6063 legura aluminijuma pripada niskolegiranim Al-Mg-Si seriji legura aluminijuma koja se termički obrađuje. Ima odlične performanse ekstruzionog oblikovanja, dobru otpornost na koroziju i sveobuhvatna mehanička svojstva. Također se široko koristi u automobilskoj industriji zbog lake oksidacijske boje. Sa ubrzanjem trenda lakih automobila, primjena ekstruzijskih materijala od legure aluminija 6063 u automobilskoj industriji također se dodatno povećala.
Na mikrostrukturu i svojstva ekstrudiranih materijala utiču kombinovani efekti brzine ekstruzije, temperature ekstruzije i omjera ekstruzije. Među njima, omjer ekstruzije uglavnom je određen pritiskom ekstruzije, učinkovitosti proizvodnje i proizvodnom opremom. Kada je omjer ekstruzije mali, deformacija legure je mala i pročišćavanje mikrostrukture nije očito; Povećanje omjera ekstruzije može značajno oplemeniti zrna, razbiti grubu drugu fazu, dobiti ujednačenu mikrostrukturu i poboljšati mehanička svojstva legure.
Legure aluminijuma 6061 i 6063 prolaze kroz dinamičku rekristalizaciju tokom procesa ekstruzije. Kada je temperatura ekstruzije konstantna, kako se omjer ekstruzije povećava, veličina zrna se smanjuje, faza ojačanja se fino raspršuje, a vlačna čvrstoća i izduženje legure se povećavaju u skladu s tim; međutim, kako se omjer ekstruzije povećava, sila ekstruzije potrebna za proces ekstruzije također se povećava, što uzrokuje veći toplinski učinak, uzrokujući porast unutrašnje temperature legure i smanjenje performansi proizvoda. Ovaj eksperiment proučava uticaj omjera ekstruzije, posebno velikog omjera ekstruzije, na mikrostrukturu i mehanička svojstva legure aluminija 6063.
1 Eksperimentalni materijali i metode
Eksperimentalni materijal je legura aluminijuma 6063, a hemijski sastav je prikazan u tabeli 1. Originalna veličina ingota je Φ55 mm×165 mm, a nakon homogenizacije se prerađuje u ekstruzionu gredicu veličine Φ50 mm×150 mm. tretman na 560 ℃ u trajanju od 6 h. Gredica se zagreva na 470 ℃ i održava na toplom. Temperatura predgrijavanja cijevi za ekstruziju je 420 ℃, a temperatura predgrijavanja kalupa je 450 ℃. Kada brzina ekstruzije (brzina kretanja ekstruzione šipke) V=5 mm/s ostane nepromijenjena, provodi se 5 grupa različitih testova omjera ekstruzije, a omjeri ekstruzije R su 17 (odgovaraju promjeru matrice D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) i 156 (D=4 mm).
Tabela 1 Hemijski sastav legure 6063 Al (tež./%)
Nakon brušenja brusnim papirom i mehaničkog poliranja, metalografski uzorci su jetkani HF reagensom volumnog udjela od 40% u trajanju od oko 25 s, a metalografska struktura uzoraka promatrana je na optičkom mikroskopu LEICA-5000. Uzorak za analizu teksture veličine 10 mm×10 mm izrezan je iz središta uzdužnog presjeka ekstrudirane šipke, a izvršeno je mehaničko brušenje i jetkanje radi uklanjanja sloja površinskog naprezanja. Nepotpune polne figure tri kristalne ravni {111}, {200} i {220} uzorka izmjerene su X′Pert Pro MRD rendgenskim difrakcionim analizatorom kompanije PANalytical Company, a podaci o teksturi su obrađeni i analizirani od X′Pert Data View i X′Pert Texture softvera.
Vlačni uzorak livene legure uzet je iz središta ingota, a zatezni uzorak je nakon ekstruzije izrezan duž pravca ekstruzije. Veličina kalibra je bila Φ4 mm×28 mm. Ispitivanje zatezanja obavljeno je na SANS CMT5105 univerzalnoj mašini za ispitivanje materijala sa brzinom istezanja od 2 mm/min. Prosječna vrijednost tri standardna uzorka izračunata je kao podaci o mehaničkim svojstvima. Morfologija loma zateznih uzoraka promatrana je pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa malog povećanja (Quanta 2000, FEI, SAD).
2 Rezultati i diskusija
Slika 1 prikazuje metalografsku mikrostrukturu lijevane legure aluminija 6063 prije i nakon tretmana homogenizacije. Kao što je prikazano na slici 1a, α-Al zrna u izlivenoj mikrostrukturi variraju po veličini, veliki broj retikularnih β-Al9Fe2Si2 faza se skuplja na granicama zrna, a veliki broj granularnih Mg2Si faza postoji unutar zrna. Nakon što je ingot homogeniziran na 560 ℃ tokom 6 h, neravnotežna eutektička faza između dendrita legure se postepeno otopila, elementi legure su se otopili u matrici, mikrostruktura je bila ujednačena, a prosječna veličina zrna bila je oko 125 μm (slika 1b). ).
Prije homogenizacije
Nakon uniformizirajućeg tretmana na 600°C u trajanju od 6 sati
Slika 1 Metalografska struktura legure aluminijuma 6063 pre i posle tretmana homogenizacije
Slika 2 prikazuje izgled šipki od legure aluminija 6063 s različitim omjerima ekstruzije. Kao što je prikazano na slici 2, kvalitet površine šipki od 6063 aluminijske legure ekstrudiranih s različitim omjerima ekstruzije je dobar, posebno kada se omjer ekstruzije poveća na 156 (što odgovara izlaznoj brzini ekstruzije šipke od 48 m/min), još uvijek nema defekti ekstruzije kao što su pukotine i ljuštenje na površini šipke, što ukazuje da je 6063 aluminijska legura također ima dobre performanse oblikovanja vrućim ekstruzijom pri velikoj brzini i velikom omjeru ekstruzije.
Slika 2. Izgled šipki od legure aluminijuma 6063 sa različitim omjerima ekstruzije
Slika 3 prikazuje metalografsku mikrostrukturu uzdužnog presjeka šipke od legure aluminija 6063 s različitim omjerima ekstruzije. Zrnasta struktura šipke s različitim omjerima ekstruzije pokazuje različite stupnjeve istezanja ili prefinjenosti. Kada je omjer ekstruzije 17, originalna zrna se izdužuju duž smjera ekstruzije, praćena formiranjem malog broja rekristaliziranih zrna, ali su zrna i dalje relativno gruba, s prosječnom veličinom zrna od oko 85 μm (slika 3a) ; kada je omjer ekstruzije 25, zrna se izvlače vitkije, broj rekristaliziranih zrna se povećava, a prosječna veličina zrna se smanjuje na oko 71 μm (slika 3b); kada je omjer ekstruzije 39, izuzev malog broja deformiranih zrna, mikrostruktura je u osnovi sastavljena od ravnoosnih rekristaliziranih zrna neujednačene veličine, sa prosječnom veličinom zrna od oko 60 μm (slika 3c); kada je omjer ekstruzije 69, proces dinamičke rekristalizacije je u osnovi završen, gruba originalna zrna su potpuno transformirana u jednolično strukturirana rekristalizirana zrna, a prosječna veličina zrna je rafinirana na oko 41 μm (slika 3d); kada je omjer ekstruzije 156, uz potpuni napredak procesa dinamičke rekristalizacije, mikrostruktura je ujednačenija, a veličina zrna je uvelike rafinirana na oko 32 μm (Slika 3e). S povećanjem omjera ekstruzije, proces dinamičke rekristalizacije teče potpunije, mikrostruktura legure postaje ujednačenija, a veličina zrna značajno se rafinira (slika 3f).
Sl.3 Metalografska struktura i veličina zrna uzdužnog presjeka šipki od 6063 aluminijumske legure sa različitim omjerima ekstruzije
Slika 4 prikazuje inverzne polove šipke od 6063 aluminijske legure s različitim omjerima ekstruzije duž smjera ekstruzije. Može se vidjeti da sve mikrostrukture legiranih šipki s različitim omjerima ekstruzije proizvode očiglednu preferencijalnu orijentaciju. Kada je omjer ekstruzije 17, formira se slabija <115>+<100> tekstura (slika 4a); kada je omjer ekstruzije 39, komponente teksture su uglavnom jača <100> tekstura i mala količina slabe <115> teksture (slika 4b); kada je omjer ekstruzije 156, komponente teksture su tekstura <100> sa značajno povećanom čvrstoćom, dok tekstura <115> nestaje (slika 4c). Istraživanja su pokazala da kubni metali sa centrom lica uglavnom formiraju <111> i <100> žičane teksture tokom ekstruzije i izvlačenja. Jednom kada se tekstura formira, mehanička svojstva legure na sobnoj temperaturi pokazuju očiglednu anizotropiju. Čvrstoća teksture raste s povećanjem omjera ekstruzije, što ukazuje da se broj zrna u određenom kristalnom smjeru paralelnom smjeru ekstruzije u leguri postepeno povećava, a uzdužna vlačna čvrstoća legure raste. Mehanizmi ojačanja materijala za vruću ekstruziju od legure aluminijuma 6063 uključuju fino zrnasto ojačanje, dislokacijsko ojačanje, jačanje teksture, itd. U okviru raspona procesnih parametara korištenih u ovoj eksperimentalnoj studiji, povećanje omjera ekstruzije ima promotivni učinak na gore navedene mehanizme ojačanja.
Slika 4 Dijagram obrnutog pola šipki od 6063 aluminijumske legure sa različitim omjerima ekstruzije duž smjera ekstruzije
Slika 5 je histogram vlačnih svojstava legure aluminija 6063 nakon deformacije pri različitim omjerima ekstruzije. Vlačna čvrstoća livene legure je 170 MPa, a istezanje je 10,4%. Vlačna čvrstoća i istezanje legure nakon ekstruzije značajno se poboljšavaju, a vlačna čvrstoća i istezanje postupno se povećavaju s povećanjem omjera ekstruzije. Kada je omjer ekstruzije 156, vlačna čvrstoća i izduženje legure dostižu maksimalnu vrijednost, koje su 228 MPa i 26,9%, respektivno, što je oko 34% više od vlačne čvrstoće livene legure i oko 158% veće od izduženje. Vlačna čvrstoća legure aluminijuma 6063 dobijena velikim omjerom ekstruzije je blizu vrijednosti vlačne čvrstoće (240 MPa) dobijene ugaonim istiskivanjem u 4 prolaza (ECAP), koja je mnogo veća od vrijednosti vlačne čvrstoće (171,1 MPa) dobijeno 1-prolaznom ECAP ekstruzijom legure aluminijuma 6063. Može se vidjeti da veliki omjer ekstruzije može u određenoj mjeri poboljšati mehanička svojstva legure.
Poboljšanje mehaničkih svojstava legure omjerom ekstruzije uglavnom dolazi od ojačanja rafiniranja zrna. Kako se omjer ekstruzije povećava, zrna se rafiniraju i povećava se gustina dislokacije. Više granica zrna po jedinici površine može efikasno ometati kretanje dislokacija, u kombinaciji sa međusobnim kretanjem i zaplitanjem dislokacija, čime se poboljšava čvrstoća legure. Što su zrna finija, to su granice zrna krivudave, a plastična deformacija se može raspršiti u više zrna, što ne pogoduje stvaranju pukotina, a kamoli širenju pukotina. Više energije se može apsorbovati tokom procesa loma, čime se poboljšava plastičnost legure.
Slika 5 Zatezna svojstva legure aluminijuma 6063 nakon livenja i ekstruzije
Morfologija zateznog loma legure nakon deformacije s različitim omjerima ekstruzije prikazana je na slici 6. U morfologiji loma odlivenog uzorka nisu pronađene rupice (slika 6a), a lom se uglavnom sastojao od ravnih površina i rubova kidanja. , što ukazuje na to da je mehanizam zateznog loma od livene legure uglavnom bio krhki lom. Morfologija loma legure nakon ekstruzije se značajno promijenila, a lom se sastoji od velikog broja jednakoosnih udubljenja, što ukazuje da se mehanizam loma legure nakon ekstruzije promijenio od krtog loma do duktilnog loma. Kada je omjer ekstruzije mali, rupice su plitke i veličina udubljenja je velika, a raspodjela je neravnomjerna; kako se omjer ekstruzije povećava, broj udubljenja se povećava, veličina udubljenja je manja i raspodjela je ujednačena (slika 6b~f), što znači da legura ima bolju plastičnost, što je u skladu s gore navedenim rezultatima ispitivanja mehaničkih svojstava.
3 Zaključak
U ovom eksperimentu analiziran je utjecaj različitih omjera ekstruzije na mikrostrukturu i svojstva legure aluminija 6063 pod uvjetom da su veličina gredice, temperatura zagrijavanja ingota i brzina ekstruzije ostali nepromijenjeni. Zaključci su sljedeći:
1) Dinamička rekristalizacija se dešava u leguri aluminijuma 6063 tokom vruće ekstruzije. Sa povećanjem omjera ekstruzije, zrna se kontinuirano rafiniraju, a zrna izdužena duž smjera ekstruzije se pretvaraju u jednakoosna rekristalizirana zrna, a čvrstoća <100> teksture žice se kontinuirano povećava.
2) Zbog efekta ojačanja finih zrna, mehanička svojstva legure se poboljšavaju povećanjem omjera ekstruzije. U rasponu parametara ispitivanja, kada je omjer ekstruzije 156, vlačna čvrstoća i istezanje legure dostižu maksimalne vrijednosti od 228 MPa odnosno 26,9%.
Slika 6. Morfologije loma na istezanje legure aluminijuma 6063 nakon livenja i ekstruzije
3) Morfologija prijeloma lijevanog uzorka sastoji se od ravnih površina i rubova kidanja. Nakon ekstruzije, fraktura se sastoji od velikog broja ravnoosnih udubljenja, a mehanizam loma se transformiše od krtog loma u duktilni lom.
Vrijeme objave: 30.11.2024
