Алуминиумската легура 6063 припаѓа на серијата нисколегирани алуминиумски легури Al-Mg-Si кои можат да се обработуваат со топлина. Има одлични перформанси на лиење со екструзија, добра отпорност на корозија и сеопфатни механички својства. Исто така, е широко користена во автомобилската индустрија поради лесното оксидативно боење. Со забрзувањето на трендот на лесни автомобили, примената на материјалите за екструдирање од алуминиумска легура 6063 во автомобилската индустрија дополнително се зголеми.
Микроструктурата и својствата на екструдираните материјали се под влијание на комбинираните ефекти на брзината на екструдирање, температурата на екструдирање и односот на екструдирање. Меѓу нив, односот на екструдирање главно се одредува од притисокот на екструдирање, ефикасноста на производството и опремата за производство. Кога односот на екструдирање е мал, деформацијата на легурата е мала и рафинирањето на микроструктурата не е очигледно; зголемувањето на односот на екструдирање може значително да ги рафинира зрната, да ја разбие грубата втора фаза, да добие униформа микроструктура и да ги подобри механичките својства на легурата.
Алуминиумските легури 6061 и 6063 претрпуваат динамична рекристализација за време на процесот на екструдирање. Кога температурата на екструдирање е константна, како што се зголемува односот на екструдирање, големината на зрната се намалува, фазата на зајакнување е фино дисперзирана, а затегнувачката цврстина и издолжувањето на легурата се зголемуваат соодветно; меѓутоа, како што се зголемува односот на екструдирање, силата на екструдирање потребна за процесот на екструдирање исто така се зголемува, предизвикувајќи поголем термички ефект, предизвикувајќи зголемување на внатрешната температура на легурата и намалување на перформансите на производот. Овој експеримент го проучува ефектот на односот на екструдирање, особено големиот однос на екструдирање, врз микроструктурата и механичките својства на алуминиумската легура 6063.
1 Експериментални материјали и методи
Експерименталниот материјал е алуминиумска легура 6063, а хемискиот состав е прикажан во Табела 1. Оригиналната големина на инготот е Φ55 mm×165 mm, и се преработува во екструзиона прачка со големина Φ50 mm×150 mm по хомогенизациски третман на 560 ℃ во тек на 6 часа. Предната прачка се загрева на 470 ℃ и се одржува топла. Температурата на претходно загревање на цилиндерот за екструзија е 420 ℃, а температурата на претходно загревање на калапот е 450 ℃. Кога брзината на екструзија (брзина на движење на екструзионата прачка) V=5 mm/s останува непроменета, се вршат 5 групи различни тестови за сооднос на екструзија, а соодносите на екструзија R се 17 (што одговара на дијаметарот на дупката на калапот D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) и 156 (D=4 mm).
Табела 1 Хемиски состави на легура од 6063 Al (тежински/%)
По брусењето со шмиргла и механичкото полирање, металографските примероци беа јоргани со HF реагенс со волуменска фракција од 40% во текот на околу 25 секунди, а металографската структура на примероците беше набљудувана на оптички микроскоп LEICA-5000. Примерок за анализа на текстура со големина од 10 mm×10 mm беше исечен од центарот на надолжниот пресек на екструдираната прачка, а беа извршени механичко брусење и јоргани за да се отстрани површинскиот слој на напрегање. Нецелосните полови фигури на трите кристални рамнини {111}, {200} и {220} од примерокот беа измерени со анализаторот на дифракција на Х-зраци X′Pert Pro MRD на компанијата PANalytical, а податоците за текстурата беа обработени и анализирани со софтверите X′Pert Data View и X′Pert Texture.
Затезниот примерок од леаната легура беше земен од центарот на инготот, а затезниот примерок беше исечен по насоката на екструдирање по екструдирањето. Големината на површината за мерење беше Φ4 mm×28 mm. Тестот за истегнување беше извршен со употреба на универзална машина за тестирање на материјали SANS CMT5105 со брзина на истегнување од 2 mm/мин. Просечната вредност на трите стандардни примероци беше пресметана како податоци за механичките својства. Морфологијата на фрактура на затезните примероци беше набљудувана со употреба на скенирачки електронски микроскоп со ниско зголемување (Quanta 2000, FEI, САД).
2 Резултати и дискусија
Слика 1 ја прикажува металографската микроструктура на леарната алуминиумска легура 6063 пред и по третманот со хомогенизација. Како што е прикажано на Слика 1а, α-Al зрната во леаната микроструктура варираат по големина, голем број ретикуларни β-Al9Fe2Si2 фази се собираат на границите на зрната, а голем број грануларни Mg2Si фази постојат во зрната. Откако инготот беше хомогенизиран на 560 ℃ во тек на 6 часа, нерамнотежната евтектичка фаза помеѓу дендритите на легурата постепено се раствори, елементите на легурата се растворија во матрицата, микроструктурата беше униформа, а просечната големина на зрната беше околу 125 μm (Слика 1б).
Пред хомогенизација
По униформен третман на 600°C во тек на 6 часа
Сл.1 Металографска структура на алуминиумска легура 6063 пред и по хомогенизацискиот третман
Слика 2 го прикажува изгледот на шипките од алуминиумска легура 6063 со различни соодноси на екструдирање. Како што е прикажано на Слика 2, квалитетот на површината на шипките од алуминиумска легура 6063 екструдирани со различни соодноси на екструдирање е добар, особено кога соодносот на екструдирање се зголемува на 156 (што одговара на брзината на излезот на екструдирање на шипката од 48 m/min), сè уште нема дефекти на екструдирање како што се пукнатини и лупење на површината на шипката, што укажува дека алуминиумската легура 6063 има и добри перформанси на формирање при топло екструдирање при голема брзина и голем сооднос на екструдирање.
Сл.2 Изглед на прачки од алуминиумска легура 6063 со различни соодноси на екструзија
Слика 3 ја прикажува металографската микроструктура на надолжниот пресек на шипката од алуминиумска легура 6063 со различни коефициенти на екструзија. Структурата на зрната на шипката со различни коефициенти на екструзија покажува различни степени на издолжување или рафинирање. Кога коефициентот на екструзија е 17, оригиналните зрна се издолжени по насоката на екструзија, придружено со формирање на мал број рекристализирани зрна, но зрната се сè уште релативно груби, со просечна големина на зрната од околу 85 μm (Слика 3а); кога коефициентот на екструзија е 25, зрната се потенки, бројот на рекристализирани зрна се зголемува, а просечната големина на зрната се намалува на околу 71 μm (Слика 3б); кога коефициентот на екструзија е 39, освен за мал број деформирани зрна, микроструктурата е во основа составена од еквиаксијални рекристализирани зрна со нееднаква големина, со просечна големина на зрната од околу 60 μm (Слика 3в); кога односот на екструзија 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 зрното е рафинирана на околу 41 μm (Слика 3d); кога односот на екструзија е 156, со целосниот напредок на процесот на динамичка рекристализација, микроструктурата е поуниформна, а големината на зрното е значително рафинирана на околу 32 μm (Слика 3e). Со зголемувањето на односот на екструзија, процесот на динамичка рекристализација продолжува поцелосно, микроструктурата на легурата станува поуниформна, а големината на зрното е значително рафинирана (Слика 3f).
Сл. 3 Металографска структура и големина на зрната на надолжниот пресек на прачки од алуминиумска легура 6063 со различни коефициенти на екструзија
Слика 4 ги прикажува инверзните поларни фигури на шипките од алуминиумска легура 6063 со различни коефициенти на екструзија долж насоката на екструзија. Може да се види дека микроструктурите на шипките од легура со различни коефициенти на екструзија произведуваат очигледна преференцијална ориентација. Кога коефициентот на екструзија е 17, се формира послаба текстура <115>+<100> (Слика 4а); кога коефициентот на екструзија е 39, компонентите на текстурата се главно посилната текстура <100> и мала количина на слаба текстура <115> (Слика 4б); кога коефициентот на екструзија е 156, компонентите на текстурата се текстура <100> со значително зголемена цврстина, додека текстурата <115> исчезнува (Слика 4в). Студиите покажаа дека кубните метали центрирани на лицето главно формираат текстури на жица <111> и <100> за време на екструзијата и влечењето. Откако ќе се формира текстурата, механичките својства на легурата на собна температура покажуваат очигледна анизотропија. Јачината на текстурата се зголемува со зголемување на коефициентот на екструзија, што укажува дека бројот на зрна во одредена насока на кристалот паралелно со насоката на екструзија во легурата постепено се зголемува, а надолжната затегнувачка цврстина на легурата се зголемува. Механизмите за зајакнување на материјалите за топло екструдирање од алуминиумска легура 6063 вклучуваат зајакнување на фини зрна, зајакнување на дислокации, зајакнување на текстура итн. Во рамките на опсегот на параметри на процесот што се користат во оваа експериментална студија, зголемувањето на коефициентот на екструзија има промотивен ефект врз горенаведените механизми на зајакнување.
Сл.4 Дијаграм на обратен пол на прачки од алуминиумска легура 6063 со различни соодноси на екструзија долж насоката на екструзија
Слика 5 е хистограм на затегнувачките својства на алуминиумската легура 6063 по деформација при различни соодноси на екструзија. Затезната цврстина на легурата е 170 MPa, а издолжувањето е 10,4%. Затезната цврстина и издолжувањето на легурата по екструдирањето се значително подобрени, а затезната цврстина и издолжувањето постепено се зголемуваат со зголемување на соодносот на екструдирање. Кога соодносот на екструдирање е 156, затезната цврстина и издолжувањето на легурата достигнуваат максимална вредност, која е 228 MPa и 26,9%, соодветно, што е околу 34% повисока од затезната цврстина на леарата и околу 158% повисока од издолжувањето. Затезната цврстина на алуминиумската легура 6063 добиена со голем сооднос на екструдирање е блиску до вредноста на затезната цврстина (240 MPa) добиена со аголна екструдирање со 4 премини со еднаков канал (ECAP), што е многу повисока од вредноста на затезната цврстина (171,1 MPa) добиена со ECAP екструдирање со 1 премин на алуминиумска легура 6063. Може да се види дека голем сооднос на екструдирање може да ги подобри механичките својства на легурата до одреден степен.
Подобрувањето на механичките својства на легурата преку коефициентот на екструзија главно доаѓа од зајакнување на рафинирањето на зрната. Како што се зголемува коефициентот на екструзија, зрната се рафинираат и густината на дислокациите се зголемува. Повеќе граници на зрната по единица површина можат ефикасно да го попречат движењето на дислокациите, во комбинација со меѓусебното движење и заплеткување на дислокациите, со што се подобрува цврстината на легурата. Колку се пофини зрната, толку се поизвиткани границите на зрната, а пластичната деформација може да се дисперзира во повеќе зрна, што не е погодно за формирање на пукнатини, а камоли за ширење на пукнатините. Повеќе енергија може да се апсорбира за време на процесот на кршење, со што се подобрува пластичноста на легурата.
Сл. 5 Својства на истегнување на алуминиумска легура 6063 по леење и истиснување
Морфологијата на затегнувачко кршење на легурата по деформација со различни коефициенти на екструзија е прикажана на Слика 6. Не се пронајдени вдлабнатини во морфологијата на фрактура на легурата како што е леана (Слика 6а), а фрактурата главно била составена од рамни површини и рабови на кинење, што укажува дека механизмот на затегнувачко кршење на легурата како што е леана била главно кршлива фрактура. Морфологијата на фрактура на легурата по екструзијата значително се променила, а фрактурата е составена од голем број еквиоксирани вдлабнатини, што укажува дека механизмот на фрактура на легурата по екструзијата се променил од кршлива фрактура во еластична фрактура. Кога коефициентот на екструзија е мал, вдлабнатините се плитки, а големината на вдлабнатината е голема, а распределбата е нееднаква; како што се зголемува коефициентот на екструзија, бројот на вдлабнатини се зголемува, големината на вдлабнатината е помала, а распределбата е униформна (Слика 6б~ѓ), 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 од различните соодноси на екструдирање врз микроструктурата и својствата на алуминиумската легура 6063 беа анализирани под услов големината на прачката, температурата на загревање на инготот и брзината на екструдирање да останат непроменети. Заклучоците се следниве:
1) Динамичка рекристализација се јавува во алуминиумска легура 6063 за време на топло екструдирање. Со зголемување на коефициентот на екструдирање, зрната континуирано се рафинираат, а зрната издолжени по должината на насоката на екструдирање се трансформираат во еквиоксирани рекристализирани зрна, а цврстината на текстурата на жицата <100> континуирано се зголемува.
2) Поради ефектот на зајакнување на фините зрна, механичките својства на легурата се подобруваат со зголемување на коефициентот на екструзија. Во опсегот на параметрите за тестирање, кога коефициентот на екструзија е 156, затегнувачката цврстина и издолжувањето на легурата достигнуваат максимални вредности од 228 MPa и 26,9%, соодветно.
Сл.6 Морфологии на затегнувачка фрактура на алуминиумска легура 6063 по леење и екструдирање
3) Морфологијата на фрактурата на леаниот примерок е составена од рамни површини и рабови на кинење. По екструзијата, фрактурата е составена од голем број еквиаксијални вдлабнатини, а механизмот на фрактура се трансформира од кршлива фрактура во дуктилна фрактура.
Време на објавување: 30 ноември 2024 година
