Το κράμα αλουμινίου 6063 ανήκει στο θερμικά επεξεργάσιμο κράμα αλουμινίου της σειράς Al-Mg-Si με χαμηλά κράματα. Έχει εξαιρετική απόδοση χύτευσης με εξώθηση, καλή αντοχή στη διάβρωση και ολοκληρωμένες μηχανικές ιδιότητες. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία λόγω του εύκολου οξειδωτικού χρωματισμού του. Με την επιτάχυνση της τάσης των ελαφρών αυτοκινήτων, η εφαρμογή υλικών διέλασης κράματος αλουμινίου 6063 στην αυτοκινητοβιομηχανία έχει επίσης αυξηθεί περαιτέρω.
Η μικροδομή και οι ιδιότητες των εξωθημένων υλικών επηρεάζονται από τις συνδυασμένες επιδράσεις της ταχύτητας εξώθησης, της θερμοκρασίας εξώθησης και του λόγου εξώθησης. Μεταξύ αυτών, η αναλογία εξώθησης καθορίζεται κυρίως από την πίεση εξώθησης, την απόδοση παραγωγής και τον εξοπλισμό παραγωγής. Όταν η αναλογία εξώθησης είναι μικρή, η παραμόρφωση του κράματος είναι μικρή και η τελειοποίηση της μικροδομής δεν είναι εμφανής. Η αύξηση του λόγου εξώθησης μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τους κόκκους, να διασπάσει τη χονδροειδή δεύτερη φάση, να αποκτήσει ομοιόμορφη μικροδομή και να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος.
Τα κράματα αλουμινίου 6061 και 6063 υφίστανται δυναμική ανακρυστάλλωση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξώθησης. Όταν η θερμοκρασία εξώθησης είναι σταθερή, καθώς αυξάνεται η αναλογία εξώθησης, το μέγεθος των κόκκων μειώνεται, η φάση ενίσχυσης διασπείρεται λεπτά και η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος αυξάνονται ανάλογα. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η αναλογία εξώθησης, αυξάνεται επίσης η δύναμη εξώθησης που απαιτείται για τη διαδικασία εξώθησης, προκαλώντας μεγαλύτερη θερμική επίδραση, προκαλώντας αύξηση της εσωτερικής θερμοκρασίας του κράματος και μείωση της απόδοσης του προϊόντος. Αυτό το πείραμα μελετά την επίδραση του λόγου εξώθησης, ιδιαίτερα του μεγάλου λόγου εξώθησης, στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος αλουμινίου 6063.
1 Πειραματικά υλικά και μέθοδοι
Το πειραματικό υλικό είναι κράμα αλουμινίου 6063 και η χημική σύσταση φαίνεται στον Πίνακα 1. Το αρχικό μέγεθος του πλινθώματος είναι Φ55 mm×165 mm και μετατρέπεται σε μπίλια εξώθησης μεγέθους Φ50 mm×150 mm μετά την ομογενοποίηση. θεραπεία στους 560 ℃ για 6 ώρες. Το billet θερμαίνεται στους 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 κίνησης της ράβδου εξώθησης) V=5 mm/s παραμένει αμετάβλητη, πραγματοποιούνται 5 ομάδες διαφορετικών δοκιμών αναλογίας εξώθησης και οι λόγοι εξώθησης R είναι 17 (που αντιστοιχούν στη διάμετρο της οπής μήτρας D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) και 156 (D=4 mm).
Πίνακας 1 Χημικές συνθέσεις κράματος 6063 Al (wt/%)
Μετά από λείανση γυαλόχαρτου και μηχανική στίλβωση, τα μεταλλογραφικά δείγματα χαράχθηκαν με αντιδραστήριο HF με κλάσμα όγκου 40% για περίπου 25 δευτερόλεπτα και η μεταλλογραφική δομή των δειγμάτων παρατηρήθηκε σε οπτικό μικροσκόπιο LEICA-5000. Ένα δείγμα ανάλυσης υφής με μέγεθος 10 mm×10 mm κόπηκε από το κέντρο του διαμήκους τμήματος της εξωθημένης ράβδου και πραγματοποιήθηκαν μηχανική λείανση και χάραξη για την αφαίρεση του στρώματος επιφανειακής τάσης. Τα ημιτελή σχήματα πόλων των τριών κρυστάλλινων επιπέδων {111}, {200} και {220} του δείγματος μετρήθηκαν από τον αναλυτή περίθλασης ακτίνων Χ X'Pert Pro MRD της PANalytical Company και τα δεδομένα υφής υποβλήθηκαν σε επεξεργασία και αναλύθηκαν από το λογισμικό X′Pert Data View και X′Pert Texture.
Το δείγμα εφελκυσμού του χυτού κράματος ελήφθη από το κέντρο του πλινθώματος 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 μια γενική μηχανή δοκιμής υλικού SANS CMT5105 με ρυθμό εφελκυσμού 2 mm/min. Η μέση τιμή των τριών τυπικών δειγμάτων υπολογίστηκε ως δεδομένα μηχανικών ιδιοτήτων. Η μορφολογία θραύσης των δειγμάτων εφελκυσμού παρατηρήθηκε χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης χαμηλής μεγέθυνσης (Quanta 2000, FEI, ΗΠΑ).
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-Al στη μικροδομή όπως χυτεύονται ποικίλλουν σε μέγεθος, ένας μεγάλος αριθμός δικτυωτών φάσεων β-Al9Fe2Si2 συγκεντρώνεται στα όρια των κόκκων και ένας μεγάλος αριθμός κοκκωδών φάσεων Mg2Si υπάρχει μέσα στους κόκκους. Μετά την ομογενοποίηση του πλινθώματος στους 560 ℃ για 6 ώρες, η ευτηκτική φάση μη ισορροπίας μεταξύ των δενδριτών του κράματος διαλύθηκε σταδιακά, τα στοιχεία του κράματος διαλύθηκαν στη μήτρα, η μικροδομή ήταν ομοιόμορφη και το μέσο μέγεθος κόκκου ήταν περίπου 125 μm (Εικόνα 1β ).
Πριν την ομογενοποίηση
Μετά από ομοιόμορφη επεξεργασία στους 600°C για 6 ώρες
Εικ.1 Μεταλλογραφική δομή κράματος αλουμινίου 6063 πριν και μετά την επεξεργασία ομογενοποίησης
Το σχήμα 2 δείχνει την εμφάνιση 6063 ράβδων από κράμα αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, η ποιότητα της επιφάνειας των 6063 ράβδων από κράμα αλουμινίου που έχουν εξωθηθεί με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης είναι καλή, ειδικά όταν ο λόγος εξώθησης αυξάνεται στο 156 (που αντιστοιχεί στην ταχύτητα εξόδου εξώθησης ράβδου 48 m/min), δεν υπάρχουν ακόμα ελαττώματα εξώθησης όπως ρωγμές και ξεφλούδισμα στην επιφάνεια της ράβδου, υποδεικνύοντας ότι 6063 Το κράμα αλουμινίου έχει επίσης καλή απόδοση σχηματισμού θερμής εξώθησης υπό υψηλή ταχύτητα και μεγάλη αναλογία εξώθησης.
Εικ.2 Εμφάνιση ράβδων από κράμα αλουμινίου 6063 με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης
Το σχήμα 3 δείχνει τη μεταλλογραφική μικροδομή της διαμήκους τομής της ράβδου κράματος αλουμινίου 6063 με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Η δομή των κόκκων της ράβδου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης παρουσιάζει διαφορετικούς βαθμούς επιμήκυνσης ή τελειοποίησης. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 17, οι αρχικοί κόκκοι επιμηκύνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης, συνοδευόμενοι από το σχηματισμό ενός μικρού αριθμού ανακρυσταλλωμένων κόκκων, αλλά οι κόκκοι εξακολουθούν να είναι σχετικά χονδροειδείς, με μέσο μέγεθος κόκκου περίπου 85 μm (Εικόνα 3α) ; Όταν η αναλογία εξώθησης είναι 25, οι κόκκοι έλκονται πιο λεπτοί, ο αριθμός των ανακρυσταλλωμένων κόκκων αυξάνεται και το μέσο μέγεθος κόκκων μειώνεται σε περίπου 71 μm (Εικόνα 3β). όταν ο λόγος εξώθησης είναι 39, εκτός από έναν μικρό αριθμό παραμορφωμένων κόκκων, η μικροδομή αποτελείται βασικά από ισοαξονισμένους ανακρυσταλλωμένους κόκκους ανομοιόμορφου μεγέθους, με μέσο μέγεθος κόκκων περίπου 60 μm (Εικόνα 3γ). Όταν η αναλογία εξώθησης είναι 69, η διαδικασία δυναμικής ανακρυστάλλωσης έχει ουσιαστικά ολοκληρωθεί, οι χονδροειδείς αρχικοί κόκκοι έχουν μετατραπεί πλήρως σε ομοιόμορφα δομημένους ανακρυσταλλωμένους κόκκους και το μέσο μέγεθος κόκκου εξευγενίζεται σε περίπου 41 μm (Εικόνα 3δ). όταν η αναλογία εξώθησης είναι 156, με την πλήρη πρόοδο της διαδικασίας δυναμικής ανακρυστάλλωσης, η μικροδομή είναι πιο ομοιόμορφη και το μέγεθος των κόκκων βελτιώνεται σημαντικά σε περίπου 32 μm (Εικόνα 3e). Με την αύξηση του λόγου εξώθησης, η διαδικασία δυναμικής ανακρυστάλλωσης προχωρά πληρέστερα, η μικροδομή του κράματος γίνεται πιο ομοιόμορφη και το μέγεθος των κόκκων βελτιώνεται σημαντικά (Εικόνα 3στ).
Εικ.3 Μεταλλογραφική δομή και μέγεθος κόκκου διαμήκους τομής 6063 ράβδων από κράμα αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης
Το σχήμα 4 δείχνει τα σχήματα αντίστροφου πόλου των 6063 ράβδων από κράμα αλουμινίου με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης. Μπορεί να φανεί ότι οι μικροδομές των ράβδων κράματος με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης παράγουν όλες προφανή προτιμησιακό προσανατολισμό. Όταν η αναλογία εξώθησης είναι 17, σχηματίζεται μια ασθενέστερη υφή <115>+<100> (Εικόνα 4α). Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 39, τα συστατικά της υφής είναι κυρίως η ισχυρότερη υφή <100> και μια μικρή ποσότητα αδύναμης υφής <115> (Εικόνα 4β). όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, τα συστατικά της υφής είναι η υφή <100> με σημαντικά αυξημένη αντοχή, ενώ η υφή <115> εξαφανίζεται (Εικόνα 4γ). Μελέτες έχουν δείξει ότι τα κυβικά μέταλλα με επίκεντρο την όψη σχηματίζουν κυρίως υφές σύρματος <111> και <100> κατά την εξώθηση και το σχέδιο. Μόλις σχηματιστεί η υφή, οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος σε θερμοκρασία δωματίου παρουσιάζουν εμφανή ανισοτροπία. Η αντοχή της υφής αυξάνεται με την αύξηση του λόγου εξώθησης, υποδεικνύοντας ότι ο αριθμός των κόκκων σε μια ορισμένη διεύθυνση κρυστάλλου παράλληλη προς την κατεύθυνση εξώθησης στο κράμα αυξάνεται σταδιακά και η διαμήκης αντοχή εφελκυσμού του κράματος αυξάνεται. Οι μηχανισμοί ενίσχυσης των υλικών θερμής εξώθησης από κράμα αλουμινίου 6063 περιλαμβάνουν ενίσχυση λεπτών κόκκων, ενίσχυση εξάρθρωσης, ενίσχυση υφής κ.λπ. Εντός του εύρους των παραμέτρων διεργασίας που χρησιμοποιούνται σε αυτήν την πειραματική μελέτη, η αύξηση του λόγου εξώθησης έχει προαγωγική επίδραση στους παραπάνω μηχανισμούς ενίσχυσης.
Εικ.4 Διάγραμμα ανάστροφου πόλου ράβδων από κράμα αλουμινίου 6063 με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης
Το σχήμα 5 είναι ένα ιστόγραμμα των ιδιοτήτων εφελκυσμού του κράματος αλουμινίου 6063 μετά από παραμόρφωση σε διαφορετικές αναλογίες εξώθησης. Η αντοχή σε εφελκυσμό του χυτού κράματος 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 εφελκυσμού και η επιμήκυνση αυξάνονται σταδιακά με την αύξηση του λόγου εξώθησης. Όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος φτάνουν τη μέγιστη τιμή, η οποία είναι 228 MPa και 26,9%, αντίστοιχα, η οποία είναι περίπου 34% υψηλότερη από την αντοχή εφελκυσμού του χυτού κράματος και περίπου 158% υψηλότερη από η επιμήκυνση. Η αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος αλουμινίου 6063 που λαμβάνεται από μια μεγάλη αναλογία εξώθησης είναι κοντά στην τιμή αντοχής σε εφελκυσμό (240 MPa) που λαμβάνεται με γωνιακή εξώθηση ίσου καναλιού 4 περασμάτων (ECAP), η οποία είναι πολύ υψηλότερη από την τιμή αντοχής σε εφελκυσμό (171,1 MPa). που λαμβάνεται με εξώθηση 1-περάσματος ECAP κράματος αλουμινίου 6063. Μπορεί να φανεί ότι μια μεγάλη αναλογία εξώθησης μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος σε κάποιο βαθμό.
Η ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος με αναλογία εξώθησης προέρχεται κυρίως από την ενίσχυση της διύλισης κόκκων. Καθώς αυξάνεται η αναλογία εξώθησης, οι κόκκοι εξευγενίζονται και η πυκνότητα εξάρθρωσης αυξάνεται. Περισσότερα όρια κόκκων ανά μονάδα επιφάνειας μπορούν να εμποδίσουν αποτελεσματικά την κίνηση των εξαρθρώσεων, σε συνδυασμό με την αμοιβαία κίνηση και εμπλοκή των εξαρθρώσεων, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή του κράματος. Όσο λεπτότεροι είναι οι κόκκοι, τόσο πιο ελικοειδή είναι τα όρια των κόκκων και η πλαστική παραμόρφωση μπορεί να διασκορπιστεί σε περισσότερους κόκκους, κάτι που δεν ευνοεί το σχηματισμό ρωγμών, πόσο μάλλον τη διάδοση των ρωγμών. Περισσότερη ενέργεια μπορεί να απορροφηθεί κατά τη διαδικασία θραύσης, βελτιώνοντας έτσι την πλαστικότητα του κράματος.
Εικ.5 Ιδιότητες εφελκυσμού του κράματος αλουμινίου 6063 μετά από χύτευση και εξώθηση
Η μορφολογία θραύσης εφελκυσμού του κράματος μετά από παραμόρφωση με διαφορετικές αναλογίες εξώθησης φαίνεται στο Σχήμα 6. Δεν βρέθηκαν λακκάκια στη μορφολογία θραύσης του δείγματος ως χυτός (Εικόνα 6α) και το κάταγμα αποτελείται κυρίως από επίπεδες περιοχές και άκρα σχίσιμου , υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός θραύσης εφελκυσμού του ως χυτού κράματος ήταν κυρίως εύθραυστη θραύση. Η μορφολογία θραύσης του κράματος μετά την εξώθηση έχει αλλάξει σημαντικά και η θραύση αποτελείται από μεγάλο αριθμό ισοαξονικών λακκών, υποδεικνύοντας ότι ο μηχανισμός θραύσης του κράματος μετά την εξώθηση έχει αλλάξει από εύθραυστη θραύση σε όλκιμη θραύση. Όταν η αναλογία εξώθησης είναι μικρή, τα λακκάκια είναι ρηχά και το μέγεθος λακκάκι είναι μεγάλο και η κατανομή είναι άνιση. Καθώς αυξάνεται η αναλογία εξώθησης, ο αριθμός των λακκών αυξάνεται, το μέγεθος των λακκών είναι μικρότερο και η κατανομή είναι ομοιόμορφη (Εικόνα 6b~f), πράγμα που σημαίνει ότι το κράμα έχει καλύτερη πλαστικότητα, η οποία είναι σύμφωνη με τα παραπάνω αποτελέσματα δοκιμής μηχανικών ιδιοτήτων.
3 Συμπέρασμα
Σε αυτό το πείραμα, οι επιδράσεις των διαφορετικών αναλογιών εξώθησης στη μικροδομή και τις ιδιότητες του κράματος αλουμινίου 6063 αναλύθηκαν υπό την προϋπόθεση ότι το μέγεθος του μπιγιέτα, η θερμοκρασία θέρμανσης του πλινθώματος και η ταχύτητα εξώθησης παρέμειναν αμετάβλητα. Τα συμπεράσματα είναι τα εξής:
1) Η δυναμική ανακρυστάλλωση εμφανίζεται στο κράμα αλουμινίου 6063 κατά τη διάρκεια της θερμής εξώθησης. Με την αύξηση του λόγου εξώθησης, οι κόκκοι καθαρίζονται συνεχώς και οι κόκκοι που επιμηκύνονται κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης μετατρέπονται σε ισοαξονισμένους ανακρυσταλλωμένους κόκκους και η αντοχή της υφής του σύρματος <100> αυξάνεται συνεχώς.
2) Λόγω της επίδρασης της ενίσχυσης των λεπτών κόκκων, οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος βελτιώνονται με την αύξηση του λόγου εξώθησης. Εντός του εύρους των παραμέτρων δοκιμής, όταν ο λόγος εξώθησης είναι 156, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση του κράματος φτάνουν τις μέγιστες τιμές των 228 MPa και 26,9%, αντίστοιχα.
Εικ.6 Μορφολογίες θραύσης σε εφελκυσμό κράματος αλουμινίου 6063 μετά από χύτευση και εξώθηση
3) Η μορφολογία του κατάγματος του ως χυτευμένου δείγματος αποτελείται από επίπεδες περιοχές και άκρες σχισμής. Μετά την εξώθηση, το κάταγμα αποτελείται από μεγάλο αριθμό ισοαξονικών λακκών και ο μηχανισμός θραύσης μετατρέπεται από εύθραυστο κάταγμα σε όλκιμο κάταγμα.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-30-2024
