Aluminijeva zlitina 6063 spada v nizko legirano aluminijevo zlitino serije Al-Mg-Si, ki jo je mogoče toplotno obdelati. Ima odlično zmogljivost iztiskanja, dobro odpornost proti koroziji in celovite mehanske lastnosti. Veliko se uporablja tudi v avtomobilski industriji zaradi enostavnega oksidacijskega barvanja. S pospeševanjem trenda lahkih avtomobilov se je uporaba ekstrudiranih materialov iz aluminijeve zlitine 6063 v avtomobilski industriji še dodatno povečala.
Na mikrostrukturo in lastnosti ekstrudiranih materialov vplivajo kombinirani učinki hitrosti ekstrudiranja, temperature ekstrudiranja in razmerja ekstrudiranja. Med njimi je razmerje ekstrudiranja v glavnem določeno s tlakom ekstrudiranja, učinkovitostjo proizvodnje in proizvodno opremo. Ko je razmerje iztiskanja majhno, je deformacija zlitine majhna in izboljšanje mikrostrukture ni očitno; povečanje razmerja iztiskanja lahko znatno prečisti zrna, razbije grobo drugo fazo, pridobi enotno mikrostrukturo in izboljša mehanske lastnosti zlitine.
Aluminijeve zlitine 6061 in 6063 so med postopkom iztiskanja podvržene dinamični rekristalizaciji. Ko je temperatura iztiskanja konstantna, ko se razmerje iztiskanja poveča, se velikost zrn zmanjša, ojačitvena faza je fino razpršena, natezna trdnost in raztezek zlitine pa se ustrezno povečata; ko pa se razmerje iztiskanja poveča, se poveča tudi sila iztiskanja, potrebna za postopek iztiskanja, kar povzroči večji toplotni učinek, povzroči dvig notranje temperature zlitine in zmanjšanje zmogljivosti izdelka. Ta poskus preučuje učinek razmerja iztiskanja, zlasti velikega razmerja iztiskanja, na mikrostrukturo in mehanske lastnosti aluminijeve zlitine 6063.
1 Eksperimentalni materiali in metode
Eksperimentalni material je aluminijeva zlitina 6063, kemična sestava pa je prikazana v tabeli 1. Prvotna velikost ingota je Φ55 mm × 165 mm, po homogenizaciji pa se predela v ekstruzijsko gredico z velikostjo Φ50 mm × 150 mm. obdelava pri 560 ℃ 6 ur. Gredico segrejemo na 470 ℃ in ohranjamo toplo. Temperatura predgretja ekstruzijske cevi je 420 ℃, temperatura predgretja kalupa pa 450 ℃. Ko hitrost iztiskanja (hitrost premikanja palice za iztiskanje) V = 5 mm/s ostane nespremenjena, se izvede 5 skupin različnih preskusov razmerja iztiskanja, razmerja iztiskanja R pa so 17 (kar ustreza premeru luknje D = 12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) in 156 (D=4 mm).
Preglednica 1 Kemične sestave zlitine 6063 Al (mas./%)
Po brušenju z brusnim papirjem in mehanskem poliranju smo metalografske vzorce jedkali s HF reagentom z volumskim deležem 40 % približno 25 s in opazovali metalografsko strukturo vzorcev na optičnem mikroskopu LEICA-5000. Vzorec za analizo teksture z velikostjo 10 mm × 10 mm je bil izrezan iz središča vzdolžnega prereza ekstrudirane palice in opravljeno je bilo mehansko brušenje in jedkanje, da se odstrani sloj površinske napetosti. Nepopolne polne figure treh kristalnih ravnin {111}, {200} in {220} vzorca so bile izmerjene z rentgenskim difrakcijskim analizatorjem X′Pert Pro MRD podjetja PANalytical Company, podatki o teksturi pa so bili obdelani in analizirani s programsko opremo X′Pert Data View in X′Pert Texture.
Natezni vzorec lite zlitine je bil vzet iz središča ingota, natezni vzorec pa je bil po iztiskanju odrezan vzdolž smeri iztiskanja. Velikost merilne površine je bila Φ4 mm × 28 mm. Natezni preizkus je bil izveden z uporabo univerzalne naprave za testiranje materialov SANS CMT5105 z natezno hitrostjo 2 mm/min. Povprečna vrednost treh standardnih vzorcev je bila izračunana kot podatek o mehanskih lastnostih. Morfologijo loma nateznih vzorcev smo opazovali z uporabo vrstičnega elektronskega mikroskopa z majhno povečavo (Quanta 2000, FEI, ZDA).
2 Rezultati in razprava
Slika 1 prikazuje metalografsko mikrostrukturo ulite aluminijeve zlitine 6063 pred in po homogenizacijski obdelavi. Kot je prikazano na sliki 1a, se zrna α-Al v uliti mikrostrukturi razlikujejo po velikosti, na mejah zrn se zbira veliko število retikularnih faz β-Al9Fe2Si2, znotraj zrn pa obstaja veliko število zrnatih faz Mg2Si. Po 6-urni homogenizaciji ingota pri 560 ℃ se je neravnovesna evtektična faza med dendritom zlitine postopoma raztopila, elementi zlitine so se raztopili v matrici, mikrostruktura je bila enotna in povprečna velikost zrn je bila približno 125 μm (slika 1b). ).
Pred homogenizacijo
Po uniformni obdelavi pri 600 °C 6 ur
Slika 1 Metalografska struktura aluminijeve zlitine 6063 pred in po homogenizacijski obdelavi
Slika 2 prikazuje videz palic iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi ekstrudijskimi razmerji. Kot je prikazano na sliki 2, je kakovost površine palic iz aluminijeve zlitine 6063, ekstrudiranih z različnimi razmerji iztiskanja, dobra, zlasti ko se razmerje iztiskanja poveča na 156 (kar ustreza izhodni hitrosti iztiskanja palic 48 m/min), še vedno ni ekstrudijske napake, kot so razpoke in luščenje na površini palice, kar kaže, da je tudi aluminijeva zlitina 6063 ima dobro zmogljivost vročega iztiskanja pri visoki hitrosti in velikem razmerju iztiskanja.
Slika 2 Videz palic iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi razmerji iztiskanja
Slika 3 prikazuje metalografsko mikrostrukturo vzdolžnega prereza palice iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi ekstrudijskimi razmerji. Zrnata struktura palice z različnimi ekstrudijskimi razmerji kaže različne stopnje raztezka ali rafiniranosti. Ko je razmerje iztiskanja 17, so prvotna zrna podolgovata vzdolž smeri iztiskanja, kar spremlja tvorba majhnega števila rekristaliziranih zrn, vendar so zrna še vedno relativno groba, s povprečno velikostjo zrn okoli 85 μm (slika 3a) ; ko je ekstruzijsko razmerje 25, so zrna bolj vitka, število rekristaliziranih zrn se poveča in povprečna velikost zrn se zmanjša na približno 71 μm (slika 3b); ko je ekstruzijsko razmerje 39, razen majhnega števila deformiranih zrn, je mikrostruktura v bistvu sestavljena iz enakoosnih rekristaliziranih zrn neenakomerne velikosti, s povprečno velikostjo zrn približno 60 μm (slika 3c); ko je ekstruzijsko razmerje 69, je proces dinamične rekristalizacije v bistvu zaključen, groba prvotna zrna so bila popolnoma preoblikovana v enakomerno strukturirana rekristalizirana zrna in povprečna velikost zrn je rafinirana na približno 41 μm (slika 3d); ko je ekstruzijsko razmerje 156, je s polnim napredkom procesa dinamične rekristalizacije mikrostruktura bolj enotna, velikost zrn pa je močno prečiščena na približno 32 μm (slika 3e). S povečanjem ekstruzijskega razmerja poteka dinamični proces rekristalizacije bolj celovito, mikrostruktura zlitine postane bolj enakomerna, velikost zrn pa se bistveno izboljša (slika 3f).
Slika 3 Metalografska struktura in velikost zrn vzdolžnega prereza palic iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi ekstrudijskimi razmerji
Slika 4 prikazuje inverzne polne številke palic iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi razmerji iztiskanja vzdolž smeri iztiskanja. Vidimo lahko, da vse mikrostrukture legiranih palic z različnimi ekstrudijskimi razmerji ustvarjajo očitno prednostno orientacijo. Ko je ekstruzijsko razmerje 17, nastane šibkejša <115>+<100> tekstura (slika 4a); ko je razmerje ekstrudiranja 39, so komponente teksture večinoma močnejša <100> tekstura in majhna količina šibke <115> teksture (slika 4b); ko je ekstruzijsko razmerje 156, so komponente teksture <100> tekstura z znatno povečano trdnostjo, medtem ko <115> tekstura izgine (slika 4c). Študije so pokazale, da kubične kovine s središčem na ploskvah med iztiskanjem in vlečenjem večinoma tvorijo <111> in <100> žične teksture. Ko je tekstura oblikovana, mehanske lastnosti zlitine pri sobni temperaturi kažejo očitno anizotropijo. Trdnost teksture se povečuje s povečanjem razmerja iztiskanja, kar kaže, da se število zrn v določeni kristalni smeri, vzporedni s smerjo iztiskanja v zlitini, postopoma povečuje, vzdolžna natezna trdnost zlitine pa se povečuje. Ojačitveni mehanizmi materialov za vroče iztiskanje iz aluminijeve zlitine 6063 vključujejo ojačitev finih zrn, ojačitev dislokacij, ojačitev teksture itd. Znotraj obsega procesnih parametrov, uporabljenih v tej eksperimentalni študiji, ima povečanje razmerja iztiskanja pospeševalni učinek na zgornje ojačitvene mehanizme.
Slika 4 Diagram vzvratnega pola palic iz aluminijeve zlitine 6063 z različnimi razmerji iztiskanja vzdolž smeri iztiskanja
Slika 5 je histogram nateznih lastnosti aluminijeve zlitine 6063 po deformaciji pri različnih razmerjih iztiskanja. Natezna trdnost ulite zlitine je 170 MPa, raztezek pa 10,4 %. Natezna trdnost in raztezek zlitine po iztiskanju se znatno izboljšata, natezna trdnost in raztezek pa postopoma naraščata s povečanjem razmerja iztiskanja. Ko je razmerje ekstrudiranja 156, natezna trdnost in raztezek zlitine dosežeta največjo vrednost, ki sta 228 MPa oziroma 26,9 %, kar je približno 34 % višje od natezne trdnosti lite zlitine in približno 158 % višje od raztezek. Natezna trdnost aluminijeve zlitine 6063, pridobljena z velikim razmerjem iztiskanja, je blizu vrednosti natezne trdnosti (240 MPa), pridobljene s 4-prehodnim enakokanalnim kotnim iztiskanjem (ECAP), kar je veliko višje od vrednosti natezne trdnosti (171,1 MPa) pridobljen z 1-prehodno ECAP ekstruzijo aluminijeve zlitine 6063. Vidimo lahko, da lahko veliko razmerje iztiskanja do določene mere izboljša mehanske lastnosti zlitine.
Izboljšanje mehanskih lastnosti zlitine z razmerjem iztiskanja v glavnem izhaja iz krepitve rafiniranosti zrn. Ko se ekstruzijsko razmerje poveča, se zrna rafinirajo in gostota dislokacij se poveča. Več meja zrn na enoto površine lahko učinkovito ovira gibanje dislokacij v kombinaciji z medsebojnim gibanjem in prepletanjem dislokacij, s čimer se izboljša trdnost zlitine. Bolj kot so zrna drobna, bolj zavite so meje zrn in plastična deformacija se lahko razprši v več zrn, kar ne vodi do nastanka razpok, kaj šele do širjenja razpok. Med postopkom loma se lahko absorbira več energije, s čimer se izboljša plastičnost zlitine.
Slika 5 Natezne lastnosti aluminijeve zlitine 6063 po litju in iztiskanju
Natezna morfologija loma zlitine po deformaciji z različnimi ekstrudijskimi razmerji je prikazana na sliki 6. V morfologiji loma ulitega vzorca (slika 6a) ni bilo najdenih vdolbin, lom pa je bil v glavnem sestavljen iz ravnih območij in trgajočih robov , kar kaže, da je bil mehanizem nateznega loma ulite zlitine predvsem krhek lom. Morfologija loma zlitine po iztiskanju se je bistveno spremenila in lom je sestavljen iz velikega števila enakoosnih vdolbin, kar kaže, da se je mehanizem loma zlitine po iztiskanju spremenil iz krhkega v duktilni lom. Ko je razmerje iztiskanja majhno, so vdolbine plitke in velikost vdolbine je velika, porazdelitev pa je neenakomerna; ko se razmerje iztiskanja poveča, se število vdolbin poveča, velikost vdolbinic je manjša in porazdelitev je enakomerna (slika 6b~f), kar pomeni, da ima zlitina boljšo plastičnost, kar je skladno z zgornjimi rezultati preskusa mehanskih lastnosti.
3 Zaključek
V tem poskusu so bili analizirani učinki različnih razmerij iztiskanja na mikrostrukturo in lastnosti aluminijeve zlitine 6063 pod pogojem, da so velikost gredice, temperatura segrevanja ingota in hitrost iztiskanja ostali nespremenjeni. Sklepi so naslednji:
1) V aluminijevi zlitini 6063 med vročim iztiskanjem pride do dinamične rekristalizacije. S povečanjem ekstruzijskega razmerja se zrna nenehno rafinirajo, zrna, podaljšana vzdolž smeri iztiskanja, pa se spremenijo v enakoosna rekristalizirana zrna, trdnost <100> teksture žice pa se nenehno povečuje.
2) Zaradi učinka finozrnatega utrjevanja se mehanske lastnosti zlitine izboljšajo s povečanjem razmerja iztiskanja. Znotraj območja preskusnih parametrov, ko je razmerje iztiskanja 156, natezna trdnost in raztezek zlitine dosežeta največje vrednosti 228 MPa oziroma 26,9%.
Slika 6 Morfologije nateznega loma aluminijeve zlitine 6063 po litju in iztiskanju
3) Morfologija zloma ulitega vzorca je sestavljena iz ravnih površin in robov trganja. Po iztiskanju je zlom sestavljen iz velikega števila enakoosnih vdolbin, mehanizem zloma pa se spremeni iz krhkega v duktilni zlom.
Čas objave: 30. nov. 2024
