6063 alumīnija sakausējums pieder pie mazleģēta Al-Mg-Si sērijas termiski apstrādājama alumīnija sakausējuma. Tam ir lieliska ekstrūzijas formēšanas veiktspēja, laba izturība pret koroziju un visaptverošas mehāniskās īpašības. To plaši izmanto arī automobiļu rūpniecībā, jo tā ir viegli oksidējama. Paātrinoties vieglo automašīnu tendencei, arī 6063 alumīnija sakausējuma ekstrūzijas materiālu pielietojums automobiļu rūpniecībā ir palielinājies.
Ekstrudēto materiālu mikrostruktūru un īpašības ietekmē ekstrūzijas ātruma, ekstrūzijas temperatūras un ekstrūzijas attiecības kombinētā ietekme. Starp tiem ekstrūzijas attiecību galvenokārt nosaka ekstrūzijas spiediens, ražošanas efektivitāte un ražošanas aprīkojums. Ja ekstrūzijas pakāpe ir maza, sakausējuma deformācija ir maza un mikrostruktūras uzlabošana nav acīmredzama; palielinot ekstrūzijas koeficientu, var ievērojami uzlabot graudus, izjaukt rupjo otro fāzi, iegūt vienmērīgu mikrostruktūru un uzlabot sakausējuma mehāniskās īpašības.
6061 un 6063 alumīnija sakausējumi ekstrūzijas procesā tiek pakļauti dinamiskai pārkristalizācijai. Kad ekstrūzijas temperatūra ir nemainīga, palielinoties ekstrūzijas koeficientam, graudu izmērs samazinās, stiprināšanas fāze ir smalki izkliedēta, un attiecīgi palielinās sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums; tomēr, palielinoties ekstrūzijas koeficientam, palielinās arī ekstrūzijas procesam nepieciešamais ekstrūzijas spēks, izraisot lielāku termisko efektu, izraisot sakausējuma iekšējās temperatūras paaugstināšanos un izstrādājuma veiktspējas samazināšanos. Šajā eksperimentā tiek pētīta ekstrūzijas pakāpes, īpaši lielas ekstrūzijas pakāpes, ietekme uz 6063 alumīnija sakausējuma mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām.
1 Eksperimentālie materiāli un metodes
Eksperimentālais materiāls ir 6063 alumīnija sakausējums, un ķīmiskais sastāvs parādīts 1. tabulā. Lieta sākotnējais izmērs ir Φ55 mm × 165 mm, un pēc homogenizācijas tas tiek apstrādāts ekstrūzijas sagatavē ar izmēru Φ50 mm × 150 mm. apstrāde 560 ℃ 6 stundas. Sagatavi uzkarsē līdz 470 ℃ un tur siltu. Ekstrūzijas mucas priekšsildīšanas temperatūra ir 420 ℃, bet veidnes uzsildīšanas temperatūra ir 450 ℃. Kad ekstrūzijas ātrums (ekstrūzijas stieņa kustības ātrums) V=5 mm/s paliek nemainīgs, tiek veiktas 5 dažādu ekstrūzijas attiecību testu grupas, un ekstrūzijas attiecības R ir 17 (atbilst presformas cauruma diametram D=12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) un 156 (D = 4 mm).
1. tabula 6063 Al sakausējuma ķīmiskais sastāvs (masa/%)
Pēc smilšpapīra slīpēšanas un mehāniskās pulēšanas metalogrāfiskie paraugi tika kodināti ar HF reaģentu ar tilpuma daļu 40% apmēram 25 sekundes, un paraugu metalogrāfiskā struktūra tika novērota ar LEICA-5000 optisko mikroskopu. No ekstrudētā stieņa garengriezuma centra tika izgriezts tekstūras analīzes paraugs ar izmēru 10 mm × 10 mm, un tika veikta mehāniskā slīpēšana un kodināšana, lai noņemtu virsmas sprieguma slāni. Trīs parauga kristāla plakņu {111}, {200} un {220} nepilnīgās polu figūras tika mērītas ar PANalytical Company rentgenstaru difrakcijas analizatoru X′Pert Pro MRD, un tekstūras dati tika apstrādāti un analizēti. ar X′Pert Data View un X′Pert Texture programmatūru.
Lietā sakausējuma stiepes paraugs tika ņemts no lietņa centra, un stiepes paraugs pēc ekstrūzijas tika sagriezts pa ekstrūzijas virzienu. Gabarīta laukuma izmērs bija Φ4 mm × 28 mm. Stiepes pārbaude tika veikta, izmantojot SANS CMT5105 universālo materiālu pārbaudes iekārtu ar stiepes ātrumu 2 mm/min. Trīs standarta paraugu vidējā vērtība tika aprēķināta kā mehānisko īpašību dati. Stiepes paraugu lūzumu morfoloģija tika novērota, izmantojot zema palielinājuma skenējošu elektronu mikroskopu (Quanta 2000, FEI, ASV).
2 Rezultāti un diskusija
1. attēlā parādīta 6063 alumīnija sakausējuma metalogrāfiskā mikrostruktūra pirms un pēc homogenizācijas apstrādes. Kā parādīts 1.a attēlā, α-Al graudu liešanas mikrostruktūrā atšķiras pēc lieluma, liels skaits retikulāru β-Al9Fe2Si2 fāžu pulcējas pie graudu robežām, un graudu iekšpusē pastāv liels skaits granulētu Mg2Si fāžu. Pēc tam, kad lietnis tika homogenizēts 560 ℃ 6 stundas, nelīdzsvara eitektiskā fāze starp sakausējuma dendritiem pakāpeniski izšķīda, sakausējuma elementi izšķīda matricā, mikrostruktūra bija viendabīga un vidējais graudu izmērs bija aptuveni 125 μm (1.b attēls). ).
Pirms homogenizācijas
Pēc vienādošanas apstrādes 600°C temperatūrā 6 stundas
1. att. 6063 alumīnija sakausējuma metalogrāfiskā struktūra pirms un pēc homogenizācijas apstrādes
2. attēlā parādīts 6063 alumīnija sakausējuma stieņu izskats ar dažādām ekstrūzijas pakāpēm. Kā parādīts 2. attēlā, virsmas kvalitāte 6063 alumīnija sakausējuma stieņiem, kas ekstrudēti ar dažādām ekstrūzijas pakāpēm, ir laba, it īpaši, ja ekstrūzijas koeficients ir palielināts līdz 156 (atbilst stieņa ekstrūzijas izejas ātrumam 48 m/min), joprojām nav ekstrūzijas defekti, piemēram, plaisas un lobīšanās uz stieņa virsmas, kas norāda, ka arī 6063 alumīnija sakausējums ir laba karstās ekstrūzijas formēšanas veiktspēja ar lielu ātrumu un lielu ekstrūzijas attiecību.
2. att. 6063 alumīnija sakausējuma stieņu izskats ar dažādām ekstrūzijas pakāpēm
3. attēlā parādīta 6063 alumīnija sakausējuma stieņa garengriezuma metalogrāfiskā mikrostruktūra ar dažādām ekstrūzijas pakāpēm. Stieņa graudu struktūra ar dažādām ekstrūzijas attiecībām uzrāda dažādas pagarinājuma vai pilnveidošanas pakāpes. Kad ekstrūzijas koeficients ir 17, sākotnējie graudi tiek izstiepti pa ekstrūzijas virzienu, ko pavada neliela skaita pārkristalizētu graudu veidošanās, taču graudi joprojām ir salīdzinoši rupji, ar vidējo graudu izmēru aptuveni 85 μm (3.a attēls). ; kad ekstrūzijas koeficients ir 25, graudi tiek izvilkti slaidāki, palielinās pārkristalizēto graudu skaits un vidējais graudu izmērs samazinās līdz aptuveni 71 μm (3.b attēls); ja ekstrūzijas koeficients ir 39, izņemot nelielu skaitu deformētu graudu, mikrostruktūra pamatā sastāv no vienādiem pārkristalizētiem nevienmērīga izmēra graudiem ar vidējo graudu izmēru aptuveni 60 μm (3.c attēls); kad ekstrūzijas koeficients ir 69, dinamiskās pārkristalizācijas process būtībā ir pabeigts, rupjie sākotnējie graudi ir pilnībā pārveidoti par vienmērīgas struktūras pārkristalizētiem graudiem, un vidējais graudu izmērs tiek attīrīts līdz aptuveni 41 μm (3.d attēls); kad ekstrūzijas koeficients ir 156, dinamiskā pārkristalizācijas procesa gaitā mikrostruktūra ir vienmērīgāka, un graudu izmērs ir ievērojami uzlabots līdz aptuveni 32 μm (3.e attēls). Palielinoties ekstrūzijas koeficientam, dinamiskais pārkristalizācijas process norit pilnīgāk, sakausējuma mikrostruktūra kļūst vienmērīgāka un graudu izmērs ir ievērojami precizēts (3.f attēls).
3. att. 6063 alumīnija sakausējuma stieņu ar dažādām ekstrūzijas pakāpēm garengriezuma metalogrāfiskā struktūra un graudu izmērs
4. attēlā parādīti 6063 alumīnija sakausējuma stieņu apgrieztie polu skaitļi ar dažādām ekstrūzijas attiecībām ekstrūzijas virzienā. Var redzēt, ka sakausējuma stieņu mikrostruktūras ar dažādām ekstrūzijas attiecībām rada acīmredzamu preferenciālu orientāciju. Kad ekstrūzijas koeficients ir 17, veidojas vājāka <115>+<100> tekstūra (4.a attēls); ja ekstrūzijas koeficients ir 39, tekstūras komponenti galvenokārt ir stiprāka <100> tekstūra un neliels daudzums vājas <115> tekstūras (4.b attēls); kad ekstrūzijas koeficients ir 156, tekstūras komponenti ir <100> tekstūra ar ievērojami palielinātu stiprību, savukārt <115> tekstūra pazūd (4.c attēls). Pētījumi ir parādījuši, ka uz sejas centrēti kubiskie metāli galvenokārt veido <111> un <100> stiepļu faktūras ekstrūzijas un vilkšanas laikā. Kad tekstūra ir izveidota, sakausējuma mehāniskās īpašības istabas temperatūrā parāda acīmredzamu anizotropiju. Tekstūras stiprība palielinās, palielinoties ekstrūzijas koeficientam, kas norāda, ka graudu skaits noteiktā kristāla virzienā paralēli ekstrūzijas virzienam sakausējumā pakāpeniski palielinās, un sakausējuma gareniskā stiepes izturība palielinās. 6063 alumīnija sakausējuma karstās ekstrūzijas materiālu stiprināšanas mehānismi ietver smalkgraudainu stiprināšanu, dislokācijas stiprināšanu, tekstūras nostiprināšanu utt. Šajā eksperimentālajā pētījumā izmantoto procesa parametru diapazonā ekstrūzijas koeficienta palielināšanai ir veicinoša ietekme uz iepriekšminētajiem stiprināšanas mehānismiem.
4. att. 6063 alumīnija sakausējuma stieņu apgrieztā polu diagramma ar dažādām ekstrūzijas attiecībām ekstrūzijas virzienā
5. attēlā ir 6063 alumīnija sakausējuma stiepes īpašību histogramma pēc deformācijas pie dažādām ekstrūzijas attiecībām. Lietā sakausējuma stiepes izturība ir 170 MPa un pagarinājums ir 10,4%. Sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums pēc ekstrūzijas ir ievērojami uzlabots, un stiepes izturība un pagarinājums pakāpeniski palielinās, palielinoties ekstrūzijas koeficientam. Kad ekstrūzijas koeficients ir 156, sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums sasniedz maksimālo vērtību, kas ir attiecīgi 228 MPa un 26,9%, kas ir par aptuveni 34% augstāka nekā lietā sakausējuma stiepes izturība un par aptuveni 158% lielāka nekā pagarinājums. 6063 alumīnija sakausējuma stiepes izturība, kas iegūta ar lielu ekstrūzijas koeficientu, ir tuva stiepes izturības vērtībai (240 MPa), kas iegūta ar 4-pārkāpju vienāda kanāla leņķiskā ekstrūzija (ECAP), kas ir daudz augstāka nekā stiepes izturības vērtība (171,1 MPa). iegūts ar 6063 alumīnija sakausējuma ECAP ekstrūzijas 1 piegājienu. Var redzēt, ka liela ekstrūzijas pakāpe var zināmā mērā uzlabot sakausējuma mehāniskās īpašības.
Sakausējuma mehānisko īpašību uzlabošana ar ekstrūzijas koeficientu galvenokārt rodas no graudu rafinēšanas stiprināšanas. Palielinoties ekstrūzijas koeficientam, graudi tiek rafinēti un palielinās dislokācijas blīvums. Vairāk graudu robežu uz laukuma vienību var efektīvi kavēt dislokāciju kustību apvienojumā ar savstarpēju kustību un dislokāciju sapīšanu, tādējādi uzlabojot sakausējuma izturību. Jo smalkāki graudi, jo līkumotākas ir graudu robežas, un plastiskā deformācija var tikt izkliedēta vairākos graudos, kas neveicina plaisu veidošanos, nemaz nerunājot par plaisu izplatīšanos. Lūzuma procesā var absorbēt vairāk enerģijas, tādējādi uzlabojot sakausējuma plastiskumu.
5. att. Alumīnija sakausējuma 6063 stiepes īpašības pēc liešanas un ekstrūzijas
Sakausējuma stiepes lūzuma morfoloģija pēc deformācijas ar dažādām ekstrūzijas attiecībām ir parādīta 6. attēlā. Lietā parauga lūzuma morfoloģijā netika konstatētas bedrītes (6.a attēls), un lūzums galvenokārt sastāvēja no plakaniem laukumiem un plīsuma malām. , norādot, ka lietā sakausējuma stiepes lūzuma mehānisms galvenokārt bija trausls lūzums. Sakausējuma lūzuma morfoloģija pēc ekstrūzijas ir būtiski mainījusies, un lūzums sastāv no liela skaita vienādsvaru bedrīšu, kas norāda, ka sakausējuma lūzuma mehānisms pēc ekstrūzijas ir mainījies no trausla lūzuma uz kaļamu lūzumu. Ja ekstrūzijas koeficients ir mazs, bedrītes ir seklas un bedrītes ir lielas, un sadalījums ir nevienmērīgs; palielinoties ekstrūzijas koeficientam, palielinās bedrīšu skaits, bedrīšu izmērs ir mazāks un sadalījums ir vienmērīgs (6.b ~ f attēls), kas nozīmē, ka sakausējumam ir labāka plastiskums, kas atbilst iepriekš minētajiem mehānisko īpašību testa rezultātiem.
3 Secinājums
Šajā eksperimentā tika analizēta dažādu ekstrūzijas attiecību ietekme uz 6063 alumīnija sakausējuma mikrostruktūru un īpašībām ar nosacījumu, ka sagataves izmērs, stieņa sildīšanas temperatūra un ekstrūzijas ātrums nemainījās. Secinājumi ir šādi:
1) Karstās ekstrūzijas laikā 6063 alumīnija sakausējumā notiek dinamiska pārkristalizācija. Palielinoties ekstrūzijas koeficientam, graudi tiek nepārtraukti attīrīti, un graudi, kas ir izstiepti pa ekstrūzijas virzienu, tiek pārveidoti par līdzvērtīgiem pārkristalizētiem graudiem, un <100> stieples tekstūras stiprums tiek nepārtraukti palielināts.
2) Smalko graudu stiprināšanas efekta dēļ sakausējuma mehāniskās īpašības tiek uzlabotas, palielinoties ekstrūzijas koeficientam. Testa parametru diapazonā, kad ekstrūzijas pakāpe ir 156, sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums sasniedz maksimālās vērtības attiecīgi 228 MPa un 26,9%.
6. att. 6063 alumīnija sakausējuma stiepes lūzuma morfoloģijas pēc liešanas un ekstrūzijas
3) Lietā parauga lūzuma morfoloģiju veido plakani laukumi un plīsuma malas. Pēc ekstrūzijas lūzums sastāv no liela skaita līdzvērtīgu bedrīšu, un lūzuma mehānisms tiek pārveidots no trausla lūzuma uz kaļamu lūzumu.
Izlikšanas laiks: 30. novembris 2024
