Алюмініевы сплаў 6063 належыць да нізкалегаванага алюмініевага сплаву серыі Al-Mg-Si, які паддаецца тэрмаапрацоўцы. Ён мае выдатныя характарыстыкі экструзійнага фармавання, добрую каразійную ўстойлівасць і комплексныя механічныя ўласцівасці. Ён таксама шырока выкарыстоўваецца ў аўтамабільнай прамысловасці з-за лёгкага акіслення афарбоўкі. З паскарэннем тэндэнцыі лёгкіх аўтамабіляў прымяненне экструзійных матэрыялаў з алюмініевага сплаву 6063 у аўтамабільнай прамысловасці таксама павялічылася.
На мікраструктуру і ўласцівасці экструдаваных матэрыялаў уплываюць сумарныя эфекты хуткасці экструзіі, тэмпературы экструзіі і каэфіцыента экструзіі. Сярод іх каэфіцыент экструзіі ў асноўным вызначаецца ціскам экструзіі, эфектыўнасцю вытворчасці і вытворчым абсталяваннем. Калі каэфіцыент экструзіі малы, дэфармацыя сплаву невялікая і ўдакладненне мікраструктуры не відавочна; павелічэнне каэфіцыента экструзіі можа значна ачысціць збожжа, разбіць грубую другую фазу, атрымаць аднастайную мікраструктуру і палепшыць механічныя ўласцівасці сплаву.
Алюмініевыя сплавы 6061 і 6063 падвяргаюцца дынамічнай рэкрышталізацыі ў працэсе экструзіі. Калі тэмпература экструзіі пастаянная, па меры павелічэння каэфіцыента экструзіі памер зерня памяншаецца, фаза ўмацавання дробна дысперсная, а трываласць на расцяжэнне і падаўжэнне сплаву павялічваюцца адпаведна; аднак, калі каэфіцыент экструзіі павялічваецца, сіла экструзіі, неабходная для працэсу экструзіі, таксама павялічваецца, выклікаючы большы цеплавы эфект, выклікаючы павышэнне ўнутранай тэмпературы сплаву і зніжэнне прадукцыйнасці прадукту. Гэты эксперымент вывучае ўплыў каэфіцыента экструзіі, асабліва вялікага каэфіцыента экструзіі, на мікраструктуру і механічныя ўласцівасці алюмініевага сплаву 6063.
1 Эксперыментальныя матэрыялы і метады
Эксперыментальны матэрыял - гэта алюмініевы сплаў 6063, хімічны склад якога паказаны ў табліцы 1. Зыходны памер злітка складае Φ55 мм × 165 мм, і пасля гамагенізацыі ён перапрацоўваецца ў экструзійную нарыхтоўку памерам Φ50 мм × 150 мм. апрацоўка пры 560 ℃ на працягу 6 гадзін. Нарыхтоўка награваецца да 470 ℃ і захоўваецца ў цяпле. Тэмпература папярэдняга нагрэву экструзійнага ствала складае 420 ℃, а тэмпература папярэдняга нагрэву формы - 450 ℃. Калі хуткасць экструзіі (хуткасць перамяшчэння экструзійнага стрыжня) V=5 мм/с застаецца нязменнай, праводзяцца 5 груп выпрабаванняў розных каэфіцыентаў экструзіі, а каэфіцыенты экструзіі R складаюць 17 (адпаведна дыяметру адтуліны фільеры D=12 мм), 25 (D=10 мм), 39 (D=8 мм), 69 (D=6 мм) і 156 (D=4 мм).
Табліца 1. Хімічны склад сплаву 6063 Al (мас./%)
Пасля шліфоўкі наждачнай паперай і механічнай паліроўкі металаграфічныя ўзоры труцілі HF-рэактывам з аб'ёмнай доляй 40% на працягу каля 25 с і назіралі за металаграфічнай структурай узораў на аптычным мікраскопе LEICA-5000. Узор для аналізу тэкстуры памерам 10 мм × 10 мм быў выразаны з цэнтра падоўжнага перасеку экструдаванага стрыжня, і былі выкананы механічнае шліфаванне і тручэнне для выдалення пласта павярхоўнага напружання. Няпоўныя палюсныя фігуры трох крышталічных плоскасцей {111}, {200} і {220} узору былі вымераны пры дапамозе рэнтгенаўскага дыфракцыйнага аналізатара X′Pert Pro MRD кампаніі PANalytical, а тэкстурныя дадзеныя былі апрацаваны і прааналізаваны. праграмным забеспячэннем X′Pert Data View і X′Pert Texture.
Узор на расцяжэнне адліванага сплаву быў узяты з цэнтра злітка, і ўзор на расцяжэнне быў разрэзаны ўздоўж напрамку экструзіі пасля экструзіі. Памер датчыка быў Φ4 мм × 28 мм. Тэст на расцяжэнне праводзіўся з дапамогай універсальнай машыны для выпрабаванняў матэрыялаў SANS CMT5105 з хуткасцю расцяжэння 2 мм/мін. Сярэдняе значэнне трох стандартных узораў было разлічана як дадзеныя аб механічных уласцівасцях. Марфалогія разбурэння ўзораў, якія падвяргаюцца расцяжэнню, назіралася з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа з малым павелічэннем (Quanta 2000, FEI, ЗША).
2 Вынікі і абмеркаванне
На малюнку 1 паказана металаграфічная мікраструктура адліванага алюмініевага сплаву 6063 да і пасля гамагенізацыі. Як паказана на малюнку 1а, зерні α-Al у адліванай мікраструктуры адрозніваюцца па памеры, вялікая колькасць сеткаватых фаз β-Al9Fe2Si2 збіраецца на межах зерняў, а ўнутры зерняў існуе вялікая колькасць грануляваных фаз Mg2Si. Пасля таго, як злітак быў гамагенізаваны пры 560 ℃ на працягу 6 гадзін, нераўнаважная эўтэктычная фаза паміж дендрытамі сплаву паступова растварылася, элементы сплаву растварыліся ў матрыцы, мікраструктура стала аднастайнай, а сярэдні памер зерня склаў каля 125 мкм (малюнак 1b). ).
Перад гамагенізацыяй
Пасля аднастайнай апрацоўкі пры 600°C на працягу 6 гадзін
Мал.1 Металаграфічная структура алюмініевага сплаву 6063 да і пасля гамагенізацыі
На малюнку 2 паказаны знешні выгляд пруткоў з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі. Як паказана на малюнку 2, якасць паверхні пруткоў з алюмініевага сплаву 6063, экструдаваных з рознымі каэфіцыентамі экструзіі, добрая, асабліва калі каэфіцыент экструзіі павялічаны да 156 (што адпавядае хуткасці бруска на выхадзе 48 м/мін), па-ранейшаму няма экструзійныя дэфекты, такія як расколіны і лушчэнне на паверхні бруска, што паказвае на тое, што алюмініевы сплаў 6063 таксама мае добрую прадукцыйнасць гарачай экструзіі пры высокай хуткасці і вялікім каэфіцыенце экструзіі.
Мал.2 Знешні выгляд стрыжняў з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі
На малюнку 3 паказана металаграфічная мікраструктура падоўжнага разрэзу бруска з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі. Зярністая структура бруска з рознымі каэфіцыентамі экструзіі паказвае розную ступень падаўжэння або вытанчанасці. Калі каэфіцыент экструзіі роўны 17, зыходныя збожжа выцягваюцца ўздоўж напрамку экструзіі, што суправаджаецца адукацыяй невялікай колькасці перакрышталізаваных зерняў, але збожжа па-ранейшаму адносна грубае, з сярэднім памерам зерня каля 85 мкм (малюнак 3а). ; калі каэфіцыент экструзіі роўны 25, збожжа становяцца больш тонкімі, колькасць перакрышталізаваных зерняў павялічваецца, а сярэдні памер зерня памяншаецца прыкладна да 71 мкм (малюнак 3b); калі каэфіцыент экструзіі роўны 39, за выключэннем невялікай колькасці дэфармаваных зерняў, мікраструктура ў асноўным складаецца з роўнавосевых рэкрышталізаваных зерняў нераўнамернага памеру з сярэднім памерам зерняў каля 60 мкм (малюнак 3c); калі каэфіцыент экструзіі роўны 69, працэс дынамічнай рэкрышталізацыі ў асноўным завершаны, грубыя зыходныя збожжа былі цалкам пераўтвораны ў аднастайна структураваныя рэкрышталізаваныя збожжа, а сярэдні памер збожжа ўдакладнены прыкладна да 41 мкм (малюнак 3d); калі каэфіцыент экструзіі роўны 156, пры поўным прагрэсе працэсу дынамічнай рэкрышталізацыі мікраструктура становіцца больш аднастайнай, а памер зярністасці значна памяншаецца прыкладна да 32 мкм (малюнак 3e). З павелічэннем каэфіцыента экструзіі працэс дынамічнай рэкрышталізацыі працякае больш поўна, мікраструктура сплаву становіцца больш аднастайнай, а памер збожжа значна ўдакладняецца (малюнак 3f).
Малюнак 3. Металаграфічная структура і памер зярністасці падоўжнага разрэзу стрыжняў з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі
На малюнку 4 паказаны зваротныя палюсныя фігуры пруткоў з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі ўздоўж напрамку экструзіі. Відаць, што мікраструктуры пруткоў сплаву з рознымі каэфіцыентамі экструзіі ствараюць відавочную прэферэнцыйную арыентацыю. Калі каэфіцыент экструзіі роўны 17, утворыцца больш слабая тэкстура <115>+<100> (малюнак 4а); калі каэфіцыент экструзіі роўны 39, кампаненты тэкстуры ў асноўным складаюцца з больш моцнай тэкстуры <100> і невялікай колькасці слабай тэкстуры <115> (малюнак 4b); калі каэфіцыент экструзіі роўны 156, кампаненты тэкстуры ўяўляюць сабой тэкстуру <100> са значна павялічанай трываласцю, у той час як тэкстура <115> знікае (малюнак 4c). Даследаванні паказалі, што гранецэнтрычныя кубічныя металы ў асноўным утвараюць драцяныя тэкстуры <111> і <100> падчас экструзіі і выцягвання. Пасля фарміравання тэкстуры механічныя ўласцівасці сплаву пры пакаёвай тэмпературы паказваюць відавочную анізатрапію. Трываласць тэкстуры ўзрастае з павелічэннем каэфіцыента экструзіі, што сведчыць аб тым, што колькасць зерняў у пэўным кірунку крышталя, паралельным кірунку экструзіі ў сплаве, паступова павялічваецца, а трываласць сплаву на падоўжнае расцяжэнне павялічваецца. Механізмы ўмацавання матэрыялаў гарачай экструзіі з алюмініевага сплаву 6063 уключаюць умацаванне дробнага зярністасці, умацаванне дыслакацыяй, узмацненне тэкстуры і г. д. У межах дыяпазону параметраў працэсу, якія выкарыстоўваюцца ў гэтым эксперыментальным даследаванні, павышэнне каэфіцыента экструзіі аказвае спрыяльнае ўздзеянне на вышэйзгаданыя механізмы ўмацавання.
Мал.4 Дыяграма зваротнага полюса стрыжняў з алюмініевага сплаву 6063 з рознымі каэфіцыентамі экструзіі ўздоўж напрамку экструзіі
Малюнак 5 - гэта гістаграма ўласцівасцей расцяжэння алюмініевага сплаву 6063 пасля дэфармацыі пры розных каэфіцыентах экструзіі. Мяжа трываласці на разрыў літой сплаву складае 170 Мпа, адноснае падаўжэнне - 10,4%. Трываласць на разрыў і адноснае падаўжэнне сплаву пасля экструзіі значна паляпшаюцца, а трываласць на разрыў і адноснае падаўжэнне паступова павялічваюцца з павелічэннем каэфіцыента экструзіі. Калі каэфіцыент экструзіі роўны 156, трываласць на расцяжэнне і адноснае падаўжэнне сплаву дасягаюць максімальнага значэння, якое складае 228 Мпа і 26,9% адпаведна, што прыкладна на 34% вышэй, чым трываласць на разрыў адліванага сплаву, і прыкладна на 158% вышэй, чым падаўжэнне. Трываласць на расцяжэнне алюмініевага сплаву 6063, атрыманая з дапамогай вялікага каэфіцыента экструзіі, блізкая да значэння трываласці на расцяжэнне (240 МПа), атрыманага шляхам 4-праходнай роўнаканальнай вуглавой экструзіі (ECAP), што значна вышэй, чым значэнне трываласці на разрыў (171,1 МПа) атрыманы шляхам 1-праходнай экструзіі ECAP алюмініевага сплаву 6063. Відаць, што вялікі каэфіцыент экструзіі можа ў пэўнай ступені палепшыць механічныя ўласцівасці сплаву.
Паляпшэнне механічных уласцівасцей сплаву за кошт экструзіі ў асноўным адбываецца за кошт узмацнення зярністасці. Па меры павелічэння каэфіцыента экструзіі збожжа ўдакладняюцца і павялічваецца шчыльнасць дыслакацый. Большая колькасць межаў зерняў на адзінку плошчы можа эфектыўна перашкаджаць руху дыслакацый у спалучэнні з узаемным рухам і зблытаннем дыслакацый, тым самым паляпшаючы трываласць сплаву. Чым драбней збожжа, тым больш звілістыя межы збожжа, і пластычная дэфармацыя можа распаўсюджвацца на большую колькасць збожжа, што не спрыяе ўтварэнню расколін, не кажучы ўжо пра распаўсюджванне расколін. У працэсе разбурэння можа паглынацца больш энергіі, тым самым паляпшаючы пластычнасць сплаву.
Мал.5 Уласцівасці трываласці алюмініевага сплаву 6063 пасля ліцця і экструзіі
Марфалогія разбурэння сплаву пры расцяжэнні пасля дэфармацыі з рознымі каэфіцыентамі экструзіі паказана на малюнку 6. На марфалогіі разлому адлітага ўзору не было выяўлена ніякіх паглыбленняў (малюнак 6а), і разлом у асноўным складаўся з плоскіх участкаў і краёў разрыву. , што паказвае на тое, што механізм разбурэння пры расцяжэнні адліванага сплаву быў у асноўным далікатным. Марфалогія разбурэння сплаву пасля экструзіі істотна змянілася, і разлом складаецца з вялікай колькасці роўнаасечных паглыбленняў, што паказвае на тое, што механізм разбурэння сплаву пасля экструзіі змяніўся з далікатнага разбурэння на пластычны. Калі каэфіцыент экструзіі малы, ямачкі неглыбокія, памер ямачак вялікі, а размеркаванне нераўнамернае; па меры павелічэння каэфіцыента экструзіі павялічваецца колькасць паглыбленняў, памер паглыбленняў меншы, а размеркаванне раўнамернае (малюнак 6b~f), што азначае, што сплаў мае лепшую пластычнасць, што адпавядае вынікам выпрабаванняў механічных уласцівасцей, прыведзеных вышэй.
3 Заключэнне
У гэтым эксперыменце было прааналізавана ўздзеянне розных каэфіцыентаў экструзіі на мікраструктуру і ўласцівасці алюмініевага сплаву 6063 пры ўмове, што памер нарыхтоўкі, тэмпература нагрэву злітка і хуткасць экструзіі заставаліся нязменнымі. Высновы наступныя:
1) Дынамічная рэкрышталізацыя адбываецца ў алюмініевым сплаве 6063 падчас гарачай экструзіі. З павелічэннем каэфіцыента экструзіі збожжа бесперапынна рафінуецца, а збожжа, выцягнутыя ўздоўж напрамку экструзіі, ператвараюцца ў раўнавосевыя рэкрышталізаваныя збожжа, і трываласць тэкстуры дроту <100> пастаянна павялічваецца.
2) Дзякуючы эфекту дробнага ўмацавання збожжа, механічныя ўласцівасці сплаву паляпшаюцца з павелічэннем каэфіцыента экструзіі. У дыяпазоне параметраў выпрабаванняў, калі каэфіцыент экструзіі складае 156, трываласць на разрыў і адноснае падаўжэнне сплаву дасягаюць максімальных значэнняў 228 МПа і 26,9% адпаведна.
Малюнак 6. Марфалогіі разбурэння пры расцяжэнні алюмініевага сплаву 6063 пасля ліцця і экструзіі
3) Марфалогія пералому адлітага ўзору складаецца з плоскіх участкаў і краёў разрыву. Пасля экструзіі разлом складаецца з вялікай колькасці раўнавосевых паглыбленняў, і механізм разбурэння ператвараецца з далікатнага разлому ў пластычны.
Час публікацыі: 30 лістапада 2024 г
