6063 aliuminio lydinys priklauso mažai legiruoto Al-Mg-Si serijos termiškai apdorojamo aliuminio lydiniui. Jis pasižymi puikiomis ekstruzijos formavimo savybėmis, geru atsparumu korozijai ir išsamiomis mechaninėmis savybėmis. Jis taip pat plačiai naudojamas automobilių pramonėje, nes lengvai oksiduojasi. Spartėjant lengvųjų automobilių tendencijai, 6063 aliuminio lydinio ekstruzijos medžiagų naudojimas automobilių pramonėje taip pat išaugo.
Ekstruzinių medžiagų mikrostruktūrą ir savybes veikia bendras ekstruzijos greičio, ekstruzijos temperatūros ir ekstruzijos santykio poveikis. Tarp jų ekstruzijos santykį daugiausia lemia ekstruzijos slėgis, gamybos efektyvumas ir gamybos įranga. Kai ekstruzijos koeficientas mažas, lydinio deformacija nedidelė, o mikrostruktūros tobulinimas nėra akivaizdus; padidinus ekstruzijos santykį galima žymiai patobulinti grūdelius, suskaidyti stambią antrąją fazę, gauti vienodą mikrostruktūrą ir pagerinti lydinio mechanines savybes.
6061 ir 6063 aliuminio lydiniai ekstruzijos metu dinamiškai perkristalizuojami. Kai ekstruzijos temperatūra yra pastovi, didėjant ekstruzijos santykiui, grūdelių dydis mažėja, stiprinimo fazė yra smulkiai išsklaidyta, o lydinio tempiamasis stipris ir pailgėjimas atitinkamai didėja; tačiau didėjant ekstruzijos laipsniui, didėja ir ekstruzijos procesui reikalinga ekstruzijos jėga, todėl atsiranda didesnis šiluminis efektas, todėl lydinio vidinė temperatūra pakyla, o gaminio našumas mažėja. Šis eksperimentas tiria ekstruzijos santykio, ypač didelio ekstruzijos laipsnio, poveikį 6063 aliuminio lydinio mikrostruktūrai ir mechaninėms savybėms.
1 Eksperimentinės medžiagos ir metodai
Eksperimentinė medžiaga yra 6063 aliuminio lydinys, o cheminė sudėtis parodyta 1 lentelėje. Pradinis luito dydis yra Φ55 mm × 165 mm, o po homogenizacijos jis perdirbamas į ekstruzinį ruošinį, kurio dydis yra Φ50 mm × 150 mm. apdorojimas 560 ℃ temperatūroje 6 val. Ruošinys pašildomas iki 470 ℃ ir laikomas šiltai. Ekstruzijos statinės pakaitinimo temperatūra yra 420 ℃, o formos pakaitinimo temperatūra yra 450 ℃. Kai ekstruzijos greitis (ekstruzijos strypo judėjimo greitis) V=5 mm/s nesikeičia, atliekami 5 skirtingų ekstruzijos santykio bandymų grupės, kurių ekstruzijos koeficientai R yra 17 (atitinka štampavimo angos skersmenį D=12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) ir 156 (D = 4 mm).
1 lentelė 6063 Al lydinio cheminė sudėtis (masė/%)
Po šlifavimo švitriniu popieriumi ir mechaninio poliravimo metalografiniai mėginiai buvo išgraviruoti HF reagentu, kurio tūrio dalis buvo 40%, maždaug 25 s, o mėginių metalografinė struktūra buvo stebima LEICA-5000 optiniu mikroskopu. Iš ekstruzinio strypo išilginio pjūvio centro buvo išpjautas 10 mm × 10 mm dydžio tekstūros analizės mėginys, atliktas mechaninis šlifavimas ir ėsdinimas paviršiaus įtempimo sluoksniui pašalinti. Neišsamios mėginio trijų kristalų plokštumų {111}, {200} ir {220} polių figūros buvo išmatuotos PANalytical Company rentgeno difrakcijos analizatoriumi X′Pert Pro MRD, o tekstūros duomenys apdoroti ir analizuoti. sukūrė X′Pert Data View ir X′Pert Texture programinė įranga.
Lieto lydinio tempiamasis bandinys buvo paimtas iš luito centro, o tempiamasis bandinys po ekstruzijos buvo nupjautas išilgai ekstruzijos krypties. Matavimo ploto dydis buvo Φ4 mm × 28 mm. Tempimo bandymas buvo atliktas naudojant SANS CMT5105 universalią medžiagų bandymo mašiną, kurios tempimo greitis 2 mm/min. Vidutinė trijų standartinių bandinių vertė buvo apskaičiuota kaip mechaninių savybių duomenys. Tempiamųjų bandinių lūžių morfologija buvo stebima naudojant mažo didinimo skenuojamąjį elektronų mikroskopą (Quanta 2000, FEI, JAV).
2 Rezultatai ir diskusija
1 paveiksle parodyta 6063 aliuminio lydinio metalografinė mikrostruktūra prieš ir po homogenizavimo. Kaip parodyta 1a paveiksle, α-Al grūdeliai liejimo mikrostruktūroje skiriasi dydžiu, daug tinklinių β-Al9Fe2Si2 fazių susirenka grūdelių ribose, o grūdelių viduje yra daug granuliuotų Mg2Si fazių. Po to, kai luitas buvo homogenizuotas 560 ℃ 6 valandas, nepusiausvyrinė eutektinė fazė tarp lydinio dendritų palaipsniui ištirpo, lydinio elementai ištirpo matricoje, mikrostruktūra buvo vienoda, o vidutinis grūdelių dydis buvo apie 125 μm (1b pav. ).
Prieš homogenizavimą
Po vienodo apdorojimo 600°C temperatūroje 6 valandas
1 pav. 6063 aliuminio lydinio metalografinė struktūra prieš ir po apdorojimo homogenizavimu
2 paveiksle parodyta 6063 aliuminio lydinio strypų su skirtingais ekstruzijos santykiais išvaizda. Kaip parodyta 2 paveiksle, 6063 aliuminio lydinio strypų, išspaustų skirtingais ekstruzijos koeficientais, paviršiaus kokybė yra gera, ypač kai ekstruzijos koeficientas padidinamas iki 156 (atitinka strypo ekstruzijos išėjimo greitį 48 m/min), vis tiek nėra ekstruzijos defektai, tokie kaip įtrūkimai ir lupimasis strypo paviršiuje, o tai rodo, kad 6063 aliuminio lydinys taip pat pasižymi geromis karštojo ekstruzijos formavimo savybėmis dideliu greičiu ir dideliu ekstruzijos santykiu.
2 pav. 6063 aliuminio lydinio strypų su skirtingais ekstruzijos koeficientais išvaizda
3 paveiksle parodyta 6063 aliuminio lydinio strypo išilginės pjūvio metalografinė mikrostruktūra su skirtingais ekstruzijos santykiais. Strypo grūdėtoji struktūra su skirtingais ekstruzijos santykiais rodo skirtingą pailgėjimo arba tobulinimo laipsnį. Kai ekstruzijos koeficientas yra 17, pradiniai grūdeliai pailgėja išilgai ekstruzijos krypties, kartu susidaro nedidelis skaičius perkristalizuotų grūdelių, tačiau grūdeliai vis dar yra gana stambūs, o vidutinis grūdelių dydis yra apie 85 μm (3a pav.) ; kai ekstruzijos koeficientas yra 25, grūdeliai ištraukiami plonesni, padidėja perkristalizuotų grūdelių skaičius, o vidutinis grūdelių dydis sumažėja iki maždaug 71 μm (3b pav.); kai ekstruzijos koeficientas yra 39, išskyrus nedidelį deformuotų grūdelių skaičių, mikrostruktūrą iš esmės sudaro nevienodo dydžio lygiašiai perkristalizuoti grūdeliai, kurių vidutinis grūdelių dydis yra apie 60 μm (3c pav.); kai ekstruzijos koeficientas yra 69, dinaminis rekristalizavimo procesas iš esmės yra baigtas, stambūs pradiniai grūdeliai visiškai transformuojami į vienodos struktūros perkristalizuotus grūdelius, o vidutinis grūdelių dydis yra patobulintas iki maždaug 41 μm (3d pav.); kai ekstruzijos koeficientas yra 156, visiškai vykstant dinaminei rekristalizacijai, mikrostruktūra yra tolygesnė, o grūdelių dydis labai patobulintas iki maždaug 32 μm (3e pav.). Didėjant ekstruzijos santykiui, dinaminis rekristalizavimo procesas vyksta pilniau, lydinio mikrostruktūra tampa vienodesnė, o grūdelių dydis žymiai patobulintas (3f pav.).
3 pav. 6063 aliuminio lydinio strypų su skirtingais ekstruzijos koeficientais išilginio pjūvio metalografinė struktūra ir grūdelių dydis
4 paveiksle pavaizduoti 6063 aliuminio lydinio strypų su skirtingais ekstruzijos santykiais išilgai ekstruzijos krypties atvirkštinės polių figūros. Galima pastebėti, kad lydinio strypų su skirtingu ekstruzijos santykiu mikrostruktūros sukuria akivaizdžią pirmenybę. Kai ekstruzijos koeficientas yra 17, susidaro silpnesnė <115>+<100> tekstūra (4a pav.); kai ekstruzijos koeficientas yra 39, tekstūros komponentai daugiausia yra stipresnė <100> tekstūra ir nedidelis kiekis silpnos <115> tekstūros (4b pav.); kai ekstruzijos koeficientas yra 156, tekstūros komponentai yra <100> tekstūra su žymiai padidintu stiprumu, o <115> tekstūra išnyksta (4c pav.). Tyrimai parodė, kad į paviršių orientuoti kubiniai metalai daugiausia sudaro <111> ir <100> vielos tekstūras ekstruzijos ir tempimo metu. Susidarius tekstūrai, kambario temperatūros mechaninės lydinio savybės rodo akivaizdžią anizotropiją. Tekstūros stiprumas didėja didėjant ekstruzijos santykiui, o tai rodo, kad grūdelių skaičius tam tikra kristalo kryptimi lygiagrečiai ekstruzijos krypčiai lydinyje palaipsniui didėja, o lydinio išilginis tempiamasis stipris didėja. 6063 aliuminio lydinio karštojo ekstruzijos medžiagų stiprinimo mechanizmai apima smulkiagrūdį stiprinimą, dislokacijos stiprinimą, tekstūros stiprinimą ir kt. Šiame eksperimentiniame tyrime naudojamų proceso parametrų diapazone ekstruzijos santykio didinimas turi skatinantį poveikį pirmiau minėtiems stiprinimo mechanizmams.
4 pav. 6063 aliuminio lydinio strypų su skirtingais ekstruzijos koeficientais ekstruzijos kryptimi atvirkštinė polių diagrama
5 paveiksle parodyta 6063 aliuminio lydinio tempimo savybių histograma po deformacijos esant įvairiems ekstruzijos santykiams. Lieto lydinio tempiamasis stipris yra 170 MPa, o pailgėjimas – 10,4%. Lydinio tempiamasis stipris ir pailgėjimas po ekstruzijos žymiai pagerėja, o tempiamasis stipris ir pailgėjimas palaipsniui didėja didėjant ekstruzijos santykiui. Kai ekstruzijos koeficientas yra 156, lydinio tempiamasis stipris ir pailgėjimas pasiekia maksimalias vertes, kurios yra atitinkamai 228 MPa ir 26,9%, o tai yra apie 34% didesnis nei liejamo lydinio tempiamasis stipris ir apie 158% didesnis nei pailgėjimas. 6063 aliuminio lydinio tempiamasis stipris, gautas naudojant didelį ekstruzijos santykį, yra artimas tempiamojo stiprio vertei (240 MPa), gautai naudojant 4 žingsnių vienodo kanalo kampinį ekstruziją (ECAP), kuri yra daug didesnė už tempimo stiprio vertę (171,1 MPa). gautas 6063 aliuminio lydinio ekstruzijos būdu ECAP. Galima pastebėti, kad didelis ekstruzijos santykis gali tam tikru mastu pagerinti lydinio mechanines savybes.
Lydinio mechaninės savybės pagerinamos ekstruzijos santykiu daugiausia dėl grūdų rafinavimo stiprinimo. Didėjant ekstruzijos santykiui, grūdeliai rafinuojami ir didėja dislokacijos tankis. Daugiau grūdelių ribų ploto vienete gali veiksmingai trukdyti išnirimų judėjimui, kartu su išnirimų tarpusavio judėjimu ir įsipainiojimu, taip pagerinant lydinio stiprumą. Kuo smulkesni grūdeliai, tuo grūdų ribos vingiuotos, o plastinė deformacija gali išsisklaidyti daugiau grūdelių, o tai nėra palanki įtrūkimų susidarymui, o ką jau kalbėti apie įtrūkimų plitimą. Skilimo proceso metu gali būti absorbuojama daugiau energijos, taip pagerinant lydinio plastiškumą.
5 pav. 6063 aliuminio lydinio tempimo savybės po liejimo ir ekstruzijos
Lydinio tempiamojo lūžio morfologija po deformacijos su skirtingais ekstruzijos santykiais parodyta 6 paveiksle. Lieto mėginio lūžio morfologijoje įdubimų nerasta (6a pav.), o lūžis daugiausia buvo sudarytas iš plokščių plotų ir plyšusių kraštų. , rodantis, kad liejamo lydinio tempiamasis lūžio mechanizmas daugiausia buvo trapus lūžis. Lydinio lūžimo morfologija po ekstruzijos labai pasikeitė, o lūžis susideda iš daugybės lygiagrečių įdubimų, o tai rodo, kad lydinio lūžimo mechanizmas po ekstruzijos pasikeitė iš trapaus lūžimo į plastišką lūžį. Kai ekstruzijos koeficientas yra mažas, įdubimai yra negili, o įdubos dydis yra didelis, o pasiskirstymas yra netolygus; Didėjant ekstruzijos koeficientui, didėja įdubimų skaičius, įdubimų dydis yra mažesnis ir pasiskirstymas yra vienodas (6b–f pav.), o tai reiškia, kad lydinys turi geresnį plastiškumą, o tai atitinka aukščiau pateiktus mechaninių savybių bandymo rezultatus.
3 Išvada
Šiame eksperimente buvo analizuojamas skirtingų ekstruzijos santykių poveikis 6063 aliuminio lydinio mikrostruktūrai ir savybėms su sąlyga, kad ruošinio dydis, luito kaitinimo temperatūra ir ekstruzijos greitis nepasikeitė. Išvados yra tokios:
1) Karštojo ekstruzijos metu 6063 aliuminio lydinyje vyksta dinaminė perkristalizacija. Didinant ekstruzijos santykį, grūdeliai nuolat rafinuojami, o išilgai ekstruzijos krypties pailgi grūdeliai paverčiami lygiagrečiais perkristalizuotais grūdeliais, o <100> vielos tekstūros stiprumas nuolat didinamas.
2) Dėl smulkių grūdelių stiprinimo, lydinio mechaninės savybės pagerėja, padidėjus ekstruzijos santykiui. Bandymo parametrų diapazone, kai ekstruzijos koeficientas yra 156, lydinio tempiamasis stipris ir pailgėjimas pasiekia maksimalias reikšmes atitinkamai 228 MPa ir 26,9%.
6 pav. 6063 aliuminio lydinio tempiamojo lūžio morfologijos po liejimo ir ekstruzijos
3) Lieto bandinio lūžio morfologiją sudaro plokščios vietos ir plyšimo kraštai. Po ekstruzijos lūžis susideda iš daugybės lygiagrečių įdubimų, o lūžio mechanizmas iš trapaus lūžio paverčiamas plastiniu lūžiu.
Paskelbimo laikas: 2024-11-30
