6063 aluminiumlegering tillhör den låglegerade Al-Mg-Si-serien värmebehandlad aluminiumlegering. Den har utmärkt extruderingsprestanda, god korrosionsbeständighet och omfattande mekaniska egenskaper. Det används också i stor utsträckning inom bilindustrin på grund av dess lätta oxidationsfärgning. Med accelerationen av trenden med lätta bilar har tillämpningen av 6063 aluminiumlegeringsextruderingsmaterial i bilindustrin 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 extruderingstrycket, produktionseffektiviteten och produktionsutrustningen. När extruderingsförhållandet är litet är legeringsdeformationen liten och mikrostrukturförfiningen är inte uppenbar; ökning av extruderingsförhållandet kan avsevärt förfina kornen, bryta upp den grova andra fasen, erhålla en enhetlig mikrostruktur och förbättra legeringens mekaniska egenskaper.
6061 och 6063 aluminiumlegeringar genomgår dynamisk omkristallisering under extruderingsprocessen. När strängsprutningstemperaturen är konstant, när strängsprutningsförhållandet ökar, minskar kornstorleken, förstärkningsfasen är fint dispergerad och draghållfastheten och töjningen av legeringen ökar i enlighet därmed; När strängsprutningsförhållandet ökar, ökar emellertid strängsprutningskraften som krävs för strängsprutningsprocessen, vilket orsakar en större termisk effekt, vilket gör att den inre temperaturen hos legeringen stiger och produktens prestanda minskar. Detta experiment studerar effekten av extruderingsförhållandet, 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 den bearbetas till en extruderingsämne med en storlek på Φ50 mm×150 mm efter homogenisering behandling vid 560 ℃ i 6 timmar. Ämnet värms upp till 470 ℃ och hålls varmt. Förvärmningstemperaturen för extruderingscylindern är 420 ℃, och förvärmningstemperaturen för formen är 450 ℃. När extruderingshastigheten (extruderingsstavens rörelsehastighet) V=5 mm/s förblir oförändrad, utförs 5 grupper av olika extruderingsförhållandetester, och extruderingsförhållandena R är 17 (motsvarande formhålets diameter D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) och 156 (D=4 mm).
Tabell 1 Kemiska sammansättningar av 6063 Al-legering (vikt/%)
Efter slipning av sandpapper och mekanisk polering etsades de metallografiska proverna med HF-reagens med en volymfraktion på 40 % i cirka 25 s, och den metallografiska strukturen hos proverna observerades på ett LEICA-5000 optiskt mikroskop. Ett texturanalysprov med en storlek på 10 mm × 10 mm skars från mitten av den extruderade stavens längsgående sektion och mekanisk slipning och etsning utfördes för att avlägsna ytspänningsskiktet. De ofullständiga polfigurerna för de tre kristallplanen {111}, {200} och {220} i provet mättes med X'Pert Pro MRD röntgendiffraktionsanalysator från PANalytical Company, och texturdata bearbetades och analyserades av programvaran X′Pert Data View och X′Pert Texture.
Dragprovet av den gjutna legeringen togs från mitten av götet, och dragprovet skars längs extruderingsriktningen efter extrudering. Mätarean var Φ4 mm × 28 mm. Dragprovet utfördes med en SANS CMT5105 universell materialprovningsmaskin med en draghastighet på 2 mm/min. Medelvärdet för de tre standardproverna beräknades som data för mekaniska egenskaper. Sprickmorfologin hos dragproverna observerades med hjälp av ett svepelektronmikroskop med låg förstoring (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Resultat och diskussion
Figur 1 visar den metallografiska mikrostrukturen av den gjutna 6063-aluminiumlegeringen före och efter homogeniseringsbehandling. Som visas i figur 1a varierar α-Al-kornen i den gjutna mikrostrukturen i storlek, ett stort antal retikulära β-Al9Fe2Si2-faser samlas vid korngränserna och ett stort antal granulära Mg2Si-faser finns inuti kornen. Efter att götet homogeniserats vid 560 ℃ i 6 timmar, löstes den icke-jämviktseutektiska fasen mellan legeringsdendriterna gradvis upp, legeringselementen löstes upp 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. Som visas i figur 2 är ytkvaliteten på 6063 aluminiumlegeringsstänger extruderade med olika extruderingsförhållanden bra, särskilt när extruderingsförhållandet ökas till 156 (motsvarande utloppshastigheten för stångextruderingen på 48 m/min), finns det fortfarande inga extruderingsdefekter såsom sprickor och flagning på ytan av stången, vilket indikerar att 6063 aluminiumlegering har också bra varmpressningsformningsprestanda under hög hastighet och stort extruderingsförhållande.
Fig.2 Utseende på 6063 aluminiumlegeringsstavar med olika extruderingsförhållanden
Figur 3 visar den metallografiska mikrostrukturen av den längsgående sektionen av 6063 aluminiumlegeringsstången med olika extruderingsförhållanden. Stångens kornstruktur med olika extruderingsförhållanden visar olika grader av töjning eller förfining. När strängsprutningsförhållandet är 17 förlängs de ursprungliga kornen längs strängsprutningsriktningen, åtföljt av bildandet 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 slankare, antalet omkristalliserade korn ökar och den genomsnittliga kornstorleken minskar till cirka 71 μm (Figur 3b); när extruderingsförhållandet är 39, förutom ett litet antal deformerade korn, är mikrostrukturen i grunden sammansatt av likaxliga 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 fullbordad, de grova ursprungliga kornen har fullständigt omvandlats till enhetligt strukturerade omkristalliserade korn och den genomsnittliga kornstorleken förfinas till cirka 41 μm (Figur 3d); när extruderingsförhållandet är 156, med hela framskridandet av den dynamiska omkristallisationsprocessen, är mikrostrukturen mer enhetlig och kornstorleken är kraftigt förfinad till cirka 32 μm (Figur 3e). Med ökningen av extruderingsförhållandet fortskrider den dynamiska omkristallisationsprocessen mer fullständigt, legeringsmikrostrukturen blir mer enhetlig och kornstorleken förfinas avsevärt (Figur 3f).
Fig.3 Metallografisk struktur och kornstorlek av längdsektion av 6063 aluminiumlegeringsstavar med olika extruderingsförhållanden
Figur 4 visar de omvända polerna för 6063 aluminiumlegeringsstänger med olika extruderingsförhållanden längs extruderingsriktningen. Det kan ses att mikrostrukturerna hos legeringsstänger med olika extruderingsförhållanden alla ger uppenbar preferensorientering. När extruderingsförhållandet är 17 bildas en svagare <115>+<100> textur (figur 4a); när extruderingsförhållandet är 39 är texturkomponenterna huvudsakligen den starkare <100> texturen och en liten mängd svag <115> textur (Figur 4b); när extruderingsförhållandet är 156 är texturkomponenterna <100>-texturen med signifikant ökad styrka, medan <115>-texturen försvinner (Figur 4c). Studier har visat att ytcentrerade kubiska metaller huvudsakligen bildar <111> och <100> trådtexturer under extrudering och dragning. När väl texturen har bildats visar legeringens mekaniska egenskaper vid rumstemperatur uppenbar anisotropi. Texturhållfastheten ökar med ökningen av extruderingsförhållandet, vilket indikerar att antalet korn i en viss kristallriktning parallellt med extruderingsriktningen i legeringen gradvis ökar, och den longitudinella draghållfastheten hos legeringen ökar. Förstärkningsmekanismerna för 6063 aluminiumlegerade varma extruderingsmaterial inkluderar finkornsförstärkning, dislokationsförstärkning, texturförstärkning, etc. Inom intervallet av processparametrar som används i denna experimentella studie har en ökning av extruderingsförhållandet en främjande effekt på ovanstående förstärkningsmekanismer.
Fig.4 Omvänd poldiagram av 6063 aluminiumlegeringsstavar med olika extruderingsförhållanden längs extruderingsriktningen
Figur 5 är ett histogram över dragegenskaperna hos 6063 aluminiumlegering efter deformation vid olika extruderingsförhållanden. Draghållfastheten hos den gjutna legeringen är 170 MPa och töjningen är 10,4 %. Draghållfastheten och töjningen av legeringen efter extrudering förbättras avsevärt, och draghållfastheten och töjningen ökar gradvis med ökningen av extruderingsförhållandet. När extruderingsförhållandet är 156 når legeringens draghållfasthet och töjning det maximala värdet, som är 228 MPa respektive 26,9 %, vilket är cirka 34 % högre än draghållfastheten för den gjutna legeringen och cirka 158 % högre än förlängningen. Draghållfastheten för 6063 aluminiumlegering som erhålls genom ett stort extruderingsförhållande är nära draghållfasthetsvärdet (240 MPa) som erhålls genom 4-pass equal channel angular extrusion (ECAP), vilket är mycket högre än draghållfasthetsvärdet (171,1 MPa) erhållen genom 1-pass ECAP extrudering av 6063 aluminiumlegering. Det kan ses att ett stort extruderingsförhållande kan förbättra de mekaniska egenskaperna hos legeringen i viss utsträckning.
Förbättringen av legeringens mekaniska egenskaper genom extruderingsförhållande kommer huvudsakligen från förstärkning av kornförfining. När extruderingsförhållandet ökar förfinas kornen och dislokationsdensiteten ökar. Fler korngränser per ytenhet kan effektivt hindra rörelsen av dislokationer, i kombination med ömsesidig rörelse och intrassling av dislokationer, och därigenom förbättra styrkan hos legeringen. Ju finare korn, desto slingrigare korngränser, och den plastiska deformationen kan spridas i fler korn, vilket inte bidrar till sprickbildning, än mindre sprickbildning. Mer energi kan absorberas under brottprocessen, vilket förbättrar legeringens plasticitet.
Fig.5 Dragegenskaper hos 6063 aluminiumlegering efter gjutning och extrudering
Dragbrottsmorfologin för legeringen efter deformation med olika extruderingsförhållanden visas i figur 6. Inga fördjupningar hittades i brottmorfologin för det gjutna provet (Figur 6a), och brottet bestod huvudsakligen av plana områden och rivkanter , vilket indikerar att dragbrottsmekanismen för den gjutna legeringen huvudsakligen var spröd brott. Legeringens brottmorfologi efter extrudering har förändrats avsevärt, och brottet är sammansatt av ett stort antal likaxliga fördjupningar, vilket indikerar att brottmekanismen för legeringen efter extrudering har förändrats från spröd fraktur till duktil fraktur. När extruderingsförhållandet är litet är fördjupningarna grunda och fördjupningens storlek är stor, och fördelningen är ojämn; när extruderingsförhållandet ökar, ökar antalet fördjupningar, fördjupningsstorleken är mindre och fördelningen är likformig (Figur 6b~f), vilket innebär att legeringen har bättre plasticitet, vilket överensstämmer med testresultaten för mekaniska egenskaper ovan.
3 Slutsats
I detta experiment analyserades effekterna av olika extruderingsförhållanden på mikrostrukturen och egenskaperna hos 6063 aluminiumlegering under förutsättning att ämnets storlek, göts uppvärmningstemperatur och extruderingshastighet förblev oförändrade. Slutsatserna är följande:
1) Dynamisk omkristallisering sker i 6063 aluminiumlegering under varmsträngsprutning. Med ökningen av strängsprutningsförhållandet förfinas kornen kontinuerligt, och kornen förlängda längs strängsprutningsriktningen omvandlas till likaxliga omkristalliserade korn, och styrkan hos <100> trådtextur ökar kontinuerligt.
2) På grund av effekten av finkornsförstärkning förbättras legeringens mekaniska egenskaper med ökningen av extruderingsförhållandet. Inom intervallet av testparametrar, när extruderingsförhållandet är 156, når draghållfastheten och töjningen av legeringen de maximala värdena på 228 MPa respektive 26,9%.
Fig. 6 Dragbrottsmorfologier av 6063 aluminiumlegering efter gjutning och extrudering
3) Frakturmorfologin hos det gjutna provet består av plana områden och rivkanter. Efter extrudering består brottet av ett stort antal likaxliga fördjupningar, och brottmekanismen omvandlas från spröd fraktur till duktil fraktur.
Posttid: 2024-nov-30
