Stop aluminiowy 6063 należy do nisko ściślejonego stopu aluminium z serii AL-MG-SI. Ma doskonałą wydajność formowania wytłaczania, dobrą odporność na korozję i kompleksowe właściwości mechaniczne. Jest również szeroko stosowany w branży motoryzacyjnej ze względu na łatwą kolorystykę utleniania. Wraz z przyspieszeniem trendu lekkich samochodów zastosowanie materiałów wytłaczających stopę aluminium 6063 w branży motoryzacyjnej również wzrosło.
Na mikrostrukturę i właściwości wytłaczanych materiałów mają wpływ połączone skutki prędkości wytłaczania, temperatury wytłaczania i współczynnika wytłaczania. Wśród nich wskaźnik wytłaczania zależy głównie przez ciśnienie wytłaczające, wydajność produkcji i sprzęt produkcyjny. Gdy współczynnik wytłaczania jest niewielki, deformacja stopu jest niewielka, a udoskonalenie mikrostruktury nie jest oczywiste; Zwiększenie współczynnika wytłaczania może znacznie udoskonalić ziarna, rozbić grubą drugą fazę, uzyskać jednolitą mikrostrukturę i poprawić właściwości mechaniczne stopu.
Stopy 6061 i 6063 aluminium ulegają dynamicznej rekrystalizacji podczas procesu wytłaczania. Gdy temperatura wytłaczania jest stała, wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania wielkość ziarna maleje, faza wzmacniająca jest drobno rozproszona, a wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie stopu odpowiednio rosną; Jednak wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania zwiększa się również siła wytłaczania wymagana do procesu wytłaczania, powodując większy efekt termiczny, powodując wzrost temperatury wewnętrznej stopu i zmniejszenie wydajności produktu. Ten eksperyment bada wpływ współczynnika wytłaczania, zwłaszcza stosunku dużego wytłaczania, na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne stopu 6063 aluminium.
1 Materiały i metody eksperymentalne
Materiał eksperymentalny to stop aluminium 6063, a skład chemiczny pokazano w tabeli 1. Oryginalny rozmiar wlewki wynosi φ55 mm × 165 mm i jest przetwarzany w kęs wytłaczający o wielkości φ50 mm × 150 mm po homogenizacji Leczenie przy 560 ℃ przez 6 godzin. Kęcze jest ogrzewane do 470 ℃ i utrzymuje ciepło. Temperatura podgrzewania lufy wytłaczania wynosi 420 ℃, a temperatura podgrzewania pleśni wynosi 450 ℃. Gdy prędkość wytłaczania (prędkość ruchu pręta wytłaczania) v = 5 mm/s pozostaje niezmieniona, przeprowadza się 5 grup różnych testów współczynnika wytłaczania, a współczynniki wytłaczania R wynoszą 17 (odpowiadające średnicy otworu D = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) i 156 (d = 4 mm).
Tabela 1 Składy chemiczne stopu 6063 Al (WT/%)
Po szlifowaniu papieru ściernym i mechanicznym polerowaniu próbki metalograficzne wytrawiono odczynnikiem HF za pomocą frakcji objętościowej 40% przez około 25 s, a strukturę metalograficzną próbek zaobserwowano na mikroskopie optycznym Leica-5000. Próbkę analizy tekstury o wielkości 10 mm × 10 mm wycięto ze środka przekroju podłużnego wytłaczonego pręta, a mechaniczne szlifowanie i trawienie przeprowadzono w celu usunięcia warstwy naprężeń powierzchniowych. Niekompletne liczby biegunowe trzech płaszczyzn kryształów {111}, {200} i {220} próbki zmierzono za pomocą analizatora dyfrakcji rentgenowskiej X'Pert Pro MRD w firmie Panalytical Company, a dane tekstur zostały przetworzone i analizowane przez X'Pert Data View i oprogramowanie X'Pert tekstury.
Próbka rozciągania stopu odlewu została pobrana ze środka wlewki, a próbkę rozciągającą po wytłaczaniu wycięto wzdłuż kierunku wytłaczania. Rozmiar powierzchni miernika wynosił φ4 mm × 28 mm. Test na rozciąganie przeprowadzono przy użyciu uniwersalnej maszyny do testowania materiału SANS CMT5105 o szybkości rozciągania 2 mm/min. Średnia wartość trzech standardowych próbek obliczono jako dane właściwości mechanicznej. Morfologię złamania próbek rozciągania zaobserwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego o niskiej masie (Quanta 2000, FEI, USA).
2 wyniki i dyskusja
Rycina 1 pokazuje mikrostrukturę metalograficzną stopu aluminium As-Cast 6063 przed i po homogenizacji. Jak pokazano na rycinie 1A, ziarna α-Al w mikrostrukturze AS-Cast różnią się wielkością, duża liczba siatkowych faz β-Al9Fe2Si2 zbiera się na granicach ziarna, a duża liczba ziarnistych faz MG2SI istnieje wewnątrz piasków. Po homogenizowaniu wadzka w 560 ℃ przez 6 godzin, faza eutektyczna nierównowagi między dendrytami stopu stopniowo rozpuszczały się, elementy stopu rozpuszczały się w matrycy, mikrostruktura była jednolita, a średnia wielkość ziarna wynosiła około 125 μm (ryc. 1b ).
Przed homogenizacją
Po mundurowaniu leczenia w 600 ° C przez 6 godzin
Ryc.
Ryc. 2 pokazuje wygląd 6063 aluminiowych słupków ze stopami o różnych współczynnikach wytłaczania. Jak pokazano na rycinie 2, jakość powierzchni 6063 stopów aluminiowych wytłaczanych z różnymi współczynnikami wytłaczania jest dobra, zwłaszcza gdy współczynnik wytłaczania jest zwiększony do 156 (odpowiadający prędkości wylotowej prądu pręta 48 m/min), nadal nie ma żadnych Wady wytłaczania, takie jak pęknięcia i obieranie na powierzchni paska, co wskazuje, że stop aluminium 6063 ma również dobrą wydajność wytłaczania na gorąco przy dużej prędkości i dużej wytłaczaniu stosunek.
Ryc. 2 Wygląd prętów stopowych 6063 aluminium o różnych stosunkach wytłaczania
Rycina 3 pokazuje mikrostrukturę metalograficzną odcinka podłużnego pręta stopu aluminium 6063 o różnych współczynnikach wytłaczania. Struktura ziarna paska o różnych współczynnikach wytłaczania wykazuje różne stopnie wydłużenia lub udoskonalenia. Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 17, oryginalne ziarna są wydłużone wzdłuż kierunku wytłaczania, któremu towarzyszy powstawanie niewielkiej liczby rekrystalizowanych ziaren, ale ziarna są nadal stosunkowo gruboziarniste, przy średniej wielkości ziarna około 85 μm (ryc. 3A) ; Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 25, ziarna są ciągnięte, liczba rekrystalizowanych ziaren wzrasta, a średnia wielkość ziarna maleje do około 71 μm (ryc. 3B); Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 39, z wyjątkiem niewielkiej liczby zdeformowanych ziaren, mikrostruktura składa się zasadniczo z równomiernych rekrystalizowanych ziaren o nierównomiernej wielkości, przy średniej wielkości ziarna około 60 μm (ryc. 3C); Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 69, dynamiczny proces rekrystalizacji jest zasadniczo zakończony, gruboziarniste ziaren zostały całkowicie przekształcone w równomiernie ustrukturyzowane zbrystalizowane ziarna, a średnia wielkość ziarna jest udoskonalana do około 41 μm (ryc. 3D); Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 156, z pełnym postępem procesu dynamicznego rekrystalizacji, mikrostruktura jest bardziej jednolita, a wielkość ziarna jest znacznie udoskonalana do około 32 μm (ryc. 3E). Wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania proces dynamicznego rekrystalizacji przebiega pełniej, mikrostruktura stopowa staje się bardziej jednolita, a wielkość ziarna jest znacznie udoskonalona (ryc. 3F).
Ryc. 3 Struktura metalograficzna i wielkość ziarna odcinka podłużnego prętów stopowych 6063 z różnymi współczynnikami wytłaczania
Rycina 4 pokazuje odwrotne figurki bieguna 6063 aluminium aluminiowych ze stopami aluminiowymi o różnych współczynnikach wytłaczania wzdłuż kierunku wytłaczania. Można zauważyć, że mikrostruktury stopów o różnych współczynnikach wytłaczania wytwarzają oczywistą orientację preferencyjną. Gdy wskaźnik wytłaczania wynosi 17, powstaje słabsza tekstura <115>+<100> (ryc. 4A); Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 39, elementy tekstury są głównie silniejszą teksturą i niewielką ilością słabej <115> (ryc. 4B); Gdy współczynnik wytłaczania wynosi 156, elementy tekstury są teksturą o znacznie zwiększonej wytrzymałości, podczas gdy tekstura <115> znika (ryc. 4C). Badania wykazały, że metale sześcienne zorientowane na twarz tworzą głównie tekstury drutowe <111> i <100> podczas wytłaczania i rysunku. Po utworzeniu tekstury właściwości mechaniczne temperatury stopu pokazują oczywistą anizotropię. Wytrzymałość tekstury wzrasta wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania, co wskazuje, że liczba ziaren w określonym kierunku kryształu równolegle do kierunku wytłaczania w stopie stopniowo wzrasta, a podłużna wytrzymałość na rozciąganie stopu wzrasta. Mechanizmy wzmacniania 6063 stopów aluminium gorące materiały wytłaczane obejmują wzmocnienie drobnego ziarna, wzmocnienie zwichnięcia, wzmocnienie tekstury itp. W zakresie parametrów procesu stosowanych w tym badaniu eksperymentalnym zwiększenie współczynnika wytłaczania ma wpływ promujący na powyższe mechanizmy wzmacniające.
Ryc. 4 Schemat odwrotnego bieguny 6063 prętów stopowych aluminium o różnych stosunkach wytłaczania wzdłuż kierunku wytłaczania
Rycina 5 jest histogramem właściwości rozciągania stopu 6063 aluminium po odkształceniu przy różnych współczynnikach wytłaczania. Siła rozciągania stopu odlewanego wynosi 170 MPa, a wydłużenie wynosi 10,4%. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie stopu po wytłaczaniu znacznie się poprawia, a wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie stopniowo rosną wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania. Gdy wskaźnik wytłaczania wynosi 156, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie stopu osiągają maksymalną wartość, która wynosi odpowiednio 228 MPa i 26,9%, co jest około 34% wyższe niż wytrzymałość na rozciąganie stopu obsady i około 158% wyższa niż wyższa niż 158% wyższa niż wyższa niż 158% wydłużenie. Wytrzymałość na rozciąganie stopu aluminium 6063 uzyskanego przez duży stosunek wytłaczania jest zbliżony do wartości wytrzymałości na rozciąganie (240 MPa) uzyskanej przez 4-pasmowe wytłaczanie kątowe równoległego kanału (ECAP), który jest znacznie wyższy niż wartość wytrzymałości na rozciąganie (171,1 MPa) uzyskane przez 1-pasmowe wytłaczanie ECAP stopu 6063 aluminium. Można zauważyć, że duży współczynnik wytłaczania może w pewnym stopniu poprawić właściwości mechaniczne stopu.
Zwiększenie właściwości mechanicznych stopu przez współczynnik wytłaczania wynika głównie z wzmocnienia udoskonalania ziarna. Wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania ziarna są udoskonalane, a gęstość zwichnięcia wzrasta. Więcej granic ziaren na jednostkę powierzchni może skutecznie utrudniać ruch zwichnięć, w połączeniu z wzajemnym ruchem i splątaniem zwichnięć, poprawiając w ten sposób siłę stopu. Im drobniejsze ziarna, tym bardziej kręte granice ziarna i deformacja plastyczna można rozproszyć w większej liczbie ziaren, co nie sprzyja tworzeniu pęknięć, nie mówiąc już o propagowaniu pęknięć. Więcej energii można pochłonąć podczas procesu pękania, poprawiając w ten sposób plastyczność stopu.
Ryc. 5 Właściwości rozciągania stopu 6063 aluminium po odlewie i wytłaczaniu
Morfologia złamania rozciągania stopu po odkształceniu z różnymi współczynnikami wytłaczania pokazano na rycinie 6. W morfologii złamania próbki AS-Cast (ryc. 6A) nie stwierdzono wgłębień (ryc. 6A), a złamanie składało się głównie z płaskich obszarów i łzowych krawędzi , wskazując, że mechanizm pękania na rozciąganie stopu Cast był głównie łamliwe. Morfologia złamania stopu po wytłaczaniu znacznie się zmieniła, a złamanie składa się z dużej liczby równomiernych wgłębień, co wskazuje, że mechanizm złamania stopu po wytłaczaniu zmienił się ze złamania kruchego na pękanie plastyczne. Gdy współczynnik wytłaczania jest niewielki, wgłębienia są płytkie, a wielkość wgłębienia jest duża, a rozkład jest nierównomierny; Wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania liczba wgłębień wzrasta, wielkość wgłębienia jest mniejsza, a rozkład jest jednolity (ryc. 6b ~ f), co oznacza, że stop ma lepszą plastyczność, co jest zgodne z powyższymi wynikami testu właściwości mechanicznych.
3 Wniosek
W tym eksperymencie wpływ różnych współczynników wytłaczania na mikrostrukturę i właściwości stopu 6063 aluminium analizowano pod warunkiem, że wielkość kęsów, temperatura ogrzewania i prędkość wytłaczania pozostały niezmienione. Wnioski są następujące:
1) Rekrystalizacja dynamiczna zachodzi w stopie 6063 aluminium podczas wytłaczania na gorąco. Wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania ziarna są stale udoskonalane, a ziarna wydłużone wzdłuż kierunku wytłaczania są przekształcane w równomierne ziaren rekrystalizowane, a wytrzymałość tekstury drutu jest stale zwiększana.
2) Ze względu na wpływ wzmocnienia drobnego ziarna właściwości mechaniczne stopu ulegają poprawie wraz ze wzrostem współczynnika wytłaczania. W zakresie parametrów testowych, gdy współczynnik wytłaczania wynosi 156, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie stopu osiągają maksymalne wartości odpowiednio 228 MPa i 26,9%.
Ryc. 6 Morfologie złamania na rozciąganie stopu 6063 aluminium po odlewie i wytłaczaniu
3) Morfologia złamania okazu do obsadzenia składa się z płaskich obszarów i krawędzi łez. Po wytłaczaniu złamanie składa się z dużej liczby równomiernych wgłębień, a mechanizm złamania jest przekształcany z łamliwego złamania do pęknięcia plastycznego.
Czas po: 30.102.2024
