Алуминијумска легура 6063 припада нисколегираној термички обрадивој алуминијумској легури серије Al-Mg-Si. Има одличне перформансе екструзионог ливења, добру отпорност на корозију и свеобухватна механичка својства. Такође се широко користи у аутомобилској индустрији због лаког оксидационог бојења. Са убрзањем тренда лаких аутомобила, примена екструзионих материјала од алуминијумске легуре 6063 у аутомобилској индустрији се такође додатно повећала.
На микроструктуру и својства екструдираних материјала утиче комбиновани ефекат брзине екструзије, температуре екструзије и односа екструзије. Међу њима, однос екструзије је углавном одређен притиском екструзије, ефикасношћу производње и производном опремом. Када је однос екструзије мали, деформација легуре је мала и префињење микроструктуре није очигледно; повећање односа екструзије може значајно префинити зрна, разбити грубу другу фазу, добити уједначену микроструктуру и побољшати механичка својства легуре.
Алуминијумске легуре 6061 и 6063 подлежу динамичкој рекристализацији током процеса екструзије. Када је температура екструзије константна, како се однос екструзије повећава, величина зрна се смањује, фаза ојачавања се фино диспергује, а затезна чврстоћа и издужење легуре се сходно томе повећавају; међутим, како се однос екструзије повећава, сила екструзије потребна за процес екструзије се такође повећава, што узрокује већи термички 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, и након хомогенизације на 560 ℃ током 6 сати, прерађује се у екструзиони билет величине Φ50 мм × 150 мм. Билет се загрева на 470 ℃ и одржава топлим. Температура предгревања екструзионог бурадника је 420 ℃, а температура предгревања калупа је 450 ℃. Када брзина екструзије (брзина кретања екструзионе шипке) V = 5 mm/s остане непромењена, спроведено је 5 група тестова различитих односа екструзије, а односи екструзије R су 17 (што одговара пречнику отвора матрице D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) и 156 (D = 4 mm).
Табела 1 Хемијски састав легуре Al 6063 (теж./%)
Након брушења брусним папиром и механичког полирања, металографски узорци су нагризани HF реагенсом са запреминским уделом од 40% током око 25 секунди, а металографска структура узорака је посматрана на оптичком микроскопу LEICA-5000. Узорак за анализу текстуре величине 10 mm×10 mm је исечен из центра уздужног пресека екструдиране шипке, а механичко брушење и нагризање су извршени ради уклањања површинског слоја напона. Непотпуне полне фигуре три кристалне равни {111}, {200} и {220} узорка су мерене помоћу X′Pert Pro MRD рендгенског дифракционог анализатора компаније PANalytical, а подаци о текстури су обрађени и анализирани помоћу софтвера X′Pert Data View и X′Pert Texture.
Узорак за затезање ливене легуре узет је из центра ингота, а узорак за затезање је исечен дуж правца екструзије након екструзије. Величина површине мерења била је Φ4 mm × 28 mm. Испитивање затезања је спроведено помоћу универзалне машине за испитивање материјала SANS CMT5105 са брзином затезања од 2 mm/min. Просечна вредност три стандардна узорка израчуната је као подаци о механичким својствима. Морфологија лома узорака за затезање је посматрана помоћу скенирајућег електронског микроскопа са малим увећањем (Quanta 2000, FEI, САД).
2 Резултати и дискусија
Слика 1 приказује металографску микроструктуру ливене легуре алуминијума 6063 пре и после хомогенизације. Као што је приказано на слици 1а, зрна α-Al у ливеној микроструктури варирају у величини, велики број ретикуларних β-Al9Fe2Si2 фаза се окупља на границама зрна, а велики број грануларних Mg2Si фаза постоји унутар зрна. Након што је ингот хомогенизован на 560 ℃ током 6 сати, неравнотежна еутектичка фаза између дендрита легуре се постепено раствара, елементи легуре су се растварали у матрици, микроструктура је била уједначена, а просечна величина зрна је била око 125 μm (слика 1б).
Пре хомогенизације
Након униформизујућег третмана на 600°C током 6 сати
Сл. 1 Металографска структура легуре алуминијума 6063 пре и после третмана хомогенизацијом
Слика 2 приказује изглед шипки од алуминијумске легуре 6063 са различитим односима екструзије. Као што је приказано на слици 2, квалитет површине шипки од алуминијумске легуре 6063 екструдираних са различитим односима екструзије је добар, посебно када се однос екструзије повећа на 156 (што одговара брзини екструзије шипке на излазу од 48 м/мин), и даље нема дефеката екструзије као што су пукотине и љуштење на површини шипке, што указује да легура алуминијума 6063 такође има добре перформансе обликовања врућом екструзијом при великој брзини и великом односу екструзије.
Сл. 2 Изглед шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије
Слика 3 приказује металографску микроструктуру уздужног пресека шипке од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије. Структура зрна шипке са различитим односима екструзије показује различите степене издужења или префињења. Када је однос екструзије 17, оригинална зрна су издужена дуж правца екструзије, праћено формирањем малог броја рекристализованих зрна, али су зрна и даље релативно груба, са просечном величином зрна од око 85 μm (слика 3а); када је однос екструзије 25, зрна су извучена тања, број рекристализованих зрна се повећава, а просечна величина зрна се смањује на око 71 μm (слика 3б); када је однос екструзије 39, изузев малог броја деформисаних зрна, микроструктура је у основи састављена од једнакоосних рекристализованих зрна неједнаке величине, са просечном величином зрна од око 60 μm (слика 3ц); Када је однос екструзије 69, процес динамичке рекристализације је у основи завршен, груба оригинална зрна су потпуно трансформисана у равномерно структурирана рекристализована зрна, а просечна величина зрна је рафинисана на око 41 μm (слика 3d); када је однос екструзије 156, са пуним напретком процеса динамичке рекристализације, микроструктура је уједначенија, а величина зрна је знатно рафинисана на око 32 μm (слика 3e). Са повећањем односа екструзије, процес динамичке рекристализације се одвија потпуније, микроструктура легуре постаје уједначенија, а величина зрна је значајно рафинисана (слика 3f).
Сл. 3 Металографска структура и величина зрна уздужног пресека шипки од легуре алуминијума 6063 са различитим односима екструзије
Слика 4 приказује инверзне полне фигуре шипки алуминијумске легуре 6063 са различитим односима екструзије дуж правца екструзије. Може се видети да микроструктуре легурних шипки са различитим односима екструзије производе очигледну преференцијалну оријентацију. Када је однос екструзије 17, формира се слабија текстура <115>+<100> (слика 4а); када је однос екструзије 39, компоненте текстуре су углавном јача текстура <100> и мала количина слабе текстуре <115> (слика 4б); када је однос екструзије 156, компоненте текстуре су текстура <100> са значајно повећаном чврстоћом, док текстура <115> нестаје (слика 4ц). Студије су показале да кубни метали центрирани по површини углавном формирају жичане текстуре <111> и <100> током екструзије и вучења. Када се текстура формира, механичка својства легуре на собној температури показују очигледну анизотропију. Текстурна чврстоћа се повећава са повећањем односа екструзије, што указује да се број зрна у одређеном кристалном правцу паралелном правцу екструзије у легури постепено повећава, а уздужна затезна чврстоћа легуре се повећава. Механизми ојачавања материјала од алуминијумске легуре 6063 добијених топлом екструзијом укључују ојачавање финих зрна, ојачавање дислокацијама, ојачавање текстуре итд. У оквиру опсега процесних параметара коришћених у овој експерименталној студији, повећање односа екструзије има подстицајни ефекат на горе наведене механизме ојачавања.
Сл.4 Дијаграм обрнутог пола 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 MPa, 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, која износи 228 MPa и 26,9%, респективно, што је око 34% више од затезне чврстоће ливене легуре и око 158% више од издужења. Затезна чврстоћа легуре алуминијума 6063 добијена великим односом екструзије је близу вредности затезне чврстоће (240 MPa) добијене четворопролазном угаоном екструзијом са једнаким каналима (ECAP), што је много веће од вредности затезне чврстоће (171,1 MPa) добијене једнопролазном ECAP екструзијом легуре алуминијума 6063. Може се видети да велики однос екструзије може донекле побољшати механичка својства легуре.
Побољшање механичких својстава легуре повећањем односа екструзије углавном долази од јачања пречишћавањем зрна. Како се однос екструзије повећава, зрна се пречишћавају и густина дислокација се повећава. Више граница зрна по јединици површине може ефикасно ометати кретање дислокација, у комбинацији са међусобним кретањем и испреплетавањем дислокација, чиме се побољшава чврстоћа легуре. Што су зрна финија, то су границе зрна кривудавије, а пластична деформација се може дисперговати у већем броју зрна, што не погодује стварању пукотина, а камоли ширењу пукотина. Више енергије може се 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 удубљења (слика 6а), а лом се углавном састојао од равних површина и ивица кидања, што указује да је механизам затезног лома ливене легуре углавном крхи лом. Морфологија лома легуре након екструзије се значајно променила, а лом се састоји од великог броја једнакоосних удубљења, што указује да се механизам лома легуре након екструзије променио од кртог лома до дуктилног лома. Када је однос екструзије мали, удубљења су плитка, величина удубљења је велика, а расподела је неравномерна; како се однос екструзије повећава, број удубљења се повећава, величина удубљења је мања, а расподела је равномерна (слика 6б~ф), што значи да легура има бољу пластичност, што је у складу са резултатима испитивања механичких својстава изнад.
3 Закључак
У овом експерименту, анализирани су ефекти различитих односа екструзије на микроструктуру и својства легуре алуминијума 6063 под условом да величина греде, температура загревања ингота и брзина екструзије остану непромењени. Закључци су следећи:
1) Динамичка рекристализација се јавља 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 осама, а чврстоћа текстуре жице <100> се континуирано повећава.
2) Због ефекта финозрног ојачавања, механичка својства легуре се побољшавају са повећањем степена екструзије. Унутар опсега параметара испитивања, када је степен екструзије 156, затезна чврстоћа и издужење легуре достижу максималне вредности од 228 MPa и 26,9%, респективно.
Сл. 6 Морфологије затезног прелома легуре алуминијума 6063 након ливења и екструзије
3) Морфологија прелома ливеног узорка састоји се од равних површина и ивица кидања. Након екструзије, прелом се састоји од великог броја једнакоосних удубљења, а механизам лома се трансформише из кртог лома у дуктилни лом.
Време објаве: 30. новембар 2024.
