6063 aluminiumslegering tilhører den lavlegerte Al-Mg-Si-serien varmebehandlebar aluminiumslegering. Den har utmerket ekstruderingsstøping, god korrosjonsbestandighet og omfattende mekaniske egenskaper. Den er også mye brukt i bilindustrien på grunn av dens enkle oksidasjonsfarging. Med akselerasjonen av trenden med lette biler, har bruken av 6063 aluminiumslegeringsekstruderingsmaterialer i bilindustrien også økt ytterligere.
Mikrostrukturen og egenskapene til ekstruderte materialer påvirkes av de kombinerte effektene av ekstruderingshastighet, ekstruderingstemperatur og ekstruderingsforhold. Blant dem er ekstruderingsforholdet hovedsakelig bestemt av ekstruderingstrykket, produksjonseffektiviteten og produksjonsutstyret. Når ekstruderingsforholdet er lite, er legeringsdeformasjonen liten og mikrostrukturforfiningen er ikke åpenbar; å øke ekstruderingsforholdet kan forbedre kornene betydelig, bryte opp den grove andre fasen, oppnå en jevn mikrostruktur og forbedre de mekaniske egenskapene til legeringen.
6061 og 6063 aluminiumslegeringer gjennomgår dynamisk rekrystallisering under ekstruderingsprosessen. Når ekstruderingstemperaturen er konstant, ettersom ekstruderingsforholdet øker, reduseres kornstørrelsen, forsterkningsfasen er fint spredt, og legeringens strekkfasthet og forlengelse øker tilsvarende; men ettersom ekstruderingsforholdet øker, øker også ekstruderingskraften som kreves for ekstruderingsprosessen, noe som forårsaker en større termisk effekt, forårsaker at den indre temperaturen til legeringen øker, og produktets ytelse reduseres. Dette eksperimentet studerer effekten av ekstruderingsforhold, spesielt stort ekstruderingsforhold, på mikrostrukturen og de mekaniske egenskapene til 6063 aluminiumslegering.
1 Eksperimentelle materialer og metoder
Eksperimentmaterialet er 6063 aluminiumslegering, og den kjemiske sammensetningen er vist i tabell 1. Den opprinnelige størrelsen på barren er Φ55 mm×165 mm, og den bearbeides til en ekstruderingsblokk med en størrelse på Φ50 mm×150 mm etter homogenisering behandling ved 560 ℃ i 6 timer. Billetten varmes opp til 470 ℃ og holdes varm. Forvarmingstemperaturen til ekstruderingsfatet er 420 ℃, og forvarmingstemperaturen til formen er 450 ℃. Når ekstruderingshastigheten (ekstruderingsstangens bevegelseshastighet) V=5 mm/s forblir uendret, utføres 5 grupper av forskjellige ekstruderingsforholdstester, og ekstruderingsforholdene R er 17 (tilsvarer dysehullets diameter D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) og 156 (D=4 mm).
Tabell 1 Kjemiske sammensetninger av 6063 Al-legering (vekt/%)
Etter sliping av sandpapir og mekanisk polering ble de metallografiske prøvene etset med HF-reagens med en volumfraksjon på 40 % i ca. 25 s, og den metallografiske strukturen til prøvene ble observert på et LEICA-5000 optisk mikroskop. En teksturanalyseprøve med en størrelse på 10 mm×10 mm ble kuttet fra midten av lengdesnittet av den ekstruderte stangen, og mekanisk sliping og etsing ble utført for å fjerne overflatespenningslaget. De ufullstendige polfigurene til de tre krystallplanene {111}, {200} og {220} i prøven ble målt med X′Pert Pro MRD røntgendiffraksjonsanalysator fra PANalytical Company, og teksturdataene ble behandlet og analysert av X′Pert Data View og X′Pert Texture programvare.
Strekkprøven av den støpte legeringen ble tatt fra midten av blokken, og strekkprøven ble kuttet langs ekstruderingsretningen etter ekstrudering. Målearealstørrelsen var Φ4 mm × 28 mm. Strekktesten ble utført ved bruk av en SANS CMT5105 universell materialtestmaskin med en strekkhastighet på 2 mm/min. Gjennomsnittsverdien av de tre standardprøvene ble beregnet som data for mekaniske egenskaper. Bruddmorfologien til strekkprøvene ble observert ved bruk av et skanningselektronmikroskop med lav forstørrelse (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Resultater og diskusjon
Figur 1 viser den metallografiske mikrostrukturen til den støpte 6063 aluminiumslegeringen før og etter homogeniseringsbehandling. Som vist i figur 1a varierer α-Al-kornene i den støpte mikrostrukturen i størrelse, et stort antall retikulære β-Al9Fe2Si2-faser samles ved korngrensene, og et stort antall granulære Mg2Si-faser eksisterer inne i kornene. Etter at barren var homogenisert ved 560 ℃ i 6 timer, ble den ikke-likevekts eutektiske fasen mellom legeringsdendrittene gradvis oppløst, legeringselementene løst seg opp i matrisen, mikrostrukturen var jevn, og gjennomsnittlig kornstørrelse var omtrent 125 μm (Figur 1b) ).
Før homogenisering
Etter ensartet behandling ved 600°C i 6 timer
Fig.1 Metallografisk struktur av 6063 aluminiumslegering før og etter homogeniseringsbehandling
Figur 2 viser utseendet til 6063 aluminiumslegeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold. Som vist i figur 2 er overflatekvaliteten på 6063 aluminiumslegeringsstenger ekstrudert med forskjellige ekstruderingsforhold god, spesielt når ekstruderingsforholdet økes til 156 (tilsvarende utløpshastigheten for stangekstrudering på 48 m/min), er det fortsatt ingen ekstruderingsdefekter som sprekker og avskalling på overflaten av stangen, noe som indikerer at 6063 aluminiumslegering har også god varmeekstruderingsytelse under høy hastighet og stort ekstruderingsforhold.
Fig.2 Utseende av 6063 aluminiumslegeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold
Figur 3 viser den metallografiske mikrostrukturen til lengdesnittet til 6063 aluminiumslegeringsstangen med forskjellige ekstruderingsforhold. Kornstrukturen til stangen med forskjellige ekstruderingsforhold viser forskjellige grader av forlengelse eller forfining. Når ekstruderingsforholdet er 17, forlenges de opprinnelige kornene langs ekstruderingsretningen, ledsaget av dannelsen av et lite antall rekrystalliserte korn, men kornene er fortsatt relativt grove, med en gjennomsnittlig kornstørrelse på ca. 85 μm (Figur 3a) ; når ekstruderingsforholdet er 25, trekkes kornene slankere, antallet rekrystalliserte korn øker, og gjennomsnittlig kornstørrelse synker til ca. 71 μm (Figur 3b); når ekstruderingsforholdet er 39, bortsett fra et lite antall deformerte korn, er mikrostrukturen i hovedsak sammensatt av likeaksede omkrystalliserte korn av ujevn størrelse, med en gjennomsnittlig kornstørrelse på ca. 60 μm (Figur 3c); når ekstruderingsforholdet er 69, er den dynamiske rekrystalliseringsprosessen i utgangspunktet fullført, de grove opprinnelige kornene er fullstendig transformert til jevnt strukturerte rekrystalliserte korn, og den gjennomsnittlige kornstørrelsen er raffinert til omtrent 41 μm (Figur 3d); når ekstruderingsforholdet er 156, med full fremdrift av den dynamiske rekrystalliseringsprosessen, er mikrostrukturen mer jevn, og kornstørrelsen er sterkt raffinert til omtrent 32 μm (Figur 3e). Med økningen av ekstruderingsforholdet fortsetter den dynamiske omkrystalliseringsprosessen mer fullstendig, legeringsmikrostrukturen blir mer jevn, og kornstørrelsen er betydelig raffinert (Figur 3f).
Fig.3 Metallografisk struktur og kornstørrelse av lengdesnitt av 6063 aluminiumslegeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold
Figur 4 viser de omvendte polfigurene til 6063 aluminiumslegeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold langs ekstruderingsretningen. Det kan sees at mikrostrukturene til legeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold alle gir åpenbar preferanseorientering. Når ekstruderingsforholdet er 17, dannes en svakere <115>+<100> tekstur (figur 4a); når ekstruderingsforholdet er 39, er teksturkomponentene hovedsakelig den sterkere <100> tekstur og en liten mengde svak <115> tekstur (figur 4b); når ekstruderingsforholdet er 156, er teksturkomponentene <100>-teksturen med betydelig økt styrke, mens <115>-teksturen forsvinner (Figur 4c). Studier har vist at flatesentrerte kubiske metaller hovedsakelig danner <111> og <100> trådteksturer under ekstrudering og trekking. Når teksturen er dannet, viser legeringens mekaniske egenskaper ved romtemperatur åpenbar anisotropi. Teksturstyrken øker med økningen av ekstruderingsforholdet, noe som indikerer at antall korn i en viss krystallretning parallelt med ekstruderingsretningen i legeringen øker gradvis, og den langsgående strekkstyrken til legeringen øker. Forsterkningsmekanismene til varmeekstruderingsmaterialer av 6063 aluminiumslegering inkluderer finkornforsterkning, dislokasjonsforsterkning, teksturforsterkning, etc. Innenfor rekkevidden av prosessparametere som brukes i denne eksperimentelle studien, har økning av ekstruderingsforholdet en fremmende effekt på de ovennevnte forsterkningsmekanismene.
Fig.4 Omvendt poldiagram av 6063 aluminiumslegeringsstenger med forskjellige ekstruderingsforhold langs ekstruderingsretningen
Figur 5 er et histogram av strekkegenskapene til 6063 aluminiumslegering etter deformasjon ved forskjellige ekstruderingsforhold. Strekkstyrken til den støpte legeringen er 170 MPa og forlengelsen er 10,4 %. Strekkstyrken og forlengelsen av legeringen etter ekstrudering er betydelig forbedret, og strekkstyrken og forlengelsen øker gradvis med økningen av ekstruderingsforholdet. Når ekstruderingsforholdet er 156, når strekkfastheten og forlengelsen til legeringen maksimalverdien, som er henholdsvis 228 MPa og 26,9 %, som er omtrent 34 % høyere enn strekkstyrken til den støpte legeringen og omtrent 158 % høyere enn forlengelsen. Strekkfastheten til 6063 aluminiumslegering oppnådd ved et stort ekstruderingsforhold er nær strekkfasthetsverdien (240 MPa) oppnådd ved 4-pass lik kanal vinkelekstrudering (ECAP), som er mye høyere enn strekkfasthetsverdien (171,1 MPa) oppnådd ved 1-pass ECAP-ekstrudering av 6063 aluminiumslegering. Det kan sees at et stort ekstruderingsforhold kan forbedre de mekaniske egenskapene til legeringen til en viss grad.
Forbedringen av de mekaniske egenskapene til legeringen ved ekstruderingsforhold kommer hovedsakelig fra forsterkning av kornforfining. Når ekstruderingsforholdet øker, blir kornene raffinert og dislokasjonstettheten øker. Flere korngrenser per arealenhet kan effektivt hindre bevegelse av dislokasjoner, kombinert med gjensidig bevegelse og sammenfiltring av dislokasjoner, og dermed forbedre styrken til legeringen. Jo finere kornene er, jo mer kronglete er korngrensene, og den plastiske deformasjonen kan spres i flere korn, noe som ikke bidrar til dannelse av sprekker, enn si spredning av sprekker. Mer energi kan absorberes under bruddprosessen, og dermed forbedre plastisiteten til legeringen.
Fig.5 Strekkegenskaper til 6063 aluminiumslegering etter støping og ekstrudering
Strekkbruddmorfologien til legeringen etter deformasjon med forskjellige ekstruderingsforhold er vist i figur 6. Det ble ikke funnet groper i bruddmorfologien til den støpte prøven (Figur 6a), og bruddet var hovedsakelig sammensatt av flate områder og rivekanter , noe som indikerer at strekkbruddmekanismen til den støpte legeringen hovedsakelig var sprø brudd. Bruddmorfologien til legeringen etter ekstrudering har endret seg betydelig, og bruddet er sammensatt av et stort antall likeaksede fordypninger, noe som indikerer at bruddmekanismen til legeringen etter ekstrudering har endret seg fra sprø brudd til duktilt brudd. Når ekstruderingsforholdet er lite, er fordypningene grunne og fordypningens størrelse er stor, og fordelingen er ujevn; ettersom ekstruderingsforholdet øker, øker antallet fordypninger, fordypningens størrelse er mindre og fordelingen er jevn (Figur 6b~f), noe som betyr at legeringen har bedre plastisitet, noe som stemmer overens med testresultatene for mekaniske egenskaper ovenfor.
3 Konklusjon
I dette eksperimentet ble effekten av forskjellige ekstruderingsforhold på mikrostrukturen og egenskapene til 6063 aluminiumslegering analysert under forutsetning av at emnestørrelsen, blokkens oppvarmingstemperatur og ekstruderingshastigheten forble uendret. Konklusjonene er som følger:
1) Dynamisk omkrystallisering skjer i 6063 aluminiumslegering under varm ekstrudering. Med økningen av ekstruderingsforholdet blir kornene kontinuerlig raffinert, og kornene forlenget langs ekstruderingsretningen omdannes til likeaksede omkrystalliserte korn, og styrken til <100> trådtekstur økes kontinuerlig.
2) På grunn av effekten av finkornforsterkning, forbedres de mekaniske egenskapene til legeringen med økningen av ekstruderingsforholdet. Innenfor området av testparametere, når ekstruderingsforholdet er 156, når strekkstyrken og forlengelsen av legeringen maksimalverdiene på henholdsvis 228 MPa og 26,9%.
Fig. 6 Strekkbruddmorfologier av 6063 aluminiumslegering etter støping og ekstrudering
3) Bruddmorfologien til prøven som er støpt er sammensatt av flate områder og rivekanter. Etter ekstrudering er bruddet sammensatt av et stort antall likeaksede groper, og bruddmekanismen omdannes fra sprø brudd til duktilt brudd.
Innleggstid: 30. november 2024
