6063 alumiiniumsulam kuulub madala legeeritud Al-Mg-Si seeria kuumtöödeldavasse alumiiniumisulamisse. Sellel on suurepärane ekstrusioonvormimise jõudlus, hea korrosioonikindlus ja ulatuslikud mehaanilised omadused. Seda kasutatakse laialdaselt ka autotööstuses, kuna see on kergesti oksüdeeruv. Kergautode trendi kiirenedes on 6063 alumiiniumisulamist ekstrusioonimaterjalide kasutamine autotööstuses samuti suurenenud.
Ekstrudeeritud materjalide mikrostruktuuri ja omadusi mõjutavad ekstrusioonikiiruse, ekstrusioonitemperatuuri ja ekstrusioonisuhte koosmõju. Nende hulgas määravad ekstrusioonisuhte peamiselt ekstrusioonirõhk, tootmise efektiivsus ja tootmisseadmed. Kui ekstrusioonisuhe on väike, on sulami deformatsioon väike ja mikrostruktuuri täpsustamine pole ilmne; ekstrusioonisuhte suurendamine võib terakesi oluliselt täpsustada, jämedat teist faasi purustada, saada ühtlast mikrostruktuuri ja parandada sulami mehaanilisi omadusi.
6061 ja 6063 alumiiniumsulamid läbivad ekstrusiooniprotsessi käigus dünaamilise ümberkristallimise. Kui ekstrusioonitemperatuur on konstantne, siis ekstrusioonisuhte suurenemisel tera suurus väheneb, tugevdusfaas on peeneks hajutatud ning vastavalt suurenevad sulami tõmbetugevus ja pikenemine; ekstrusioonisuhte suurenedes aga suureneb ka ekstrusiooniprotsessiks vajalik ekstrusioonijõud, mis põhjustab suuremat termilist efekti, mille tulemusel sulami sisetemperatuur tõuseb ja toote jõudlus väheneb. Selles katses uuritakse ekstrusioonisuhte, eriti suure ekstrusioonisuhte mõju 6063 alumiiniumsulami mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele.
1 Katsematerjalid ja meetodid
Katsematerjaliks on 6063 alumiiniumsulam ja keemiline koostis on näidatud tabelis 1. Valuploki algne suurus on Φ55 mm × 165 mm ja see töödeldakse pärast homogeniseerimist ekstrusioontoorikuks, mille suurus on Φ50 mm × 150 mm. töötlemine 560 ℃ juures 6 tundi. Toorikud kuumutatakse temperatuurini 470 ℃ ja hoitakse soojas. Ekstrusioonitünni eelsoojendustemperatuur on 420 ℃ ja vormi eelsoojendustemperatuur 450 ℃. Kui ekstrusioonikiirus (ekstrusioonivarda liikumiskiirus) V=5 mm/s jääb muutumatuks, tehakse 5 erineva ekstrusioonisuhte testi rühma ja ekstrusioonisuhted R on 17 (vastab stantsi ava läbimõõdule D=12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) ja 156 (D = 4 mm).
Tabel 1 6063 Al sulami keemiline koostis (massiprotsenti)
Pärast liivapaberiga lihvimist ja mehaanilist poleerimist söövitati metallograafilised proovid HF-reagendiga mahuosaga 40% umbes 25 sekundi jooksul ning proovide metallograafilist struktuuri vaadeldi LEICA-5000 optilise mikroskoobiga. Ekstrudeeritud varda pikilõike keskelt lõigati tekstuurianalüüsi proov suurusega 10 mm×10 mm ning pinnapingekihi eemaldamiseks viidi läbi mehaaniline lihvimine ja söövitamine. Proovi kolme kristalltasandi {111}, {200} ja {220} mittetäielikud pooluste kujundid mõõdeti ettevõtte PANalytical Company röntgendifraktsioonianalüsaatoriga X′Pert Pro MRD ning tekstuuriandmeid töödeldi ja analüüsiti. tarkvara X′Pert Data View ja X′Pert Texture poolt.
Valatud sulami tõmbekeha võeti valuploki keskelt ja tõmbekeha lõigati pärast ekstrusiooni piki ekstrusiooni suunda. Mõõtmeala suurus oli Φ4 mm × 28 mm. Tõmbekatse viidi läbi SANS CMT5105 universaalse materjali testimismasinaga, mille tõmbekiirus oli 2 mm/min. Kolme standardse proovi keskmine väärtus arvutati mehaaniliste omaduste andmetena. Tõmbekehade murdumismorfoloogiat jälgiti väikese suurendusega skaneeriva elektronmikroskoobiga (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Tulemused ja arutelu
Joonisel 1 on kujutatud alumiiniumsulami 6063 metallograafiline mikrostruktuur enne ja pärast homogeniseerimist. Nagu on näidatud joonisel fig 1a, on valatud mikrostruktuuris olevad α-Al-terad erineva suurusega, terade piiridele koguneb suur hulk retikulaarseid β-Al9Fe2Si2 faase ja terade sees on suur hulk granuleeritud Mg2Si faase. Pärast valuploki homogeniseerimist temperatuuril 560 ℃ 6 tundi lahustus sulami dendriitide vaheline mittetasakaaluline eutektiline faas järk-järgult, sulami elemendid lahustusid maatriksisse, mikrostruktuur oli ühtlane ja keskmine tera suurus oli umbes 125 μm (joonis 1b). ).
Enne homogeniseerimist
Pärast ühtlustamist 600°C juures 6 tundi
Joon.1 6063 alumiiniumisulami metallograafiline struktuur enne ja pärast homogeniseerimist
Joonisel 2 on näidatud erineva ekstrusioonisuhtega 6063 alumiiniumisulamist varda välimus. Nagu on näidatud joonisel 2, on erineva ekstrusioonisuhtega ekstrudeeritud 6063 alumiiniumisulamist varda pinnakvaliteet hea, eriti kui ekstrusioonisuhet suurendatakse 156-ni (vastab varda ekstrusiooni väljalaskekiirusele 48 m/min), pole ikka veel puudu. ekstrusioonidefektid, nagu praod ja koorumine varda pinnal, mis näitab, et 6063 alumiiniumsulam Sellel on hea kuumekstrusioonivormimisvõime suure kiiruse ja suure ekstrusioonisuhte korral.
Joonis 2 Erineva ekstrusioonisuhtega 6063 alumiiniumisulamist varraste välimus
Joonisel 3 on kujutatud alumiiniumisulamist varda 6063 pikilõike metallograafiline mikrostruktuur erinevate ekstrusioonisuhetega. Erineva ekstrusioonisuhtega varda tera struktuur näitab erinevat pikenemise või rafineerituse astet. Kui ekstrusioonisuhe on 17, pikenevad algsed terad piki ekstrusioonisuunda, millega kaasneb väikese arvu ümberkristalliseerunud terade moodustumine, kuid terad on siiski suhteliselt jämedad, keskmise tera suurusega umbes 85 μm (joonis 3a). ; kui ekstrusioonisuhe on 25, tõmmatakse terad sihvakamaks, rekristalliseerunud terade arv suureneb ja keskmine tera suurus väheneb umbes 71 μm-ni (joonis 3b); kui ekstrusioonisuhe on 39, välja arvatud vähesel arvul deformeerunud teradel, koosneb mikrostruktuur põhimõtteliselt ebaühtlase suurusega võrdvärsikujulistest ümberkristallitud teradest, mille keskmine tera suurus on umbes 60 μm (joonis 3c); kui ekstrusioonisuhe on 69, on dünaamiline ümberkristallimisprotsess põhimõtteliselt lõpule viidud, algsed jämedad terad on täielikult muudetud ühtlase struktuuriga ümberkristallitud teradeks ja keskmine tera suurus on rafineeritud umbes 41 μm-ni (joonis 3d); kui ekstrusioonisuhe on 156, on dünaamilise ümberkristallimisprotsessi täielikul edenemisel mikrostruktuur ühtlasem ja tera suurus on oluliselt rafineeritud kuni umbes 32 μm (joonis 3e). Ekstrusioonisuhte suurenemisega kulgeb dünaamiline ümberkristallimisprotsess täielikumalt, sulami mikrostruktuur muutub ühtlasemaks ja tera suurus on oluliselt täpsustatud (joonis 3f).
Joonis 3 Erineva ekstrusioonisuhtega 6063 alumiiniumsulamist varraste pikilõike metallograafiline struktuur ja tera suurus
Joonisel 4 on kujutatud erineva ekstrusioonisuhtega 6063 alumiiniumsulamist varda pöördpooluse kujundeid piki ekstrusioonisuunda. On näha, et erineva ekstrusioonisuhtega legeervarraste mikrostruktuurid annavad kõik ilmse eelisorientatsiooni. Kui ekstrusioonisuhe on 17, moodustub nõrgem tekstuur <115>+100> (joonis 4a); kui ekstrusioonisuhe on 39, on tekstuuri komponendid peamiselt tugevam <100> tekstuur ja vähesel määral nõrk <115> tekstuur (joonis 4b); kui ekstrusioonisuhe on 156, on tekstuuri komponendid oluliselt suurenenud tugevusega tekstuur <100>, samas kui tekstuur <115> kaob (joonis 4c). Uuringud on näidanud, et näokesksed kuupmetallid moodustavad ekstrusiooni ja tõmbamise ajal peamiselt <111> ja <100> traadi tekstuure. Kui tekstuur on moodustunud, näitavad sulami toatemperatuuril mehaanilised omadused ilmset anisotroopsust. Tekstuuri tugevus suureneb koos ekstrusioonisuhte suurenemisega, mis näitab, et teatud kristalli suunas, paralleelselt ekstrusiooni suunaga sulamis, suureneb järk-järgult ja sulami pikisuunaline tõmbetugevus suureneb. 6063 alumiiniumisulamist kuumekstrusioonmaterjalide tugevdamise mehhanismide hulka kuuluvad peeneteraline tugevdamine, dislokatsiooni tugevdamine, tekstuuri tugevdamine jne. Selles eksperimentaalses uuringus kasutatud protsessiparameetrite piires avaldab ekstrusioonisuhte suurendamine ülaltoodud tugevdusmehhanisme soodustavat mõju.
Joonis 4 Erineva ekstrusioonisuhtega 6063 alumiiniumsulamist varraste vastupidine pooluste diagramm piki ekstrusiooni suunda
Joonisel 5 on kujutatud alumiiniumsulami 6063 tõmbeomaduste histogramm pärast deformatsiooni erinevatel ekstrusioonisuhetel. Valatud sulami tõmbetugevus on 170 MPa ja pikenemine 10,4%. Sulami tõmbetugevus ja pikenemine pärast ekstrusiooni on oluliselt paranenud ning tõmbetugevus ja pikenemine suurenevad järk-järgult koos ekstrusioonisuhte suurenemisega. Kui ekstrusioonisuhe on 156, saavutavad sulami tõmbetugevus ja pikenemine maksimaalse väärtuse, mis on vastavalt 228 MPa ja 26,9%, mis on umbes 34% suurem kui valatud sulami tõmbetugevus ja umbes 158% suurem kui valatud sulami tõmbetugevus. pikenemine. 6063 alumiiniumsulami tõmbetugevus, mis on saadud suure ekstrusioonisuhtega, on lähedane tõmbetugevuse väärtusele (240 MPa), mis on saadud 4-käigulise võrdse kanaliga nurkekstrusiooniga (ECAP), mis on palju suurem kui tõmbetugevuse väärtus (171,1 MPa). saadud 6063 alumiiniumisulami ühekäigulise ECAP-ekstrusiooni teel. On näha, et suur ekstrusioonisuhe võib sulami mehaanilisi omadusi teatud määral parandada.
Sulami mehaaniliste omaduste parandamine ekstrusioonisuhtega tuleneb peamiselt teravilja rafineerimise tugevdamisest. Ekstrusioonisuhte suurenedes terad rafineeritakse ja dislokatsiooni tihedus suureneb. Rohkem terapiire pindalaühiku kohta võib tõhusalt takistada dislokatsioonide liikumist koos nihestuste vastastikuse liikumise ja takerdumisega, parandades seeläbi sulami tugevust. Mida peenemad on terad, seda looklevamad on terade piirid ning plastiline deformatsioon võib hajuda rohkemate teradega, mis ei soodusta pragude teket, rääkimata pragude levimisest. Murdeprotsessi käigus saab neelata rohkem energiat, parandades seeläbi sulami plastilisust.
Joon.5 6063 alumiiniumsulami tõmbeomadused pärast valamist ja ekstrusiooni
Sulami tõmbemurdumise morfoloogia pärast deformatsiooni erinevate ekstrusioonisuhetega on näidatud joonisel 6. Valatud proovi murdumismorfoloogias lohke ei leitud (joonis 6a) ning murd koosnes peamiselt lamedatest aladest ja rebenemisservadest. , mis näitab, et valusulami tõmbemurdumise mehhanism oli peamiselt habras. Sulami purunemismorfoloogia pärast ekstrudeerimist on oluliselt muutunud ja murd koosneb suurest hulgast võrdsetel alustel olevatest lohkudest, mis näitab, et sulami purunemismehhanism pärast ekstrusiooni on muutunud rabedast purunemisest plastiliseks murdumiseks. Kui väljapressimise suhe on väike, on lohud madalad ja lohu suurus on suur ning jaotus on ebaühtlane; ekstrusioonisuhte suurenedes suureneb lohkude arv, süvendite suurus on väiksem ja jaotus on ühtlane (joonis 6b ~ f), mis tähendab, et sulamil on parem plastilisus, mis on kooskõlas ülaltoodud mehaaniliste omaduste testi tulemustega.
3 Järeldus
Selles katses analüüsiti erinevate ekstrusioonisuhete mõju 6063 alumiiniumsulami mikrostruktuurile ja omadustele tingimusel, et tooriku suurus, valuploki kuumutamistemperatuur ja ekstrusioonikiirus jäid muutumatuks. Järeldused on järgmised:
1) Kuumekstrusiooni ajal toimub 6063 alumiiniumisulamis dünaamiline ümberkristallimine. Ekstrusioonisuhte suurenemisega rafineeritakse terad pidevalt ja piki ekstrusioonisuunda pikenenud terad muudetakse võrdseteljelisteks ümberkristallitud teradeks ning <100> traadi tekstuuri tugevus suureneb pidevalt.
2) Peeneteralise tugevdamise mõju tõttu paranevad sulami mehaanilised omadused ekstrusioonisuhte suurenemisega. Katseparameetrite vahemikus, kui ekstrusioonisuhe on 156, saavutavad sulami tõmbetugevus ja pikenemine maksimaalsed väärtused vastavalt 228 MPa ja 26,9%.
Joonis 6 Alumiiniumisulami 6063 tõmbemurdude morfoloogia pärast valamist ja ekstrusiooni
3) Valatud proovi murdumismorfoloogia koosneb lamedatest aladest ja rebenemise servadest. Pärast ekstrudeerimist koosneb luumurd suurest hulgast võrdse teljega lohkudest ja murdumismehhanism muudetakse rabedast murdumisest plastiliseks murruks.
Postitusaeg: 30. november 2024
