A aliaxe de aluminio 6063 pertence á aliaxe de aluminio tratable térmicamente da serie Al-Mg-Si de baixa aleación. Ten un excelente rendemento de moldaxe por extrusión, boa resistencia á corrosión e propiedades mecánicas completas. Tamén é moi utilizado na industria do automóbil debido á súa fácil cor de oxidación. Coa aceleración da tendencia dos automóbiles lixeiros, a aplicación de materiais de extrusión de aliaxe de aluminio 6063 na industria do automóbil tamén aumentou aínda máis.
A microestrutura e as propiedades dos materiais extruídos vense afectadas polos efectos combinados da velocidade de extrusión, a temperatura de extrusión e a relación de extrusión. Entre eles, a relación de extrusión está determinada principalmente pola presión de extrusión, a eficiencia da produción e os equipos de produción. Cando a relación de extrusión é pequena, a deformación da aliaxe é pequena e o refinamento da microestrutura non é obvio; aumentar a relación de extrusión pode refinar significativamente os grans, romper a segunda fase grosa, obter unha microestrutura uniforme e mellorar as propiedades mecánicas da aliaxe.
As aliaxes de aluminio 6061 e 6063 sofren recristalización dinámica durante o proceso de extrusión. Cando a temperatura de extrusión é constante, a medida que aumenta a relación de extrusión, o tamaño do gran diminúe, a fase de reforzo está finamente dispersa e a resistencia á tracción e o alongamento da aliaxe aumentan en consecuencia; non obstante, a medida que aumenta a relación de extrusión, a forza de extrusión necesaria para o proceso de extrusión tamén aumenta, provocando un maior efecto térmico, facendo que a temperatura interna da aliaxe aumente e o rendemento do produto diminúa. Este experimento estuda o efecto da relación de extrusión, especialmente a relación de extrusión grande, sobre a microestrutura e as propiedades mecánicas da aliaxe de aluminio 6063.
1 Materiais e métodos experimentais
O material experimental é a aliaxe de aluminio 6063, e a composición química móstrase na táboa 1. O tamaño orixinal do lingote é Φ55 mm × 165 mm, e procesa-se nun tocho de extrusión cun tamaño de Φ50 mm × 150 mm despois da homoxeneización. tratamento a 560 ℃ durante 6 h. O tacho quéntase a 470 ℃ e mantense quente. A temperatura de prequecemento do barril de extrusión é de 420 ℃ e a temperatura de prequecemento do molde é de 450 ℃. Cando a velocidade de extrusión (velocidade de movemento da varilla de extrusión) V=5 mm/s permanece inalterada, lévanse a cabo 5 grupos de probas de relación de extrusión diferentes e as relacións de extrusión R son 17 (correspondente ao diámetro do burato D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) e 156 (D=4 mm).
Táboa 1 Composicións químicas da aliaxe de Al 6063 (en peso/%)
Despois da moenda de papel de lixa e o pulido mecánico, as mostras metalográficas foron gravadas con reactivo HF cunha fracción de volume do 40% durante uns 25 s e observouse a estrutura metalográfica das mostras nun microscopio óptico LEICA-5000. Cortouse unha mostra de análise de textura cun tamaño de 10 mm × 10 mm do centro da sección lonxitudinal da varilla extruída e realizouse un esmerilado e gravado mecánicos para eliminar a capa de tensión superficial. As figuras de polos incompletas dos tres planos cristalinos {111}, {200} e {220} da mostra foron medidas polo analizador de difracción de raios X X′Pert Pro MRD de PANalytical Company, e os datos de textura foron procesados e analizados. polo software X′Pert Data View e X′Pert Texture.
A mostra de tracción da aliaxe de fundición tomouse do centro do lingote e a mostra de tracción foi cortada ao longo da dirección de extrusión despois da extrusión. O tamaño da área de calibre foi Φ4 mm × 28 mm. O ensaio de tracción realizouse cunha máquina de ensaio de materiais universal SANS CMT5105 cunha taxa de tracción de 2 mm/min. O valor medio das tres mostras estándar calculouse como datos de propiedades mecánicas. A morfoloxía da fractura das mostras de tracción foi observada mediante un microscopio electrónico de varrido de baixo aumento (Quanta 2000, FEI, EUA).
2 Resultados e discusión
A figura 1 mostra a microestrutura metalográfica da aliaxe de aluminio 6063 fundido antes e despois do tratamento de homoxeneización. Como se mostra na Figura 1a, os grans de α-Al na microestrutura fundida varían en tamaño, un gran número de fases β-Al9Fe2Si2 reticulares reúnense nos límites dos grans e existe un gran número de fases granulares de Mg2Si dentro dos grans. Despois de homoxeneizar o lingote a 560 ℃ durante 6 h, a fase eutéctica non equilibrada entre as dendritas da aliaxe disolvéronse gradualmente, os elementos da aliaxe disolvéronse na matriz, a microestrutura era uniforme e o tamaño medio do gran era duns 125 μm (Figura 1b). ).
Antes da homoxeneización
Despois de uniformizar o tratamento a 600 °C durante 6 horas
Fig.1 Estrutura metalográfica da aliaxe de aluminio 6063 antes e despois do tratamento de homoxeneización
A figura 2 mostra o aspecto de barras de aliaxe de aluminio 6063 con diferentes relacións de extrusión. Como se mostra na Figura 2, a calidade superficial das barras de aliaxe de aluminio 6063 extruídas con diferentes relacións de extrusión é boa, especialmente cando a relación de extrusión aumenta a 156 (correspondente á velocidade de saída da extrusión da barra de 48 m/min), aínda non hai defectos de extrusión como gretas e pelado na superficie da barra, o que indica que a aliaxe de aluminio 6063 tamén ten unha boa extrusión en quente rendemento de formación a alta velocidade e gran relación de extrusión.
Fig.2 Aspecto das varillas de aliaxe de aluminio 6063 con diferentes relacións de extrusión
A figura 3 mostra a microestrutura metalográfica da sección lonxitudinal da barra de aliaxe de aluminio 6063 con diferentes relacións de extrusión. A estrutura do gran da barra con diferentes relacións de extrusión mostra diferentes graos de alongamento ou refinamento. Cando a relación de extrusión é de 17, os grans orixinais son alongados ao longo da dirección de extrusión, acompañados da formación dun pequeno número de grans recristalizados, pero os grans aínda son relativamente grosos, cun tamaño medio de gran duns 85 μm (Figura 3a). ; cando a relación de extrusión é de 25, os grans son tirados máis delgados, o número de grans recristalizados aumenta e o tamaño medio dos grans diminúe ata uns 71 μm (figura 3b); cando a relación de extrusión é de 39, agás un pequeno número de grans deformados, a microestrutura está composta basicamente de grans recristalizados equiaxiales de tamaño irregular, cun tamaño medio de gran duns 60 μm (Figura 3c); cando a relación de extrusión é de 69, o proceso de recristalización dinámica complétase basicamente, os grans orixinais grosos transformáronse completamente en grans recristalizados de estrutura uniforme e o tamaño medio do gran refírase a uns 41 μm (Figura 3d); cando a relación de extrusión é de 156, co progreso total do proceso de recristalización dinámica, a microestrutura é máis uniforme e o tamaño do gran refírase moito ata uns 32 μm (Figura 3e). Co aumento da relación de extrusión, o proceso de recristalización dinámica avanza máis completamente, a microestrutura da aliaxe faise máis uniforme e o tamaño do gran refírase significativamente (Figura 3f).
Fig.3 Estrutura metalográfica e tamaño de gran da sección lonxitudinal de varillas de aliaxe de aluminio 6063 con diferentes relacións de extrusión
A figura 4 mostra as figuras de polos inversos de 6063 barras de aliaxe de aluminio con diferentes relacións de extrusión ao longo da dirección de extrusión. Pódese ver que as microestruturas das barras de aliaxe con diferentes relacións de extrusión producen unha orientación preferencial obvia. Cando a relación de extrusión é 17, fórmase unha textura <115>+<100> máis débil (Figura 4a); cando a relación de extrusión é 39, os compoñentes da textura son principalmente a textura <100> máis forte e unha pequena cantidade de textura <115> débil (Figura 4b); cando a relación de extrusión é 156, os compoñentes da textura son a textura <100> cunha forza significativamente aumentada, mentres que a textura <115> desaparece (Figura 4c). Os estudos demostraron que os metais cúbicos centrados na cara forman principalmente texturas de arame <111> e <100> durante a extrusión e o estirado. Unha vez formada a textura, as propiedades mecánicas da aliaxe a temperatura ambiente mostran unha anisotropía evidente. A resistencia da textura aumenta co aumento da relación de extrusión, o que indica que o número de grans nunha determinada dirección do cristal paralela á dirección de extrusión na aliaxe aumenta gradualmente e a resistencia á tracción lonxitudinal da aliaxe aumenta. Os mecanismos de reforzo dos materiais de extrusión en quente de aliaxe de aluminio 6063 inclúen o reforzo de gran fino, o reforzo da dislocación, o reforzo da textura, etc. Dentro da gama de parámetros de proceso utilizados neste estudo experimental, o aumento da relación de extrusión ten un efecto promotor sobre os mecanismos de fortalecemento anteriores.
Fig.4 Diagrama de polos inversos de varillas de aliaxe de aluminio 6063 con diferentes relacións de extrusión ao longo da dirección de extrusión
A figura 5 é un histograma das propiedades de tracción da aliaxe de aluminio 6063 despois da deformación en diferentes relacións de extrusión. A resistencia á tracción da aliaxe fundida é de 170 MPa e o alongamento é do 10,4%. A resistencia á tracción e o alongamento da aliaxe despois da extrusión melloran significativamente, e a resistencia á tracción e o alongamento aumentan gradualmente co aumento da relación de extrusión. Cando a relación de extrusión é de 156, a resistencia á tracción e o alongamento da aliaxe alcanzan o valor máximo, que son 228 MPa e 26,9%, respectivamente, o que é aproximadamente un 34% maior que a resistencia á tracción da aliaxe fundida e un 158% superior á o alongamento. A resistencia á tracción da aliaxe de aluminio 6063 obtida por unha gran proporción de extrusión é próxima ao valor de resistencia á tracción (240 MPa) obtido pola extrusión angular de canles iguais de 4 pasos (ECAP), que é moito maior que o valor de resistencia á tracción (171,1 MPa). obtido por extrusión ECAP de 1 pasada de aliaxe de aluminio 6063. Pódese ver que unha gran relación de extrusión pode mellorar as propiedades mecánicas da aliaxe ata certo punto.
A mellora das propiedades mecánicas da aliaxe pola relación de extrusión provén principalmente do reforzo do refinado de grans. A medida que aumenta a relación de extrusión, os grans refinanse e aumenta a densidade de dislocación. Máis límites de grans por unidade de superficie poden dificultar eficazmente o movemento das dislocacións, combinados co movemento mutuo e o enredo das dislocacións, mellorando así a resistencia da aliaxe. Canto máis finos sexan os grans, máis tortuosos serán os límites dos grans e a deformación plástica pódese dispersar en máis grans, o que non favorece a formación de fendas, e moito menos a propagación de fendas. Pódese absorber máis enerxía durante o proceso de fractura, mellorando así a plasticidade da aliaxe.
Fig.5 Propiedades de tracción da aliaxe de aluminio 6063 despois da fundición e extrusión
A morfoloxía da fractura por tracción da aliaxe despois da deformación con diferentes relacións de extrusión móstrase na Figura 6. Non se atoparon coviñas na morfoloxía da fractura da mostra fundida (Figura 6a) e a fractura estaba composta principalmente por áreas planas e bordos rasgados. , o que indica que o mecanismo de fractura por tracción da aliaxe fundida era principalmente unha fractura fráxil. A morfoloxía da fractura da aliaxe despois da extrusión cambiou significativamente e a fractura está composta por un gran número de coviñas equiaxiales, o que indica que o mecanismo de fractura da aliaxe despois da extrusión cambiou de fractura fráxil a fractura dúctil. Cando a relación de extrusión é pequena, as coviñas son pouco profundas e o tamaño da coviña é grande e a distribución é desigual; a medida que aumenta a relación de extrusión, o número de coviñas aumenta, o tamaño da coviña é menor e a distribución é uniforme (Figura 6b~f), o que significa que a aliaxe ten unha mellor plasticidade, o que é consistente cos resultados das probas de propiedades mecánicas anteriores.
3 Conclusión
Neste experimento, analizáronse os efectos de diferentes relacións de extrusión sobre a microestrutura e as propiedades da aliaxe de aluminio 6063 coa condición de que o tamaño do tocho, a temperatura de quecemento do lingote e a velocidade de extrusión permanecesen inalterados. As conclusións son as seguintes:
1) A recristalización dinámica ocorre na aliaxe de aluminio 6063 durante a extrusión en quente. Co aumento da relación de extrusión, os grans son continuamente refinados e os grans alongados ao longo da dirección de extrusión transfórmanse en grans recristalizados equiaxiados e a resistencia da textura do fío <100> aumenta continuamente.
2) Debido ao efecto do reforzo do gran fino, as propiedades mecánicas da aliaxe mellóranse co aumento da relación de extrusión. Dentro do intervalo de parámetros de proba, cando a relación de extrusión é de 156, a resistencia á tracción e o alongamento da aliaxe alcanzan os valores máximos de 228 MPa e 26,9%, respectivamente.
Fig.6 Morfoloxía da fractura por tracción da aliaxe de aluminio 6063 despois da fundición e extrusión
3) A morfoloxía da fractura do exemplar fundido está composta por áreas planas e bordos rasgados. Despois da extrusión, a fractura componse dun gran número de coviñas equiaxiales e o mecanismo de fractura transfórmase de fractura fráxil a fractura dúctil.
Hora de publicación: 30-nov-2024
