Hliníková slitina 6063 patří k nízkolegované hliníkové slitině řady Al-Mg-Si tepelně zpracovatelné. Má vynikající výkon při vytlačování, dobrou odolnost proti korozi a komplexní mechanické vlastnosti. Je také široce používán v automobilovém průmyslu kvůli jeho snadnému oxidačnímu zbarvení. Se zrychlením trendu lehkých automobilů se dále zvýšilo i uplatnění vytlačovacích materiálů z hliníkové slitiny 6063 v automobilovém průmyslu.
Mikrostruktura a vlastnosti vytlačovaných materiálů jsou ovlivněny kombinovanými účinky rychlosti vytlačování, teploty vytlačování a poměru vytlačování. Mezi nimi je vytlačovací poměr určen především vytlačovacím tlakem, efektivitou výroby a výrobním zařízením. Když je poměr vytlačování malý, deformace slitiny je malá a zjemnění mikrostruktury není zřejmé; zvýšením vytlačovacího poměru lze výrazně zjemnit zrna, rozbít hrubou druhou fázi, získat jednotnou mikrostrukturu a zlepšit mechanické vlastnosti slitiny.
Hliníkové slitiny 6061 a 6063 procházejí během procesu vytlačování dynamickou rekrystalizací. Když je vytlačovací teplota konstantní, jak se vytlačovací poměr zvyšuje, velikost zrna se zmenšuje, zpevňující fáze je jemně rozptýlena a příslušně se zvyšuje pevnost v tahu a prodloužení slitiny; avšak jak se poměr vytlačování zvyšuje, zvyšuje se také vytlačovací síla potřebná pro proces vytlačování, což způsobuje větší tepelný účinek, což způsobuje zvýšení vnitřní teploty slitiny a snížení výkonu produktu. Tento experiment studuje vliv vytlačovacího poměru, zejména velkého vytlačovacího poměru, na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti hliníkové slitiny 6063.
1 Experimentální materiály a metody
Experimentálním materiálem je hliníková slitina 6063 a chemické složení je uvedeno v tabulce 1. Původní velikost ingotu je Φ55 mm×165 mm a po homogenizaci je zpracována na vytlačovací předvalek o velikosti Φ50 mm×150 mm. ošetření při 560 ℃ po dobu 6 hodin. Sochor se zahřeje na 470 °C a udržuje se v teple. Teplota předehřívání vytlačovacího válce je 420 ℃ a teplota předehřívání formy je 450 ℃. Když rychlost vytlačování (rychlost pohybu vytlačovací tyče) V=5 mm/s zůstane nezměněna, provede se 5 skupin testů různých poměrů vytlačování a poměry vytlačování R jsou 17 (odpovídající průměru otvoru v matrici D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) a 156 (D=4 mm).
Tabulka 1 Chemické složení slitiny 6063 Al (hmot./%)
Po obroušení smirkovým papírem a mechanickém vyleštění byly metalografické vzorky leptány HF činidlem o objemové frakci 40 % po dobu asi 25 s a metalografická struktura vzorků byla pozorována na optickém mikroskopu LEICA-5000. Vzorek pro analýzu textury o velikosti 10 mm x 10 mm byl vyříznut ze středu podélného řezu extrudované tyče a bylo provedeno mechanické broušení a leptání, aby se odstranila vrstva povrchového napětí. Neúplné pólové tvary tří krystalových rovin {111}, {200} a {220} vzorku byly změřeny rentgenovým difrakčním analyzátorem X'Pert Pro MRD společnosti PANalytical Company a texturová data byla zpracována a analyzována. pomocí softwaru X′Pert Data View a X′Pert Texture.
Tahový vzorek lité slitiny byl odebrán ze středu ingotu a tahový vzorek byl po extruzi rozříznut ve směru vytlačování. Velikost měřidla byla Φ4 mm x 28 mm. Zkouška tahem byla provedena na univerzálním stroji na zkoušení materiálů SANS CMT5105 s rychlostí tahu 2 mm/min. Průměrná hodnota tří standardních vzorků byla vypočtena jako data mechanických vlastností. Morfologie lomu tahových vzorků byla pozorována pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu s malým zvětšením (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Výsledky a diskuse
Obrázek 1 ukazuje metalografickou mikrostrukturu hliníkové slitiny 6063 v odlévaném stavu před a po homogenizačním zpracování. Jak je znázorněno na obrázku 1a, zrna α-Al v odlévané mikrostruktuře se liší velikostí, na hranicích zrn se shromažďuje velké množství retikulárních fází β-Al9Fe2Si2 a uvnitř zrn existuje velké množství granulárních fází Mg2Si. Po homogenizaci ingotu při 560 °C po dobu 6 hodin se nerovnovážná eutektická fáze mezi dendrity slitiny postupně rozpouštěla, prvky slitiny se rozpouštěly do matrice, mikrostruktura byla jednotná a průměrná velikost zrna byla asi 125 μm (obrázek 1b ).
Před homogenizací
Po homogenizačním ošetření při 600 °C po dobu 6 hodin
Obr.1 Metalografická struktura hliníkové slitiny 6063 před a po homogenizační úpravě
Obrázek 2 ukazuje vzhled tyčí z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování. Jak je znázorněno na obrázku 2, kvalita povrchu tyčí z hliníkové slitiny 6063 vytlačovaných s různými poměry vytlačování je dobrá, zvláště když se poměr vytlačování zvýší na 156 (což odpovídá výstupní rychlosti vytlačování tyče 48 m/min), stále nejsou žádné vady vytlačování, jako jsou praskliny a odlupování na povrchu tyče, což naznačuje, že hliníková slitina 6063 má také dobrý výkon při tváření za horka při vysokých rychlost a velký poměr vytlačování.
Obr.2 Vzhled tyčí z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování
Obrázek 3 ukazuje metalografickou mikrostrukturu podélného řezu tyče z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování. Struktura zrn tyče s různými poměry vytlačování vykazuje různé stupně prodloužení nebo zjemnění. Když je poměr vytlačování 17, původní zrna se prodlužují ve směru vytlačování, což je doprovázeno tvorbou malého počtu rekrystalizovaných zrn, ale zrna jsou stále relativně hrubá, s průměrnou velikostí zrna asi 85 μm (obrázek 3a) ; když je vytlačovací poměr 25, zrna jsou štíhlejší, počet rekrystalizovaných zrn se zvyšuje a průměrná velikost zrna klesá na asi 71 μm (obrázek 3b); když je vytlačovací poměr 39, s výjimkou malého počtu deformovaných zrn je mikrostruktura v podstatě složena z rovnoosých rekrystalizovaných zrn nestejné velikosti, s průměrnou velikostí zrn asi 60 μm (obrázek 3c); když je vytlačovací poměr 69, proces dynamické rekrystalizace je v podstatě dokončen, hrubá původní zrna byla zcela přeměněna na rovnoměrně strukturovaná rekrystalizovaná zrna a průměrná velikost zrna je zjemněna na přibližně 41 μm (obrázek 3d); když je vytlačovací poměr 156, s plným průběhem procesu dynamické rekrystalizace je mikrostruktura rovnoměrnější a velikost zrna je výrazně zjemněna na přibližně 32 μm (obrázek 3e). Se zvýšením vytlačovacího poměru proces dynamické rekrystalizace probíhá plněji, mikrostruktura slitiny se stává jednotnější a velikost zrna je výrazně zjemněna (obrázek 3f).
Obr.3 Metalografická struktura a zrnitost podélného řezu tyčí z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování Obr.
Obrázek 4 ukazuje inverzní pólová čísla tyčí z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování ve směru vytlačování. Je vidět, že všechny mikrostruktury slitinových tyčí s různými poměry vytlačování vytvářejí zřejmou preferenční orientaci. Když je poměr vytlačování 17, vytvoří se slabší textura <115>+<100> (obrázek 4a); když je poměr vytlačování 39, složky textury jsou hlavně silnější textura <100> a malé množství slabé textury <115> (obrázek 4b); když je poměr vytlačování 156, jsou složkami textury textura <100> s výrazně zvýšenou pevností, zatímco textura <115> zmizí (obrázek 4c). Studie ukázaly, že plošně centrované kubické kovy tvoří hlavně drátěné textury <111> a <100> během vytlačování a tažení. Jakmile je textura vytvořena, mechanické vlastnosti slitiny při pokojové teplotě vykazují zjevnou anizotropii. Síla textury se zvyšuje se zvyšujícím se poměrem vytlačování, což ukazuje, že počet zrn v určitém krystalovém směru rovnoběžném se směrem vytlačování ve slitině se postupně zvyšuje a pevnost slitiny v podélném tahu se zvyšuje. Mechanismy zpevňování materiálů vytlačovaných za tepla ze slitiny hliníku 6063 zahrnují zpevnění jemnozrnného zpevnění, zpevnění dislokací, zpevnění textury atd. V rozsahu procesních parametrů použitých v této experimentální studii má zvýšení extruzního poměru podpůrný účinek na výše uvedené mechanismy zpevňování.
Obr.4 Schéma obráceného pólu tyčí z hliníkové slitiny 6063 s různými poměry vytlačování podél směru vytlačování
Obrázek 5 je histogram tahových vlastností hliníkové slitiny 6063 po deformaci při různých poměrech vytlačování. Pevnost v tahu lité slitiny je 170 MPa a tažnost je 10,4 %. Pevnost v tahu a tažnost slitiny po extruzi se výrazně zlepší a pevnost v tahu a tažnost se postupně zvyšují se zvyšováním extruzního poměru. Když je vytlačovací poměr 156, pevnost v tahu a prodloužení slitiny dosáhnou maximální hodnoty, které jsou 228 MPa a 26,9 %, což je asi o 34 % vyšší než pevnost v tahu lité slitiny a asi o 158 % vyšší než prodloužení. Pevnost v tahu hliníkové slitiny 6063 získaná velkým poměrem vytlačování se blíží hodnotě pevnosti v tahu (240 MPa) získané 4průchodovou úhlovou extruzí s rovným kanálem (ECAP), která je mnohem vyšší než hodnota pevnosti v tahu (171,1 MPa). získaný 1-průchodovým ECAP vytlačováním hliníkové slitiny 6063. Je vidět, že velký poměr vytlačování může do určité míry zlepšit mechanické vlastnosti slitiny.
Zlepšení mechanických vlastností slitiny vytlačovacím poměrem pochází hlavně ze zpevnění zjemnění zrna. Se zvyšujícím se poměrem vytlačování se zrna zjemňují a hustota dislokací se zvyšuje. Více hranic zrn na jednotku plochy může účinně bránit pohybu dislokací v kombinaci se vzájemným pohybem a zapletením dislokací, čímž se zlepšuje pevnost slitiny. Čím jemnější jsou zrna, tím jsou hranice zrn klikatější a plastická deformace může být rozptýlena ve více zrnech, což neprospívá vzniku trhlin, natož šíření trhlin. Během procesu lomu může být absorbováno více energie, čímž se zlepší plasticita slitiny.
Obr.5 Tahové vlastnosti hliníkové slitiny 6063 po lití a vytlačování
Morfologie tahového lomu slitiny po deformaci s různými vytlačovacími poměry je znázorněna na obrázku 6. V morfologii lomu u odlévaného vzorku nebyly nalezeny žádné důlky a lom byl složen převážně z plochých oblastí a trhacích hran. , což naznačuje, že mechanismus tahového lomu slitiny ve stavu odlití byl převážně křehký lom. Morfologie lomu slitiny po extruzi se výrazně změnila a lom je složen z velkého počtu rovnoosých důlků, což naznačuje, že lomový mechanismus slitiny se po extruzi změnil z křehkého lomu na tvárný lom. Když je poměr vytlačování malý, důlky jsou mělké a velikost důlků je velká a rozložení je nerovnoměrné; jak se poměr vytlačování zvyšuje, počet důlků se zvyšuje, velikost důlků je menší a distribuce je rovnoměrná (obrázek 6b~f), což znamená, že slitina má lepší plasticitu, což je v souladu s výsledky zkoušek mechanických vlastností výše.
3 Závěr
V tomto experimentu byly analyzovány účinky různých extruzních poměrů na mikrostrukturu a vlastnosti hliníkové slitiny 6063 za podmínky, že velikost ingotu, teplota ohřevu ingotu a rychlost extruze zůstaly nezměněny. Závěry jsou následující:
1) Dynamická rekrystalizace nastává v hliníkové slitině 6063 během vytlačování za tepla. Se zvyšujícím se poměrem vytlačování se zrna kontinuálně zjemňují a zrna protažená ve směru vytlačování se přeměňují na rovnoosá rekrystalizovaná zrna a pevnost textury drátu <100> se neustále zvyšuje.
2) Vlivem zpevnění jemného zrna se mechanické vlastnosti slitiny zlepšují se zvýšením vytlačovacího poměru. V rozsahu zkušebních parametrů při vytlačovacím poměru 156 dosahuje pevnost v tahu a tažnost slitiny maximálních hodnot 228 MPa, respektive 26,9 %.
Obr.6 Morfologie tahového lomu hliníkové slitiny 6063 po odlévání a vytlačování
3) Morfologie lomu odlitého vzorku se skládá z plochých oblastí a trhacích hran. Po vytlačení je lom složen z velkého počtu rovnoosých důlků a mechanismus lomu se přeměňuje z křehkého lomu na lom tvárný.
Čas odeslání: 30. listopadu 2024
