Si les propriétés mécaniques des extrusions ne sont pas conformes aux attentes, l'attention se porte généralement sur la composition initiale de la billette ou sur les conditions d'extrusion/vieillissement. Rares sont ceux qui se demandent si l'homogénéisation elle-même pourrait poser problème. En réalité, l'étape d'homogénéisation est cruciale pour la production d'extrusions de haute qualité. Un contrôle insuffisant de cette étape peut entraîner :
● Augmentation de la pression de percée
●Plus de défauts
●Textures striées après anodisation
●Vitesse d'extrusion inférieure
●Mauvaises propriétés mécaniques
L'étape d'homogénéisation a deux objectifs principaux : affiner les composés intermétalliques contenant du fer et redistribuer le magnésium (Mg) et le silicium (Si). L'examen de la microstructure de la billette avant et après homogénéisation permet de prédire son bon comportement lors de l'extrusion.
Effet de l'homogénéisation des billettes sur le durcissement
Dans les extrusions 6XXX, la résistance provient des phases riches en Mg et Si formées lors du vieillissement. La capacité à former ces phases dépend de la mise en solution solide des éléments avant le début du vieillissement. Pour que Mg et Si finissent par être intégrés à la solution solide, le métal doit être trempé rapidement à partir de 530 °C. Au-delà de cette température, Mg et Si se dissolvent naturellement dans l'aluminium. Cependant, lors de l'extrusion, le métal ne reste que peu de temps au-dessus de cette température. Pour garantir la dissolution complète de Mg et Si, les particules de Mg et Si doivent être relativement petites. Malheureusement, lors de la coulée, Mg et Si précipitent sous forme de blocs de Mg₂Si relativement gros (Fig. 1a).
Un cycle d'homogénéisation typique pour les billettes 6060 est de 560 °C pendant 2 heures. Au cours de ce processus, la billette restant longtemps à plus de 530 °C, le Mg₂Si se dissout. Lors du refroidissement, il se reprécipite en une distribution beaucoup plus fine (Fig. 1c). Si la température d'homogénéisation est insuffisante ou si la durée est trop courte, de grosses particules de Mg₂Si subsistent. Dans ce cas, la solution solide après extrusion contient moins de Mg et de Si, ce qui empêche la formation d'une densité élevée de précipités durcissants, ce qui entraîne une diminution des propriétés mécaniques.
Fig. 1. Micrographies optiques de billettes 6060 polies et gravées au HF à 2 % : (a) brutes de coulée, (b) partiellement homogénéisées, (c) entièrement homogénéisées.
Rôle de l'homogénéisation sur les composés intermétalliques contenant du fer
Le fer (Fe) a un effet plus important sur la ténacité à la rupture que sur la résistance. Dans les alliages 6XXX, les phases de Fe ont tendance à former des phases β (Al₅(FeMn)Si ou Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) lors de la coulée. Ces phases sont volumineuses, anguleuses et interfèrent avec l'extrusion (mise en évidence sur la figure 2a). Lors de l'homogénéisation, les éléments lourds (Fe, Mn, etc.) diffusent et les grandes phases anguleuses deviennent plus petites et plus rondes (figure 2b).
À partir d'images optiques seules, il est difficile de distinguer les différentes phases et il est impossible de les quantifier de manière fiable. Chez Innoval, nous quantifions l'homogénéisation des billettes grâce à notre méthode de détection et de classification des caractéristiques internes (FDC), qui fournit une valeur %α pour les billettes. Cela nous permet d'évaluer la qualité de l'homogénéisation.
Fig. 2. Micrographies optiques des billettes (a) avant et (b) après homogénéisation.
Méthode de détection et de classification des caractéristiques (FDC)
La figure 3a montre un échantillon poli analysé par microscopie électronique à balayage (MEB). Une technique de seuillage en niveaux de gris est ensuite appliquée pour séparer et identifier les intermétalliques, qui apparaissent en blanc sur la figure 3b. Cette technique permet d'analyser des zones allant jusqu'à 1 mm², ce qui signifie que plus de 1 000 caractéristiques individuelles peuvent être analysées simultanément.
Fig. 3. (a) Image électronique rétrodiffusée d'une billette 6060 homogénéisée, (b) caractéristiques individuelles identifiées à partir de (a).
Composition des particules
Le système Innoval est équipé d'un détecteur de rayons X à dispersion d'énergie (EDX) Oxford Instruments Xplore 30. Ce détecteur permet une collecte automatique et rapide des spectres EDX pour chaque point identifié. Ces spectres permettent de déterminer la composition des particules et d'en déduire le rapport relatif Fe:Si.
Selon la teneur en Mn ou en Cr de l'alliage, d'autres éléments lourds peuvent également être inclus. Pour certains alliages 6XXX (parfois à teneur significative en Mn), le rapport (Fe+Mn):Si sert de référence. Ces rapports peuvent ensuite être comparés à ceux des intermétalliques contenant du Fe connus.
Phase β (Al₅(FeMn)Si ou Al₈.₉(FeMn)₂Si₂) : rapport (Fe+Mn):Si ≈ 2. Phase α (Al₁₂(FeMn)₃Si ou Al₈.₃(FeMn)₂Si) : rapport ≈ 4–6, selon la composition. Notre logiciel personnalisé nous permet de définir un seuil et de classer chaque particule comme α ou β, puis de cartographier leurs positions dans la microstructure (Fig. 4). Cela donne un pourcentage approximatif d'α transformé dans la billette homogénéisée.
Fig. 4. (a) Carte montrant les particules classées α et β, (b) nuage de points des rapports (Fe+Mn):Si.
Ce que les données peuvent nous dire
La figure 5 illustre l'utilisation de ces informations. Dans ce cas, les résultats indiquent un chauffage non uniforme dans un four spécifique, ou peut-être que la température de consigne n'a pas été atteinte. Pour évaluer correctement de tels cas, il est nécessaire de disposer à la fois de billettes d'essai et de billettes de référence de qualité connue. Sans ces éléments, il est impossible d'établir la plage de %α attendue pour cette composition d'alliage.
Fig. 5. Comparaison de %α dans différentes sections d'un four d'homogénéisation peu performant.
Date de publication : 30 août 2025
