6063 легура на алуминиум припаѓа на нисколегираната алуминиумска легура на серијата Al-Mg-Si која се обработува со топлина. Има одлични перформанси на обликување со истиснување, добра отпорност на корозија и сеопфатни механички својства. Широко се користи и во автомобилската индустрија поради лесното оксидирачко боење. Со забрзувањето на трендот на лесни автомобили, примената на материјали за истиснување од легура на алуминиум 6063 во автомобилската индустрија, исто така, дополнително се зголеми.
Микроструктурата и својствата на екструдираните материјали се под влијание на комбинираните ефекти на брзината на истиснување, температурата на истиснување и односот на истиснување. Меѓу нив, односот на истиснување главно се одредува според притисокот на истиснување, ефикасноста на производството и производната опрема. Кога односот на истиснување е мал, деформацијата на легурата е мала и префинетоста на микроструктурата не е очигледна; зголемувањето на односот на истиснување може значително да ги рафинира зрната, да ја разбие грубата втора фаза, да добие униформа микроструктура и да ги подобри механичките својства на легурата.
6061 и 6063 алуминиумските легури се подложени на динамична рекристализација за време на процесот на истиснување. Кога температурата на истиснување е константна, како што се зголемува односот на истиснување, големината на зрната се намалува, фазата на зајакнување е фино дисперзирана и соодветно се зголемува цврстината на истегнување и издолжувањето на легурата; меѓутоа, како што се зголемува односот на истиснување, се зголемува и силата на истиснување потребна за процесот на истиснување, предизвикувајќи поголем термички ефект, предизвикувајќи зголемување на внатрешната температура на легурата и намалување на перформансите на производот. Овој експеримент го проучува ефектот на соодносот на истиснување, особено на големиот сооднос на истиснување, врз микроструктурата и механичките својства на алуминиумската легура 6063.
1 Експериментални материјали и методи
Експерименталниот материјал е легура на алуминиум 6063, а хемискиот состав е прикажан во Табела 1. Оригиналната големина на ингот е Φ55 mm×165 mm, а по хомогенизација се обработува во екструзиона палка со големина Φ50 mm×150 mm. третман на 560 ℃ за 6 ч. Паркот се загрева до 470 ℃ и се чува топло. Температурата на предзагревање на бурето за истиснување е 420 ℃, а температурата на предгреење на мувлата е 450 ℃. Кога брзината на истиснување (брзина на движење на шипката за истиснување) V=5 mm/s останува непроменета, се вршат 5 групи на различни тестови за односот на истиснување, а односот на истиснување R е 17 (што одговара на дијаметарот на дупката на матрицата D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) и 156 (D=4 mm).
Табела 1 Хемиски состав на легура на 6063 Al (теж/%)
По мелење шкурка и механичко полирање, металографските примероци беа гравирани со HF реагенс со волуменска фракција од 40% околу 25 секунди, а металографската структура на примероците беше набљудувана на оптички микроскоп LEICA-5000. Примерок за анализа на текстурата со големина од 10 mm×10 mm беше исечен од центарот на надолжниот пресек на екструдираната прачка и беше извршено механичко брусење и офорт за отстранување на површинскиот напоен слој. Нецелосните фигури на половите на трите кристални рамнини {111}, {200} и {220} од примерокот беа измерени со анализаторот за дифракција на рендген X'Pert Pro MRD на PANAlytic Company, а податоците за текстурата беа обработени и анализирани од софтверот X′Pert Data View и X′Pert Texture.
Примерокот за истегнување на лиената легура беше земен од центарот на инготот, а примерокот за истегнување беше исечен по насоката на истиснување по истиснувањето. Големината на површината на мерачот беше Φ4 mm×28 mm. Тестот на истегнување беше изведен со помош на универзална машина за тестирање материјал SANS CMT5105 со брзина на истегнување од 2 mm/min. Просечната вредност на трите стандардни примероци беше пресметана како податоци за механичките својства. Морфологијата на фрактурата на затегнувачките примероци беше забележана со помош на електронски микроскоп за скенирање со мало зголемување (Quanta 2000, FEI, САД).
2 Резултати и дискусија
Слика 1 ја прикажува металографската микроструктура на алуминиумската легура како излеана 6063 пред и по третманот со хомогенизација. Како што е прикажано на слика 1а, зрната α-Al во како излеана микроструктура се разликуваат по големина, голем број ретикуларни β-Al9Fe2Si2 фази се собираат на границите на зрната и голем број грануларни фази Mg2Si постојат внатре во зрната. Откако инготот беше хомогенизиран на 560 ℃ во текот на 6 часа, евтектичката фаза без рамнотежа помеѓу дендритите од легура постепено се раствори, елементите од легура се растворија во матрицата, микроструктурата беше униформа и просечната големина на зрната беше околу 125 μm (Слика 1б ).
Пред хомогенизација
По униформационен третман на 600°C во тек на 6 часа
Сл.1 Металографска структура на легура на алуминиум 6063 пред и по третман на хомогенизација
Слика 2 го прикажува изгледот на 6063 шипки од алуминиумска легура со различни стапки на истиснување. Како што е прикажано на слика 2, квалитетот на површината на 6063 шипки од алуминиумска легура екструдирани со различни стапки на истиснување е добар, особено кога односот на истиснување е зголемен на 156 (што одговара на излезната брзина на истиснување на шипката од 48 m/min), сè уште нема дефекти на истиснување како што се пукнатини и лупење на површината на шипката, што укажува дека 6063 легура на алуминиум, исто така, има добри перформанси за формирање на топло истиснување при голема брзина и голем сооднос на истиснување.
Сл.2 Изглед на 6063 прачки од алуминиумска легура со различни стапки на истиснување
Слика 3 ја прикажува металографската микроструктура на надолжниот пресек на шипката од алуминиумска легура 6063 со различни стапки на истиснување. Структурата на зрната на шипката со различни соодноси на истиснување покажува различни степени на издолжување или префинетост. Кога односот на истиснување е 17, оригиналните зрна се издолжени долж насоката на истиснување, придружени со формирање на мал број на рекристализирани зрна, но зрната се сè уште релативно груби, со просечна големина на зрно од околу 85 μm (Слика 3а) ; кога односот на истиснување е 25, зрната се влечат потенки, бројот на рекристализирани зрна се зголемува, а просечната големина на зрната се намалува на околу 71 μm (Слика 3б); кога односот на истиснување е 39, освен за мал број на деформирани зрна, микроструктурата во основа е составена од еквиаксијализирани рекристализирани зрна со нерамна големина, со просечна големина на зрно од околу 60 μm (Слика 3в); кога односот на истиснување е 69, процесот на динамичка рекристализација е во основа завршен, грубите оригинални зрна се целосно трансформирани во рамномерно структурирани рекристализирани зрна, а просечната големина на зрната е рафинирана на околу 41 μm (Слика 3г); кога односот на истиснување е 156, со целосниот напредок на процесот на динамичка рекристализација, микроструктурата е порамномерна, а големината на зрната е значително рафинирана на околу 32 μm (Слика 3д). Со зголемувањето на односот на истиснување, процесот на динамичка рекристализација продолжува поцелосно, микроструктурата на легурата станува порамномерна, а големината на зрната значително се рафинира (Слика 3ѓ).
Сл.3 Металографска структура и големина на зрно на надолжен пресек од 6063 прачки од алуминиумска легура со различни стапки на истиснување
Слика 4 ги прикажува бројките на инверзен пол на 6063 шипки од алуминиумска легура со различни соодноси на истиснување долж насоката на истиснување. Може да се види дека микроструктурите на прачките од легура со различни стапки на истиснување произведуваат очигледна преференцијална ориентација. Кога односот на истиснување е 17, се формира послаба <115>+<100> текстура (Слика 4а); кога односот на истиснување е 39, компонентите на текстурата се главно посилната текстура <100> и мала количина слаба <115> текстура (Слика 4б); кога односот на истиснување е 156, компонентите на текстурата се текстурата <100> со значително зголемена јачина, додека текстурата <115> исчезнува (Слика 4в). Истражувањата покажаа дека кубните метали во центарот на лицето главно формираат <111> и <100> текстури на жици за време на истиснување и цртање. Откако ќе се формира текстурата, механичките својства на собната температура на легурата покажуваат очигледна анизотропија. Јачината на текстурата се зголемува со зголемувањето на односот на истиснување, што покажува дека бројот на зрна во одредена кристална насока паралелна со насоката на истиснување во легурата постепено се зголемува, а надолжната цврстина на истегнување на легурата се зголемува. Механизмите за зајакнување на материјалите за топла истиснување од легура на алуминиум 6063 вклучуваат зајакнување на фино зрно, зајакнување на дислокација, зајакнување на текстурата итн. Во опсегот на параметрите на процесот што се користат во оваа експериментална студија, зголемувањето на односот на истиснување има промовирачки ефект врз горенаведените механизми за зајакнување.
Сл.4 Дијаграм на обратен пол од 6063 прачки од алуминиумска легура со различни соодноси на истиснување долж насоката на истиснување
Слика 5 е хистограм на затегнувачките својства на алуминиумската легура 6063 по деформација при различни соодноси на истиснување. Јакоста на истегнување на лиената легура е 170 MPa, а издолжувањето е 10,4%. Јакоста на истегнување и издолжувањето на легурата по истиснување значително се подобруваат, а цврстината на истегнување и издолжувањето постепено се зголемуваат со зголемувањето на односот на истиснување. Кога односот на истиснување е 156, цврстината на истегнување и издолжувањето на легурата ја достигнуваат максималната вредност, која е 228 MPa и 26,9%, соодветно, што е околу 34% повисока од цврстината на истегнување на лиената легура и околу 158% повисока од издолжувањето. Јакоста на истегнување на алуминиумската легура 6063 добиена со голем сооднос на истиснување е блиска до вредноста на јакоста на истегнување (240 MPa) добиена со аголна истиснување со еднакви канали со 4 премини (ECAP), што е многу повисока од вредноста на цврстина на истегнување (171,1 MPa). добиени со 1-пропуст ECAP истиснување на 6063 алуминиумска легура. Може да се види дека голем сооднос на истиснување може да ги подобри механичките својства на легурата до одреден степен.
Подобрувањето на механичките својства на легурата со односот на истиснување главно доаѓа од зајакнувањето на рафинирање на зрната. Како што се зголемува односот на истиснување, зрната се рафинираат и густината на дислокација се зголемува. Повеќе граници на зрната по единица површина можат ефективно да го попречат движењето на дислокациите, во комбинација со меѓусебното движење и заплеткување на дислокациите, а со тоа да се подобри јачината на легурата. Колку се пофини зрната, толку поизвиткувачки се границите на зрната, а пластичната деформација може да се распрсне во повеќе зрна, што не е погодно за формирање на пукнатини, а камоли за ширење на пукнатини. Повеќе енергија може да се апсорбира за време на процесот на фрактура, а со тоа се подобрува пластичноста на легурата.
Сл.5 Карактеристики на истегнување на легура на алуминиум 6063 по лиење и истиснување
Морфологијата на затегнувачка фрактура на легурата по деформација со различни соодноси на истиснување е прикажана на Слика 6. Не беа пронајдени дупчиња во морфологијата на фрактурата на примерокот како излеан (Слика 6а), а фрактурата главно се состои од рамни површини и кинечки рабови , што покажува дека механизмот на затегнувачка фрактура на легурата како лиена е главно кршлива фрактура. Морфологијата на фрактурата на легурата по истиснување е значително променета, а фрактурата е составена од голем број на изедначени дупчиња, што покажува дека механизмот на фрактура на легурата по истиснување се променил од кршлива фрактура во дуктилна фрактура. Кога односот на истиснување е мал, дупчињата се плитки, а големината на дупчињата е голема, а распределбата е нерамна; како што се зголемува односот на истиснување, бројот на дупчиња се зголемува, големината на дупчињата е помала и дистрибуцијата е рамномерна (Слика 6b~f), што значи дека легурата има подобра пластичност, што е во согласност со резултатите од тестот за механички својства погоре.
3 Заклучок
Во овој експеримент, ефектите на различните соодноси на истиснување врз микроструктурата и својствата на легура на алуминиум 6063 беа анализирани под услов големината на палката, температурата на загревање на ингот и брзината на истиснување да останат непроменети. Заклучоците се како што следува:
1) Динамична рекристализација се јавува во 6063 алуминиумска легура за време на топло истиснување. Со зголемувањето на односот на истиснување, зрната континуирано се рафинираат, а зрната издолжени по правецот на истиснување се трансформираат во еквиаксијализирани прекристализирани зрна, а јачината на <100> текстурата на жицата постојано се зголемува.
2) Поради ефектот на зајакнување на фино зрно, механичките својства на легурата се подобруваат со зголемување на односот на истиснување. Во опсегот на тест параметри, кога односот на истиснување е 156, цврстината на истегнување и издолжувањето на легурата достигнуваат максимални вредности од 228 MPa и 26,9%, соодветно.
Сл.6 Морфологии на затегнувачка фрактура на легура на алуминиум 6063 по лиење и истиснување
3) Морфологијата на фрактурата на примерокот како излеан е составена од рамни површини и раскинати рабови. По истиснувањето, фрактурата е составена од голем број на изедначени дупчиња, а механизмот на фрактура се трансформира од кршлива фрактура во дуктилна фрактура.
Време на објавување: 30-11-2024 година
