Το κράμα αλουμινίου 6063 ανήκει στο χαμηλό κράμα αλουμινίου με χαμηλή περιπλανώμενη σειρά αλουμινίου. Έχει εξαιρετική απόδοση χύτευσης εξώθησης, καλή αντοχή στη διάβρωση και ολοκληρωμένες μηχανικές ιδιότητες. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία λόγω του εύκολου χρωματισμού οξείδωσης. Με την επιτάχυνση της τάσης των ελαφρών αυτοκινήτων, η εφαρμογή υλικών εξώθησης κράματος αλουμινίου 6063 στην αυτοκινητοβιομηχανία αυξήθηκε επίσης περαιτέρω.
Η μικροδομή και οι ιδιότητες των εξωθημένων υλικών επηρεάζονται από τα συνδυασμένα αποτελέσματα της ταχύτητας εξώθησης, της θερμοκρασίας εξώθησης και της αναλογίας εξώθησης. Μεταξύ αυτών, ο λόγος εξώθησης καθορίζεται κυρίως από την πίεση εξώθησης, την αποτελεσματικότητα της παραγωγής και τον εξοπλισμό παραγωγής. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι μικρός, η παραμόρφωση του κράματος είναι μικρή και η βελτίωση της μικροδομής δεν είναι προφανής. Η αύξηση του λόγου εξώθησης μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τους κόκκους, να σπάσει τη δεύτερη φάση, να αποκτήσει ομοιόμορφη μικροδομή και να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος.
6061 και 6063 κράματα αλουμινίου υποβάλλονται σε δυναμική ανακρυστάλλωση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξώθησης. Όταν η θερμοκρασία εξώθησης είναι σταθερή, καθώς αυξάνεται ο λόγος εξώθησης, το μέγεθος των κόκκων μειώνεται, η φάση ενίσχυσης διασκορπίζεται με λεπτό τρόπο και η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος αυξάνονται ανάλογα. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται ο λόγος εξώθησης, η δύναμη εξώθησης που απαιτείται για τη διαδικασία εξώθησης αυξάνεται επίσης, προκαλώντας μεγαλύτερη θερμική επίδραση, προκαλώντας μείωση της εσωτερικής θερμοκρασίας του κράματος και η απόδοση του προϊόντος. Αυτό το πείραμα μελετά την επίδραση του λόγου εξώθησης, ιδιαίτερα της μεγάλης αναλογίας εξώθησης, της μικροδομής και των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος αλουμινίου 6063.
1 πειραματικά υλικά και μεθόδους
Το πειραματικό υλικό είναι το κράμα αλουμινίου 6063 και η χημική σύνθεση φαίνεται στον Πίνακα 1. Το αρχικό μέγεθος του πλινσίου είναι φ55 mm χ 165 mm και επεξεργάζεται σε ένα δοχείο εξώθησης με μέγεθος Φ50 mm × 150 mm μετά την ομογενοποίηση θεραπεία σε 560 ℃ για 6 ώρες. Το μπιλιάρδο θερμαίνεται στα 470 ℃ και διατηρείται ζεστό. Η θερμοκρασία προθέρμανσης του βαρελιού εξώθησης είναι 420 ℃, και η θερμοκρασία προθέρμανσης του καλουπιού είναι 450 ℃. Όταν η ταχύτητα εξώθησης (ταχύτητα μετακίνησης της ράβδου εξώθησης) V = 5 mm/s παραμένει αμετάβλητη, πραγματοποιούνται 5 ομάδες διαφορετικών δοκιμών εξώθησης και οι αναλογίες εξώθησης R είναι 17 (που αντιστοιχούν στη διάμετρο οπής D = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) και 156 (d = 4 mm).
Πίνακας 1 Χημικές συνθέσεις 6063 Ally AL (WT/%)
Μετά την λείανση του γυαλιού και τη μηχανική στίλβωση, τα μεταλλογραφικά δείγματα χαραγμένα με αντιδραστήριο HF με ένα κλάσμα όγκου 40% για περίπου 25 s και η μεταλλογραφική δομή των δειγμάτων παρατηρήθηκε σε οπτικό μικροσκόπιο Leica-5000. Ένα δείγμα ανάλυσης υφής με μέγεθος 10 mm χ 10 mm κόπηκε από το κέντρο του διαμήκους τμήματος της εξωθημένης ράβδου και διεξήχθη μηχανική άλεση και χάραξη για να απομακρυνθεί το στρώμα επιφανειακής τάσης. Τα ελλιπή στοιχεία των τριών κρυστάλλων {111}, {200} και {220} του δείγματος μετρήθηκαν από τον αναλυτή περίθλασης ακτίνων Χ ακτίνων Χ του X'pert Pro MRD της παράλυτης εταιρείας και τα δεδομένα υφής υποβλήθηκαν σε επεξεργασία και επεξεργάστηκε από την προβολή δεδομένων X'pert και το λογισμικό Texture X'pert.
Το δείγμα εφελκυσμού του κράματος χύτευσης ελήφθη από το κέντρο της διαμάχης και το δείγμα εφελκυσμού κόπηκε κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης μετά την εξώθηση. Το μέγεθος της περιοχής του μετρητή ήταν φ4 mm × 28 mm. Η δοκιμή εφελκυσμού διεξήχθη χρησιμοποιώντας ένα μηχάνημα δοκιμών SANS CMT5105 καθολικού υλικού με ρυθμό εφελκυσμού 2 mm/min. Η μέση τιμή των τριών τυποποιημένων δειγμάτων υπολογίστηκε ως τα δεδομένα μηχανικής ιδιοκτησίας. Η μορφολογία θραύσης των δειγμάτων εφελκυσμού παρατηρήθηκε χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης χαμηλής μαγνητοποίησης (Quanta 2000, FEI, USA).
2 αποτελέσματα και συζήτηση
Το σχήμα 1 δείχνει τη μεταλλογραφική μικροδομή του κράματος αλουμινίου AS-CAST 6063 πριν και μετά την επεξεργασία ομογενοποίησης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1Α, οι κόκκοι α-ΑΛ στη μικροδομή AS-CAST ποικίλλουν σε μέγεθος, ένας μεγάλος αριθμός δικτυωτών β-AL9FE2SI2 φάσεων συγκεντρώνονται στα όρια των κόκκων και ένας μεγάλος αριθμός κοκκοποιών φάσεων MG2SI υπάρχουν μέσα στους κόκκους. Μετά την ομογενοποιημένη ομογενοποιήθηκαν στις 560 ℃ για 6 ώρες, η μη ισορροπία ευτηκτική φάση μεταξύ των δενδριτών κράματος σταδιακά διαλύθηκε, τα στοιχεία κράματος που διαλύθηκαν στη μήτρα, η μικροδομή ήταν ομοιόμορφη και το μέσο μέγεθος των κόκκων ήταν περίπου 125 μm (Σχήμα 1b ).
Πριν από ομογενοποίηση
Μετά από ομοιόμορφη θεραπεία στους 600 ° C για 6 ώρες
Εικ.1 Μεταλογραφική δομή του κράματος αλουμινίου 6063 πριν και μετά την ομογενοποίηση
Το σχήμα 2 δείχνει την εμφάνιση 6063 ράβδων κράματος αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, η ποιότητα επιφάνειας των 6063 αλουμινίου αλουμινίου που εξωθούνται με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης είναι καλή, ειδικά όταν ο λόγος εξώθησης αυξάνεται σε 156 (που αντιστοιχεί στην ταχύτητα εξόδου εξώθησης των ράβδων 48 m/min), δεν υπάρχουν ακόμα όχι Ελαττώματα εξώθησης όπως ρωγμές και ξεφλούδισμα στην επιφάνεια της ράβδου, υποδεικνύοντας ότι το κράμα αλουμινίου 6063 έχει επίσης καλή καυτή απόδοση εξώθησης με υψηλή ταχύτητα και μεγάλο λόγο εξώθησης.
Εικ.2 εμφάνιση 6063 ράβδων κράματος αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης
Το σχήμα 3 δείχνει τη μεταλλογραφική μικροδομή του διαμήκους τμήματος της ράβδου κράματος αλουμινίου 6063 με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Η δομή των κόκκων της ράβδου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης δείχνει διαφορετικούς βαθμούς επιμήκυνσης ή βελτίωσης. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 17, οι αρχικοί κόκκοι επιμηκύνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης, συνοδευόμενοι από το σχηματισμό μικρού αριθμού ανακρυσταλλοποιημένων κόκκων, αλλά οι κόκκοι εξακολουθούν να είναι σχετικά χονδροειδείς, με μέσο μέγεθος κόκκων περίπου 85 μm (Σχήμα 3Α) ; Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 25, οι κόκκοι τραβούν πιο λεπτό, ο αριθμός των ανακρυσταλλοποιημένων κόκκων αυξάνεται και το μέσο μέγεθος των κόκκων μειώνεται σε περίπου 71 μm (Σχήμα 3Β). Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 39, εκτός από ένα μικρό αριθμό παραμορφωμένων κόκκων, η μικροδομή αποτελείται βασικά από ισορροπημένους ανακρυσταλλοποιημένους κόκκους ανομοιόμορφου μεγέθους, με μέσο μέγεθος κόκκων περίπου 60 μm (Εικόνα 3C). Όταν η αναλογία εξώθησης είναι 69, η δυναμική διαδικασία ανακρυστάλλωσης ολοκληρώνεται βασικά, οι χονδροειδείς αρχικοί κόκκοι έχουν μετατραπεί πλήρως σε ομοιόμορφα δομημένους ανακρυσταλλοποιημένους κόκκους και το μέσο μέγεθος κόκκων εξευγενίζεται σε περίπου 41 μm (Εικόνα 3D). Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, με την πλήρη πρόοδο της δυναμικής διαδικασίας ανακρυστάλλωσης, η μικροδομή είναι πιο ομοιόμορφη και το μέγεθος των κόκκων είναι σε μεγάλο βαθμό εκλεπτυσμένη σε περίπου 32 μm (Σχήμα 3Ε). Με την αύξηση του λόγου εξώθησης, η δυναμική διαδικασία ανακρυστάλλωσης προχωράει πληρέστερα, η μικροδομή κράματος γίνεται πιο ομοιόμορφη και το μέγεθος των κόκκων είναι σημαντικά εξευγενισμένη (Εικόνα 3F).
Εικ.3 Μεταλογραφική δομή και μέγεθος κόκκων διαμήκους τμήματος 6063 ράβδων κράματος αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης
Το Σχήμα 4 δείχνει τα αντίστροφα σημεία πόλων 6063 ράβδων κράματος αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης. Μπορεί να φανεί ότι οι μικροδομές των κραμάτων ράβδων με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης παράγουν προφανή προτιμησιακό προσανατολισμό. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 17, σχηματίζεται μια ασθενέστερη <115>+<100> υφή (Σχήμα 4Α). Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 39, τα εξαρτήματα υφής είναι κυρίως η ισχυρότερη <100> υφή και μια μικρή ποσότητα ασθενούς <115> υφή (Εικόνα 4Β). Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, τα συστατικά υφή είναι η υφή <100> με σημαντικά αυξημένη αντοχή, ενώ η <115> η υφή εξαφανίζεται (Εικόνα 4C). Μελέτες έχουν δείξει ότι τα κυβικά μέταλλα με επίκεντρο το πρόσωπο σχηματίζουν κυρίως <111> και <100> καλωδίων κατά τη διάρκεια της εξώθησης και του σχεδίου. Μόλις σχηματιστεί η υφή, οι μηχανικές ιδιότητες θερμοκρασίας δωματίου του κράματος δείχνουν προφανή ανισοτροπία. Η αντοχή της υφής αυξάνεται με την αύξηση του λόγου εξώθησης, υποδεικνύοντας ότι ο αριθμός των κόκκων σε μια ορισμένη κρυσταλλική κατεύθυνση παράλληλη με την κατεύθυνση εξώθησης στο κράμα αυξάνεται σταδιακά και η διαμήκης αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος αυξάνεται. Οι μηχανισμοί ενίσχυσης 6063 αλουμινίου αλουμινίου, τα υλικά εξώθησης περιλαμβάνουν την ενίσχυση των λεπτών κόκκων, την ενίσχυση της εξάρθρωσης, την ενίσχυση της υφής κλπ. Στο εύρος των παραμέτρων της διεργασίας που χρησιμοποιούνται σε αυτή την πειραματική μελέτη, η αύξηση του λόγου εξώθησης έχει προαγωγική επίδραση στους παραπάνω μηχανισμούς ενίσχυσης.
Εικ.
Το σχήμα 5 είναι ένα ιστόγραμμα των ιδιοτήτων εφελκυσμού του κράματος αλουμινίου 6063 μετά από παραμόρφωση σε διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Η αντοχή εφελκυσμού του κράματος χύτευσης είναι 170 MPa και η επιμήκυνση είναι 10,4%. Η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος μετά την εξώθηση βελτιώνονται σημαντικά και η αντοχή και η επιμήκυνση εφελκυσμού αυξάνονται σταδιακά με την αύξηση του λόγου εξώθησης. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος φθάνουν στη μέγιστη τιμή, η οποία είναι 228 MPa και 26,9%, αντίστοιχα, που είναι περίπου 34% υψηλότερη από την αντοχή εφελκυσμού του κράματος χύτευσης και περίπου 158% υψηλότερη από την επιμήκυνση. Η αντοχή εφελκυσμού 6063 κράματος αλουμινίου που λαμβάνεται με μεγάλη αναλογία εξώθησης είναι κοντά στην τιμή αντοχής εφελκυσμού (240 MPa) που λαμβάνεται από τη γωνιακή εξώθηση ίσων καναλιών (ECAP), η οποία είναι πολύ υψηλότερη από την τιμή αντοχής εφελκυσμού (171,1 MPa) που λαμβάνεται με εξώθηση ECAP 1-pass 6063 κράματος αλουμινίου. Μπορεί να φανεί ότι ένας μεγάλος λόγος εξώθησης μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος σε κάποιο βαθμό.
Η ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος με λόγο εξώθησης προέρχεται κυρίως από την ενίσχυση της βελτίωσης των κόκκων. Καθώς αυξάνεται ο λόγος εξώθησης, οι κόκκοι εξευγενίζονται και η πυκνότητα εξάρθρωσης αυξάνεται. Περισσότερα όρια κόκκων ανά μονάδα επιφάνειας μπορούν να εμποδίσουν αποτελεσματικά την κίνηση των εξάρσεων, σε συνδυασμό με την αμοιβαία κίνηση και την εμπλοκή των εξάρσεων, βελτιώνοντας έτσι τη δύναμη του κράματος. Όσο λεπτότεροι οι κόκκοι, τόσο πιο ελκυστικοί είναι τα όρια των κόκκων και η πλαστική παραμόρφωση μπορεί να διασκορπιστεί σε περισσότερους κόκκους, γεγονός που δεν ευνοεί τον σχηματισμό ρωγμών, πόσο μάλλον η διάδοση των ρωγμών. Περισσότερη ενέργεια μπορεί να απορροφηθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θραύσης, βελτιώνοντας έτσι την πλαστικότητα του κράματος.
Εικ.5 Ιδιότητες εφελκυσμού 6063 κράματος αλουμινίου μετά από χύτευση και εξώθηση
Η μορφολογία του κράματος εφελκυσμού μετά από παραμόρφωση με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης παρουσιάζεται στο Σχήμα 6. Δεν βρέθηκαν κοιλότητες στη μορφολογία του θραύσματος του δείγματος AS-CAST (Σχήμα 6Α) και το κάταγμα αποτελείται κυρίως από επίπεδες περιοχές και σκισί , υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός κατάγματος εφελκυσμού του κράματος AS-CAST ήταν κυρίως εύθραυστος κάταγμα. Η μορφολογία θραύσης του κράματος μετά την εξώθηση έχει αλλάξει σημαντικά και το κάταγμα αποτελείται από μεγάλο αριθμό ισοξείδων, υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός θραύσης του κράματος μετά την εξόρυξη έχει αλλάξει από εύθραυστο κάταγμα σε πλέγμα. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι μικρός, οι κοιλότητες είναι ρηχές και το μέγεθος του κηλιδίου είναι μεγάλο και η κατανομή είναι ανομοιογενή. Καθώς αυξάνεται ο λόγος εξώθησης, ο αριθμός των κοιλιακών αυξάνεται, το μέγεθος του σκάφος είναι μικρότερο και η κατανομή είναι ομοιόμορφη (Σχήμα 6b ~ F), πράγμα που σημαίνει ότι το κράμα έχει καλύτερη πλαστικότητα, η οποία είναι σύμφωνη με τα αποτελέσματα των δοκιμών μηχανικών ιδιοτήτων παραπάνω.
3 Συμπέρασμα
Σε αυτό το πείραμα, οι επιδράσεις διαφορετικών αναλογιών εξώθησης στη μικροδομή και τις ιδιότητες του κράματος αλουμινίου 6063 αναλύθηκαν υπό την προϋπόθεση ότι το μέγεθος του μπιλιάρδου, η θερμοκρασία θέρμανσης και η ταχύτητα εξώθησης παρέμειναν αμετάβλητες. Τα συμπεράσματα είναι τα εξής:
1) Η δυναμική ανακρυστάλλωση εμφανίζεται σε κράμα αλουμινίου 6063 κατά τη διάρκεια της θερμού εξώθησης. Με την αύξηση της αναλογίας εξώθησης, οι κόκκοι είναι συνεχώς εξευγενισμένοι και οι κόκκοι επιμηκύνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης μετατρέπονται σε εξισορροπημένους ανακρυσταλλοποιημένους κόκκους και η αντοχή της υφή <100> αυξάνεται συνεχώς.
2) Λόγω της επίδρασης της ενίσχυσης των λεπτών κόκκων, οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος βελτιώνονται με την αύξηση του λόγου εξώθησης. Στο εύρος των παραμέτρων δοκιμής, όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος φθάνουν στις μέγιστες τιμές των 228 MPa και 26,9%, αντίστοιχα.
Εικ.6 Μορφολογίες κατάγματος εφελκυσμού του κράματος αλουμινίου 6063 μετά τη χύτευση και την εξώθηση
3) Η μορφολογία του θραύσης του δείγματος AS-CAST αποτελείται από επίπεδες περιοχές και άκρα δακρύων. Μετά την εξώθηση, το κάταγμα αποτελείται από μεγάλο αριθμό ισοξείδων και ο μηχανισμός θραύσης μετασχηματίζεται από εύθραυστο κάταγμα σε όλκιμο κάταγμα.
Χρόνος δημοσίευσης: Νοέμβριος-30-2024
