6063 алуминијумска легура припада нисколегираним Ал-Мг-Си серији легура алуминијума за термичку обраду. Има одличне перформансе екструзионог обликовања, добру отпорност на корозију и свеобухватна механичка својства. Такође се широко користи у аутомобилској индустрији због лаке оксидационе боје. Са убрзањем тренда лаких аутомобила, примена екструзијских материјала од легуре алуминијума 6063 у аутомобилској индустрији је такође додатно порасла.
На микроструктуру и својства екструдираних материјала утичу комбиновани ефекти брзине екструзије, температуре екструзије и односа екструзије. Међу њима, однос екструзије је углавном одређен притиском екструзије, ефикасности производње и производном опремом. Када је однос екструзије мали, деформација легуре је мала и префињеност микроструктуре није очигледна; повећањем односа екструзије може се значајно оплеменити зрна, разбити груба друга фаза, добити уједначена микроструктура и побољшати механичка својства легуре.
Легуре алуминијума 6061 и 6063 пролазе кроз динамичку рекристализацију током процеса екструзије. Када је температура екструзије константна, како се однос екструзије повећава, величина зрна се смањује, фаза ојачања се фино распршује, а затезна чврстоћа и издужење легуре се у складу с тим повећавају; међутим, како се однос екструзије повећава, сила екструзије потребна за процес екструзије такође се повећава, што узрокује већи топлотни ефекат, узрокујући пораст унутрашње температуре легуре и смањење перформанси производа. Овај експеримент проучава утицај односа екструзије, посебно великог односа екструзије, на микроструктуру и механичка својства легуре алуминијума 6063.
1 Експериментални материјали и методе
Експериментални материјал је легура алуминијума 6063, а хемијски састав је приказан у табели 1. Оригинална величина ингота је Φ55 мм×165 мм, а након хомогенизације се прерађује у екструзиону гредицу величине Φ50 мм×150 мм. третман на 560 ℃ током 6 х. Гредица се загрева на 470 ℃ и одржава на топлом. Температура предгревања екструзионе цеви је 420 ℃, а температура предгревања калупа је 450 ℃. Када брзина екструзије (брзина кретања екструзионе шипке) В=5 мм/с остане непромењена, спроводи се 5 група различитих тестова односа екструзије, а односи екструзије Р су 17 (што одговара пречнику отвора матрице Д=12 мм), 25 (Д=10 мм), 39 (Д=8 мм), 69 (Д=6 мм) и 156 (Д=4 мм).
Табела 1 Хемијски састав легуре 6063 Ал (теж./%)
Након брушења брусним папиром и механичког полирања, металографски узорци су нагризани ХФ реагенсом запреминског удела од 40% у трајању од око 25 с, а металографска структура узорака је посматрана на оптичком микроскопу ЛЕИЦА-5000. Узорак за анализу текстуре величине 10 мм×10 мм је исечен из центра уздужног пресека екструдиране шипке, а извршено је механичко брушење и јеткање ради уклањања слоја површинског напрезања. Непотпуне полне фигуре три кристалне равни {111}, {200} и {220} узорка мерене су Кс′Перт Про МРД рендгенским дифракционим анализатором компаније ПАНалитицал Цомпани, а подаци о текстури су обрађени и анализирани од Кс′Перт Дата Виев и Кс′Перт Тектуре софтвера.
Затезни узорак ливене легуре је узет из центра ингота, а затезни узорак је након екструзије исечен дуж правца екструзије. Величина калибра је била Φ4 мм×28 мм. Испитивање затезања је спроведено на САНС ЦМТ5105 универзалној машини за испитивање материјала са брзином затезања од 2 мм/мин. Просечна вредност три стандардна узорка израчуната је као подаци о механичким својствима. Морфологија лома затезних узорака је посматрана коришћењем скенирајућег електронског микроскопа са малим увећањем (Куанта 2000, ФЕИ, САД).
2 Резултати и дискусија
Слика 1 приказује металографску микроструктуру легуре алуминијума 6063 као ливеног пре и после третмана хомогенизације. Као што је приказано на слици 1а, α-Ал зрна у изливеној микроструктури варирају по величини, велики број ретикуларних β-Ал9Фе2Си2 фаза се окупља на границама зрна, а велики број грануларних Мг2Си фаза постоји унутар зрна. Након што је ингот хомогенизован на 560 ℃ током 6 х, неравнотежна еутектичка фаза између дендрита легуре се постепено растворила, елементи легуре су се растворили у матрици, микроструктура је била уједначена, а просечна величина зрна је била око 125 μм (слика 1б). ).
Пре хомогенизације
После униформисања третмана на 600°Ц током 6 сати
Сл.1 Металографска структура легуре алуминијума 6063 пре и после третмана хомогенизације
На слици 2 приказан је изглед шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије. Као што је приказано на слици 2, квалитет површине шипки од легуре алуминијума 6063 екструдираних са различитим односима екструзије је добар, посебно када се однос екструзије повећа на 156 (што одговара излазној брзини екструзије шипке од 48 м/мин), још увек нема дефекти екструзије као што су пукотине и љуштење на површини шипке, што указује на то да је легура алуминијума 6063 такође има добре перформансе формирања вруће екструзије под великом брзином и великим односом екструзије.
Сл.2 Изглед шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије
На слици 3 приказана је металографска микроструктура уздужног пресека шипке од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије. Зрнаста структура шипке са различитим односима екструзије показује различите степене издужења или префињености. Када је однос екструзије 17, оригинална зрна се издужују дуж правца екструзије, праћена формирањем малог броја рекристализованих зрна, али су зрна и даље релативно груба, са просечном величином зрна од око 85 μм (Слика 3а) ; када је однос екструзије 25, зрна се повлаче виткије, број рекристализованих зрна се повећава, а просечна величина зрна се смањује на око 71 μм (слика 3б); када је однос екструзије 39, изузев малог броја деформисаних зрна, микроструктура је у основи састављена од равноосних рекристализованих зрна неуједначене величине, са просечном величином зрна од око 60 μм (слика 3ц); када је однос екструзије 69, процес динамичке рекристализације је у основи завршен, груба оригинална зрна су потпуно трансформисана у једнолично структурисана рекристализована зрна, а просечна величина зрна је рафинисана на око 41 μм (слика 3д); када је однос екструзије 156, са потпуним напретком процеса динамичке рекристализације, микроструктура је уједначенија, а величина зрна је у великој мери рафинисана на око 32 μм (Слика 3е). Са повећањем односа екструзије, процес динамичке рекристализације се одвија потпуније, микроструктура легуре постаје уједначенија, а величина зрна је значајно рафинисана (слика 3ф).
Сл.3 Металографска структура и величина зрна уздужног пресека шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије
На слици 4 приказане су фигуре обрнутих полова шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије дуж правца екструзије. Може се видети да све микроструктуре шипки од легуре са различитим односима екструзије производе очигледну преференцијалну оријентацију. Када је однос екструзије 17, формира се слабија <115>+<100> текстура (слика 4а); када је однос екструзије 39, компоненте текстуре су углавном јача <100> текстура и мала количина слабе <115> текстуре (слика 4б); када је однос екструзије 156, компоненте текстуре су текстура <100> са значајно повећаном чврстоћом, док текстура <115> нестаје (слика 4ц). Истраживања су показала да кубни метали са центрирањем лица углавном формирају <111> и <100> жичане текстуре током екструзије и извлачења. Једном када се текстура формира, механичка својства легуре на собној температури показују очигледну анизотропију. Чврстоћа текстуре расте са повећањем односа екструзије, што указује на то да се број зрна у одређеном кристалном правцу паралелно са правцем екструзије у легури постепено повећава, а уздужна затезна чврстоћа легуре расте. Механизми ојачања материјала за врућу екструзију од легуре алуминијума 6063 укључују ојачавање финог зрна, ојачање дислокација, јачање текстуре, итд. У оквиру опсега параметара процеса који се користе у овој експерименталној студији, повећање односа екструзије има промотивни ефекат на горе наведене механизме ојачања.
Слика 4 Дијаграм обрнутих полова шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије дуж правца екструзије
Слика 5 је хистограм затезних својстава легуре алуминијума 6063 након деформације при различитим односима екструзије. Затезна чврстоћа ливене легуре је 170 МПа, а издужење је 10,4%. Затезна чврстоћа и издужење легуре након екструзије су значајно побољшани, а затезна чврстоћа и издужење постепено се повећавају са повећањем односа екструзије. Када је однос екструзије 156, затезна чврстоћа и издужење легуре достижу максималну вредност, које су 228 МПа и 26,9%, респективно, што је око 34% више од затезне чврстоће ливене легуре и око 158% веће од издужење. Затезна чврстоћа легуре алуминијума 6063 добијена великим односом екструзије је близу вредности затезне чврстоће (240 МПа) добијене угаоном екструзијом са једнаким каналом у 4 пролаза (ЕЦАП), која је много већа од вредности затезне чврстоће (171,1 МПа) добијено 1-пролазном ЕЦАП екструзијом легуре алуминијума 6063. Може се видети да велики однос екструзије може побољшати механичка својства легуре у одређеној мери.
Побољшање механичких својстава легуре односом екструзије углавном долази од ојачања рафинирања зрна. Како се однос екструзије повећава, зрна се рафинишу и густина дислокације се повећава. Више граница зрна по јединици површине може ефикасно да омета кретање дислокација, у комбинацији са међусобним кретањем и заплитањем дислокација, чиме се побољшава чврстоћа легуре. Што су зрна финија, то су границе зрна кривудаве, а пластична деформација се може распршити у више зрна, што не погодује ни стварању пукотина, а камоли ширењу пукотина. Више енергије се може апсорбовати током процеса лома, чиме се побољшава пластичност легуре.
Сл.5 Затезна својства легуре алуминијума 6063 након ливења и екструзије
Морфологија затезног лома легуре након деформације са различитим односима екструзије приказана је на слици 6. У морфологији лома ливеног узорка нису пронађене рупице (слика 6а), а прелом је углавном био састављен од равних површина и ивица које се кидају. , што указује да је механизам затезног лома ливене легуре био углавном крт лом. Морфологија лома легуре након екструзије се значајно променила, а лом је састављен од великог броја удубљења једнаких осовина, што указује да се механизам лома легуре након екструзије променио од кртог лома до дуктилног лома. Када је однос екструзије мали, рупице су плитке и величина удубљења је велика, а расподела је неуједначена; како се однос екструзије повећава, број удубљења се повећава, величина удубљења је мања и дистрибуција је уједначена (слика 6б~ф), што значи да легура има бољу пластичност, што је у складу са горњим резултатима испитивања механичких својстава.
3 Закључак
У овом експерименту су анализирани утицаји различитих односа екструзије на микроструктуру и својства легуре алуминијума 6063 под условом да су величина гредице, температура загревања ингота и брзина екструзије остали непромењени. Закључци су следећи:
1) Динамичка рекристализација се дешава у легури алуминијума 6063 током вруће екструзије. Са повећањем односа екструзије, зрна се континуирано рафинишу, а зрна издужена дуж правца екструзије се трансформишу у рекристализована зрна са једнаким осом, а чврстоћа <100> текстуре жице се континуирано повећава.
2) Због ефекта ојачања финог зрна, механичка својства легуре се побољшавају повећањем односа екструзије. У опсегу параметара испитивања, када је однос екструзије 156, затезна чврстоћа и издужење легуре достижу максималне вредности од 228 МПа и 26,9%, респективно.
Слика 6. Морфологије затезног лома легуре алуминијума 6063 након ливења и екструзије
3) Морфологија прелома ливеног узорка састоји се од равних површина и поцепаних ивица. Након екструзије, прелом је састављен од великог броја равноосних удубљења, а механизам лома се трансформише од кртог прелома до дуктилног прелома.
Време поста: 30.11.2024
