Hliníková zliatina 6063 patrí do nízkolegovanej tepelne spracovateľnej hliníkovej zliatiny série Al-Mg-Si. Má vynikajúci výkon pri vytláčaní, dobrú odolnosť proti korózii a komplexné mechanické vlastnosti. Je tiež široko používaný v automobilovom priemysle kvôli jeho ľahkému oxidačnému sfarbeniu. So zrýchľovaním trendu ľahkých automobilov sa v automobilovom priemysle ďalej zvýšilo aj uplatnenie vytláčaných materiálov z hliníkovej zliatiny 6063.
Mikroštruktúra a vlastnosti extrudovaných materiálov sú ovplyvnené kombinovanými účinkami rýchlosti extrúzie, extrúznej teploty a extrúzneho pomeru. Medzi nimi je extrúzny pomer určený hlavne extrúznym tlakom, efektívnosťou výroby a výrobným zariadením. Keď je pomer vytláčania malý, deformácia zliatiny je malá a zjemnenie mikroštruktúry nie je zrejmé; zvýšenie extrúzneho pomeru môže výrazne zjemniť zrná, rozbiť hrubú druhú fázu, získať jednotnú mikroštruktúru a zlepšiť mechanické vlastnosti zliatiny.
Zliatiny hliníka 6061 a 6063 prechádzajú dynamickou rekryštalizáciou počas procesu extrúzie. Keď je teplota extrúzie konštantná, ako sa extrúzny pomer zvyšuje, veľkosť zrna sa zmenšuje, spevňujúca fáza je jemne rozptýlená a podľa toho sa zvyšuje pevnosť v ťahu a predĺženie zliatiny; keď sa však pomer vytláčania zvyšuje, zvyšuje sa aj vytláčacia sila potrebná na proces vytláčania, čo spôsobuje väčší tepelný efekt, čo spôsobuje zvýšenie vnútornej teploty zliatiny a zníženie výkonu produktu. Tento experiment študuje vplyv extrúzneho pomeru, najmä veľkého extrúzneho pomeru, na mikroštruktúru a mechanické vlastnosti hliníkovej zliatiny 6063.
1 Experimentálne materiály a metódy
Experimentálnym materiálom je hliníková zliatina 6063 a chemické zloženie je uvedené v tabuľke 1. Pôvodná veľkosť ingotu je Φ55 mm × 165 mm a po homogenizácii sa spracuje na extrúzny ingot s rozmermi Φ50 mm × 150 mm. ošetrenie pri 560 ℃ počas 6 hodín. Predvalok sa zahreje na 470 ℃ a udržiava sa v teple. Teplota predhrievania vytláčacieho valca je 420 ℃ a teplota predhrievania formy je 450 ℃. Keď rýchlosť extrúzie (rýchlosť pohybu extrúznej tyče) V=5 mm/s zostane nezmenená, vykoná sa 5 skupín testov rôznych pomerov extrúzie a pomery extrúzie R sú 17 (zodpovedajúce priemeru otvoru v matrici D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) a 156 (D=4 mm).
Tabuľka 1 Chemické zloženie zliatiny 6063 Al (hmotn./%)
Po brúsení brúsnym papierom a mechanickom leštení boli metalografické vzorky leptané HF činidlom s objemovou frakciou 40 % po dobu asi 25 s a metalografická štruktúra vzoriek bola pozorovaná na optickom mikroskope LEICA-5000. Vzorka na analýzu textúry s veľkosťou 10 mm x 10 mm sa odrezala zo stredu pozdĺžneho rezu extrudovanej tyče a vykonalo sa mechanické brúsenie a leptanie, aby sa odstránila vrstva povrchového napätia. Neúplné pólové obrazce troch kryštálových rovín {111}, {200} a {220} vzorky boli zmerané röntgenovým difrakčným analyzátorom X'Pert Pro MRD od PANalytical Company a údaje o textúre boli spracované a analyzované. pomocou softvéru X′Pert Data View a X′Pert Texture.
Ťahová vzorka liatej zliatiny bola odobratá zo stredu ingotu a ťahová vzorka bola po extrúzii narezaná v smere extrúzie. Veľkosť meranej plochy bola Φ4 mm x 28 mm. Skúška ťahom bola vykonaná pomocou univerzálneho stroja na skúšanie materiálov SANS CMT5105 s rýchlosťou ťahu 2 mm/min. Priemerná hodnota troch štandardných vzoriek sa vypočítala ako údaje o mechanických vlastnostiach. Morfológia lomu vzoriek v ťahu bola pozorovaná pomocou rastrovacieho elektrónového mikroskopu s nízkym zväčšením (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Výsledky a diskusia
Obrázok 1 znázorňuje metalografickú mikroštruktúru hliníkovej zliatiny 6063 v odliatom stave pred a po homogenizačnom spracovaní. Ako je znázornené na obrázku 1a, zrná α-Al v odliatej mikroštruktúre sa líšia veľkosťou, na hraniciach zŕn sa zhromažďuje veľké množstvo retikulárnych fáz β-Al9Fe2Si2 a vo vnútri zŕn existuje veľké množstvo zrnitých fáz Mg2Si. Po homogenizácii ingotu pri 560 ℃ počas 6 hodín sa nerovnovážna eutektická fáza medzi zliatinovými dendritmi postupne rozpustila, zliatinové prvky sa rozpustili v matrici, mikroštruktúra bola rovnomerná a priemerná veľkosť zrna bola asi 125 μm (obrázok 1b ).
Pred homogenizáciou
Po rovnomernej úprave pri 600 °C počas 6 hodín
Obr.1 Metalografická štruktúra hliníkovej zliatiny 6063 pred a po homogenizačnom spracovaní
Obrázok 2 ukazuje vzhľad tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi pomermi vytláčania. Ako je znázornené na obrázku 2, kvalita povrchu tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 vytláčaných rôznymi pomermi vytláčania je dobrá, najmä keď sa pomer vytláčania zvýši na 156 (čo zodpovedá výstupnej rýchlosti vytláčania tyčí 48 m/min), stále neexistujú žiadne chyby pri vytláčaní, ako sú praskliny a odlupovanie na povrchu tyče, čo naznačuje, že hliníková zliatina 6063 má tiež dobrý výkon pri tvárnení za tepla pri vysokých rýchlosť a veľký pomer extrúzie.
Obr.2 Vzhľad tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi pomermi vytláčania
Obrázok 3 ukazuje metalografickú mikroštruktúru pozdĺžneho rezu tyče z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi extrúznymi pomermi. Štruktúra zŕn tyče s rôznymi pomermi vytláčania vykazuje rôzne stupne predĺženia alebo zjemnenia. Keď je pomer extrúzie 17, pôvodné zrná sú predĺžené v smere extrúzie, sprevádzané tvorbou malého počtu rekryštalizovaných zŕn, ale zrná sú stále relatívne hrubé, s priemernou veľkosťou zŕn asi 85 μm (obrázok 3a). ; keď je extrúzny pomer 25, zrná sú štíhlejšie, počet rekryštalizovaných zŕn sa zvyšuje a priemerná veľkosť zŕn klesá na približne 71 μm (obrázok 3b); keď je extrúzny pomer 39, s výnimkou malého počtu deformovaných zŕn, mikroštruktúra je v podstate zložená z rovnoosých rekryštalizovaných zŕn nerovnakej veľkosti, s priemernou veľkosťou zŕn asi 60 μm (obrázok 3c); keď je extrúzny pomer 69, proces dynamickej rekryštalizácie je v podstate dokončený, hrubé pôvodné zrná sa úplne pretransformovali na rovnomerne štruktúrované rekryštalizované zrná a priemerná veľkosť zrna sa zjemnila na približne 41 μm (obrázok 3d); keď je extrúzny pomer 156, s úplným priebehom procesu dynamickej rekryštalizácie je mikroštruktúra rovnomernejšia a veľkosť zrna je značne upravená na približne 32 μm (obrázok 3e). So zvýšením extrúzneho pomeru proces dynamickej rekryštalizácie prebieha plnšie, mikroštruktúra zliatiny sa stáva rovnomernejšou a veľkosť zŕn sa výrazne zjemňuje (obrázok 3f).
Obr.3 Metalografická štruktúra a zrnitosť pozdĺžneho rezu tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi extrúznymi pomermi Obr.
Obrázok 4 ukazuje inverzné pólové čísla tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi pomermi vytláčania pozdĺž smeru vytláčania. Je možné vidieť, že všetky mikroštruktúry zliatinových tyčí s rôznymi pomermi vytláčania vytvárajú zjavnú preferenčnú orientáciu. Keď je pomer vytláčania 17, vytvorí sa slabšia textúra <115>+<100> (obrázok 4a); keď je pomer vytláčania 39, zložky textúry sú hlavne silnejšia textúra <100> a malé množstvo slabej textúry <115> (obrázok 4b); keď je pomer extrúzie 156, zložkami textúry sú textúra <100> s výrazne zvýšenou pevnosťou, zatiaľ čo textúra <115> zmizne (obrázok 4c). Štúdie ukázali, že tvárne centrované kubické kovy tvoria hlavne textúry <111> a <100> počas vytláčania a ťahania. Po vytvorení textúry mechanické vlastnosti zliatiny pri izbovej teplote vykazujú zjavnú anizotropiu. Pevnosť textúry sa zvyšuje so zvyšovaním pomeru vytláčania, čo naznačuje, že počet zŕn v určitom smere kryštálov paralelne so smerom vytláčania v zliatine sa postupne zvyšuje a pevnosť zliatiny v pozdĺžnom ťahu sa zvyšuje. Mechanizmy spevňovania materiálov vytláčaných za horúca zo zliatiny hliníka 6063 zahŕňajú spevnenie jemnej zrnitosti, spevnenie dislokácie, spevnenie textúry atď. V rámci rozsahu procesných parametrov použitých v tejto experimentálnej štúdii má zvýšenie pomeru vytláčania podporný účinok na vyššie uvedené mechanizmy spevnenia.
Obr.4 Schéma reverzného pólu tyčí z hliníkovej zliatiny 6063 s rôznymi pomermi extrúzie pozdĺž smeru extrúzie
Obrázok 5 je histogram ťahových vlastností hliníkovej zliatiny 6063 po deformácii pri rôznych extrúznych pomeroch. Pevnosť v ťahu liatej zliatiny je 170 MPa a predĺženie je 10,4 %. Pevnosť v ťahu a predĺženie zliatiny po extrúzii sa výrazne zlepšujú a pevnosť v ťahu a ťažnosť sa postupne zvyšujú so zvyšujúcim sa pomerom extrúzie. Keď je extrúzny pomer 156, pevnosť v ťahu a predĺženie zliatiny dosiahne maximálnu hodnotu, ktorá je 228 MPa a 26,9 %, čo je asi o 34 % vyššia pevnosť v ťahu ako je pevnosť liatej zliatiny a asi o 158 % vyššia ako predĺženie. Pevnosť v ťahu hliníkovej zliatiny 6063 získaná veľkým extrúznym pomerom je blízka hodnote pevnosti v ťahu (240 MPa) získanej 4-prechodovou uhlovou extrúziou s rovnakým kanálom (ECAP), ktorá je oveľa vyššia ako hodnota pevnosti v ťahu (171,1 MPa). získané 1-prechodovou ECAP extrúziou hliníkovej zliatiny 6063. Je vidieť, že veľký extrúzny pomer môže do určitej miery zlepšiť mechanické vlastnosti zliatiny.
Zlepšenie mechanických vlastností zliatiny extrúznym pomerom pochádza hlavne zo spevnenia zjemnenia zrna. Keď sa pomer vytláčania zvyšuje, zrná sa zjemňujú a hustota dislokácií sa zvyšuje. Viac hraníc zŕn na jednotku plochy môže účinne brániť pohybu dislokácií v kombinácii so vzájomným pohybom a zapletením dislokácií, čím sa zlepší pevnosť zliatiny. Čím sú zrná jemnejšie, tým sú hranice zŕn kľukaté a plastická deformácia sa môže rozptýliť do viacerých zŕn, čo neprospieva ani tvorbe trhlín, nieto šíreniu trhlín. Počas procesu lomu môže byť absorbované viac energie, čím sa zlepší plasticita zliatiny.
Obr.5 Ťahové vlastnosti hliníkovej zliatiny 6063 po odlievaní a extrúzii
Morfológia ťahového lomu zliatiny po deformácii s rôznymi extrúznymi pomermi je znázornená na obrázku 6. V morfológii lomu odliatej vzorky neboli zistené žiadne jamky (obrázok 6a) a lom pozostával hlavne z plochých plôch a trhacích hrán. , čo naznačuje, že mechanizmus lomu v ťahu odliatej zliatiny bol hlavne krehký lom. Morfológia lomu zliatiny po extrúzii sa výrazne zmenila a lom pozostáva z veľkého počtu rovnoosých priehlbín, čo naznačuje, že mechanizmus lomu zliatiny po extrúzii sa zmenil z krehkého lomu na tvárny lom. Keď je pomer vytláčania malý, jamky sú plytké a veľkosť jamiek je veľká a rozloženie je nerovnomerné; keď sa pomer vytláčania zvyšuje, počet jamiek sa zvyšuje, veľkosť jamiek je menšia a distribúcia je rovnomerná (obrázok 6b~f), čo znamená, že zliatina má lepšiu plasticitu, čo je v súlade s výsledkami testu mechanických vlastností vyššie.
3 Záver
V tomto experimente boli analyzované účinky rôznych extrúznych pomerov na mikroštruktúru a vlastnosti hliníkovej zliatiny 6063 za podmienky, že veľkosť ingotu, teplota ohrevu ingotu a rýchlosť extrúzie zostali nezmenené. Závery sú nasledovné:
1) Dynamická rekryštalizácia nastáva v hliníkovej zliatine 6063 počas extrúzie za tepla. So zvýšením extrúzneho pomeru sa zrná kontinuálne zjemňujú a zrná predĺžené v smere extrúzie sa transformujú na rovnoosé rekryštalizované zrná a pevnosť textúry drôtu <100> sa neustále zvyšuje.
2) Vplyvom spevnenia jemného zrna sa mechanické vlastnosti zliatiny zlepšujú so zvýšením extrúzneho pomeru. V rozsahu skúšobných parametrov, pri extrúznom pomere 156, dosahuje pevnosť v ťahu a ťažnosť zliatiny maximálne hodnoty 228 MPa, respektíve 26,9 %.
Obr.6 Morfológie ťahového lomu hliníkovej zliatiny 6063 po odliatí a extrúzii
3) Morfológia lomu odliatej vzorky pozostáva z plochých oblastí a trhacích hrán. Po extrúzii je lom zložený z veľkého počtu rovnoosých jamiek a mechanizmus lomu sa transformuje z krehkého lomu na tvárny lom.
Čas odoslania: 30. novembra 2024
