Aliajul de aluminiu 6063 aparține aliajului de aluminiu tratat termic din seria Al-Mg-Si cu aliaje scăzute. Are performanțe excelente de turnare prin extrudare, rezistență bună la coroziune și proprietăți mecanice cuprinzătoare. De asemenea, este utilizat pe scară largă în industria auto datorită colorării sale ușoare de oxidare. Odată cu accelerarea tendinței automobilelor ușoare, aplicarea materialelor de extrudare din aliaj de aluminiu 6063 în industria auto a crescut și mai mult.
Microstructura și proprietățile materialelor extrudate sunt afectate de efectele combinate ale vitezei de extrudare, temperaturii de extrudare și raportului de extrudare. Printre acestea, raportul de extrudare este determinat în principal de presiunea de extrudare, eficiența producției și echipamentele de producție. Când raportul de extrudare este mic, deformarea aliajului este mică și rafinamentul microstructurii nu este evident; creșterea raportului de extrudare poate rafina în mod semnificativ boabele, sparge a doua fază grosieră, obține o microstructură uniformă și îmbunătățește proprietățile mecanice ale aliajului.
Aliajele de aluminiu 6061 și 6063 suferă recristalizare dinamică în timpul procesului de extrudare. Când temperatura de extrudare este constantă, pe măsură ce raportul de extrudare crește, dimensiunea granulelor scade, faza de întărire este dispersată fin, iar rezistența la tracțiune și alungirea aliajului cresc în consecință; cu toate acestea, pe măsură ce raportul de extrudare crește, crește și forța de extrudare necesară procesului de extrudare, determinând un efect termic mai mare, determinând creșterea temperaturii interne a aliajului și scăderea performanței produsului. Acest experiment studiază efectul raportului de extrudare, în special al raportului de extrudare mare, asupra microstructurii și proprietăților mecanice ale aliajului de aluminiu 6063.
1 Materiale și metode experimentale
Materialul experimental este aliaj de aluminiu 6063, iar compoziția chimică este prezentată în tabelul 1. Dimensiunea originală a lingoului este Φ55 mm × 165 mm și este procesată într-o țagle de extrudare cu o dimensiune de Φ50 mm × 150 mm după omogenizare. tratament la 560 ℃ timp de 6 ore. Tagla este încălzită la 470 ℃ și menținută la cald. Temperatura de preîncălzire a cilindrului de extrudare este de 420 ℃, iar temperatura de preîncălzire a matriței este de 450 ℃. Când viteza de extrudare (viteza de mișcare a tijei de extrudare) V=5 mm/s rămâne neschimbată, se efectuează 5 grupuri de teste diferite ale raportului de extrudare, iar rapoartele de extrudare R sunt 17 (corespunzând diametrului găurii matriței D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) și 156 (D=4 mm).
Tabelul 1 Compozițiile chimice ale aliajului 6063 Al (greutate/%)
După șlefuirea șmirghelului și lustruirea mecanică, probele metalografice au fost gravate cu reactiv HF cu o fracțiune de volum de 40% timp de aproximativ 25 s, iar structura metalografică a probelor a fost observată la un microscop optic LEICA-5000. O probă de analiză a texturii cu o dimensiune de 10 mm × 10 mm a fost tăiată din centrul secțiunii longitudinale a tijei extrudate și au fost efectuate șlefuire mecanică și gravare pentru a îndepărta stratul de tensiune de suprafață. Figurile de poli incomplete ale celor trei planuri cristaline {111}, {200} și {220} ale eșantionului au fost măsurate de analizorul de difracție de raze X X′Pert Pro MRD al companiei PANalytical, iar datele de textură au fost procesate și analizate de X′Pert Data View și software-ul X′Pert Texture.
Proba de tracțiune a aliajului turnat a fost luată din centrul lingoului, iar proba de tracțiune a fost tăiată de-a lungul direcției de extrudare după extrudare. Dimensiunea suprafeței de măsurare a fost Φ4 mm × 28 mm. Testul de tracțiune a fost efectuat cu o mașină universală de testare a materialelor SANS CMT5105 cu o viteză de tracțiune de 2 mm/min. Valoarea medie a celor trei specimene standard a fost calculată ca date de proprietate mecanică. Morfologia fracturii specimenelor de tracțiune a fost observată folosind un microscop electronic cu scanare cu mărire redusă (Quanta 2000, FEI, SUA).
2 Rezultate și discuții
Figura 1 prezintă microstructura metalografică a aliajului de aluminiu 6063 turnat înainte și după tratamentul de omogenizare. După cum se arată în Figura 1a, granulele α-Al din microstructura turnată variază în dimensiune, un număr mare de faze reticulare β-Al9Fe2Si2 se adună la granițele granulelor și un număr mare de faze granulare de Mg2Si există în interiorul boabelor. După ce lingoul a fost omogenizat la 560 ℃ timp de 6 ore, faza eutectică de neechilibru dintre dendritele aliajului s-a dizolvat treptat, elementele de aliaj s-au dizolvat în matrice, microstructura a fost uniformă și dimensiunea medie a granulelor a fost de aproximativ 125 μm (Figura 1b). ).
Înainte de omogenizare
După uniformizarea tratamentului la 600°C timp de 6 ore
Fig.1 Structura metalografică a aliajului de aluminiu 6063 înainte și după tratamentul de omogenizare
Figura 2 prezintă aspectul barelor din aliaj de aluminiu 6063 cu diferite rapoarte de extrudare. După cum se arată în Figura 2, calitatea suprafeței barelor din aliaj de aluminiu 6063 extrudate cu rapoarte de extrudare diferite este bună, mai ales atunci când raportul de extrudare este crescut la 156 (corespunzător vitezei de ieșire a extrudarii barei de 48 m/min), încă nu există. defecte de extrudare, cum ar fi fisuri și decojirea pe suprafața barei, indicând faptul că aliajul de aluminiu 6063 are, de asemenea, o extrudare la cald bună. performanță de formare la viteză mare și raport mare de extrudare.
Fig.2 Aspectul tijelor din aliaj de aluminiu 6063 cu diferite rapoarte de extrudare
Figura 3 prezintă microstructura metalografică a secțiunii longitudinale a barei din aliaj de aluminiu 6063 cu diferite rapoarte de extrudare. Structura granulară a barei cu rapoarte de extrudare diferite prezintă grade diferite de alungire sau rafinare. Când raportul de extrudare este de 17, boabele originale sunt alungite de-a lungul direcției de extrudare, însoțite de formarea unui număr mic de boabe recristalizate, dar boabele sunt încă relativ grosiere, cu o dimensiune medie a granulelor de aproximativ 85 μm (Figura 3a) ; când raportul de extrudare este de 25, boabele sunt trase mai subțiri, numărul de boabe recristalizate crește, iar dimensiunea medie a granulelor scade la aproximativ 71 μm (Figura 3b); când raportul de extrudare este de 39, cu excepția unui număr mic de boabe deformate, microstructura este compusă practic din boabe recristalizate echiaxiale de dimensiuni neuniforme, cu o dimensiune medie a granulelor de aproximativ 60 μm (Figura 3c); când raportul de extrudare este 69, procesul de recristalizare dinamică este practic finalizat, boabele originale grosiere au fost complet transformate în boabe recristalizate structurate uniform, iar dimensiunea medie a granulelor este rafinată la aproximativ 41 μm (Figura 3d); când raportul de extrudare este de 156, cu progresul complet al procesului de recristalizare dinamică, microstructura este mai uniformă, iar dimensiunea granulelor este mult rafinată la aproximativ 32 μm (Figura 3e). Odată cu creșterea raportului de extrudare, procesul de recristalizare dinamică decurge mai complet, microstructura aliajului devine mai uniformă, iar dimensiunea granulelor este rafinată semnificativ (Figura 3f).
Fig.3 Structura metalografică și granulația secțiunii longitudinale a tijelor din aliaj de aluminiu 6063 cu diferite rapoarte de extrudare
Figura 4 prezintă cifrele inverse ale polilor 6063 de bare din aliaj de aluminiu cu rapoarte de extrudare diferite de-a lungul direcției de extrudare. Se poate observa că microstructurile barelor de aliaj cu rapoarte de extrudare diferite produc toate o orientare preferenţială evidentă. Când raportul de extrudare este 17, se formează o textură <115>+<100> mai slabă (Figura 4a); când raportul de extrudare este de 39, componentele texturii sunt în principal textura <100> mai puternică și o cantitate mică de textura <115> slabă (Figura 4b); când raportul de extrudare este 156, componentele texturii sunt textura <100> cu rezistență semnificativ crescută, în timp ce textura <115> dispare (Figura 4c). Studiile au arătat că metalele cubice centrate pe față formează în principal texturi de sârmă <111> și <100> în timpul extrudarii și trefilării. Odată ce textura este formată, proprietățile mecanice ale aliajului la temperatura camerei arată o anizotropie evidentă. Rezistența texturii crește odată cu creșterea raportului de extrudare, indicând faptul că numărul de boabe într-o anumită direcție a cristalului paralel cu direcția de extrudare în aliaj crește treptat, iar rezistența la tracțiune longitudinală a aliajului crește. Mecanismele de întărire ale materialelor de extrudare la cald din aliaj de aluminiu 6063 includ întărirea granulelor fine, întărirea prin dislocare, întărirea texturii etc. În intervalul de parametri de proces utilizați în acest studiu experimental, creșterea raportului de extrudare are un efect de promovare asupra mecanismelor de întărire de mai sus.
Fig.4 Diagrama polilor inversați a tijelor din aliaj de aluminiu 6063 cu diferite rapoarte de extrudare de-a lungul direcției de extrudare
Figura 5 este o histogramă a proprietăților de tracțiune ale aliajului de aluminiu 6063 după deformare la diferite rapoarte de extrudare. Rezistența la tracțiune a aliajului turnat este de 170 MPa și alungirea este de 10,4%. Rezistența la tracțiune și alungirea aliajului după extrudare sunt îmbunătățite semnificativ, iar rezistența la tracțiune și alungirea cresc treptat odată cu creșterea raportului de extrudare. Când raportul de extrudare este de 156, rezistența la tracțiune și alungirea aliajului ating valoarea maximă, care este de 228 MPa și, respectiv, 26,9%, care este cu aproximativ 34% mai mare decât rezistența la tracțiune a aliajului turnat și cu aproximativ 158% mai mare decât alungirea. Rezistența la tracțiune a aliajului de aluminiu 6063 obținut printr-un raport de extrudare mare este aproape de valoarea rezistenței la tracțiune (240 MPa) obținută prin extrudarea unghiulară cu canal egal în 4 treceri (ECAP), care este mult mai mare decât valoarea rezistenței la tracțiune (171,1 MPa) obţinut prin extrudarea ECAP cu 1 trecere a aliajului de aluminiu 6063. Se poate observa că un raport mare de extrudare poate îmbunătăți într-o anumită măsură proprietățile mecanice ale aliajului.
Îmbunătățirea proprietăților mecanice ale aliajului prin raportul de extrudare provine în principal din întărirea rafinarii cerealelor. Pe măsură ce raportul de extrudare crește, boabele sunt rafinate și densitatea de dislocare crește. Mai multe limite de cereale pe unitate de suprafață pot împiedica efectiv mișcarea dislocărilor, combinate cu mișcarea reciprocă și încurcarea dislocărilor, îmbunătățind astfel rezistența aliajului. Cu cât boabele sunt mai fine, cu atât limitele de boabe sunt mai sinuoase, iar deformarea plastică poate fi dispersată în mai multe boabe, ceea ce nu este propice pentru formarea de fisuri, darămite la propagarea fisurilor. Mai multă energie poate fi absorbită în timpul procesului de rupere, îmbunătățind astfel plasticitatea aliajului.
Fig.5 Proprietăți la întindere ale aliajului de aluminiu 6063 după turnare și extrudare
Morfologia ruperii la tracțiune a aliajului după deformare cu rapoarte de extrudare diferite este prezentată în Figura 6. Nu au fost găsite gropițe în morfologia fracturii probei turnate (Figura 6a), iar fractura a fost compusă în principal din zone plate și margini de rupere. , indicând faptul că mecanismul de rupere la tracțiune al aliajului turnat a fost în principal o fractură fragilă. Morfologia de fractură a aliajului după extrudare s-a schimbat semnificativ, iar fractura este compusă dintr-un număr mare de gropițe echiaxiale, ceea ce indică faptul că mecanismul de rupere a aliajului după extrudare s-a schimbat de la fractură fragilă la fractură ductilă. Când raportul de extrudare este mic, gropițele sunt puțin adânci, iar dimensiunea gropiței este mare, iar distribuția este neuniformă; pe măsură ce raportul de extrudare crește, numărul de gropițe crește, dimensiunea gropițelor este mai mică și distribuția este uniformă (Figura 6b~f), ceea ce înseamnă că aliajul are o plasticitate mai bună, ceea ce este în concordanță cu rezultatele testelor de proprietăți mecanice de mai sus.
3 Concluzie
În acest experiment, efectele diferitelor rapoarte de extrudare asupra microstructurii și proprietăților aliajului de aluminiu 6063 au fost analizate cu condiția ca dimensiunea țaglelor, temperatura de încălzire a lingoului și viteza de extrudare să rămână neschimbate. Concluziile sunt următoarele:
1) Recristalizarea dinamică are loc în aliajul de aluminiu 6063 în timpul extrudării la cald. Odată cu creșterea raportului de extrudare, boabele sunt rafinate continuu, iar boabele alungite de-a lungul direcției de extrudare sunt transformate în boabe recristalizate echiaxiale, iar rezistența texturii sârmei <100> este crescută continuu.
2) Datorită efectului de întărire a granulelor fine, proprietățile mecanice ale aliajului sunt îmbunătățite odată cu creșterea raportului de extrudare. În intervalul parametrilor de testare, când raportul de extrudare este de 156, rezistența la tracțiune și alungirea aliajului ating valorile maxime de 228 MPa și, respectiv, 26,9%.
Fig.6 Morfologiile ruperii la tracțiune ale aliajului de aluminiu 6063 după turnare și extrudare
3) Morfologia de fractură a specimenului turnat este compusă din zone plane și margini de rupere. După extrudare, fractura este compusă dintr-un număr mare de gropițe echiaxiale, iar mecanismul de fractură este transformat din fractură fragilă în fractură ductilă.
Ora postării: 30-nov-2024
