6063 alumīnija sakausējums pieder pie zemas sakausētā Al-MG-SI sērijas, kas apstrādājama alumīnija sakausējuma. Tam ir lieliska ekstrūzijas formēšanas veiktspēja, laba izturība pret koroziju un visaptverošas mehāniskās īpašības. To plaši izmanto arī automobiļu rūpniecībā, jo tai ir ērta oksidācijas krāsošana. Paātrinot vieglo automašīnu tendenci, vēl vairāk palielinājās arī 6063 alumīnija sakausējuma ekstrūzijas materiālu pielietošana automobiļu rūpniecībā.
Ekstrudēto materiālu mikrostruktūru un īpašības ietekmē ekstrūzijas ātruma, ekstrūzijas temperatūras un ekstrūzijas koeficienta kombinētā iedarbība. Starp tiem ekstrūzijas koeficientu galvenokārt nosaka ekstrūzijas spiediens, ražošanas efektivitāte un ražošanas iekārta. Kad ekstrūzijas attiecība ir maza, sakausējuma deformācija ir maza un mikrostruktūras uzlabošana nav acīmredzama; Ekstrūzijas koeficienta palielināšana var ievērojami uzlabot graudus, sadalīt rupjo otro fāzi, iegūt vienmērīgu mikrostruktūru un uzlabot sakausējuma mehāniskās īpašības.
6061 un 6063 alumīnija sakausējumi ekstrūzijas procesa laikā notiek dinamiska pārkristalizācija. Kad ekstrūzijas temperatūra ir nemainīga, palielinoties ekstrūzijas attiecībai, graudu lielums samazinās, stiprināšanas fāze tiek smalki izkliedēta, un sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums attiecīgi palielinās; Tomēr, palielinoties ekstrūzijas attiecībai, palielinās arī ekstrūzijas procesam nepieciešamais ekstrūzijas spēks, izraisot lielāku termisko efektu, izraisot sakausējuma iekšējās temperatūras paaugstināšanos un produkta veiktspēja samazināties. Šajā eksperimentā tiek pētīta ekstrūzijas koeficienta, īpaši lielā ekstrūzijas koeficienta, ietekme uz 6063 alumīnija sakausējuma mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām.
1 Eksperimentālie materiāli un metodes
Eksperimentālais materiāls ir 6063 alumīnija sakausējums, un ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā. Sākotnējais lietņu lielums ir φ55 mm × 165 mm, un tas tiek apstrādāts ekstrūzijas sagatavē ar izmēru φ50 mm × 150 mm pēc homogenizācijas homogenizācijas lielums φ50 mm × 150 mm pēc homogenizācijas izmērs pēc homogenizācijas. Ārstēšana ar 560 ℃ 6 stundas. Sametne tiek uzkarsēta līdz 470 ℃ un tiek turēta silta. Ekstrūzijas mucas priekšsildīšanas temperatūra ir 420 ℃, un pelējuma priekšsildīšanas temperatūra ir 450 ℃. Kad ekstrūzijas ātrums (ekstrūzijas stieņa pārvietošanās ātrums) V = 5 mm/s paliek nemainīgs, tiek veiktas 5 dažādu ekstrūzijas koeficientu testu grupas, un ekstrūzijas koeficients R ir 17 (atbilst die 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 ķīmiskie kompozīcijas (masas/%)
Pēc smilšpapīra slīpēšanas un mehāniskās pulēšanas metalogrāfiskie paraugi tika iegravēti ar HF reaģentu ar tilpuma daļu 40% apmēram 25 sekundes, un paraugu metalogrāfiskā struktūra tika novērota uz Leica-5000 optiskā mikroskopa. Tekstūras analīzes paraugs ar izmēru 10 mm × 10 mm tika izgriezts no ekstrudētā stieņa gareniskā sekcijas centra, un, lai noņemtu virsmas sprieguma slāni, tika veikta mehāniska slīpēšana un kodināšana. Triju kristālu plakņu {111}, {200} un {220} nepilnīgo polu skaitli tika izmērīti ar panalītiskā uzņēmuma X′pert Pro MRD rentgenstaru difrakcijas analizatoru, un tekstūras dati tika apstrādāti un analizēti pēc x′pert datu skata un X′pert tekstūras programmatūras.
Liešanas sakausējuma stiepes paraugs tika ņemts no stiepšanās centra, un stiepes paraugs pēc ekstrūzijas tika sagriezts gar ekstrūzijas virzienu. Mērierīces laukuma izmērs bija φ4 mm × 28 mm. Stiepes tests tika veikts, izmantojot SANS CMT5105 universālo materiālu testēšanas mašīnu ar stiepes ātrumu 2 mm/min. Trīs standarta paraugu vidējā vērtība tika aprēķināta kā mehāniskā īpašuma dati. Stiepes paraugu lūzuma morfoloģija tika novērota, izmantojot zemas palielināšanas skenējošu elektronu mikroskopu (Quanta 2000, Fei, ASV).
2 Rezultāti un diskusija
1. attēlā parādīta AS-CAST 6063 alumīnija sakausējuma metalogrāfiskā mikrostruktūra pirms un pēc homogenizācijas ārstēšanas. Kā parādīts 1.a attēlā, α-AL graudi AS -CAST mikrostruktūrā mainās pēc lieluma, pie graudu robežām savāc liels skaits retikulāru β-al9Fe2SI2 fāžu, un graudu iekšpusē ir liels skaits detalizētu mg2SI fāžu. Pēc tam, kad stīde tika homogenizēta 560 ℃ 6 stundas, ne līdzsvara eutektiskā fāze starp sakausējuma dendrītiem pakāpeniski izšķīdināja, sakausējuma elementi, kas izšķīdināti matricā, mikrostruktūra bija vienveidīga, un vidējais graudu lielums bija apmēram 125 μm (1.B attēls ).
Pirms homogenizācijas
Pēc formasvērtības apstrādes 600 ° C temperatūrā 6 stundas
1 6063 alumīnija sakausējuma metalogrāfiskā struktūra pirms un pēc homogenizācijas ārstēšanas
2. attēlā parādīti 6063 alumīnija sakausējuma stieņu parādīšanās ar dažādām ekstrūzijas attiecībām. Kā parādīts 2. attēlā, 6063 alumīnija sakausējumu stieņu virsmas kvalitāte, kas ekstrudēti ar dažādām ekstrūzijas attiecībām Ekstrūzijas defekti, piemēram, plaisas un lobīšanās uz stieņa virsmas, norādot, ka 6063 alumīnija sakausējumam ir arī laba karstā ekstrūzija, kas veido veiktspēju lielā ātrumā un lielā ekstrūzijā Attiecība.
2. att. 6063 alumīnija sakausējumu stieņu parādīšanās ar dažādām ekstrūzijas attiecībām
3. attēlā parādīta 6063 alumīnija sakausējuma stieņa gareniskās sekcijas metalogrāfiskā mikrostruktūra ar dažādām ekstrūzijas attiecībām. Stieņa graudu struktūra ar dažādām ekstrūzijas attiecībām parāda atšķirīgu pagarinājuma vai izsmalcinātības pakāpi. Kad ekstrūzijas attiecība ir 17, sākotnējie graudi ir pagarināti pa ekstrūzijas virzienu, ko papildina neliels skaits pārkristalizētu graudu, bet graudi joprojām ir salīdzinoši rupji, vidējais graudu lielums ir aptuveni 85 μm (3.A attēls) ; Kad ekstrūzijas attiecība ir 25, graudi tiek vilkti vairāk tievi, palielinās pārkristalizēto graudu skaits, un vidējais graudu lielums samazinās līdz aptuveni 71 μm (3.B attēls); Ja ekstrūzijas attiecība ir 39, izņemot nelielu skaitu deformētu graudu, mikrostruktūra galvenokārt sastāv no vienādām pārkristalizētiem graudiem ar nevienmērīgu izmēru, ar vidējo graudu lielumu aptuveni 60 μm (3.C attēls); Kad ekstrūzijas attiecība ir 69, dinamiskā pārkristalizācijas process pamatā ir pabeigts, rupjie oriģinālie graudi ir pilnībā pārveidoti par vienmērīgi strukturētiem pārkristalizētiem graudiem, un vidējais graudu lielums tiek pilnveidots līdz aptuveni 41 μm (3D attēls); Ja ekstrūzijas attiecība ir 156, ar pilnīgu dinamiskās pārkristalizācijas procesa progresu, mikrostruktūra ir vienveidīgāka, un graudu lielums ir ievērojami uzlabots līdz aptuveni 32 μm (3.E attēls). Palielinoties ekstrūzijas attiecībai, dinamiskā pārkristalizācijas process notiek pilnīgāk, sakausējuma mikrostruktūra kļūst vienveidīgāka, un graudu lielums ir ievērojami uzlabots (attēls 3F).
3. attēls
4. attēlā parādīti 6063 alumīnija sakausējumu stieņu apgrieztā pola skaitļi ar atšķirīgiem ekstrūzijas attiecībām ekstrūzijas virzienā. Var redzēt, ka sakausējumu stieņu ar dažādām ekstrūzijas attiecībām mikrostruktūras rada acīmredzamu preferenciālu orientāciju. Kad ekstrūzijas attiecība ir 17, veidojas vājāka <115>+<100> tekstūra (4.A attēls); Kad ekstrūzijas attiecība ir 39, tekstūras sastāvdaļas galvenokārt ir spēcīgāka <100> tekstūra un neliels daudzums vājās <115> tekstūras (4.B attēls); Kad ekstrūzijas attiecība ir 156, tekstūras komponenti ir <100> tekstūra ar ievērojami palielinātu stiprību, bet <115> tekstūra pazūd (4.C attēls). Pētījumi parādīja, ka uz seju vērsti kubiskie metāli galvenokārt veido <111> un <100> stieples faktūras ekstrūzijas un zīmēšanas laikā. Kad tekstūra ir izveidota, sakausējuma istabas temperatūras mehāniskās īpašības parāda acīmredzamu anizotropiju. Tekstūras stiprums palielinās, palielinoties ekstrūzijas attiecībai, norādot, ka graudu skaits noteiktā kristāla virzienā paralēli ekstrūzijas virzienam sakausējumā pakāpeniski palielinās, un sakausējuma gareniskā stiepes izturība palielinās. 6063 alumīnija sakausējuma karstā ekstrūzijas materiālu stiprināšanas mehānismi ietver smalku graudu stiprināšanu, dislokācijas stiprināšanu, struktūras stiprināšanu utt. Šajā eksperimentālajā pētījumā izmantoto procesa parametru diapazonā, ekstrūzijas koeficienta palielināšanai ir veicinoša ietekme uz iepriekš minētajiem stiprināšanas mehānismiem.
4063 alumīnija sakausējumu stieņu ar atšķirīgu ekstrūzijas koeficientu apgrieztā pola diagramma gar ekstrūzijas virzienu
5. attēls ir 6063 alumīnija sakausējuma stiepes īpašību histogramma pēc deformācijas dažādās ekstrūzijas attiecībās. Liešanas sakausējuma stiepes izturība ir 170 MPa, un pagarinājums ir 10,4%. Sakausējuma stiepes izturība un pagarinājums pēc ekstrūzijas ir ievērojami uzlabojies, un stiepes izturība un pagarinājums pakāpeniski palielinās, palielinoties ekstrūzijas attiecībai. When the extrusion ratio is 156, the tensile strength and elongation of the alloy reach the maximum value, which are 228 MPa and 26.9%, respectively, which is about 34% higher than the tensile strength of the cast alloy and about 158% higher than pagarinājums. 6063 alumīnija sakausējuma stiepes izturība, kas iegūta ar lielu ekstrūzijas koeficientu, ir tuvu stiepes izturības vērtībai (240 MPa), kas iegūta ar 4-caurlaides kanāla leņķa ekstrūziju (ECAP), kas ir daudz augstāka par stiepes izturības vērtību (171,1 MPa) iegūts ar 1-caur ECAP ekstrūziju 6063 alumīnija sakausējumam. Var redzēt, ka liela ekstrūzijas attiecība zināmā mērā var uzlabot sakausējuma mehāniskās īpašības.
Sakausējuma mehānisko īpašību uzlabošana ar ekstrūzijas koeficientu galvenokārt izriet no graudu uzlabošanas stiprināšanas. Palielinoties ekstrūzijas attiecībai, graudi tiek pilnveidoti un palielinās dislokācijas blīvums. Vairāk graudu robežu uz laukuma vienību var efektīvi kavēt dislokācijas kustību, apvienojumā ar savstarpēju kustību un dislokācijas, tādējādi uzlabojot sakausējuma izturību. Jo smalkāki graudi, jo mokošākas graudu robežas un plastisko deformāciju var izkliedēt vairāk graudu, kas neveicina plaisu veidošanos, nemaz nerunājot par plaisu izplatīšanos. Lūzuma procesa laikā var absorbēt vairāk enerģijas, tādējādi uzlabojot sakausējuma plastiskumu.
5 6063 alumīnija sakausējuma stiepes īpašības pēc liešanas un ekstrūzijas
Sakausējuma stiepes lūzuma morfoloģija pēc deformācijas ar dažādiem ekstrūzijas attiecībām ir parādīta 6. attēlā. Dimples netika atrasta lūzuma morfoloģijā, kas saistīta ar parauga paraugu (6.A attēls), un lūzums galvenokārt sastāvēja no plakanām zonām un asarām malām, kas malas malas, un asarojošās malas malas, kas asaroja malas, lūzums), un lūzums) un asaro malas) lūzuma morfoloģijā, un lūzums) un asaras malas no plātnēm. , norādot, ka asa sakausējuma stiepes lūzuma mehānisms galvenokārt bija trausls lūzums. Sakausējuma lūzuma morfoloģija pēc ekstrūzijas ir ievērojami mainījusies, un lūzumu veido liels skaits ekvivalenta dimplīnu, norādot, ka sakausējuma lūzuma mehānisms pēc ekstrūzijas ir mainījies no trauslas lūzuma uz kaļamo lūzumu. Kad ekstrūzijas attiecība ir maza, blāvi ir sekli un blāvas izmērs ir liels, un sadalījums ir nevienmērīgs; Palielinoties ekstrūzijas attiecībai, palielinās dimplīnu skaits, blāvas izmērs ir mazāks un sadalījums ir vienmērīgs (6.B attēls
3 Secinājums
Šajā eksperimentā dažādu ekstrūzijas koeficientu ietekme uz 6063 alumīnija sakausējuma mikrostruktūru un īpašībām tika analizēta ar nosacījumu, ka sagataves lielums, lietņu sildīšanas temperatūra un ekstrūzijas ātrums palika nemainīgs. Secinājumi ir šādi:
1) Dinamiska pārkristalizācija notiek 6063 alumīnija sakausējumā karstas ekstrūzijas laikā. Palielinoties ekstrūzijas attiecībai, graudi tiek nepārtraukti pilnveidoti, un graudi, kas iegarēti gar ekstrūzijas virzienu, tiek pārveidoti par vienādām pārkristalizētiem graudiem, un <100> stiepļu tekstūras stiprums tiek nepārtraukti palielināts.
2) Sakarā ar smalko graudu stiprināšanas ietekmi sakausējuma mehāniskās īpašības tiek uzlabotas, palielinoties ekstrūzijas attiecībai. Pārbaudes parametru diapazonā, kad ekstrūzijas attiecība ir 156, stiepes izturība un sakausējuma pagarinājums sasniedz attiecīgi 228 MPa maksimālās vērtības un 26,9%.
6 6063 alumīnija sakausējuma stiepes lūzumu morfoloģijas pēc liešanas un ekstrūzijas
3) As-cast parauga lūzumu morfoloģija sastāv no plakanām vietām un asaru malām. Pēc ekstrūzijas lūzumu veido liels skaits vienlīdzīgu dimplīnu, un lūzuma mehānisms no trausla lūzuma tiek pārveidots par kaļamo lūzumu.
Pasta laiks: no 2010. gada 30. līdz 2024. gadam
