L'aliatge d'alumini 6063 pertany a l'aliatge d'alumini amb tractament tèrmic de la sèrie Al-Mg-Si de baix aliatge. Té un excel·lent rendiment d'emmotllament per extrusió, bona resistència a la corrosió i propietats mecàniques completes. També s'utilitza àmpliament a la indústria de l'automòbil per la seva fàcil coloració d'oxidació. Amb l'acceleració de la tendència dels automòbils lleugers, l'aplicació de materials d'extrusió d'aliatge d'alumini 6063 a la indústria de l'automòbil també ha augmentat encara més.
La microestructura i les propietats dels materials extruïts es veuen afectades pels efectes combinats de la velocitat d'extrusió, la temperatura d'extrusió i la relació d'extrusió. Entre ells, la relació d'extrusió està determinada principalment per la pressió d'extrusió, l'eficiència de producció i els equips de producció. Quan la relació d'extrusió és petita, la deformació de l'aliatge és petita i el refinament de la microestructura no és evident; augmentar la relació d'extrusió pot refinar significativament els grans, trencar la segona fase gruixuda, obtenir una microestructura uniforme i millorar les propietats mecàniques de l'aliatge.
Els aliatges d'alumini 6061 i 6063 es sotmeten a una recristal·lització dinàmica durant el procés d'extrusió. Quan la temperatura d'extrusió és constant, a mesura que augmenta la relació d'extrusió, la mida del gra disminueix, la fase d'enfortiment es dispersa finament i la resistència a la tracció i l'allargament de l'aliatge augmenten en conseqüència; tanmateix, a mesura que augmenta la relació d'extrusió, la força d'extrusió necessària per al procés d'extrusió també augmenta, provocant un major efecte tèrmic, fent que la temperatura interna de l'aliatge augmenti i el rendiment del producte disminueixi. Aquest experiment estudia l'efecte de la relació d'extrusió, especialment la gran proporció d'extrusió, sobre la microestructura i les propietats mecàniques de l'aliatge d'alumini 6063.
1 Materials i mètodes experimentals
El material experimental és un aliatge d'alumini 6063 i la composició química es mostra a la taula 1. La mida original del lingot és Φ55 mm × 165 mm i es processa en una palangana d'extrusió amb una mida de Φ50 mm × 150 mm després de l'homogeneïtzació. tractament a 560 ℃ durant 6 h. La palangana s'escalfa a 470 ℃ i es manté calenta. La temperatura de preescalfament del barril d'extrusió és de 420 ℃ i la temperatura de preescalfament del motlle és de 450 ℃. Quan la velocitat d'extrusió (velocitat de moviment de la barra d'extrusió) V = 5 mm/s es manté inalterada, es realitzen 5 grups de proves de relació d'extrusió diferents i les relacions d'extrusió R són 17 (corresponent al diàmetre del forat D = 12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) i 156 (D=4 mm).
Taula 1 Composicions químiques de l'aliatge 6063 Al (pes/%)
Després de la mòlta de paper de vidre i el poliment mecànic, les mostres metalogràfiques es van gravar amb reactiu HF amb una fracció de volum del 40% durant uns 25 s, i es va observar l'estructura metal·logràfica de les mostres en un microscopi òptic LEICA-5000. Es va tallar una mostra d'anàlisi de textura amb una mida de 10 mm × 10 mm des del centre de la secció longitudinal de la vareta extruïda i es va realitzar un mòlta i gravat mecànics per eliminar la capa d'estrès superficial. Les figures de pols incompletes dels tres plans de cristall {111}, {200} i {220} de la mostra es van mesurar amb l'analitzador de difracció de raigs X X'Pert Pro MRD de PANalytical Company, i les dades de textura es van processar i analitzar del programari X′Pert Data View i X′Pert Texture.
La mostra de tracció de l'aliatge fos es va prendre del centre del lingot i la mostra de tracció es va tallar al llarg de la direcció d'extrusió després de l'extrusió. La mida de l'àrea de calibre era Φ4 mm × 28 mm. La prova de tracció es va dur a terme amb una màquina de prova de material universal SANS CMT5105 amb una velocitat de tracció de 2 mm/min. El valor mitjà de les tres mostres estàndard es va calcular com a dades de propietats mecàniques. La morfologia de fractura de les mostres de tracció es va observar mitjançant un microscopi electrònic d'escaneig de baix augment (Quanta 2000, FEI, EUA).
2 Resultats i discussió
La figura 1 mostra la microestructura metal·logràfica de l'aliatge d'alumini 6063 com fos abans i després del tractament d'homogeneïtzació. Com es mostra a la figura 1a, els grans d'α-Al a la microestructura com a fosa varien de mida, un gran nombre de fases β-Al9Fe2Si2 reticulars es reuneixen als límits del gra i hi ha un gran nombre de fases granulars de Mg2Si dins dels grans. Després d'homogeneïtzar el lingot a 560 ℃ durant 6 h, la fase eutèctica no equilibrada entre les dendrites d'aliatge es va dissoldre gradualment, els elements d'aliatge es van dissoldre a la matriu, la microestructura era uniforme i la mida mitjana del gra era d'uns 125 μm (figura 1b). ).
Abans de l'homogeneïtzació
Després del tractament uniformitzat a 600 °C durant 6 hores
Fig.1 Estructura metal·logràfica de l'aliatge d'alumini 6063 abans i després del tractament d'homogeneïtzació
La figura 2 mostra l'aparició de barres d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió. Com es mostra a la figura 2, la qualitat superficial de les barres d'aliatge d'alumini 6063 extruïdes amb diferents proporcions d'extrusió és bona, especialment quan la relació d'extrusió augmenta a 156 (corresponent a la velocitat de sortida d'extrusió de la barra de 48 m/min), encara no hi ha defectes d'extrusió com ara esquerdes i peladura a la superfície de la barra, cosa que indica que l'aliatge d'alumini 6063 també té una bona extrusió en calent rendiment de formació a alta velocitat i gran relació d'extrusió.
Fig.2 Aspecte de les barres d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió
La figura 3 mostra la microestructura metal·logràfica de la secció longitudinal de la barra d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió. L'estructura de gra de la barra amb diferents proporcions d'extrusió mostra diferents graus d'allargament o refinament. Quan la relació d'extrusió és de 17, els grans originals s'allargan al llarg de la direcció d'extrusió, acompanyats de la formació d'un petit nombre de grans recristal·litzats, però els grans encara són relativament gruixuts, amb una mida mitjana de gra d'uns 85 μm (figura 3a). ; quan la relació d'extrusió és de 25, els grans s'estiren més esvelts, el nombre de grans recristal·litzats augmenta i la mida mitjana del gra disminueix a uns 71 μm (figura 3b); quan la relació d'extrusió és de 39, tret d'un petit nombre de grans deformats, la microestructura es compon bàsicament de grans recristal·litzats equiaxials de mida desigual, amb una mida mitjana de gra d'uns 60 μm (figura 3c); quan la relació d'extrusió és de 69, el procés de recristal·lització dinàmica s'ha completat bàsicament, els grans originals gruixuts s'han transformat completament en grans recristal·litzats d'estructura uniforme i la mida mitjana del gra es refina a uns 41 μm (figura 3d); quan la relació d'extrusió és de 156, amb el progrés complet del procés de recristal·lització dinàmica, la microestructura és més uniforme i la mida del gra es perfecciona molt fins a uns 32 μm (figura 3e). Amb l'augment de la relació d'extrusió, el procés de recristal·lització dinàmica es desenvolupa més completament, la microestructura de l'aliatge es torna més uniforme i la mida del gra es perfecciona significativament (figura 3f).
Fig.3 Estructura metal·logràfica i mida del gra de la secció longitudinal de barres d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió
La figura 4 mostra les figures de pols inversos de barres d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió al llarg de la direcció d'extrusió. Es pot veure que les microestructures de barres d'aliatge amb diferents proporcions d'extrusió produeixen una orientació preferencial òbvia. Quan la relació d'extrusió és de 17, es forma una textura <115>+<100> més feble (figura 4a); quan la relació d'extrusió és de 39, els components de la textura són principalment la textura <100> més forta i una petita quantitat de textura <115> feble (figura 4b); quan la relació d'extrusió és de 156, els components de la textura són la textura <100> amb una resistència significativament augmentada, mentre que la textura <115> desapareix (figura 4c). Els estudis han demostrat que els metalls cúbics centrats en la cara formen principalment textures de filferro <111> i <100> durant l'extrusió i l'embutició. Un cop formada la textura, les propietats mecàniques de l'aliatge a temperatura ambient mostren una anisotropia evident. La força de la textura augmenta amb l'augment de la relació d'extrusió, cosa que indica que el nombre de grans en una determinada direcció del cristall paral·lela a la direcció d'extrusió de l'aliatge augmenta gradualment i la resistència a la tracció longitudinal de l'aliatge augmenta. Els mecanismes d'enfortiment dels materials d'extrusió en calent d'aliatge d'alumini 6063 inclouen l'enfortiment de gra fi, l'enfortiment de la dislocació, l'enfortiment de la textura, etc. Dins del rang de paràmetres de procés utilitzats en aquest estudi experimental, l'augment de la relació d'extrusió té un efecte promotor sobre els mecanismes d'enfortiment anteriors.
Fig.4 Diagrama de pols inversos de barres d'aliatge d'alumini 6063 amb diferents relacions d'extrusió al llarg de la direcció d'extrusió
La figura 5 és un histograma de les propietats de tracció de l'aliatge d'alumini 6063 després de la deformació a diferents relacions d'extrusió. La resistència a la tracció de l'aliatge colat és de 170 MPa i l'allargament és del 10,4%. La resistència a la tracció i l'allargament de l'aliatge després de l'extrusió es milloren significativament, i la resistència a la tracció i l'allargament augmenten gradualment amb l'augment de la relació d'extrusió. Quan la relació d'extrusió és de 156, la resistència a la tracció i l'allargament de l'aliatge assoleixen el valor màxim, que són 228 MPa i 26,9%, respectivament, que és aproximadament un 34% superior a la resistència a la tracció de l'aliatge fos i un 158% superior a la l'allargament. La resistència a la tracció de l'aliatge d'alumini 6063 obtingut per una gran proporció d'extrusió és propera al valor de resistència a la tracció (240 MPa) obtingut per l'extrusió angular de canal igual de 4 passos (ECAP), que és molt superior al valor de resistència a la tracció (171,1 MPa) obtingut per extrusió ECAP d'1 passada d'aliatge d'alumini 6063. Es pot veure que una gran proporció d'extrusió pot millorar les propietats mecàniques de l'aliatge fins a cert punt.
La millora de les propietats mecàniques de l'aliatge per relació d'extrusió prové principalment de l'enfortiment del refinament del gra. A mesura que augmenta la relació d'extrusió, els grans es refinen i la densitat de dislocació augmenta. Més límits de gra per unitat d'àrea poden dificultar eficaçment el moviment de les dislocacions, combinat amb el moviment mutu i l'enredament de les dislocacions, millorant així la resistència de l'aliatge. Com més fins són els grans, més tortuosos són els límits dels grans i la deformació plàstica es pot dispersar en més grans, cosa que no afavoreix la formació d'esquerdes, i molt menys la propagació d'esquerdes. Es pot absorbir més energia durant el procés de fractura, millorant així la plasticitat de l'aliatge.
Fig.5 Propietats de tracció de l'aliatge d'alumini 6063 després de la fosa i l'extrusió
La morfologia de fractura per tracció de l'aliatge després de la deformació amb diferents proporcions d'extrusió es mostra a la figura 6. No s'han trobat fossetes a la morfologia de fractura de la mostra de fosa (figura 6a) i la fractura estava formada principalment per àrees planes i vores d'esquinçament. , cosa que indica que el mecanisme de fractura per tracció de l'aliatge de fosa era principalment una fractura fràgil. La morfologia de fractura de l'aliatge després de l'extrusió ha canviat significativament i la fractura es compon d'un gran nombre de fosses equiaxials, cosa que indica que el mecanisme de fractura de l'aliatge després de l'extrusió ha canviat de fractura fràgil a fractura dúctil. Quan la proporció d'extrusió és petita, els clots són poc profunds i la mida del clot és gran i la distribució és desigual; a mesura que augmenta la proporció d'extrusió, augmenta el nombre de clots, la mida del clot és més petita i la distribució és uniforme (figura 6b ~ f), el que significa que l'aliatge té una millor plasticitat, que és coherent amb els resultats de la prova de propietats mecàniques anteriors.
3 Conclusió
En aquest experiment, es van analitzar els efectes de diferents relacions d'extrusió sobre la microestructura i les propietats de l'aliatge d'alumini 6063 amb la condició que la mida de la palangana, la temperatura d'escalfament del lingot i la velocitat d'extrusió es mantinguessin sense canvis. Les conclusions són les següents:
1) La recristal·lització dinàmica es produeix en l'aliatge d'alumini 6063 durant l'extrusió en calent. Amb l'augment de la relació d'extrusió, els grans es refinen contínuament i els grans allargats al llarg de la direcció d'extrusió es transformen en grans recristal·litzats equiaxials i la resistència de la textura del filferro <100> augmenta contínuament.
2) A causa de l'efecte de l'enfortiment del gra fi, les propietats mecàniques de l'aliatge es milloren amb l'augment de la relació d'extrusió. Dins del rang de paràmetres de prova, quan la relació d'extrusió és de 156, la resistència a la tracció i l'allargament de l'aliatge arriben als valors màxims de 228 MPa i 26,9%, respectivament.
Fig.6 Morfologies de fractura per tracció de l'aliatge d'alumini 6063 després de la fosa i l'extrusió
3) La morfologia de fractura de l'exemplar de fosa està formada per zones planes i vores de llàgrima. Després de l'extrusió, la fractura es compon d'un gran nombre de clots equiaxials i el mecanisme de fractura es transforma de fractura fràgil a fractura dúctil.
Hora de publicació: 30-nov-2024
