D'Aluminiumlegierung 6063 gehéiert zu der Serie vun hëtzebehandelbaren Aluminiumlegierungen aus der Al-Mg-Si-Serie mat niddereger Legierung. Si huet eng exzellent Extrusiounsformleistung, eng gutt Korrosiounsbeständegkeet a komplett mechanesch Eegeschaften. Si gëtt och wäit an der Automobilindustrie benotzt wéinst senger einfacher Oxidatiounsfaarwung. Mat der Beschleunegung vum Trend vun de liichte Autoen ass d'Uwendung vun Extrusiounsmaterialien aus 6063 Aluminiumlegierungen an der Automobilindustrie weider zougeholl.
D'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vun extrudéierte Materialien gi vun de kombinéierten Effekter vun der Extrusiounsgeschwindegkeet, der Extrusiounstemperatur an dem Extrusiounsverhältnis beaflosst. Dorënner gëtt den Extrusiounsverhältnis haaptsächlech vum Extrusiounsdrock, der Produktiounseffizienz an der Produktiounsausrüstung bestëmmt. Wann den Extrusiounsverhältnis kleng ass, ass d'Legierungsdeformatioun kleng an d'Mikrostrukturverfeinerung ass net offensichtlech; eng Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis kann d'Käre wesentlech verfeineren, déi grob zweet Phas opbriechen, eng eenheetlech Mikrostruktur kréien an d'mechanesch Eegeschafte vun der Legierung verbesseren.
Aluminiumlegierungen 6061 an 6063 ënnerleien enger dynamescher Rekristallisatioun wärend dem Extrusiounsprozess. Wann d'Extrusiounstemperatur konstant ass, reduzéiert sech d'Käregréisst mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis, d'Verstäerkungsphase gëtt fein verdeelt, an d'Zuchfestigkeit an d'Dehnung vun der Legierung huelen deementspriechend zou; awer mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis klëmmt och d'Extrusiounskraaft, déi fir den Extrusiounsprozess erfuerderlech ass, wat zu engem gréisseren thermeschen Effekt féiert, wouduerch d'Bannentemperatur vun der Legierung eropgeet an d'Leeschtung vum Produkt erofgeet. Dëst Experiment ënnersicht den Effekt vum Extrusiounsverhältnis, besonnesch engem groussen Extrusiounsverhältnis, op d'Mikrostruktur an d'mechanesch Eegeschafte vun der Aluminiumlegierung 6063.
1 Experimentell Materialien a Methoden
D'Experimentmaterial ass eng Aluminiumlegierung 6063, an déi chemesch Zesummesetzung ass an der Tabell 1 gewisen. Déi ursprénglech Gréisst vum Barren ass Φ55 mm × 165 mm, an et gëtt no enger Homogeniséierungsbehandlung bei 560 ℃ fir 6 Stonnen zu engem Extrusiounsbarrel mat enger Gréisst vun Φ50 mm × 150 mm veraarbecht. De Barrel gëtt op 470 ℃ erhëtzt a waarm gehalen. D'Virhëtzungstemperatur vum Extrusiounsfaass ass 420 ℃, an d'Virhëtzungstemperatur vun der Form ass 450 ℃. Wann d'Extrusiounsgeschwindegkeet (Beweegungsgeschwindegkeet vun der Extrusiounsstang) V = 5 mm/s onverännert bleift, ginn 5 Gruppe vun ënnerschiddlechen Extrusiounsverhältnisstester duerchgefouert, an d'Extrusiounsverhältnisser R sinn 17 (entsprécht dem Duerchmiesser vum Lach D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) an 156 (D = 4 mm).
Tabelle 1 Chemesch Zesummesetzung vun der 6063 Al-Legierung (Gew./%)
Nom Schleifen mat Sandpapier a mechaneschem Poléieren goufen d'metallographesch Prouwe mat HF-Reagens mat engem Volumenundeel vu 40% fir ongeféier 25 Sekonnen geätzt, an d'metallographesch Struktur vun de Prouwe gouf op engem LEICA-5000 optesche Mikroskop observéiert. Eng Texturanalyseprouf mat enger Gréisst vun 10 mm × 10 mm gouf aus der Mëtt vum Längsschnëtt vun der extrudéierter Staang geschnidden, a mechanescht Schleifen an Ätzen gouf duerchgefouert fir d'Uewerflächenspannungsschicht ze entfernen. Déi onvollstänneg Polfiguren vun den dräi Kristallflächen {111}, {200} an {220} vun der Prouf goufen mam X′Pert Pro MRD Röntgendiffraktiounsanalysator vun der PANalytical Company gemooss, an d'Texturdaten goufen mat X′Pert Data View an der X′Pert Texture Software veraarbecht an analyséiert.
D'Zuchprouwen vun der Gosslegierung gouf aus der Mëtt vum Barren geholl, an d'Zuchprouwen gouf no der Extrusioun laanscht d'Extrusiounsrichtung geschnidden. D'Gréisst vun der Miessfläch war Φ4 mm × 28 mm. Den Zuchprouwen gouf mat enger SANS CMT5105 Universalmaterialprüfmaschinn mat enger Zuchgeschwindegkeet vun 2 mm/min duerchgefouert. Den Duerchschnëttswäert vun den dräi Standardprouwen gouf als mechanesch Eegeschaftedaten berechent. D'Brochmorphologie vun den Zuchprouwen gouf mat engem Rasterelektronemikroskop mat gerénger Vergréisserung observéiert (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Resultater an Diskussioun
Figur 1 weist déi metallographesch Mikrostruktur vun der gegossener 6063 Aluminiumlegierung virun an no der Homogeniséierungsbehandlung. Wéi an der Figur 1a gewisen, variéieren d'α-Al-Kären an der gegossener Mikrostruktur a Gréisst, eng grouss Zuel vu retikuläre β-Al9Fe2Si2-Phasen sammelt sech op de Käregrenzen, an eng grouss Zuel vu granuläre Mg2Si-Phasen existéiert an de Kären. Nodeems de Barren 6 Stonnen bei 560 ℃ homogeniséiert gouf, huet sech déi net-gläichgewiichts-eutektesch Phas tëscht den Legierungsdendritten lues a lues opgeléist, d'Legierungselementer hunn sech an der Matrix opgeléist, d'Mikrostruktur war gläichméisseg, an déi duerchschnëttlech Käregréisst war ongeféier 125 μm (Figur 1b).
Virun der Homogeniséierung
No enger gläichméisseger Behandlung bei 600°C fir 6 Stonnen
Fig. 1 Metallographesch Struktur vun der 6063 Aluminiumlegierung virun an no der Homogeniséierungsbehandlung
Figur 2 weist d'Ausgesinn vu 6063 Aluminiumlegierungsstangen mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser. Wéi an der Figur 2 gewisen, ass d'Uewerflächenqualitéit vu 6063 Aluminiumlegierungsstangen, déi mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser extrudéiert goufen, gutt, besonnesch wann d'Extrusiounsverhältnis op 156 erhéicht gëtt (entsprécht der Ausgangsgeschwindegkeet vun der Staangextrusioun vun 48 m/min). Et gëtt awer keng Extrusiounsdefekter wéi Rëss a Schälen op der Uewerfläch vum Staang, wat drop hiweist, datt d'6063 Aluminiumlegierung och eng gutt waarmextrusiounsformleistung bei héijer Geschwindegkeet an engem groussen Extrusiounsverhältnis huet.
Fig. 2 Ausgesinn vu Staangen aus Aluminiumlegierung 6063 mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser
Figur 3 weist déi metallographesch Mikrostruktur vum Längsschnëtt vun der 6063 Aluminiumlegierungstang mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser. D'Kärestruktur vun der Staang mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser weist verschidde Grad vun Dehnung oder Verfeinerung. Wann d'Extrusiounsverhältnis 17 ass, ginn déi ursprénglech Kären laanscht d'Extrusiounsrichtung verlängert, begleet vun der Bildung vun enger klenger Zuel vu rekristalliséierte Kären, awer d'Kären sinn ëmmer nach relativ grob, mat enger duerchschnëttlecher Käregréisst vu ronn 85 μm (Figur 3a); wann d'Extrusiounsverhältnis 25 ass, ginn d'Kären méi schlank gezunn, d'Zuel vun de rekristalliséierte Kären klëmmt, an déi duerchschnëttlech Käregréisst hëlt op ongeféier 71 μm of (Figur 3b); wann d'Extrusiounsverhältnis 39 ass, besteet d'Mikrostruktur, ausser enger klenger Zuel vun deforméierte Kären, grondsätzlech aus gläichachsegen rekristalliséierte Kären vun ongläicher Gréisst, mat enger duerchschnëttlecher Käregréisst vu ronn 60 μm (Figur 3c); Wann d'Extrusiounsverhältnis 69 ass, ass den dynamesche Rekristallisatiounsprozess grondsätzlech ofgeschloss, déi grob ursprénglech Kären sinn komplett an gläichméisseg strukturéiert rekristalliséiert Kären transforméiert ginn, an d'duerchschnëttlech Käregréisst ass op ongeféier 41 μm verfeinert (Figur 3d); wann d'Extrusiounsverhältnis 156 ass, an de komplette Fortschrëtt vum dynamesche Rekristallisatiounsprozess ass, ass d'Mikrostruktur méi gläichméisseg, an d'Käregréisst ass staark op ongeféier 32 μm verfeinert (Figur 3e). Mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis geet den dynamesche Rekristallisatiounsprozess méi vollstänneg vir, d'Mikrostruktur vun der Legierung gëtt méi gläichméisseg, an d'Käregréisst ass däitlech verfeinert (Figur 3f).
Fig. 3 Metallographesch Struktur a Kärgréisst vum Längsschnëtt vu Staangen aus Aluminiumlegierung 6063 mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser
Figur 4 weist déi invers Polfiguren vu 6063 Aluminiumlegierungsstäb mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser laanscht d'Extrusiounsrichtung. Et ass ze gesinn, datt d'Mikrostrukture vu Legierungsstäb mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser all eng kloer bevorzugt Orientéierung produzéieren. Wann d'Extrusiounsverhältnis 17 ass, gëtt eng méi schwaach <115>+<100> Textur geformt (Figur 4a); wann d'Extrusiounsverhältnis 39 ass, sinn d'Texturkomponenten haaptsächlech déi méi staark <100> Textur an eng kleng Quantitéit u schwaacher <115> Textur (Figur 4b); wann d'Extrusiounsverhältnis 156 ass, sinn d'Texturkomponenten déi <100> Textur mat däitlech erhéichter Stäerkt, während d'<115> Textur verschwënnt (Figur 4c). Studien hunn gewisen, datt flächenzentriert kubesch Metaller haaptsächlech <111> an <100> Drottexturen während der Extrusioun an dem Zéien bilden. Soubal d'Textur geformt ass, weisen déi mechanesch Eegeschafte vun der Legierung bei Raumtemperatur eng kloer Anisotropie. D'Texturstäerkt klëmmt mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis, wat drop hiweist, datt d'Zuel vun de Kären an enger bestëmmter Kristallrichtung parallel zur Extrusiounsrichtung an der Legierung graduell eropgeet, an d'Längszuchfestigkeit vun der Legierung eropgeet. D'Verstäerkungsmechanismen vun den Heissextrusiounsmaterialien aus der Aluminiumlegierung 6063 enthalen d'Feinkärenverstäerkung, d'Verrécklungsverstäerkung, d'Texturverstäerkung, etc. Am Beräich vun de Prozessparameteren, déi an dëser experimenteller Studie benotzt goufen, huet d'Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis en fördernden Effekt op déi uewe genannten Verstäerkungsmechanismen.
Fig. 4 Réckpoldiagramm vu Staangen aus enger Aluminiumlegierung vu 6063 mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser laanscht d'Extrusiounsrichtung
Figur 5 ass en Histogramm vun den Zuch-Eegeschafte vun der 6063 Aluminiumlegierung no der Deformatioun bei verschiddenen Extrusiounsverhältnisser. D'Zuchfestigkeit vun der Gosslegierung ass 170 MPa an d'Dehnung ass 10,4%. D'Zuchfestigkeit an d'Dehnung vun der Legierung no der Extrusioun gi wesentlech verbessert, an d'Zuchfestigkeit an d'Dehnung huelen graduell mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis zou. Wann den Extrusiounsverhältnis 156 ass, erreechen d'Zuchfestigkeit an d'Dehnung vun der Legierung de Maximumwäert, deen 228 MPa respektiv 26,9% sinn, wat ongeféier 34% méi héich ass wéi d'Zuchfestigkeit vun der Gosslegierung a ronn 158% méi héich wéi d'Dehnung. D'Zuchfestigkeit vun der 6063 Aluminiumlegierung, déi duerch e grousst Extrusiounsverhältnis kritt gëtt, ass no beim Zuchfestigkeitswäert (240 MPa), deen duerch 4-Pass-Gläichkanal-Wénkelextrusioun (ECAP) kritt gëtt, wat vill méi héich ass wéi de Zuchfestigkeitswäert (171,1 MPa), deen duerch 1-Pass-ECAP-Extrusioun vun der 6063 Aluminiumlegierung kritt gëtt. Et kann een gesinn, datt e groussen Extrusiounsverhältnis d'mechanesch Eegeschafte vun der Legierung bis zu engem gewësse Grad verbessere kann.
D'Verbesserung vun de mechanesche Eegeschafte vun der Legierung duerch den Extrusiounsverhältnis kënnt haaptsächlech vun der Stäerkung vun der Kärenverfeinerung. Wann den Extrusiounsverhältnis eropgeet, ginn d'Kären verfeinert an d'Verrécklungsdicht klëmmt. Méi Kärengrenzen pro Flächeneenheet kënnen d'Beweegung vun Verrécklungen effektiv behënneren, kombinéiert mat der géigesäiteger Bewegung an der Verschränkung vun Verrécklungen, wat d'Festigkeit vun der Legierung verbessert. Wat méi fein d'Kären sinn, wat méi gewéckelt d'Kärengrenzen sinn, an d'plastesch Deformatioun kann a méi Kären opgedeelt ginn, wat net zur Bildung vu Rëss fërderlech ass, nach manner zur Ausbreedung vu Rëss. Méi Energie kann während dem Brochprozess absorbéiert ginn, wat d'Plastizitéit vun der Legierung verbessert.
Fig. 5 Zuchkraaft vun der Aluminiumlegierung 6063 no Goss an Extrusioun
D'Zuchbrochmorphologie vun der Legierung no der Deformatioun mat verschiddenen Extrusiounsverhältnisser gëtt an der Figur 6 gewisen. Et goufen keng Grübchen an der Brochmorphologie vun der gegossener Prouf fonnt (Figur 6a), an de Broch bestoung haaptsächlech aus flaache Beräicher a Rësskanten, wat drop hiweist, datt de Brochmechanismus vun der gegossener Legierung haaptsächlech aus spréchegem Broch bestoung. D'Bruchmorphologie vun der Legierung no der Extrusioun huet sech däitlech geännert, an de Broch besteet aus enger grousser Zuel vun gläichachsegen Grübchen, wat drop hiweist, datt de Brochmechanismus vun der Legierung no der Extrusioun sech vu spréchegem Broch zu duktilem Broch geännert huet. Wann d'Extrusiounsverhältnis kleng ass, sinn d'Grübchen flaach an d'Grübchengréisst grouss, an d'Verdeelung ass ongläichméisseg; wann d'Extrusiounsverhältnis eropgeet, klëmmt d'Zuel vun den Grübchen, d'Grübchengréisst ass méi kleng an d'Verdeelung ass gläichméisseg (Figur 6b~f), wat bedeit, datt d'Legierung eng besser Plastizitéit huet, wat mat den uewe genannten Testresultater vun de mechaneschen Eegeschafte konsequent ass.
3 Conclusioun
An dësem Experiment goufen d'Auswierkunge vun ënnerschiddlechen Extrusiounsverhältnisser op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vun der Aluminiumlegierung 6063 ënner der Bedingung analyséiert, datt d'Gréisst vum Billet, d'Heiztemperatur vum Barren an d'Extrusiounsgeschwindegkeet onverännert bliwwe sinn. D'Conclusiounen sinn wéi follegt:
1) Eng dynamesch Rekristallisatioun geschitt an der Aluminiumlegierung 6063 wärend der waarmer Extrusioun. Mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis ginn d'Käre kontinuéierlech verfeinert, an d'Käre, déi sech laanscht d'Extrusiounsrichtung verlängeren, ginn a gläichachseg rekristalliséiert Käre transforméiert, an d'Stäerkt vun der <100> Drottextur gëtt kontinuéierlech erhéicht.
2) Wéinst dem Effekt vun der Feinkornverstäerkung ginn déi mechanesch Eegeschafte vun der Legierung mat der Erhéijung vum Extrusiounsverhältnis verbessert. Am Beräich vun den Testparameteren, wann den Extrusiounsverhältnis 156 ass, erreechen d'Zuchfestigkeit an d'Dehnung vun der Legierung déi maximal Wäerter vun 228 MPa respektiv 26,9%.
Fig. 6 Zuchbrochmorphologien vun der Aluminiumlegierung 6063 nom Goss an der Extrusioun
3) D'Brochmorphologie vum gegossene Proufprobe besteet aus flaache Beräicher a Rësskanten. Nom Extrusioun besteet de Broch aus enger grousser Zuel vun gläichachsegen Dimplen, an de Brochmechanismus transforméiert sech vu spréchegem Broch zu duktilem Broch.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 30. November 2024
