6063 alumiiniseos kuuluu niukkaseosteiseen Al-Mg-Si-sarjan lämpökäsiteltyyn alumiiniseokseen. Sillä on erinomainen ekstruusiomuovauskyky, hyvä korroosionkestävyys ja kattavat mekaaniset ominaisuudet. Sitä käytetään myös laajalti autoteollisuudessa sen helpon hapetusvärjäyksen vuoksi. Kevyiden autojen trendin kiihtyessä myös 6063-alumiiniseoksen ekstruusiomateriaalien käyttö autoteollisuudessa on lisääntynyt entisestään.
Suulakepuristettujen materiaalien mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat ekstruusionopeuden, ekstruusiolämpötilan ja suulakepuristussuhteen yhteisvaikutukset. Niiden joukossa suulakepuristussuhde määräytyy pääasiassa ekstruusiopaineen, tuotannon tehokkuuden ja tuotantolaitteiden perusteella. Kun suulakepuristussuhde on pieni, lejeeringin muodonmuutos on pieni ja mikrorakenteen hienostuneisuus ei ole ilmeinen; Ekstruusiosuhteen lisääminen voi merkittävästi jalostaa rakeita, hajottaa karkean toisen faasin, saada tasaisen mikrorakenteen ja parantaa lejeeringin mekaanisia ominaisuuksia.
6061 ja 6063 alumiiniseokset käyvät läpi dynaamisen uudelleenkiteytymisen ekstruusioprosessin aikana. Kun suulakepuristuslämpötila on vakio, ekstruusiosuhteen kasvaessa raekoko pienenee, vahvistusfaasi on hienojakoinen ja lejeeringin vetolujuus ja venymä kasvavat vastaavasti; kuitenkin, kun suulakepuristussuhde kasvaa, myös suulakepuristusprosessiin tarvittava ekstruusiovoima kasvaa, mikä aiheuttaa suuremman lämpövaikutuksen, mikä aiheuttaa lejeeringin sisäisen lämpötilan nousun ja tuotteen suorituskyvyn heikkenemisen. Tässä kokeessa tutkitaan ekstruusiosuhteen, erityisesti suuren ekstruusiosuhteen, vaikutusta 6063-alumiiniseoksen mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin.
1 Kokeellinen materiaali ja menetelmät
Kokeellinen materiaali on 6063-alumiiniseos ja kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1. Valanteen alkuperäinen koko on Φ55 mm×165 mm, ja se jalostetaan homogenisoinnin jälkeen ekstruusioaihioksi, jonka koko on Φ50 mm×150 mm. käsittely 560 ℃:ssa 6 tuntia. Aihio kuumennetaan 470 ℃:seen ja pidetään lämpimänä. Suulakepuristimen esilämmityslämpötila on 420 ℃ ja muotin esilämmityslämpötila 450 ℃. Kun suulakepuristusnopeus (suulakepuristustangon liikkumisnopeus) V=5 mm/s pysyy muuttumattomana, suoritetaan 5 ryhmää eri puristussuhdetestejä ja suulakepuristussuhteet R ovat 17 (vastaa muotinreiän halkaisijaa D=12 mm), 25 (S = 10 mm), 39 (S = 8 mm), 69 (S = 6 mm) ja 156 (S = 4 mm).
Taulukko 1 6063 Al-lejeeringin kemialliset koostumukset (paino/%)
Hiomapaperin hionnan ja mekaanisen kiillotuksen jälkeen metallografiset näytteet syövytettiin HF-reagenssilla, jonka tilavuusosuus oli 40 %, noin 25 sekunnin ajan ja näytteiden metallografista rakennetta tarkkailtiin LEICA-5000 optisella mikroskoopilla. Suulakepuristetun tangon pituusleikkauksen keskeltä leikattiin rakenneanalyysinäyte, jonka koko oli 10 mm × 10 mm, ja suoritettiin mekaaninen hionta ja syövytys pintajännityskerroksen poistamiseksi. Näytteen kolmen kidetason {111}, {200} ja {220} epätäydelliset napaluvut mitattiin PANalytical Companyn X′Pert Pro MRD -röntgendiffraktioanalysaattorilla, ja tekstuuritiedot käsiteltiin ja analysoitiin. X′Pert Data View- ja X′Pert Texture -ohjelmistolla.
Valetun metalliseoksen vetonäyte otettiin valanteen keskeltä ja vetonäyte leikattiin ekstruusion jälkeen ekstruusiosuuntaa pitkin. Mitta-alueen koko oli Φ4 mm × 28 mm. Vetokoe suoritettiin SANS CMT5105 -yleismateriaalitestauskoneella, jonka vetonopeus oli 2 mm/min. Kolmen standardinäytteen keskiarvo laskettiin mekaanisten ominaisuuksien tiedoista. Vetonäytteiden murtumismorfologiaa tarkkailtiin käyttämällä pienen suurennoksen pyyhkäisyelektronimikroskooppia (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Tulokset ja keskustelu
Kuvio 1 esittää valettu 6063 -alumiiniseoksen metallografista mikrorakennetta ennen homogenointikäsittelyä ja sen jälkeen. Kuten kuvasta 1a näkyy, valetun mikrorakenteen α-Al-rakeiden koko vaihtelee, suuri määrä retikulaarisia β-Al9Fe2Si2-faaseja kerääntyy raerajoille ja rakeiden sisällä on suuri määrä rakeisia Mg2Si-faaseja. Kun harkkoa oli homogenoitu 560 ℃:ssa 6 tuntia, seosdendriittien välinen epätasapainoinen eutektinen faasi liukeni vähitellen, seosaineelementit liukenivat matriisiin, mikrorakenne oli tasainen ja keskimääräinen raekoko oli noin 125 μm (kuva 1b). ).
Ennen homogenointia
Tasoittamisen jälkeen 600°C:ssa 6 tunnin ajan
Kuva 1 6063-alumiiniseoksen metallografinen rakenne ennen ja jälkeen homogenointikäsittelyn
Kuva 2 esittää 6063 alumiiniseostankojen ulkonäköä eri puristussuhteilla. Kuten kuvasta 2 näkyy, eri puristussuhteilla puristettujen 6063 alumiiniseostangon pinnanlaatu on hyvä, varsinkin kun suulakepuristussuhde on nostettu arvoon 156 (vastaa tangon suulakepuristusnopeuteen 48 m/min), ei vieläkään ole suulakepuristusvirheitä, kuten halkeamia ja hilseilyä tangon pinnassa, mikä osoittaa, että myös 6063 alumiiniseos sillä on hyvä kuumapuristusmuovauskyky suurella nopeudella ja suurella ekstruusiosuhteella.
Kuva 2 Eri puristussuhteilla olevien 6063-alumiiniseostankojen ulkonäkö
Kuva 3 esittää 6063 alumiiniseostangon pitkittäisleikkauksen metallografista mikrorakennetta erilaisilla suulakepuristussuhteilla. Tangon raerakenteessa eri puristussuhteilla on erilainen venymä tai hienousaste. Kun suulakepuristussuhde on 17, alkuperäiset rakeet venyvät suulakepuristussuunnassa, minkä seurauksena muodostuu pieni määrä uudelleenkiteytyneitä rakeita, mutta rakeet ovat silti suhteellisen karkeita ja niiden keskimääräinen raekoko on noin 85 μm (kuva 3a). ; kun suulakepuristussuhde on 25, rakeet vedetään ohuemmiksi, uudelleenkiteytyneiden rakeiden määrä kasvaa ja keskimääräinen raekoko pienenee noin 71 μm:iin (kuva 3b); kun suulakepuristussuhde on 39, lukuun ottamatta pientä määrää epämuodostuneita rakeita, mikrorakenne koostuu pohjimmiltaan tasaakselisista uudelleenkiteytetyistä rakeista, joiden koko on epätasainen ja joiden keskimääräinen raekoko on noin 60 μm (kuva 3c); kun suulakepuristussuhde on 69, dynaaminen uudelleenkiteytysprosessi on periaatteessa valmis, alkuperäiset karkeat rakeet ovat täysin muuttuneet tasarakenteisiksi uudelleenkiteytetyiksi rakeiksi ja keskimääräinen raekoko on jalostettu noin 41 μm:iin (kuva 3d); kun suulakepuristussuhde on 156, dynaamisen uudelleenkiteytysprosessin edetessä täysin, mikrorakenne on tasaisempi ja raekoko on suuresti jalostettu noin 32 μm:iin (kuva 3e). Ekstruusiosuhteen kasvaessa dynaaminen uudelleenkiteytysprosessi etenee täydellisemmin, lejeeringin mikrorakenne muuttuu tasaisemmaksi ja raekoko jalostuu merkittävästi (kuva 3f).
Kuva 3 Metallografinen rakenne ja raekoko pitkittäisleikkauksen 6063 alumiiniseostangot eri ekstruusiosuhteet
Kuva 4 esittää käänteiset napaluvut 6063 alumiiniseoksesta tangoista, joilla on erilaiset ekstruusiosuhteet ekstruusiosuuntaa pitkin. Voidaan nähdä, että metalliseostankojen mikrorakenteet, joilla on erilaiset ekstruusiosuhteet, tuottavat kaikki ilmeisen suositeltavan orientaation. Kun suulakepuristussuhde on 17, muodostuu heikompi rakenne 115+100 (kuvio 4a); kun suulakepuristussuhde on 39, rakennekomponentit ovat pääasiassa vahvempi <100>-rakenne ja pieni määrä heikkoa <115>-rakennetta (kuvio 4b); kun suulakepuristussuhde on 156, rakennekomponentit ovat <100>-rakenne, jonka lujuus on merkittävästi kasvanut, kun taas <115>-tekstuuri katoaa (kuva 4c). Tutkimukset ovat osoittaneet, että pintakeskeiset kuutiometallit muodostavat pääasiassa <111>- ja <100>-lankakuvioita suulakepuristuksen ja vedon aikana. Kun rakenne on muodostunut, lejeeringin huonelämpötilan mekaaniset ominaisuudet osoittavat ilmeistä anisotropiaa. Rakenteen lujuus kasvaa ekstruusiosuhteen kasvaessa, mikä osoittaa, että rakeiden määrä tietyssä kidesuunnassa lejeeringin ekstruusiosuuntaan nähden kasvaa vähitellen ja lejeeringin pituussuuntainen vetolujuus kasvaa. 6063-alumiiniseoksesta valmistettujen kuumaekstruusiomateriaalien lujitusmekanismeja ovat hienorakeiden vahvistaminen, dislokaatiovahvistus, tekstuurin vahvistaminen jne. Tässä kokeellisessa tutkimuksessa käytettyjen prosessiparametrien sisällä suulakepuristussuhteen lisäämisellä on edistävä vaikutus edellä mainittuihin vahvistusmekanismeihin.
Kuva 4 Käänteinen napakaavio 6063-alumiiniseoksesta tangoista eri puristussuhteilla ekstruusiosuuntaa pitkin
Kuva 5 on histogrammi 6063-alumiiniseoksen vetoominaisuuksista muodonmuutoksen jälkeen erilaisilla ekstruusiosuhteilla. Valetun metalliseoksen vetolujuus on 170 MPa ja venymä 10,4 %. Seoksen vetolujuus ja venymä suulakepuristuksen jälkeen paranevat merkittävästi, ja vetolujuus ja venymä kasvavat vähitellen ekstruusiosuhteen kasvaessa. Kun suulakepuristussuhde on 156, lejeeringin vetolujuus ja venymä saavuttavat maksimiarvon, jotka ovat 228 MPa ja 26,9 %, mikä on noin 34 % korkeampi kuin valulejeeringin vetolujuus ja noin 158 % suurempi kuin venymä. Suurella ekstruusiosuhteella saadun 6063-alumiiniseoksen vetolujuus on lähellä vetolujuusarvoa (240 MPa), joka saadaan 4-pass equal channel Angular Extruusion (ECAP) avulla, joka on paljon suurempi kuin vetolujuusarvo (171,1 MPa). saatu 6063-alumiiniseoksen ECAP-ekstruusiolla. Voidaan nähdä, että suuri ekstruusiosuhde voi parantaa lejeeringin mekaanisia ominaisuuksia jossain määrin.
Seoksen mekaanisten ominaisuuksien parantaminen ekstruusiosuhteella johtuu pääasiassa rakeiden jalostusvahvistuksesta. Kun ekstruusiosuhde kasvaa, rakeet jalostuvat ja dislokaatiotiheys kasvaa. Enemmän raerajoja pinta-alayksikköä kohti voi tehokkaasti estää dislokaatioiden liikkumista yhdistettynä sijoiltaan siirtymien keskinäiseen liikkumiseen ja sotkeutumiseen, mikä parantaa lejeeringin lujuutta. Mitä hienojakoisemmat rakeet ovat, sitä mutkikkaammat raeraajat ovat, ja plastinen muodonmuutos voi levitä useampaan rakeeseen, mikä ei edistä halkeamien muodostumista, puhumattakaan halkeamien leviämisestä. Murtumisprosessin aikana voidaan absorboida enemmän energiaa, mikä parantaa lejeeringin plastisuutta.
Kuva 5 6063-alumiiniseoksen vetoominaisuudet valun ja suulakepuristuksen jälkeen
Seoksen vetomurtumamorfologia muodonmuutoksen jälkeen erilaisilla ekstruusiosuhteilla on esitetty kuvassa 6. Valettu näytteen murtumamorfologiassa ei löytynyt kuoppia (kuva 6a), ja murtuma koostui pääasiassa tasaisista alueista ja repeytyvistä reunoista. , mikä osoittaa, että valumetalliseoksen vetomurtumamekanismi oli pääasiassa hauras murtuma. Seoksen murtumismorfologia suulakepuristuksen jälkeen on muuttunut merkittävästi, ja murtuma koostuu suuresta määrästä tasaakselisia kuoppia, mikä osoittaa, että lejeeringin murtumismekanismi suulakepuristuksen jälkeen on muuttunut hauraasta murtumasta sitkeäksi murtumaksi. Kun suulakepuristussuhde on pieni, kuopat ovat matalia ja kuopan koko on suuri ja jakautuminen epätasainen; suulakepuristussuhteen kasvaessa kuoppien lukumäärä kasvaa, kuoppien koko on pienempi ja jakautuminen tasainen (kuva 6b-f), mikä tarkoittaa, että lejeeringillä on parempi plastisuus, mikä on yhdenmukainen yllä olevien mekaanisten ominaisuuksien testitulosten kanssa.
3 Johtopäätös
Tässä kokeessa analysoitiin eri ekstruusiosuhteiden vaikutuksia 6063-alumiiniseoksen mikrorakenteeseen ja ominaisuuksiin sillä ehdolla, että aihion koko, harkon kuumennuslämpötila ja suulakepuristusnopeus pysyivät muuttumattomina. Johtopäätökset ovat seuraavat:
1) Dynaaminen uudelleenkiteytyminen tapahtuu 6063-alumiiniseoksessa kuumaekstruusion aikana. Ekstruusiosuhteen kasvaessa rakeita jalostetaan jatkuvasti ja suulakepuristussuunnassa pitkänomaiset rakeet muuttuvat tasaakselisiksi uudelleenkiteytetyiksi rakeiksi ja <100>-langan rakenteen lujuus kasvaa jatkuvasti.
2) Hienorakeisen vahvistuksen vaikutuksesta lejeeringin mekaaniset ominaisuudet paranevat ekstruusiosuhteen kasvaessa. Testiparametrien alueella, kun ekstruusiosuhde on 156, lejeeringin vetolujuus ja venymä saavuttavat maksimiarvot 228 MPa ja 26,9 %.
Kuva 6 6063-alumiiniseoksen vetomurtumamorfologiat valun ja suulakepuristuksen jälkeen
3) Valetun näytteen murtumamorfologia koostuu tasaisista alueista ja repeytymisreunoista. Suulakepuristuksen jälkeen murtuma koostuu suuresta määrästä tasasuuntaisia kuoppia, ja murtumamekanismi muuttuu hauraasta murtumasta sitkeäksi murtumaksi.
Postitusaika: 30.11.2024
