se debe a la transformación β- AlFeSi -> α-AlFeSi
El “ruido” inicial se debe a la precipitación de Mg2Si.
“…los cambios significativos en Dmax y relación de aspecto tomar lugar después de la
transformación β- AlFeSi a α-AlFeSi ha terminado.”

10. Café metalúrgico Octubre 2012
Dmax, separado por clases de partículas
“..se podría esperar que los cambios en los tamaños de partícula y morfología
relacionado con la transformación β- AlFeSi a α-AlFeSi son más pronunciadas para
las partículas más grandes que para las partículas pequeñas.”

11. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito #1 : Conclusiones y comentarios
 “Teniendo en cuenta la declaración formulada como Mito #
1, que la esferoidización es debida a la transformación β-
AlFeSi a α-AlFeSi, se puede concluir que sólo puede ser
parcialmente cierto.”
 “Otra cuestión es si la esferoidización que tiene lugar
durante la transformación se debe a la transformación, o si
se trata de un proceso independiente.”
 Por que se continúa hablando de “esferoidización” si hay
poca (ó ninguna) evidencia de que ocurre?

12. Café metalúrgico Octubre 2012
“Idealmente, las mediciones deben dar dos poblaciones bien separadas, y no un
solapamiento parcial que parece ser el caso en el presente conjunto de datos.”
Mito # 2: Después del homogeneizado, las partículas α-AlFeSi esferoidizan
más que las partículas β-AlFeSi

13. Café metalúrgico Octubre 2012
Bajo Mn, parcialmente transformada
“Si α-AlFeSi esferoidizara más que las β-, Dmax de las β- sería mayor.
No se observa.”

14. Café metalúrgico Octubre 2012
Aspect Ratio, elemento distintivo
“la principal diferencia es que hay menos partículas β que α-
AlFeSi, con relaciones de aspecto en el rango 1 a 2 μm”.

15. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito #2: Conclusiones y Comentarios
 “De acuerdo con la percepción común de la morfología de
las partículas β- vs α-AlFeSi, debe haber un sesgo
considerable de las partículas con mayor Dmax en las de
tipo β, en esta clase. Esto es, sin embargo, no es
evidente.”
 “Es justo afirmar que las mediciones actuales contradicen
la percepción común de que las partículas α-AlFeSi son
más esferoidizadas que las partículas de β-AlFeSi después
de la homogeneización .”
 PRINCIPLES AND REACTIONS (Método Hidro)
After etching the polished sample mount in 0.5% HF for about 15
sec., it is easy to distinguish α-AlFeSi and β-AlFeSi-phases from
each other. The α -AlFeSi remains pale gray, while the color of
the β-AlFeSi-phase changes to brown after etching.

16. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito # 3: Agregar Mn conduce a partículas AlFeSi más esferoidizadas
El Mn mejora la transformación->
“Verdadero”
El homogeneizado esferoidiza->
“Verdadero”
El Mn esferoidiza->
Falso

17. Café metalúrgico Octubre 2012
Cosecha propia
Las partícula señaladas con la flecha solo aparecen con adición de Mn superior a 0.03%

18. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito #3: Conclusiones y Comentarios
 “En un estudio previo… [5] se encontró que un factor de
forma, aunque con una definición algo diferente que la
relación de aspecto, indica que el Mn conduce a una
estructura más esferoidizada.”
 “En el presente trabajo… la adición de Mn a las aleaciones
AA6060 investigadas, conduce a una estructura menos
esferoidizada.”
 5. Zajac, S., Hutchinson, B., Johansson, A., and Gullmann, L.-O., Material Science Technology, vol.
10,1994, pp 323-333.

19. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito # 4: Un alto grado de transformación β-α-AlFeSi es importante para
la extrudabilidad
 “Varios mecanismos se han propuesto en la literatura de cómo las
partículas β-AlFeSi influye negativamente en la extrudabilidad, tales
como efectos de forma y tamaño [6].”
 “Reducida ductilidad en caliente de tochos con una alta fracción de β-
AlFeSi. [5].”
 Las partículas β-AlFeSi tienen una elevada dureza y son frágiles,
mientras que las α-AlFeSi son dúctiles y redondeadas.
 Las partículas β-AlFeSi dañan la matriz.
 6. Finkelnburg, W.-D., in K. Müller: Fundamentals of Extrusion Technology, Giesel Verlag,
Germany, 2004.

20. Café metalúrgico Octubre 2012
Diagrama de extrusión serie 6000
Desgarros
Tipo 1|: fusión de la
matriz de aluminio.
Tipo 2: fusión de
partículas de Mg2Si.

21. Café metalúrgico Octubre 2012
Velocidad crítica de desgarro
La discontinuidad se atribuye al Mg2Si en solución.

22. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito #4: Conclusiones y Comentarios
 “Parece claro que el cambio en el mecanismo de desgarro
con el aumento del contenido de Mn en la aleación no está
relacionado con el grado de transformación de las partículas
AlFeSi.”
 “Todas las aleaciones con niveles de Mn por encima de
0,035% en peso, tienen prácticamente el 100 por ciento de
transformación después de la homogeneización.
 “La razón de este cambio se encuentra probablemente
cuando se mira en la distribución de partículas de Mg2Si en
las aleaciones.”
 En el comienzo mencionó dificultades para diferenciar
partículas y esto “ensuciaba” los resultados.

23. Café metalúrgico Octubre 2012
Distribución de tamaños de Mg2Si

24. Café metalúrgico Octubre 2012
Mito #4: Conclusiones y Comentarios
 “Cuando el Mn se incrementa a un nivel por encima de
0,05 en peso.% a 0,08 en peso.%, el tamaño de las
partículas de Mg2Si es lo suficientemente pequeño y
solubiliza antes de que el material extruido sale de la
matriz; la velocidad de extrusión se puede aumentar hasta
un punto en el que el punto de fusión la matriz se
convierte en crítico mecanismo de desgarro.”
 “Los resultados presentados en este trabajo de ninguna
manera indican que la transformación β- AlFeSi a α-AlFeSi
es irrelevante para el desempeño de extrusión.”
 No se hace ninguna referencia al aumento de la “sensibilidad al
temple” que provoca el agregado del Mn. La precipitación
incoherente sobre dispersoides de Mn explicaría la disminución
de partículas de Mg2Si mayores que 1 micrón.

25. Café metalúrgico Octubre 2012
Conclusiones de los autores
 La esferoidización de partículas AlFeSi durante el
homogeneizado, se produce tanto durante la transformación β-
AlFeSi a α-AlFeSi, como después que la transformación se ha
completado.
 Hay una muy limitada diferencia en la esferoidización de las
partículas β-AlFeSi y α-AlFeSi (si la hay) de una estructura
parcialmente transformada.
 No se ha encontrado que la adición de Mn en aleaciones
AA6060 reduzca la relación de aspecto de las partículas de
AlFeSi después del homogeneizado.
 El agregado de Mn mejora el rendimiento de extrusión de
aleaciones 6060 mediante el refinado de la distribución de
tamaños de partículas de Mg2Si en barrotes homogeneizados.

26. Café metalúrgico Octubre 2012
Cosecha Propia 2
 Los métodos para determinar el grado de transformación se
establecieron hace unos 30 años utilizando microscopía óptica.
 La referencia básica de este trabajo, sobre la que se basan las
comparaciones, es una medición hecha por microscopia óptica.
 Las técnicas aplicadas para distinguir alfa de beta se basan en
equipamiento más elaborado (SEM-EDX), independiente de la
apreciación del operador.
 Las técnicas aplicadas de análisis de imágenes (con todos sus errores)
no son capaces de distinguir alfa de beta, ni por forma ni por CQ.
 A pesar de todo, se sigue haciendo referencia a “grado de
transformación”, “esferoidización” y “cambios en la estructura” que
mejoran la extrudabilidad.
 Nos pareció mucho más apropiado referirnos a la “distribución del
tamaño de partículas” (Lproy) para caracterizar nuestro
homogeneizado de barrotes.

27. Café metalúrgico Octubre 2012
Consejo-Advertencia Final
“En aleaciones con tratamiento térmico, el
equilibrio puede alcanzarse por difusión en estado
sólido y la fase FeSiAl5 puede encontrarse conforma de
escritura china, característica del Fe2SiAl8 o en la forma
de plaquetas, característica de FeSi2Al4.
Luego, la identificación solo por la forma puede ser
engañosa”.
L.F.Mondolfo -1976