6063 aluminiumlegering behoort tot de laaggelegeerde aluminiumlegering uit de Al-Mg-Si-serie. Het heeft uitstekende extrusievormprestaties, goede corrosieweerstand en uitgebreide mechanische eigenschappen. Het wordt ook veel gebruikt in de auto-industrie vanwege de gemakkelijke oxidatiekleuring. Met de versnelling van de trend van lichtgewicht auto's is de toepassing van 6063-extrusiematerialen van aluminiumlegeringen in de auto-industrie ook verder toegenomen.
De microstructuur en eigenschappen van geëxtrudeerde materialen worden beïnvloed door de gecombineerde effecten van extrusiesnelheid, extrusietemperatuur en extrusieverhouding. Onder hen wordt de extrusieverhouding voornamelijk bepaald door de extrusiedruk, productie-efficiëntie en productieapparatuur. Wanneer de extrusieverhouding klein is, is de vervorming van de legering klein en is de verfijning van de microstructuur niet duidelijk; het verhogen van de extrusieverhouding kan de korrels aanzienlijk verfijnen, de grove tweede fase opbreken, een uniforme microstructuur verkrijgen en de mechanische eigenschappen van de legering verbeteren.
6061 en 6063 aluminiumlegeringen ondergaan dynamische herkristallisatie tijdens het extrusieproces. Wanneer de extrusietemperatuur constant is en de extrusieverhouding toeneemt, neemt de korrelgrootte af, wordt de versterkingsfase fijn verspreid en nemen de treksterkte en rek van de legering dienovereenkomstig toe; Naarmate de extrusieverhouding toeneemt, neemt echter ook de extrusiekracht die nodig is voor het extrusieproces toe, waardoor een groter thermisch effect ontstaat, waardoor de interne temperatuur van de legering stijgt en de prestaties van het product afnemen. Dit experiment bestudeert het effect van de extrusieverhouding, vooral de grote extrusieverhouding, op de microstructuur en mechanische eigenschappen van 6063 aluminiumlegering.
1 Experimentele materialen en methoden
Het experimentele materiaal is een aluminiumlegering 6063 en de chemische samenstelling wordt weergegeven in Tabel 1. De oorspronkelijke grootte van de staaf is Φ55 mm x 165 mm, en deze wordt na homogenisatie verwerkt tot een extrusiestaaf met een afmeting van Φ50 mm x 150 mm. behandeling bij 560 ℃ gedurende 6 uur. De knuppel wordt verwarmd tot 470 ℃ en warm gehouden. De voorverwarmingstemperatuur van het extrusievat is 420 ℃ en de voorverwarmingstemperatuur van de mal is 450 ℃. Wanneer de extrusiesnelheid (bewegingssnelheid van de extrusiestaaf) V = 5 mm/s ongewijzigd blijft, worden 5 groepen verschillende extrusieverhoudingstests uitgevoerd en zijn de extrusieverhoudingen R 17 (overeenkomend met de matrijsgatdiameter D = 12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) en 156 (D=4 mm).
Tabel 1 Chemische samenstellingen van 6063 Al-legering (gew./%)
Na schuren met schuurpapier en mechanisch polijsten werden de metallografische monsters geëtst met HF-reagens met een volumefractie van 40% gedurende ongeveer 25 seconden, en de metallografische structuur van de monsters werd waargenomen op een LEICA-5000 optische microscoop. Een textuuranalysemonster met een afmeting van 10 mm x 10 mm werd gesneden uit het midden van de longitudinale doorsnede van de geëxtrudeerde staaf, en mechanisch slijpen en etsen werden uitgevoerd om de oppervlaktespanningslaag te verwijderen. De onvolledige poolfiguren van de drie kristalvlakken {111}, {200} en {220} van het monster werden gemeten door de X′Pert Pro MRD röntgendiffractieanalysator van PANalytical Company, en de textuurgegevens werden verwerkt en geanalyseerd door X′Pert Data View en X′Pert Texture-software.
Het trekmonster van de gegoten legering werd uit het midden van de staaf genomen en het trekmonster werd na extrusie langs de extrusierichting gesneden. De afmeting van het meetgebied was Φ4 mm x 28 mm. De trekproef werd uitgevoerd met behulp van een SANS CMT5105 universele materiaaltestmachine met een treksnelheid van 2 mm/min. De gemiddelde waarde van de drie standaardmonsters werd berekend als de gegevens over de mechanische eigenschappen. De breukmorfologie van de trekmonsters werd waargenomen met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop met lage vergroting (Quanta 2000, FEI, VS).
2 Resultaten en discussie
Figuur 1 toont de metallografische microstructuur van de gegoten 6063 aluminiumlegering voor en na de homogenisatiebehandeling. Zoals weergegeven in figuur 1a variëren de α-Al-korrels in de gegoten microstructuur in grootte, verzamelt een groot aantal reticulaire β-Al9Fe2Si2-fasen zich aan de korrelgrenzen en bestaat er een groot aantal granulaire Mg2Si-fasen binnen de korrels. Nadat de staaf gedurende 6 uur bij 560 ℃ was gehomogeniseerd, loste de niet-evenwichtige eutectische fase tussen de legeringsdendrieten geleidelijk op, losten de legeringselementen op in de matrix, was de microstructuur uniform en was de gemiddelde korrelgrootte ongeveer 125 μm (Figuur 1b ).
Vóór homogenisering
Na uniformiserende behandeling bij 600°C gedurende 6 uur
Fig.1 Metallografische structuur van 6063 aluminiumlegering voor en na homogenisatiebehandeling
Figuur 2 toont het uiterlijk van staven van 6063 aluminiumlegering met verschillende extrusieverhoudingen. Zoals weergegeven in figuur 2 is de oppervlaktekwaliteit van staven van 6063 aluminiumlegeringen geëxtrudeerd met verschillende extrusieverhoudingen goed, vooral wanneer de extrusieverhouding wordt verhoogd tot 156 (overeenkomend met de extrusie-uitlaatsnelheid van de staaf van 48 m/min), zijn er nog steeds geen extrusiedefecten zoals scheuren en afbladderen op het oppervlak van de staaf, wat aangeeft dat de aluminiumlegering 6063 ook goede prestaties bij het vormen bij hoge snelheid en een grote extrusieverhouding heeft.
Fig.2 Uiterlijk van staven van 6063 aluminiumlegering met verschillende extrusieverhoudingen
Figuur 3 toont de metallografische microstructuur van de longitudinale doorsnede van de staaf van 6063 aluminiumlegering met verschillende extrusieverhoudingen. De korrelstructuur van de staaf met verschillende extrusieverhoudingen vertoont verschillende graden van rek of verfijning. Wanneer de extrusieverhouding 17 is, worden de oorspronkelijke korrels langwerpig in de extrusierichting, vergezeld van de vorming van een klein aantal herkristalliseerde korrels, maar de korrels zijn nog steeds relatief grof, met een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 85 μm (Figuur 3a) ; wanneer de extrusieverhouding 25 is, worden de korrels slanker getrokken, neemt het aantal herkristalliseerde korrels toe en neemt de gemiddelde korrelgrootte af tot ongeveer 71 μm (Figuur 3b); wanneer de extrusieverhouding 39 is, met uitzondering van een klein aantal vervormde korrels, bestaat de microstructuur in principe uit gelijkassige herkristalliseerde korrels van ongelijke grootte, met een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 60 μm (Figuur 3c); wanneer de extrusieverhouding 69 is, is het dynamische herkristallisatieproces in principe voltooid, zijn de grove originele korrels volledig omgezet in uniform gestructureerde herkristalliseerde korrels en is de gemiddelde korrelgrootte verfijnd tot ongeveer 41 μm (Figuur 3d); wanneer de extrusieverhouding 156 is, met de volledige voortgang van het dynamische herkristallisatieproces, is de microstructuur uniformer en is de korrelgrootte sterk verfijnd tot ongeveer 32 μm (Figuur 3e). Met de toename van de extrusieverhouding verloopt het dynamische herkristallisatieproces vollediger, wordt de microstructuur van de legering uniformer en wordt de korrelgrootte aanzienlijk verfijnd (Figuur 3f).
Fig.3 Metallografische structuur en korrelgrootte van langsdoorsnede van 6063 aluminiumlegeringsstaven met verschillende extrusieverhoudingen
Figuur 4 toont de omgekeerde poolfiguren van staven van 6063 aluminiumlegering met verschillende extrusieverhoudingen langs de extrusierichting. Het is duidelijk dat de microstructuren van gelegeerde staven met verschillende extrusieverhoudingen allemaal een duidelijke voorkeursoriëntatie produceren. Wanneer de extrusieverhouding 17 is, wordt een zwakkere <115>+<100> textuur gevormd (Figuur 4a); wanneer de extrusieverhouding 39 is, zijn de textuurcomponenten voornamelijk de sterkere <100> textuur en een kleine hoeveelheid zwakke <115> textuur (Figuur 4b); wanneer de extrusieverhouding 156 is, zijn de textuurcomponenten de <100> textuur met aanzienlijk verhoogde sterkte, terwijl de <115> textuur verdwijnt (Figuur 4c). Studies hebben aangetoond dat kubische metalen met het oppervlak in het midden voornamelijk <111> en <100> draadtexturen vormen tijdens extrusie en trekken. Zodra de textuur is gevormd, vertonen de mechanische eigenschappen van de legering bij kamertemperatuur een duidelijke anisotropie. De textuursterkte neemt toe met de toename van de extrusieverhouding, wat aangeeft dat het aantal korrels in een bepaalde kristalrichting evenwijdig aan de extrusierichting in de legering geleidelijk toeneemt, en dat de longitudinale treksterkte van de legering toeneemt. De versterkingsmechanismen van 6063 hete extrusiematerialen van aluminiumlegering omvatten fijne korrelversterking, dislocatieversterking, textuurversterking, enz. Binnen het bereik van procesparameters die in dit experimentele onderzoek zijn gebruikt, heeft het verhogen van de extrusieverhouding een bevorderend effect op de bovengenoemde versterkingsmechanismen.
Fig.4 Omgekeerd pooldiagram van staven van 6063 aluminiumlegering met verschillende extrusieverhoudingen langs de extrusierichting
Figuur 5 is een histogram van de trekeigenschappen van een aluminiumlegering 6063 na vervorming bij verschillende extrusieverhoudingen. De treksterkte van de gegoten legering bedraagt 170 MPa en de rek bedraagt 10,4%. De treksterkte en rek van de legering na extrusie zijn aanzienlijk verbeterd, en de treksterkte en rek nemen geleidelijk toe met de toename van de extrusieverhouding. Wanneer de extrusieverhouding 156 is, bereiken de treksterkte en rek van de legering de maximale waarde, die respectievelijk 228 MPa en 26,9% bedraagt, wat ongeveer 34% hoger is dan de treksterkte van de gegoten legering en ongeveer 158% hoger dan de verlenging. De treksterkte van de 6063 aluminiumlegering verkregen door een grote extrusieverhouding ligt dicht bij de treksterktewaarde (240 MPa) verkregen door 4-pass gelijkkanaals hoekextrusie (ECAP), wat veel hoger is dan de treksterktewaarde (171,1 MPa) verkregen door 1-pass ECAP-extrusie van 6063 aluminiumlegering. Het is duidelijk dat een grote extrusieverhouding de mechanische eigenschappen van de legering tot op zekere hoogte kan verbeteren.
De verbetering van de mechanische eigenschappen van de legering door extrusieverhouding komt voornamelijk voort uit versterking van de korrelverfijning. Naarmate de extrusieverhouding toeneemt, worden de korrels verfijnd en neemt de dislocatiedichtheid toe. Meer korrelgrenzen per oppervlakte-eenheid kunnen de beweging van dislocaties effectief belemmeren, gecombineerd met de onderlinge beweging en verstrengeling van dislocaties, waardoor de sterkte van de legering wordt verbeterd. Hoe fijner de korrels, hoe kronkeliger de korrelgrenzen, en de plastische vervorming kan zich in meer korrels verspreiden, wat niet bevorderlijk is voor de vorming van scheuren, laat staan voor de voortplanting van scheuren. Tijdens het breukproces kan meer energie worden geabsorbeerd, waardoor de plasticiteit van de legering wordt verbeterd.
Fig.5 Trekeigenschappen van 6063 aluminiumlegering na gieten en extrusie
De trekbreukmorfologie van de legering na vervorming met verschillende extrusieverhoudingen wordt weergegeven in figuur 6. Er werden geen kuiltjes gevonden in de breukmorfologie van het gegoten monster (figuur 6a), en de breuk bestond voornamelijk uit vlakke gebieden en scheurranden. , wat aangeeft dat het trekbreukmechanisme van de gegoten legering voornamelijk bestond uit brosse breuk. De breukmorfologie van de legering na extrusie is aanzienlijk veranderd en de breuk bestaat uit een groot aantal gelijkassige kuiltjes, wat aangeeft dat het breukmechanisme van de legering na extrusie is veranderd van brosse breuk naar ductiele breuk. Wanneer de extrusieverhouding klein is, zijn de kuiltjes ondiep en is de kuiltjesgrootte groot en is de verdeling ongelijkmatig; naarmate de extrusieverhouding toeneemt, neemt het aantal kuiltjes toe, wordt de kuiltjesgrootte kleiner en is de verdeling uniform (Figuur 6b ~ f), wat betekent dat de legering een betere plasticiteit heeft, wat consistent is met de bovenstaande testresultaten voor mechanische eigenschappen.
3 Conclusie
In dit experiment werden de effecten van verschillende extrusieverhoudingen op de microstructuur en eigenschappen van 6063 aluminiumlegering geanalyseerd onder de voorwaarde dat de knuppelgrootte, de verwarmingstemperatuur van de staaf en de extrusiesnelheid onveranderd bleven. De conclusies zijn als volgt:
1) Dynamische herkristallisatie vindt plaats in 6063 aluminiumlegering tijdens hete extrusie. Met de toename van de extrusieverhouding worden de korrels continu verfijnd en worden de korrels die langwerpig zijn in de extrusierichting omgezet in gelijkassige herkristalliseerde korrels, en wordt de sterkte van <100> draadtextuur continu verhoogd.
2) Door het effect van fijne korrelversterking worden de mechanische eigenschappen van de legering verbeterd naarmate de extrusieverhouding toeneemt. Binnen het bereik van testparameters bereiken, wanneer de extrusieverhouding 156 is, de treksterkte en rek van de legering de maximale waarden van respectievelijk 228 MPa en 26,9%.
Fig.6 Trekbreukmorfologieën van 6063 aluminiumlegering na gieten en extrusie
3) De breukmorfologie van het gegoten exemplaar bestaat uit vlakke gebieden en scheurranden. Na extrusie bestaat de breuk uit een groot aantal gelijkassige kuiltjes en wordt het breukmechanisme getransformeerd van brosse breuk naar ductiele breuk.
Posttijd: 30 november 2024
