A 6063 alumíniumötvözet az alacsonyan ötvözött Al-Mg-Si sorozatú hőkezelhető alumíniumötvözethez tartozik. Kiváló extrudálási teljesítménye, jó korrózióállósága és átfogó mechanikai tulajdonságai vannak. Az autóiparban is széles körben használják, mivel könnyen oxidálódik. A könnyű autók trendjének felgyorsulásával a 6063 alumíniumötvözet extrudálási anyagok alkalmazása az autóiparban is tovább nőtt.
Az extrudált anyagok mikroszerkezetét és tulajdonságait az extrudálási sebesség, az extrudálási hőmérséklet és az extrudálási arány együttes hatása befolyásolja. Ezek közül az extrudálási arányt elsősorban az extrudálási nyomás, a gyártási hatékonyság és a gyártóberendezés határozza meg. Ha az extrudálási arány kicsi, az ötvözet deformációja kicsi, és a mikroszerkezet finomítása nem nyilvánvaló; az extrudálási arány növelése jelentősen finomíthatja a szemcséket, feltörheti a durva második fázist, egységes mikroszerkezetet kaphat, és javíthatja az ötvözet mechanikai tulajdonságait.
A 6061 és 6063 alumíniumötvözetek dinamikus átkristályosításon mennek keresztül az extrudálási folyamat során. Ha az extrudálási hőmérséklet állandó, az extrudálási arány növekedésével a szemcseméret csökken, az erősítő fázis finoman eloszlik, és ennek megfelelően nő az ötvözet szakítószilárdsága és nyúlása; az extrudálási arány növekedésével azonban az extrudálási eljáráshoz szükséges extrudálási erő is növekszik, ami nagyobb hőhatást okoz, aminek következtében az ötvözet belső hőmérséklete emelkedik, a termék teljesítménye pedig csökken. Ez a kísérlet az extrudálási arány, különösen a nagy extrudálási arány hatását vizsgálja a 6063 alumíniumötvözet mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira.
1 Kísérleti anyagok és módszerek
A kísérleti anyag 6063 alumíniumötvözet, kémiai összetételét az 1. táblázat mutatja. A tuskó eredeti mérete Φ55 mm×165 mm, homogenizálás után Φ50 mm×150 mm méretű extrudált tuskóvá dolgozzák fel. kezelés 560 ℃-on 6 órán keresztül. A tuskót 470 ℃-ra melegítik és melegen tartják. Az extrudáló henger előmelegítési hőmérséklete 420 ℃, a forma előmelegítési hőmérséklete 450 ℃. Ha az extrudálási sebesség (extrudáló rúd mozgási sebessége) V=5 mm/s változatlan marad, akkor 5 csoport különböző extrudálási arány vizsgálatot végeznek, és az R extrudálási arányok 17 (megfelel a szerszámfurat átmérőjének D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (M=8 mm), 69 (M=6 mm) és 156 (M=4 mm).
1. táblázat A 6063 Al-ötvözet kémiai összetétele (tömeg/%)
Csiszolópapíros csiszolás és mechanikai polírozás után a metallográfiai mintákat 40%-os térfogatarányú HF reagenssel marattuk kb. 25 s-ig, majd LEICA-5000 optikai mikroszkóppal figyeltük meg a minták metallográfiai szerkezetét. Az extrudált rúd hosszmetszetének közepéből 10 mm×10 mm méretű textúraelemző mintát vágtunk ki, majd a felületi feszültségréteg eltávolítására mechanikai csiszolást és maratást végeztünk. A minta három kristálysíkjának {111}, {200} és {220} nem teljes pólusalakját a PANalytical Company X′Pert Pro MRD röntgendiffrakciós analizátora mérte, majd a textúraadatokat feldolgozta és elemezte. az X′Pert Data View és az X′Pert Texture szoftverrel.
Az öntött ötvözet szakító próbatestét a tuskó közepéből vettük, és az extrudálás után a szakító próbatestet az extrudálás iránya mentén levágtuk. A nyomtáv Φ4 mm × 28 mm volt. A szakítóvizsgálatot SANS CMT5105 univerzális anyagvizsgáló géppel végeztük, 2 mm/perc szakítósebességgel. A mechanikai tulajdonságok adataiként a három standard próbatest átlagértékét számítottam ki. A szakítószilárdságú próbatestek törési morfológiáját kis nagyítású pásztázó elektronmikroszkóppal (Quanta 2000, FEI, USA) figyeltük meg.
2 Eredmények és megbeszélés
Az 1. ábra az öntött 6063 alumíniumötvözet metallográfiai mikroszerkezetét mutatja a homogenizálási kezelés előtt és után. Amint az 1a. ábrán látható, az öntött mikroszerkezetben lévő α-Al szemcsék mérete változó, nagyszámú retikuláris β-Al9Fe2Si2 fázis gyűlik össze a szemcsehatárokon, és nagyszámú szemcsés Mg2Si fázis található a szemcsék belsejében. Miután a tuskót 560 ℃-on 6 órán át homogenizáltuk, az ötvözetdendritek közötti nem egyensúlyi eutektikus fázis fokozatosan feloldódott, az ötvözetelemek a mátrixban oldódtak, a mikrostruktúra egyenletes volt, az átlagos szemcseméret pedig körülbelül 125 μm volt (1b. ábra). ).
Homogenizálás előtt
600°C-on 6 órás egységesítő kezelés után
1. ábra A 6063-as alumíniumötvözet metallográfiai szerkezete homogenizációs kezelés előtt és után
A 2. ábra a 6063 alumíniumötvözet rudak megjelenését mutatja különböző extrudálási arányokkal. A 2. ábrán látható, hogy a különböző extrudálási arányokkal extrudált 6063 alumíniumötvözet rudak felületi minősége jó, különösen akkor, ha az extrudálási arányt 156-ra növeljük (ami a rúd extrudálási kimeneti sebességének 48 m/perc) még mindig nincs. extrudálási hibák, például repedések és leválás a rúd felületén, ami azt jelzi, hogy a 6063 alumíniumötvözet is jó forró extrudálási alakítási teljesítménye nagy sebesség és nagy extrudálási arány mellett.
2. ábra Különböző extrudálási arányú 6063-as alumíniumötvözet rudak megjelenése
A 3. ábra a 6063 alumíniumötvözet rúd hosszmetszetének metallográfiai mikroszerkezetét mutatja különböző extrudálási arányokkal. A rúd különböző extrudálási arányú szemcseszerkezete különböző fokú megnyúlást vagy finomodást mutat. Ha az extrudálási arány 17, az eredeti szemcsék az extrudálás iránya mentén megnyúlnak, kisszámú átkristályosodott szemcsék képződésével együtt, de a szemcsék még viszonylag durvák, átlagos szemcseméretük körülbelül 85 μm (3a. ábra). ; ha az extrudálási arány 25, a szemcséket karcsúbbá húzzák, megnő az átkristályosodott szemcsék száma, és az átlagos szemcseméret körülbelül 71 μm-re csökken (3b. ábra); ha az extrudálási arány 39, a kisszámú deformált szemcsék kivételével a mikrostruktúra alapvetően egyenetlen méretű, körülbelül 60 μm átlagos szemcsemérettel rendelkező, egytengelyű átkristályosodott szemcsékből áll (3c. ábra); ha az extrudálási arány 69, a dinamikus átkristályosítási folyamat lényegében befejeződött, a durva eredeti szemcsék teljesen átalakultak egyenletes szerkezetű átkristályosodott szemcsékké, és az átlagos szemcseméret körülbelül 41 μm-re finomodik (3d. ábra); ha az extrudálási arány 156, a dinamikus átkristályosítási folyamat teljes előrehaladtával a mikrostruktúra egyenletesebb, és a szemcseméret nagymértékben finomodik körülbelül 32 μm-re (3e. ábra). Az extrudálási arány növekedésével a dinamikus átkristályosítási folyamat teljesebben megy végbe, az ötvözet mikroszerkezete egyenletesebbé válik, és a szemcseméret jelentősen finomodik (3f. ábra).
3. ábra Különböző extrudálási arányú 6063 alumíniumötvözet rudak hosszmetszetének metallográfiai szerkezete és szemcsemérete
A 4. ábra a 6063 alumíniumötvözet rudak inverz pólusszámait mutatja különböző extrudálási arányokkal az extrudálási irány mentén. Látható, hogy a különböző extrudálási arányú ötvözetrudak mikrostruktúrái nyilvánvaló preferenciális orientációt eredményeznek. Ha az extrudálási arány 17, gyengébb 115+100 textúra képződik (4a. ábra); ha az extrudálási arány 39, a textúra komponensei főként az erősebb <100> textúra és egy kis mennyiségű gyenge <115> textúra (4b. ábra); ha az extrudálási arány 156, a textúra komponensei a jelentősen megnövelt szilárdságú <100> textúra, míg a <115> textúra eltűnik (4c. ábra). Tanulmányok kimutatták, hogy a felületközpontú köbös fémek főleg <111> és <100> huzaltextúrákat képeznek az extrudálás és a húzás során. A textúra kialakulása után az ötvözet szobahőmérsékletű mechanikai tulajdonságai nyilvánvaló anizotrópiát mutatnak. A textúra szilárdsága az extrudálási arány növekedésével növekszik, ami azt jelzi, hogy az ötvözetben az extrudálási iránnyal párhuzamosan egy bizonyos kristályirányban fokozatosan növekszik a szemcsék száma, és nő az ötvözet hosszirányú szakítószilárdsága. A 6063 alumíniumötvözet melegextrudáló anyagok erősítő mechanizmusai közé tartozik a finomszemcsés erősítés, a diszlokáció erősítése, a textúra erősítése stb. A kísérleti vizsgálatban használt eljárási paraméterek tartományán belül az extrudálási arány növelése elősegíti a fenti erősítő mechanizmusokat.
4. ábra Különböző extrudálási arányú 6063 alumíniumötvözet rudak fordított pólusdiagramja az extrudálás iránya mentén
Az 5. ábra a 6063-as alumíniumötvözet húzótulajdonságainak hisztogramja különböző extrudálási arányoknál végzett deformáció után. Az öntött ötvözet szakítószilárdsága 170 MPa, a nyúlása 10,4%. Az ötvözet szakítószilárdsága és nyúlása az extrudálás után jelentősen javul, a szakítószilárdság és a nyúlás pedig fokozatosan növekszik az extrudálási arány növekedésével. Amikor az extrudálási arány 156, az ötvözet szakítószilárdsága és nyúlása eléri a maximális értéket, amely 228 MPa, illetve 26,9%, ami körülbelül 34%-kal magasabb, mint az öntött ötvözet szakítószilárdsága, és körülbelül 158%-kal nagyobb, mint a a nyúlás. A nagy extrudálási aránnyal kapott 6063 alumíniumötvözet szakítószilárdsága közel áll a 4 menetes egyenlő csatornás szögextrudálással (ECAP) kapott szakítószilárdsági értékhez (240 MPa), ami jóval magasabb, mint a szakítószilárdság értéke (171,1 MPa). 6063-as alumíniumötvözet egymenetes ECAP-extrudálásával nyerték. Látható, hogy a nagy extrudálási arány bizonyos mértékig javíthatja az ötvözet mechanikai tulajdonságait.
Az ötvözet mechanikai tulajdonságainak extrudálási aránnyal történő javítása főként a szemcsefinomítási erősítésből származik. Az extrudálási arány növekedésével a szemcsék finomodnak, és nő a diszlokáció sűrűsége. A területegységenkénti több szemcsehatár hatékonyan akadályozhatja a diszlokációk mozgását, kombinálva a diszlokációk kölcsönös mozgásával és összefonódásával, ezáltal javítva az ötvözet szilárdságát. Minél finomabbak a szemcsék, annál kanyargósabbak a szemcsehatárok, és a képlékeny alakváltozás több szemcsében oszlik el, ami nem kedvez a repedések kialakulásának, nemhogy a repedések terjedésének. A törési folyamat során több energia nyelhető el, ezáltal javul az ötvözet plaszticitása.
5. ábra A 6063-as alumíniumötvözet szakító tulajdonságai öntés és extrudálás után
Az ötvözet különböző extrudálási arányú deformáció utáni húzótörési morfológiája a 6. ábrán látható. Az öntött minta törésmorfológiájában nem találtunk gödröcskéket (6a. ábra), a törés elsősorban lapos területekből és szakítóélekből állt. , ami azt jelzi, hogy az öntött ötvözet húzótörési mechanizmusa főként rideg törés volt. Az ötvözet törési morfológiája az extrudálás után jelentősen megváltozott, és a törés nagyszámú egyenlő tengelyű gödröcskéből áll, ami azt jelzi, hogy az ötvözet törési mechanizmusa az extrudálás után rideg törésről képlékeny törésre változott. Ha az extrudálási arány kicsi, a gödröcskék sekélyek, a gödröcske mérete nagy, és az eloszlás egyenetlen; az extrudálási arány növekedésével a gödröcskék száma nő, a gödröcskék mérete kisebb és az eloszlás egyenletes (6b~f ábra), ami azt jelenti, hogy az ötvözet jobb plaszticitású, ami összhangban van a fenti mechanikai tulajdonságok vizsgálati eredményeivel.
3 Következtetés
Ebben a kísérletben a különböző extrudálási arányoknak a 6063 alumíniumötvözet mikroszerkezetére és tulajdonságaira gyakorolt hatását elemeztük, azzal a feltétellel, hogy a tuskó mérete, a tuskó melegítési hőmérséklete és az extrudálási sebesség változatlan marad. A következtetések a következők:
1) Dinamikus átkristályosítás történik a 6063-as alumíniumötvözetben a forró extrudálás során. Az extrudálási arány növelésével a szemcsék folyamatosan finomodnak, és az extrudálási irány mentén megnyúlt szemcsék egyentengelyű átkristályosodott szemcsékké alakulnak, és a <100> huzalszövet szilárdsága folyamatosan nő.
2) A finomszemcsés erősítés hatására az ötvözet mechanikai tulajdonságai javulnak az extrudálási arány növelésével. A vizsgálati paraméterek tartományán belül, amikor az extrudálási arány 156, az ötvözet szakítószilárdsága és nyúlása eléri a 228 MPa és 26,9% maximális értéket.
6. ábra A 6063-as alumíniumötvözet húzótörési morfológiája öntés és extrudálás után
3) Az öntött minta törési morfológiája lapos területekből és szakadási élekből áll. Az extrudálás után a törés nagyszámú, egyenlő tengelyű gödröcskéből áll, és a törési mechanizmus rideg törésből képlékeny töréssé alakul.
Feladás időpontja: 2024.11.30
