La lega di alluminio 6063 appartiene alla lega di alluminio trattabile a calore AL-MG-SI. Ha eccellenti prestazioni di stampaggio di estrusione, buona resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche complete. È anche ampiamente utilizzato nell'industria automobilistica a causa della sua facile colorazione di ossidazione. Con l'accelerazione della tendenza delle automobili leggere, anche l'applicazione di materiali di estrusione in lega di alluminio 6063 nell'industria automobilistica è aumentata ulteriormente.
La microstruttura e le proprietà dei materiali estrusi sono influenzati dagli effetti combinati della velocità di estrusione, della temperatura di estrusione e del rapporto di estrusione. Tra questi, il rapporto di estrusione è determinato principalmente dalla pressione di estrusione, dall'efficienza di produzione e dalle apparecchiature di produzione. Quando il rapporto di estrusione è piccolo, la deformazione in lega è piccola e il raffinamento della microstruttura non è ovvio; L'aumento del rapporto di estrusione può perfezionare significativamente i grani, rompere la seconda fase grossolana, ottenere una microstruttura uniforme e migliorare le proprietà meccaniche della lega.
Le leghe di alluminio 6061 e 6063 subiscono una ricristallizzazione dinamica durante il processo di estrusione. Quando la temperatura di estrusione è costante, all'aumentare del rapporto di estrusione, la dimensione del grano diminuisce, la fase di rafforzamento viene finemente dispersa e la resistenza alla trazione e l'allungamento della lega aumentano di conseguenza; Tuttavia, con l'aumentare del rapporto di estrusione, aumenta anche la forza di estrusione richiesta per il processo di estrusione, causando un aumento di un maggiore effetto termico, causando il aumento della temperatura interna della lega e la riduzione delle prestazioni del prodotto. Questo esperimento studia l'effetto del rapporto di estrusione, in particolare un grande rapporto di estrusione, sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche della lega di alluminio 6063.
1 materiale e metodi sperimentali
Il materiale sperimentale è in lega di alluminio 6063 e la composizione chimica è mostrata nella Tabella 1. La dimensione originale del lingotto è φ55 mm × 165 mm e viene elaborata in una billetta di estrusione con una dimensione di φ50 mm × 150 mm dopo l'omogeneizzazione Trattamento a 560 ℃ per 6 ore. La billetta è riscaldata a 470 ℃ e mantenuta calda. La temperatura di preriscaldamento della canna di estrusione è di 420 ℃ e la temperatura di preriscaldamento dello stampo è di 450 ℃. Quando la velocità di estrusione (velocità di spostamento dell'asta di estrusione) V = 5 mm/s rimane invariata, vengono eseguiti 5 gruppi di diversi test del rapporto di estrusione e i rapporti di estrusione R sono 17 (corrispondenti al diametro del foro del dado D = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) e 156 (d = 4 mm).
Tabella 1 Composizioni chimiche di 6063 AL ALLAY (WT/%)
Dopo la macinazione della carta vetrata e la lucidatura meccanica, i campioni metallografici sono stati incisi con un reagente HF con una frazione di volume del 40% per circa 25 s e la struttura metallografica dei campioni è stata osservata su un microscopio ottico Leica-5000. Un campione di analisi della trama con una dimensione di 10 mm × 10 mm è stato tagliato dal centro della sezione longitudinale dell'asta estrusa e sono state eseguite macinazione meccanica e incisione per rimuovere lo strato di sollecitazione superficiale. Le figure del polo incompleto dei tre piani cristallini {111}, {200} e {220} del campione sono stati misurati dall'analizzatore di diffrazione dei raggi X X′Pert pro md di società panalica e i dati della texture sono stati elaborati e analizzati di X′Pert Data View e X′Pert Texture Software.
Il campione di trazione della lega fuso è stato preso dal centro del lingotto e il campione di trazione è stato tagliato lungo la direzione di estrusione dopo l'estrusione. La dimensione dell'area del calibro era φ4 mm × 28 mm. Il test di trazione è stato effettuato utilizzando una macchina di prova del materiale universale SANS CMT5105 con una velocità di trazione di 2 mm/min. Il valore medio dei tre campioni standard è stato calcolato come dati di proprietà meccanica. La morfologia della frattura dei campioni di trazione è stata osservata utilizzando un microscopio elettronico a scansione a bassa magnificazione (Quanta 2000, FEI, USA).
2 risultati e discussioni
La Figura 1 mostra la microstruttura metallografica della lega di alluminio 6063 AS-Cast prima e dopo il trattamento di omogeneizzazione. Come mostrato nella Figura 1A, i grani α-al nella microstruttura a fascio sono di dimensioni, esistono un gran numero di fasi reticolari β-al9fe2SI2 che si radunano ai confini del grano e esistono un gran numero di fasi granulari MG2SI all'interno dei grani. Dopo che il lingotto è stato omogeneizzato a 560 ℃ per 6 ore, la fase eutettica non equilibrio tra i dendriti in lega si è gradualmente disciolta, gli elementi in lega disciolti nella matrice, la microstruttura era uniforme e la dimensione media del grano era di circa 125 μm (Figura 1B (Figura 1B ).
Prima dell'omogeneizzazione
Dopo un trattamento di uniforme a 600 ° C per 6 ore
Fig.1 Struttura metallografica della lega di alluminio 6063 prima e dopo l'omogeneizzazione
La Figura 2 mostra la comparsa di barre in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione. Come mostrato nella Figura 2, la qualità della superficie delle barre in lega di alluminio 6063 estruse con diversi rapporti di estrusione è buona, specialmente quando il rapporto di estrusione è aumentato a 156 (corrispondente alla velocità di uscita di estrusione di 48 m/min) Difetti di estrusione come fessure e peeling sulla superficie della barra, indicando che la lega di alluminio 6063 ha anche una buona estrusione a caldo che forma prestazioni ad alta velocità e grande estrusione rapporto.
Fig.2 Aspetto di barre in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione
La Figura 3 mostra la microstruttura metallografica della sezione longitudinale della barra in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione. La struttura a grana della barra con diversi rapporti di estrusione mostra diversi gradi di allungamento o raffinatezza. Quando il rapporto di estrusione è 17, i grani originali sono allungati lungo la direzione di estrusione, accompagnati dalla formazione di un piccolo numero di grani ricristallizzati, ma i grani sono ancora relativamente grossolani, con una dimensione media del grano di circa 85 μm (Figura 3A) ; Quando il rapporto di estrusione è 25, i grani vengono tirati più sottili, il numero di grani ricristallizzati aumenta e la dimensione media del grano diminuisce a circa 71 μm (Figura 3B); Quando il rapporto di estrusione è 39, ad eccezione di un piccolo numero di grani deformati, la microstruttura è sostanzialmente composta da grani ricristallizzati equiax di dimensioni irregolari, con una dimensione media della grana di circa 60 μm (Figura 3C); Quando il rapporto di estrusione è 69, il processo di ricristallizzazione dinamica è sostanzialmente completato, i grani originali grossolani sono stati completamente trasformati in grani ricristallizzati uniformemente strutturati e la dimensione media del grano viene perfezionata a circa 41 μm (Figura 3D); Quando il rapporto di estrusione è 156, con il pieno progresso del processo di ricristallizzazione dinamica, la microstruttura è più uniforme e la dimensione del grano è notevolmente perfezionata a circa 32 μm (Figura 3E). Con l'aumento del rapporto di estrusione, il processo di ricristallizzazione dinamica procede in modo più completo, la microstruttura in lega diventa più uniforme e la dimensione del grano è significativamente raffinata (Figura 3F).
Fig.3 Struttura metallografica e dimensione del grano della sezione longitudinale delle aste in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione
La Figura 4 mostra le figure del polo inverso delle barre in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione lungo la direzione di estrusione. Si può vedere che le microstrutture di barre in lega con diversi rapporti di estrusione producono un evidente orientamento preferenziale. Quando il rapporto di estrusione è 17, viene formata una trama <115>+<100> più debole (Figura 4A); Quando il rapporto di estrusione è 39, i componenti della trama sono principalmente la trama più forte <100> e una piccola quantità di trama <115> deboli (Figura 4B); Quando il rapporto di estrusione è 156, i componenti della trama sono la trama <100> con una resistenza significativamente aumentata, mentre la trama <115> scompare (Figura 4C). Gli studi hanno dimostrato che i metalli cubici centrati sul viso formano principalmente trame <111> e <100> filo durante l'estrusione e il disegno. Una volta formata la trama, le proprietà meccaniche a temperatura ambiente della lega mostrano un'evidente anisotropia. La resistenza della trama aumenta con l'aumento del rapporto di estrusione, indicando che il numero di grani in una certa direzione cristallina parallela alla direzione di estrusione in lega aumenta gradualmente e aumenta gradualmente la resistenza alla trazione longitudinale della lega. I meccanismi di rafforzamento dei materiali di estrusione a caldo in lega di alluminio 6063 includono il rafforzamento del grano fine, il rafforzamento della dislocazione, il rafforzamento della telaio, ecc. Nell'intervallo di parametri di processo utilizzati in questo studio sperimentale, l'aumento del rapporto di estrusione ha un effetto di promozione sui meccanismi di rafforzamento di cui sopra.
Fig.4 Diagramma del polo inverso di barre in lega di alluminio 6063 con diversi rapporti di estrusione lungo la direzione di estrusione
La Figura 5 è un istogramma delle proprietà di trazione della lega di alluminio 6063 dopo la deformazione a diversi rapporti di estrusione. La resistenza alla trazione della lega del cast è di 170 MPa e l'allungamento è del 10,4%. La resistenza alla trazione e l'allungamento della lega dopo l'estrusione sono significativamente migliorati e la resistenza alla trazione e l'allungamento aumentano gradualmente con l'aumento del rapporto di estrusione. Quando il rapporto di estrusione è 156, la resistenza alla trazione e l'allungamento della lega raggiungono il valore massimo, che sono rispettivamente di 228 MPa e 26,9%, che è circa il 34% superiore alla resistenza alla trazione della lega del cast e circa il 158% in più rispetto a l'allungamento. La resistenza alla trazione della lega di alluminio 6063 ottenuta da un elevato rapporto di estrusione è vicina al valore di resistenza alla trazione (240 MPa) ottenuta mediante estrusione angolare del canale uguale a 4 passaggi (ECAP), che è molto più alto del valore della resistenza alla trazione (171,1 MPa) Ottenuto mediante estrusione di ECAP a 1 passa di lega di alluminio 6063. Si può vedere che un grande rapporto di estrusione può migliorare in una certa misura le proprietà meccaniche della lega.
Il miglioramento delle proprietà meccaniche della lega per rapporto di estrusione deriva principalmente dal raffinamento del raffinamento del grano. All'aumentare del rapporto di estrusione, i grani vengono perfezionati e la densità di dislocazione aumenta. Più confini del grano per unità di area possono impedire efficacemente il movimento delle dislocazioni, combinato con il movimento reciproco e l'ingrollo delle lussazioni, migliorando così la forza della lega. Più sono i grani, più tortuosi sono i confini del grano e la deformazione plastica può essere dispersa in più cereali, il che non è favorevole alla formazione di crepe, per non parlare della propagazione delle fessure. Più energia può essere assorbita durante il processo di frattura, migliorando così la plasticità della lega.
Fig.5 Proprietà di trazione della lega di alluminio 6063 dopo il casting ed estrusione
La morfologia della frattura a trazione della lega dopo la deformazione con diversi rapporti di estrusione è mostrata nella Figura 6. Nessuna fossetta è stata trovata nella morfologia della frattura del campione Cast (Figura 6A) e la frattura era principalmente composta da aree pianeggia , indicando che il meccanismo di frattura della trazione della lega as-cast era principalmente fragile frattura. La morfologia della frattura della lega dopo l'estrusione è cambiata in modo significativo e la frattura è composta da un gran numero di fossette equiax, indicando che il meccanismo di frattura della lega dopo l'estrusione è cambiato dalla frattura fragile alla frattura duttile. Quando il rapporto di estrusione è piccolo, le fossette sono poco profonde e la dimensione della fossetta è grande e la distribuzione è irregolare; All'aumentare del rapporto di estrusione, aumenta il numero di fossette, la dimensione della dimenticata è più piccola e la distribuzione è uniforme (Figura 6b ~ f), il che significa che la lega ha una migliore plasticità, il che è coerente con i risultati del test delle proprietà meccaniche sopra.
3 Conclusione
In questo esperimento, gli effetti di diversi rapporti di estrusione sulla microstruttura e sulle proprietà della lega di alluminio 6063 sono stati analizzati a condizione che la dimensione della billetta, la temperatura di riscaldamento del lingotto e la velocità di estrusione siano rimaste invariate. Le conclusioni sono le seguenti:
1) La ricristallizzazione dinamica si verifica in lega di alluminio 6063 durante l'estrusione calda. Con l'aumento del rapporto di estrusione, i grani vengono continuamente perfezionati e i cereali allungati lungo la direzione di estrusione vengono trasformati in grani ricristallizzati equiaxi e la resistenza della consistenza del filo <100> è continuamente aumentata.
2) A causa dell'effetto del rafforzamento del grano fine, le proprietà meccaniche della lega sono migliorate con l'aumento del rapporto di estrusione. Nell'intervallo dei parametri di test, quando il rapporto di estrusione è 156, la resistenza alla trazione e l'allungamento della lega raggiungono i valori massimi di 228 MPa e 26,9%, rispettivamente.
Fig.6 Morfologie della frattura a trazione della lega di alluminio 6063 dopo il casting ed estrusione
3) La morfologia della frattura del campione as-cast è composta da aree piane e bordi lacrimali. Dopo l'estrusione, la frattura è composta da un gran numero di fossette equiax e il meccanismo di frattura viene trasformato da frattura fragile alla frattura duttile.
Tempo post: novembre-30-2024
