6063 Aluminiumlegering tillhör den låglegerade al-Mg-Si-serien värmebehandlingsbelvärdig aluminiumlegering. Den har utmärkt extruderingsmålningsprestanda, god korrosionsbeständighet och omfattande mekaniska egenskaper. Det används också i stor utsträckning i bilindustrin på grund av dess enkla oxidationsfärgning. Med accelerationen av trenden med lätta bilar har tillämpningen av 6063 aluminiumlegeringsmaterial i fordonsindustrin också ökat ytterligare.
Mikrostrukturen och egenskaperna hos extruderade material påverkas av de kombinerade effekterna av extruderingshastighet, extruderingstemperatur och extruderingsförhållande. Bland dem bestäms extruderingsförhållandet huvudsakligen av extruderingstryck, produktionseffektivitet och produktionsutrustning. När extruderingsförhållandet är litet är legeringsdeformationen liten och mikrostrukturförfining är inte uppenbar; Att öka extruderingsförhållandet kan avsevärt förfina kornen, bryta upp den grova andra fasen, få en enhetlig mikrostruktur och förbättra legeringens mekaniska egenskaper.
6061 och 6063 aluminiumlegeringar genomgår dynamisk omkristallisation under extruderingsprocessen. När extruderingstemperaturen är konstant, när extruderingsförhållandet ökar, minskar kornstorleken, förstärkningsfasen sprids fint och draghållfastheten och förlängningen av legeringen ökar i enlighet därmed; När extruderingsförhållandet ökar ökar emellertid den extruderingskraft som krävs för extruderingsprocessen också, vilket orsakar en större termisk effekt, vilket gör att legeringens inre temperatur stiger och produktens prestanda minskar. Detta experiment studerar effekten av extruderingsförhållande, särskilt stort extruderingsförhållande, på mikrostrukturen och mekaniska egenskaper hos 6063 aluminiumlegering.
1 experimentella material och metoder
Det experimentella materialet är 6063 aluminiumlegering, och den kemiska sammansättningen visas i tabell 1. Den ursprungliga storleken på götet är φ55 mm × 165 mm, och det bearbetas till en extruderingsbillet med en storlek på φ50 mm × 150 mm efter homogenisering Behandling vid 560 ℃ under 6 timmar. Billet värms upp till 470 ℃ och hålls varm. Förvärmningstemperaturen för extruderingsfatet är 420 ℃ och formens förvärmningstemperatur är 450 ℃. När extruderingshastigheten (extruderingsstång rörelseshastighet) v = 5 mm/s förblir oförändrad, utförs 5 grupper av olika extruderingsförhållanden tester och extruderingsförhållandena är 17 (motsvarande den håldiametern d = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) och 156 (d = 4 mm).
Tabell 1 Kemiska kompositioner av 6063 AL -legering (vikt/%)
Efter sandpapperslipning och mekanisk polering etsades de metallografiska proverna med HF-reagens med en volymfraktion av 40% under cirka 25 sekunder, och den metallografiska strukturen för proverna observerades på ett Leica-5000 optiskt mikroskop. Ett texturanalysprov med en storlek av 10 mm × 10 mm skars från mitten av den längsgående delen av den extruderade staven, och mekanisk slipning och etsning utfördes för att avlägsna ytspänningsskiktet. De ofullständiga polfigurerna för de tre kristallplanen {111}, {200} och {220} av provet mättes med X′pert Pro MRD röntgendiffraktionsanalysator för Panalytical Company, och texturdata bearbetades och analyserades av X′pert Data View och X′pert Texture Software.
Dragprovet på gjutlegeringen togs från mitten av götet, och dragprovet skars längs extruderingsriktningen efter extrudering. Mätarområdet var φ4 mm × 28 mm. Dragtestet utfördes med användning av en SANS CMT5105 Universal Material Testing Machine med en draghastighet av 2 mm/min. Medelvärdet för de tre standardproverna beräknades som den mekaniska egenskapsdata. Frakturmorfologin för dragproverna observerades med användning av ett lågmagnificeringsskanningselektronmikroskop (Quanta 2000, FEI, USA).
2 resultat och diskussion
Figur 1 visar den metallografiska mikrostrukturen i den gjutna 6063 aluminiumlegeringen före och efter homogeniseringsbehandling. Såsom visas i figur 1A varierar a-Al-kornen i den gjutna mikrostrukturen i storlek, samlas ett stort antal retikulära p-Al9Fe2SI2-faser vid korngränserna, och ett stort antal granulära Mg2SI-faser finns i kornen. Efter att götet homogeniserades vid 560 ℃ under 6 timmar löstes den icke-jämvikts eutektiska fasen mellan legeringsDendriterna gradvis, legeringselementen upplöstes i matrisen, mikrostrukturen var enhetlig och den genomsnittliga kornstorleken var cirka 125 μm (figur 1B ).
Före homogenisering
Efter enhetlig behandling vid 600 ° C i 6 timmar
Fig.1 Metallografisk struktur av 6063 aluminiumlegering före och efter homogeniseringsbehandling
Figur 2 visar utseendet på 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden. Såsom visas i figur 2 är ytkvaliteten på 6063 aluminiumlegeringsstänger extruderade med olika extruderingsförhållanden bra, särskilt när extruderingsförhållandet ökas till 156 (motsvarande bar extruderingens hastighet på 48 m/min), det finns fortfarande inget Extruderingsfel såsom sprickor och skalning på ytan av stången, vilket indikerar att 6063 aluminiumlegering också har god varm extrudering som bildar prestanda under hög hastighet och stort extruderingsförhållande.
Fig.2 Utseende på 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden
Figur 3 visar den metallografiska mikrostrukturen i den longitudinella delen av aluminiumlegeringsstången 6063 med olika extruderingsförhållanden. Kornstrukturen i stången med olika strängsprutningsförhållanden visar olika grader av töjning eller förfining. När extruderingsförhållandet är 17 är de ursprungliga kornen långsträckta längs extruderingsriktningen, åtföljd av bildningen av ett litet antal omkristalliserade korn, men kornen är fortfarande relativt grova, med en genomsnittlig kornstorlek på cirka 85 μm (figur 3A) ; När extruderingsförhållandet är 25 dras kornen mer smala, antalet omkristalliserade korn ökar och den genomsnittliga kornstorleken minskar till cirka 71 μm (figur 3B); När extruderingsförhållandet är 39, med undantag för ett litet antal deformerade korn, består mikrostrukturen i princip av jämlikade omkristalliserade korn av ojämn storlek, med en genomsnittlig kornstorlek på cirka 60 μm (figur 3C); När extruderingsförhållandet är 69, är den dynamiska omkristallisationsprocessen i princip slutförd, de grova originalkornen har förvandlats fullständigt till jämnt strukturerade omkristalliserade korn, och den genomsnittliga kornstorleken förfinas till cirka 41 μm (figur 3D); När extruderingsförhållandet är 156, med den fulla framstegen i den dynamiska omkristallisationsprocessen, är mikrostrukturen mer enhetlig, och kornstorleken förfinas kraftigt till cirka 32 μm (figur 3E). Med ökningen av extruderingsförhållandet fortsätter den dynamiska omkristalliseringsprocessen mer fullständigt, legeringsmikrostrukturen blir mer enhetlig och kornstorleken är avsevärt förfinad (figur 3F).
Fig.3 Metallografisk struktur och kornstorlek på longitudinell sektion av 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden
Figur 4 visar de omvända polfigurerna i 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden längs extruderingsriktningen. Det kan ses att mikrostrukturerna i legeringsstänger med olika strängsprutningsförhållanden ger alla uppenbara preferensorientering. När extruderingsförhållandet är 17 bildas en svagare <115>+<100> -struktur (figur 4A); När extruderingsförhållandet är 39 är texturkomponenterna huvudsakligen de starkare <100> strukturen och en liten mängd svag <115> struktur (figur 4B); När extruderingsförhållandet är 156 är texturkomponenterna <100> -strukturen med signifikant ökad styrka, medan <115> -strukturen försvinner (figur 4C). Studier har visat att ansiktscentrerade kubikmetaller huvudsakligen bildar <111> och <100> trådstrukturer under extrudering och ritning. När strukturen har bildats visar rumets mekaniska egenskaper hos legeringens anisotropi. Strukturens styrka ökar med ökningen av extruderingsförhållandet, vilket indikerar att antalet korn i en viss kristallriktning parallellt med extruderingsriktningen i legeringen ökar gradvis, och legeringens längsgående draghållfasthet ökar. Förstärkningsmekanismerna för 6063 aluminiumlegerings heta extruderingsmaterial inkluderar stärkning av finkorn, dislokation förstärkning, strukturförstärkning etc. Inom intervallet för processparametrar som används i denna experimentella studie har ökande extruderingsförhållande en främjande effekt på ovanstående förstärkningsmekanismer.
Fig.4 omvänd poldiagram över 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden längs extruderingsriktningen
Figur 5 är ett histogram av dragegenskaperna för 6063 aluminiumlegering efter deformation vid olika strängsprutningsförhållanden. Dragstyrkan hos gjutlegeringen är 170 MPa och förlängningen är 10,4%. Draghållfastheten och förlängningen av legeringen efter extrudering förbättras avsevärt, och draghållfastheten och förlängningen ökar gradvis med ökningen av extruderingsförhållandet. När extruderingsförhållandet är 156 når draghållfastheten och förlängningen av legeringen det maximala värdet, som är 228 MPa respektive 26,9%, vilket är cirka 34% högre än draghållfastheten hos gjutlegeringen och cirka 158% högre än vad förlängningen. Draghållfastheten för 6063 aluminiumlegering erhållen med ett stort extruderingsförhållande är nära draghållfastheten (240 MPa) erhållen med 4-pass lika kanalvinkel extrudering (ECAP), vilket är mycket högre än draghållfastheten (171,1 MPa) erhållet genom 1-pass ECAP-extrudering av 6063 aluminiumlegering. Det kan ses att ett stort extruderingsförhållande kan förbättra legeringens mekaniska egenskaper i viss utsträckning.
Förbättringen av legeringens mekaniska egenskaper med extruderingsförhållande kommer huvudsakligen från stärkning av kornförfining. När extruderingsförhållandet ökar förfinas kornen och dislokationstätheten ökar. Fler korngränser per enhetsområde kan effektivt hindra rörelsen av dislokationer, i kombination med den ömsesidiga rörelsen och intrasslingen av dislokationer och därmed förbättra legeringens styrka. Ju finare kornen, desto mer krångliga kan korngränserna och plastisk deformation kan spridas i fler korn, vilket inte bidrar till bildandet av sprickor, än mindre utbredningen av sprickor. Mer energi kan absorberas under sprickprocessen och därigenom förbättrar legeringens plasticitet.
Fig.5 Dragegenskaper hos 6063 aluminiumlegering efter gjutning och extrudering
Dragfrakturmorfologin i legeringen efter deformation med olika extruderingsförhållanden visas i figur 6. Inga gropar hittades i frakturmorfologin för det gjutna provet (figur 6A), och sprickan var huvudsakligen sammansatt av platta områden och rivande kanter , vilket indikerar att dragmekanismen för den gjutna legeringen huvudsakligen var sprött fraktur. Legeringens frakturmorfologi efter extrudering har förändrats avsevärt, och sprickan består av ett stort antal jämlikade gropar, vilket indikerar att legeringsmekanismen för legeringen efter extrudering har förändrats från sprött fraktur till duktilfraktur. När extruderingsförhållandet är litet är groparna grunt och gropstorleken är stor och distributionen är ojämn; När extruderingsförhållandet ökar ökar antalet gropar, dimple -storleken är mindre och fördelningen är enhetlig (figur 6b ~ f), vilket innebär att legeringen har bättre plasticitet, vilket är förenligt med de mekaniska egenskaperna testresultaten ovan.
3 Slutsats
I detta experiment analyserades effekterna av olika strängsprutningsförhållanden på mikrostrukturen och egenskaperna hos 6063 aluminiumlegering under förutsättning att billetstorleken, götsvärme -temperaturen och extruderingshastigheten förblev oförändrad. Slutsatserna är följande:
1) Dynamisk omkristallisering sker i 6063 aluminiumlegering under varm extrudering. Med ökningen av extruderingsförhållandet förfinas kornen kontinuerligt, och kornen som är långsträckta längs extruderingsriktningen omvandlas till jämlikade omkristalliserade korn, och styrkan hos <100> trådstrukturen ökas kontinuerligt.
2) På grund av effekten av fintkornstärkning förbättras de mekaniska egenskaperna hos legeringen med ökningen av extruderingsförhållandet. Inom intervallet för testparametrar, när extruderingsförhållandet är 156, når draghållfastheten och förlängningen av legeringen de maximala värdena på 228 MPa respektive 26,9%.
Fig.6 Dragfrakturmorfologier av 6063 aluminiumlegering efter gjutning och extrudering
3) Frakturmorfologin för det gjutna exemplet består av platta områden och tårkanter. Efter extrudering består sprickan av ett stort antal jämlikade gropar, och sprickmekanismen förvandlas från sprött fraktur till duktil sprickor.
Posttid: 30-2024 november
