6063 aluminiumlegering behoort aan die lae-gelegeerde Al-Mg-Si-reeks hittebehandelbare aluminiumlegering. Dit het uitstekende ekstrusievormingsprestasie, goeie korrosieweerstand en omvattende meganiese eienskappe. Dit word ook wyd gebruik in die motorbedryf as gevolg van sy maklike oksidasiekleuring. Met die versnelling van die tendens van liggewig motors, het die toepassing van 6063 aluminiumlegering-ekstrusiemateriale in die motorbedryf ook verder toegeneem.
Die mikrostruktuur en eienskappe van geëxtrudeerde materiale word beïnvloed deur die gekombineerde effekte van ekstrusiespoed, ekstrusietemperatuur en ekstrusieverhouding. Onder hulle word die ekstrusieverhouding hoofsaaklik bepaal deur die ekstrusiedruk, produksiedoeltreffendheid en produksietoerusting. Wanneer die ekstrusieverhouding klein is, is die legeringsvervorming klein en is die mikrostruktuurverfyning nie voor die hand liggend nie; die verhoging van die ekstrusieverhouding kan die korrels aansienlik verfyn, die growwe tweede fase opbreek, 'n eenvormige mikrostruktuur verkry en die meganiese eienskappe van die legering verbeter.
6061 en 6063 aluminiumlegerings ondergaan dinamiese herkristallisasie tydens die ekstrusieproses. Wanneer die ekstrusietemperatuur konstant is, neem die korrelgrootte af soos die ekstrusieverhouding toeneem, die versterkingsfase word fyn versprei, en die treksterkte en verlenging van die legering neem dienooreenkomstig toe; soos die ekstrusieverhouding egter toeneem, neem die ekstrusiekrag wat vir die ekstrusieproses benodig word ook toe, wat 'n groter termiese effek veroorsaak, wat veroorsaak dat die interne temperatuur van die legering styg en die werkverrigting van die produk afneem. Hierdie eksperiment bestudeer die effek van die ekstrusieverhouding, veral 'n groot ekstrusieverhouding, op die mikrostruktuur en meganiese eienskappe van die 6063 aluminiumlegering.
1 Eksperimentele materiale en metodes
Die eksperimentele materiaal is 6063 aluminiumlegering, en die chemiese samestelling word in Tabel 1 getoon. Die oorspronklike grootte van die staaf is Φ55 mm × 165 mm, en dit word verwerk tot 'n ekstrusiestaaf met 'n grootte van Φ50 mm × 150 mm na homogeniseringsbehandeling by 560 ℃ vir 6 uur. Die staaf word verhit tot 470 ℃ en warm gehou. Die voorverhittingstemperatuur van die ekstrusievat is 420 ℃, en die voorverhittingstemperatuur van die vorm is 450 ℃. Wanneer die ekstrusiespoed (ekstrusiestaafbewegingspoed) V = 5 mm / s onveranderd bly, word 5 groepe van verskillende ekstrusieverhoudingstoetse uitgevoer, en die ekstrusieverhoudings R is 17 (wat ooreenstem met die matrysgatdiameter D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) en 156 (D = 4 mm).
Tabel 1 Chemiese samestellings van 6063 Al-legering (gew/%)
Na skuurpapierslyp en meganiese polering, is die metallografiese monsters geëts met HF-reagens met 'n volumefraksie van 40% vir ongeveer 25 sekondes, en die metallografiese struktuur van die monsters is waargeneem op 'n LEICA-5000 optiese mikroskoop. 'n Tekstuuranalisemonster met 'n grootte van 10 mm × 10 mm is gesny vanaf die middelpunt van die longitudinale snit van die geëxtrudeerde staaf, en meganiese slyp en ets is uitgevoer om die oppervlakspanningslaag te verwyder. Die onvolledige poolfigure van die drie kristalvlakke {111}, {200} en {220} van die monster is gemeet deur die X′Pert Pro MRD X-straaldiffraksie-analiseerder van PANalytical Company, en die tekstuurdata is verwerk en geanaliseer deur X′Pert Data View en X′Pert Texture sagteware.
Die trekmonster van die gietlegering is uit die middel van die staaf geneem, en die trekmonster is na ekstrusie langs die ekstrusierigting gesny. Die meetoppervlaktegrootte was Φ4 mm × 28 mm. Die trektoets is uitgevoer met behulp van 'n SANS CMT5105 universele materiaaltoetsmasjien met 'n treksnelheid van 2 mm/min. Die gemiddelde waarde van die drie standaardmonsters is bereken as die meganiese eienskapsdata. Die breukmorfologie van die trekmonsters is waargeneem met behulp van 'n lae-vergroting skandeerelektronmikroskoop (Quanta 2000, FEI, VSA).
2 Resultate en bespreking
Figuur 1 toon die metallografiese mikrostruktuur van die gegote 6063 aluminiumlegering voor en na homogeniseringsbehandeling. Soos getoon in Figuur 1a, wissel die α-Al-korrels in die gegote mikrostruktuur in grootte, 'n groot aantal retikulêre β-Al9Fe2Si2-fases versamel by die korrelgrense, en 'n groot aantal korrelvormige Mg2Si-fases bestaan binne die korrels. Nadat die staaf vir 6 uur by 560 ℃ gehomogeniseer is, het die nie-ewewigs-eutektiese fase tussen die legeringsdendriete geleidelik opgelos, die legeringselemente het in die matriks opgelos, die mikrostruktuur was uniform, en die gemiddelde korrelgrootte was ongeveer 125 μm (Figuur 1b).
Voor homogenisering
Na 'n uniforme behandeling teen 600°C vir 6 uur
Fig.1 Metallografiese struktuur van 6063 aluminiumlegering voor en na homogeniseringsbehandeling
Figuur 2 toon die voorkoms van 6063-aluminiumlegeringstawe met verskillende ekstrusieverhoudings. Soos in Figuur 2 getoon, is die oppervlakkwaliteit van 6063-aluminiumlegeringstawe wat met verskillende ekstrusieverhoudings geëxtrudeer is, goed, veral wanneer die ekstrusieverhouding verhoog word tot 156 (wat ooreenstem met die staaf-ekstrusie-uitlaatspoed van 48 m/min), is daar steeds geen ekstrusiedefekte soos krake en afskilfering op die oppervlak van die staaf nie, wat aandui dat 6063-aluminiumlegering ook goeie warm-ekstrusievormingsprestasie onder hoë spoed en groot ekstrusieverhouding het.
Fig.2 Voorkoms van 6063 aluminiumlegeringsstawe met verskillende ekstrusieverhoudings
Figuur 3 toon die metallografiese mikrostruktuur van die longitudinale deursnee van die 6063 aluminiumlegeringstaaf met verskillende ekstrusieverhoudings. Die korrelstruktuur van die staaf met verskillende ekstrusieverhoudings toon verskillende grade van verlenging of verfyning. Wanneer die ekstrusieverhouding 17 is, word die oorspronklike korrels langs die ekstrusierigting verleng, vergesel deur die vorming van 'n klein aantal herkristalliseerde korrels, maar die korrels is steeds relatief grof, met 'n gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 85 μm (Figuur 3a); wanneer die ekstrusieverhouding 25 is, word die korrels slanker getrek, die aantal herkristalliseerde korrels neem toe, en die gemiddelde korrelgrootte neem af tot ongeveer 71 μm (Figuur 3b); wanneer die ekstrusieverhouding 39 is, behalwe vir 'n klein aantal vervormde korrels, bestaan die mikrostruktuur basies uit gelykassige herkristalliseerde korrels van ongelyke grootte, met 'n gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 60 μm (Figuur 3c); Wanneer die ekstrusieverhouding 69 is, is die dinamiese herkristallisasieproses basies voltooi, die growwe oorspronklike korrels is volledig omskep in eenvormig gestruktureerde herkristalliseerde korrels, en die gemiddelde korrelgrootte word verfyn tot ongeveer 41 μm (Figuur 3d); wanneer die ekstrusieverhouding 156 is, met die volle vordering van die dinamiese herkristallisasieproses, is die mikrostruktuur meer eenvormig, en die korrelgrootte word aansienlik verfyn tot ongeveer 32 μm (Figuur 3e). Met die toename van die ekstrusieverhouding, verloop die dinamiese herkristallisasieproses meer volledig, die allooimikrostruktuur word meer eenvormig, en die korrelgrootte word aansienlik verfyn (Figuur 3f).
Fig.3 Metallografiese struktuur en korrelgrootte van die longitudinale deursnee van 6063 aluminiumlegeringsstawe met verskillende ekstrusieverhoudings
Figuur 4 toon die omgekeerde poolfigure van 6063 aluminiumlegeringsstawe met verskillende ekstrusieverhoudings langs die ekstrusierigting. Daar kan gesien word dat die mikrostrukture van legeringsstawe met verskillende ekstrusieverhoudings almal 'n duidelike voorkeuroriëntasie lewer. Wanneer die ekstrusieverhouding 17 is, word 'n swakker <115>+<100> tekstuur gevorm (Figuur 4a); wanneer die ekstrusieverhouding 39 is, is die tekstuurkomponente hoofsaaklik die sterker <100> tekstuur en 'n klein hoeveelheid swak <115> tekstuur (Figuur 4b); wanneer die ekstrusieverhouding 156 is, is die tekstuurkomponente die <100> tekstuur met aansienlik verhoogde sterkte, terwyl die <115> tekstuur verdwyn (Figuur 4c). Studies het getoon dat vlakgesentreerde kubieke metale hoofsaaklik <111> en <100> draadteksture vorm tydens ekstrusie en trekking. Sodra die tekstuur gevorm is, toon die kamertemperatuur meganiese eienskappe van die legering duidelike anisotropie. Die tekstuursterkte neem toe met die toename van die ekstrusieverhouding, wat aandui dat die aantal korrels in 'n sekere kristalrigting parallel met die ekstrusierigting in die allooi geleidelik toeneem, en die longitudinale treksterkte van die allooi toeneem. Die versterkingsmeganismes van 6063 aluminiumlegering warm ekstrusiemateriale sluit in fynkorrelversterking, ontwrigtingsversterking, tekstuurversterking, ens. Binne die reeks prosesparameters wat in hierdie eksperimentele studie gebruik is, het die verhoging van die ekstrusieverhouding 'n bevorderende effek op die bogenoemde versterkingsmeganismes.
Fig.4 Omgekeerde pooldiagram van 6063 aluminiumlegeringsstawe met verskillende ekstrusieverhoudings langs die ekstrusierigting
Figuur 5 is 'n histogram van die treksterkte-eienskappe van 6063-aluminiumlegering na vervorming by verskillende ekstrusieverhoudings. Die treksterkte van die gietlegering is 170 MPa en die verlenging is 10.4%. Die treksterkte en verlenging van die legering na ekstrusie word aansienlik verbeter, en die treksterkte en verlenging neem geleidelik toe met die toename van die ekstrusieverhouding. Wanneer die ekstrusieverhouding 156 is, bereik die treksterkte en verlenging van die legering die maksimum waarde, wat onderskeidelik 228 MPa en 26.9% is, wat ongeveer 34% hoër is as die treksterkte van die gietlegering en ongeveer 158% hoër as die verlenging. Die treksterkte van 6063-aluminiumlegering wat verkry word deur 'n groot ekstrusieverhouding is naby die treksterktewaarde (240 MPa) wat verkry word deur 4-deurgang gelyke kanaalhoekekstrusie (ECAP), wat baie hoër is as die treksterktewaarde (171.1 MPa) wat verkry word deur 1-deurgang ECAP-ekstrusie van 6063-aluminiumlegering. Daar kan gesien word dat 'n groot ekstrusieverhouding die meganiese eienskappe van die legering tot 'n sekere mate kan verbeter.
Die verbetering van die meganiese eienskappe van die legering deur die ekstrusieverhouding kom hoofsaaklik van die versterking van korrelverfyning. Soos die ekstrusieverhouding toeneem, word die korrels verfyn en neem die ontwrigtingsdigtheid toe. Meer korrelgrense per eenheidsoppervlakte kan die beweging van ontwrigtings effektief belemmer, gekombineer met die wedersydse beweging en verstrengeling van ontwrigtings, wat die sterkte van die legering verbeter. Hoe fyner die korrels, hoe meer kronkelend die korrelgrense, en die plastiese vervorming kan in meer korrels versprei word, wat nie bevorderlik is vir die vorming van krake nie, wat nog te sê van die voortplanting van krake. Meer energie kan tydens die breukproses geabsorbeer word, wat die plastisiteit van die legering verbeter.
Fig.5 Treksterkte van 6063 aluminiumlegering na gieting en ekstrusie
Die trekbrekingsmorfologie van die legering na vervorming met verskillende ekstrusieverhoudings word in Figuur 6 getoon. Geen kuiltjies is in die kuilmorfologie van die soos-gegote monster gevind nie (Figuur 6a), en die kuil het hoofsaaklik uit plat areas en skeurrande bestaan, wat aandui dat die trekbrekingsmeganisme van die soos-gegote legering hoofsaaklik brosbreking was. Die kuilmorfologie van die legering na ekstrusie het aansienlik verander, en die kuil bestaan uit 'n groot aantal gelykas-kuiltjies, wat aandui dat die kuilmeganisme van die legering na ekstrusie verander het van brosbreking na duktiele kuiltjies. Wanneer die ekstrusieverhouding klein is, is die kuiltjies vlak en die kuiltjiegrootte groot, en die verspreiding is oneweredig; soos die ekstrusieverhouding toeneem, neem die aantal kuiltjies toe, die kuiltjiegrootte is kleiner en die verspreiding is uniform (Figuur 6b~f), wat beteken dat die legering beter plastisiteit het, wat ooreenstem met die meganiese eienskappe-toetsresultate hierbo.
3 Gevolgtrekking
In hierdie eksperiment is die effekte van verskillende ekstrusieverhoudings op die mikrostruktuur en eienskappe van die 6063 aluminiumlegering geanaliseer onder die voorwaarde dat die staafgrootte, staafverhittingstemperatuur en ekstrusiespoed onveranderd gebly het. Die gevolgtrekkings is soos volg:
1) Dinamiese herkristallisasie vind plaas in 6063 aluminiumlegering tydens warm ekstrusie. Met die toename van die ekstrusieverhouding word die korrels voortdurend verfyn, en die korrels wat langs die ekstrusierigting verleng word, word omskep in gelykas-herkristalliseerde korrels, en die sterkte van die <100> draadtekstuur word voortdurend verhoog.
2) As gevolg van die effek van fynkorrelversterking, word die meganiese eienskappe van die legering verbeter met die toename van die ekstrusieverhouding. Binne die reeks toetsparameters, wanneer die ekstrusieverhouding 156 is, bereik die treksterkte en verlenging van die legering die maksimum waardes van onderskeidelik 228 MPa en 26.9%.
Fig.6 Trekbrekingsmorfologieë van 6063 aluminiumlegering na gieting en ekstrusie
3) Die breukmorfologie van die soos-gegote monster bestaan uit plat areas en skeurrande. Na ekstrusie bestaan die breuk uit 'n groot aantal gelykas-kuiltjies, en die breukmeganisme word omskep van brosbreuk na duktiele breuk.
Plasingstyd: 30 Nov 2024
