6063 aluminijska legura pripada seriji niskolegiranih aluminijskih legura Al-Mg-Si koje se mogu toplinski obraditi. Ima izvrsne performanse ekstruzijskog kalupljenja, dobru otpornost na koroziju i opsežna mehanička svojstva. Također se široko koristi u automobilskoj industriji zbog lakog oksidacijskog bojanja. S ubrzavanjem trenda laganih automobila, primjena 6063 ekstruzijskih materijala od aluminijske legure u automobilskoj industriji također se dodatno povećala.
Na mikrostrukturu i svojstva ekstrudiranih materijala utječu kombinirani učinci brzine ekstruzije, temperature ekstruzije i omjera ekstruzije. Među njima, omjer ekstruzije uglavnom je određen tlakom ekstruzije, učinkovitosti proizvodnje i proizvodnom opremom. Kada je omjer ekstruzije mali, deformacija legure je mala i profinjenost mikrostrukture nije očita; povećanje omjera ekstruzije može značajno pročistiti zrna, razbiti grubu drugu fazu, dobiti jednoliku mikrostrukturu i poboljšati mehanička svojstva legure.
Aluminijske legure 6061 i 6063 prolaze dinamičku rekristalizaciju tijekom procesa ekstruzije. Kada je temperatura ekstruzije konstantna, kako se omjer ekstruzije povećava, veličina zrna se smanjuje, faza ojačanja je fino raspršena, a vlačna čvrstoća i istezanje legure se u skladu s tim povećavaju; međutim, kako se omjer ekstruzije povećava, sila ekstruzije potrebna za proces ekstruzije također se povećava, uzrokujući veći toplinski učinak, uzrokujući porast unutarnje temperature legure i smanjenje performansi proizvoda. Ovaj eksperiment proučava učinak omjera ekstruzije, posebno velikog omjera ekstruzije, na mikrostrukturu i mehanička svojstva 6063 aluminijske legure.
1 Eksperimentalni materijali i metode
Eksperimentalni materijal je aluminijska legura 6063, a kemijski sastav prikazan je u tablici 1. Izvorna veličina ingota je Φ55 mm×165 mm, a nakon homogenizacije se prerađuje u ekstruzijsku gredicu veličine Φ50 mm×150 mm. tretman na 560 ℃ tijekom 6 h. Gredica se zagrijava na 470 ℃ i održava na toplom. Temperatura predgrijavanja ekstruzijske cijevi je 420 ℃, a temperatura predgrijavanja kalupa je 450 ℃. Kada brzina ekstruzije (brzina kretanja štapa za ekstruziju) V=5 mm/s ostaje nepromijenjena, provodi se 5 grupa različitih testova omjera ekstruzije, a omjeri ekstruzije R su 17 (što odgovara promjeru otvora matrice D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) i 156 (D=4 mm).
Tablica 1. Kemijski sastav legure 6063 Al (wt/%)
Nakon brušenja brusnim papirom i mehaničkog poliranja, metalografski uzorci su jetkani HF reagensom s volumnim udjelom od 40% 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 kako bi se uklonio sloj površinskog naprezanja. Nepotpune polne figure tri kristalne ravnine {111}, {200} i {220} uzorka izmjerene su X′Pert Pro MRD rendgenskim difrakcijskim analizatorom tvrtke PANalytical Company, a podaci o teksturi obrađeni su i analizirani softverom X′Pert Data View i X′Pert Texture.
Vlačni uzorak lijevane legure uzet je iz središta ingota, a vlačni uzorak je nakon ekstruzije izrezan duž smjera ekstruzije. Veličina mjerne površine bila je Φ4 mm × 28 mm. Vlačno ispitivanje provedeno je pomoću SANS CMT5105 univerzalnog uređaja za ispitivanje materijala s brzinom rastezanja od 2 mm/min. Prosječna vrijednost tri standardna uzorka izračunata je kao podaci o mehaničkim svojstvima. Morfologija loma vlačnih uzoraka promatrana je pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa s malim povećanjem (Quanta 2000, FEI, SAD).
2 Rezultati i rasprava
Slika 1 prikazuje metalografsku mikrostrukturu lijevane legure aluminija 6063 prije i nakon tretmana homogenizacije. Kao što je prikazano na slici 1a, zrna α-Al u lijevanoj mikrostrukturi variraju u veličini, veliki broj mrežastih faza β-Al9Fe2Si2 skuplja se na granicama zrna, a veliki broj zrnatih faza Mg2Si postoji unutar zrna. Nakon što je ingot homogeniziran na 560 ℃ tijekom 6 h, neravnotežna eutektička faza između dendrita legure postupno se otopila, elementi legure otopljeni su 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 tijekom 6 sati
Slika 1. Metalografska struktura aluminijske legure 6063 prije i nakon tretmana homogenizacije
Slika 2 prikazuje izgled šipki od aluminijske legure 6063 s različitim omjerima ekstruzije. Kao što je prikazano na slici 2, kvaliteta površine šipki od aluminijske legure 6063 ekstrudiranih s različitim omjerima ekstruzije je dobra, osobito 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 i legura aluminija 6063 ima dobre performanse oblikovanja vruće ekstruzije pri velikoj brzini i velikom omjeru ekstruzije.
Sl.2 Izgled šipki od aluminijske legure 6063 s 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 usitnjenosti. Kada je omjer ekstruzije 17, originalna zrna su izdužena duž smjera ekstruzije, popraćena stvaranjem malog broja rekristaliziranih zrna, ali su zrna još uvijek relativno gruba, s prosječnom veličinom zrna od oko 85 μm (Slika 3a) ; kada je omjer istiskivanja 25, zrna su vitkija, broj rekristaliziranih zrna se povećava, a prosječna veličina zrna smanjuje se na oko 71 μm (slika 3b); kada je omjer istiskivanja 39, osim malog broja deformiranih zrna, mikrostruktura se u osnovi sastoji od jednakoosnih rekristaliziranih zrna neujednačene veličine, s prosječnom veličinom zrna od oko 60 μm (slika 3c); kada je omjer ekstruzije 69, proces dinamičke rekristalizacije je u osnovi dovršen, gruba izvorna zrna potpuno su transformirana u jednoliko strukturirana rekristalizirana zrna, a prosječna veličina zrna je pročišćena na oko 41 μm (slika 3d); kada je omjer ekstruzije 156, s potpunim napredovanjem procesa dinamičke rekristalizacije, mikrostruktura je ujednačenija, a veličina zrna je znatno pročišćena na oko 32 μm (slika 3e). S povećanjem omjera ekstruzije, proces dinamičke rekristalizacije se odvija potpunije, mikrostruktura legure postaje ujednačenija, a veličina zrna je značajno pročišćena (slika 3f).
Slika 3. Metalografska struktura i veličina zrna uzdužnog presjeka šipki od legure aluminija 6063 s različitim omjerima ekstruzije
Slika 4 prikazuje inverzne polne figure šipki od aluminijske legure 6063 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 <100> tekstura sa značajno povećanom čvrstoćom, dok <115> tekstura nestaje (slika 4c). Studije su pokazale da kubični metali usmjereni na površinu uglavnom formiraju <111> i <100> teksture žice tijekom ekstruzije i izvlačenja. Nakon što se tekstura formira, mehanička svojstva legure na sobnoj temperaturi pokazuju očitu anizotropiju. Čvrstoća teksture raste s povećanjem omjera istiskivanja, što ukazuje da se broj zrnaca u određenom kristalnom smjeru paralelnom sa smjerom istiskivanja u leguri postupno povećava, a raste i uzdužna vlačna čvrstoća legure. Mehanizmi ojačanja materijala vruće ekstruzije od legure aluminija 6063 uključuju ojačanje finih zrna, ojačanje dislokacijama, ojačanje teksture, itd. Unutar raspona parametara procesa korištenih u ovoj eksperimentalnoj studiji, povećanje omjera ekstruzije ima pospješujući učinak na gore navedene mehanizme ojačanja.
Slika 4 Dijagram obrnutih polova šipki od aluminijske legure 6063 s različitim omjerima ekstruzije duž smjera ekstruzije
Slika 5 je histogram vlačnih svojstava aluminijske legure 6063 nakon deformacije pri različitim omjerima ekstruzije. Vlačna čvrstoća lijevane legure je 170 MPa, a istezanje 10,4%. Vlačna čvrstoća i istezanje legure nakon ekstruzije značajno se poboljšavaju, a vlačna čvrstoća i istezanje postupno rastu s povećanjem omjera ekstruzije. Kada je omjer ekstruzije 156, vlačna čvrstoća i istezanje legure dosežu maksimalnu vrijednost, koja iznosi 228 MPa odnosno 26,9%, što je oko 34% više od vlačne čvrstoće lijevane legure i oko 158% više od produljenje. Vlačna čvrstoća aluminijske legure 6063 dobivena velikim omjerom ekstruzije blizu je vrijednosti vlačne čvrstoće (240 MPa) dobivene 4-prolaznom kutnom ekstruzijom jednakog kanala (ECAP), što je mnogo više od vrijednosti vlačne čvrstoće (171,1 MPa) dobiven jednoprolaznom ECAP ekstruzijom 6063 aluminijske legure. Može se vidjeti da veliki omjer istiskivanja može do određene mjere poboljšati mehanička svojstva legure.
Poboljšanje mehaničkih svojstava legure omjerom ekstruzije uglavnom dolazi od ojačanja usitnjenosti zrna. Kako se omjer istiskivanja povećava, zrna se pročišćavaju i povećava se gustoća dislokacije. Više granica zrna po jedinici površine može učinkovito spriječiti kretanje dislokacija, u kombinaciji s međusobnim kretanjem i isprepletanjem dislokacija, čime se poboljšava čvrstoća legure. Što su zrna finija, to su granice zrna vijugavije, a plastična deformacija se može raspršiti u više zrna, što ne pogoduje nastanku pukotina, a kamoli širenju pukotina. Tijekom procesa loma može se apsorbirati više energije, čime se poboljšava plastičnost legure.
Slika 5 Vlačna svojstva aluminijske legure 6063 nakon lijevanja i ekstruzije
Vlačna morfologija loma legure nakon deformacije s različitim omjerima ekstruzije prikazana je na slici 6. Nisu pronađene rupice u morfologiji loma lijevanog uzorka (slika 6a), a lom se uglavnom sastojao od ravnih područja i rubova kidanja , što ukazuje da je vlačni mehanizam loma lijevane legure bio uglavnom krti lom. Morfologija loma legure nakon ekstruzije značajno se promijenila, a lom se sastoji od velikog broja udubljenja s jednakom osi, što ukazuje da se mehanizam loma legure nakon ekstruzije promijenio od krtog loma do duktilnog loma. Kada je omjer istiskivanja mali, udubljenja su plitka 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 jednolika (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 analizirani su učinci različitih omjera ekstruzije na mikrostrukturu i svojstva aluminijske legure 6063 pod uvjetom da su veličina gredice, temperatura zagrijavanja ingota i brzina ekstruzije ostali nepromijenjeni. Zaključci su sljedeći:
1) Dinamička rekristalizacija događa se u aluminijskoj slitini 6063 tijekom vruće ekstruzije. S povećanjem omjera ekstruzije, zrna se kontinuirano pročišćavaju, a zrna izdužena duž smjera ekstruzije pretvaraju se u jednakoosna rekristalizirana zrna, a čvrstoća <100> teksture žice kontinuirano se povećava.
2) Zbog učinka ojačanja finog zrna, mehanička svojstva legure se poboljšavaju s povećanjem omjera istiskivanja. Unutar raspona ispitnih parametara, kada je omjer istiskivanja 156, vlačna čvrstoća i istezanje legure dosežu maksimalne vrijednosti od 228 MPa odnosno 26,9%.
Slika 6 Vlačna morfologija loma aluminijske legure 6063 nakon lijevanja i ekstruzije
3) Morfologija prijeloma lijevanog uzorka sastoji se od ravnih područja i rubova trganja. Nakon ekstruzije, lom se sastoji od velikog broja jednakoosnih udubljenja, a mehanizam loma se transformira od krtog loma do duktilnog loma.
Vrijeme objave: 30. studenoga 2024
