6063 آلیاژ آلومینیوم متعلق به آلیاژ آلومینیومی قابل درمان با سریال AL-MG-SI کم آلیاژ است. این عملکرد دارای عملکرد قالب گیری اکستروژن عالی ، مقاومت در برابر خوردگی خوب و خصوصیات مکانیکی جامع است. همچنین به دلیل رنگ آمیزی آسان اکسیداسیون ، در صنعت خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. با شتاب روند اتومبیل های سبک وزن ، استفاده از 6063 مواد اکستروژن آلیاژ آلومینیوم در صنعت خودرو نیز بیشتر افزایش یافته است.
ریزساختار و خواص مواد اکسترود شده تحت تأثیر اثرات ترکیبی سرعت اکستروژن ، دمای اکستروژن و نسبت اکستروژن قرار دارند. در میان آنها ، نسبت اکستروژن عمدتاً با فشار اکستروژن ، راندمان تولید و تجهیزات تولید تعیین می شود. هنگامی که نسبت اکستروژن اندک است ، تغییر شکل آلیاژ اندک است و پالایش ریزساختار آشکار نیست. افزایش نسبت اکستروژن می تواند به طور قابل توجهی دانه ها را تصفیه کند ، فاز دوم درشت را تجزیه کند ، یک ساختار یکنواخت به دست آورد و خصوصیات مکانیکی آلیاژ را بهبود بخشد.
6061 و 6063 آلیاژهای آلومینیوم در طی فرآیند اکستروژن تحت تبلور پویا قرار می گیرند. هنگامی که دمای اکستروژن ثابت است ، با افزایش نسبت اکستروژن ، اندازه دانه کاهش می یابد ، مرحله تقویت کاملاً پراکنده می شود و مقاومت کششی و کشیدگی آلیاژ بر این اساس افزایش می یابد. با این حال ، با افزایش نسبت اکستروژن ، نیروی اکستروژن مورد نیاز برای فرآیند اکستروژن نیز افزایش می یابد و باعث ایجاد اثر حرارتی بیشتری می شود و باعث افزایش دمای داخلی آلیاژ می شود و عملکرد محصول کاهش می یابد. در این آزمایش تأثیر نسبت اکستروژن ، به ویژه نسبت اکستروژن بزرگ ، بر ریزساختار و خصوصیات مکانیکی 6063 آلیاژ آلومینیوم بررسی شده است.
1 مواد و روش های آزمایشی
ماده آزمایشی 6063 آلیاژ آلومینیوم است و ترکیب شیمیایی در جدول 1 نشان داده شده است. اندازه اصلی شمش φ55 میلی متر × 165 میلی متر است و پس از همگن سازی به یک بیل اکستروژن با اندازه φ50 میلی متر × 150 میلی متر پردازش می شود. درمان در 560 ℃ برای 6 ساعت. این بیل به 470 ℃ گرم می شود و گرم نگه داشته می شود. دمای پیش گرم شدن بشکه اکستروژن 420 ℃ و دمای گرمایشی قالب 450 است. هنگامی که سرعت اکستروژن (سرعت حرکت میله اکستروژن) V = 5 میلی متر در ثانیه بدون تغییر باقی می ماند ، 5 گروه از تست های نسبت اکستروژن مختلف انجام می شود ، و نسبت اکستروژن R 17 است (مربوط به قطر سوراخ DET D = 12 میلی متر) ، 25 (D = 10 میلی متر) ، 39 (D = 8 میلی متر) ، 69 (D = 6 میلی متر) و 156 (D = 4 میلی متر).
جدول 1 ترکیبات شیمیایی 6063 آلیاژ آل (وزنی/٪)
پس از سنگ زنی کاغذ ماسه ای و جلا دادن مکانیکی ، نمونه های متالوگرافی با معرف HF با کسر حجمی 40 ٪ برای حدود 25 ثانیه ، و ساختار متالوگرافی نمونه ها در میکروسکوپ نوری Leica-5000 مشاهده شد. یک نمونه تجزیه و تحلیل بافت با اندازه 10 میلی متر × 10 میلی متر از مرکز بخش طولی میله اکسترود شده بریده شد و سنگ زنی مکانیکی و اچ برای از بین بردن لایه استرس سطح انجام شد. ارقام قطبی ناقص از سه هواپیمای کریستالی {111} ، 200 {} ، و 220 {} از نمونه توسط آنالایزر پراش پرتو X′PERT PRO MRD از شرکت Panalytical اندازه گیری شد و داده های بافت پردازش و تجزیه و تحلیل شد توسط مشاهده داده X′PERT و نرم افزار بافت X′Pert.
نمونه کششی آلیاژ ریخته گری از مرکز شمش گرفته شد و نمونه کششی پس از اکستروژن در امتداد جهت اکستروژن بریده شد. اندازه سطح سنج φ4 میلی متر × 28 میلی متر بود. آزمایش کششی با استفاده از یک دستگاه تست مواد جهانی SANS CMT5105 با میزان کششی 2 میلی متر در دقیقه انجام شد. مقدار متوسط سه نمونه استاندارد به عنوان داده های خاصیت مکانیکی محاسبه شد. مورفولوژی شکستگی نمونه های کششی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی اسکن با بزرگنمایی کم مشاهده شد (Quanta 2000 ، FEI ، USA).
2 نتیجه و بحث
شکل 1 ریزساختار متالوگرافی آلیاژ آلومینیوم به عنوان CAST 6063 قبل و بعد از درمان همگن سازی را نشان می دهد. همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است ، دانه های α-al در ریزساختار به اندازه آن از نظر اندازه متفاوت هستند ، تعداد زیادی از مراحل β-al9fe2si2 شبکیه در مرزهای دانه جمع می شوند و تعداد زیادی از مراحل دانه MG2SI در داخل دانه ها وجود دارد. پس از شمش در 560 ℃ به مدت 6 ساعت ، فاز اتکتیک غیر تعادل بین دندریت های آلیاژ به تدریج حل شد ، عناصر آلیاژ حل شده در ماتریس ، ریزساختار یکنواخت بود و اندازه متوسط دانه در حدود 125 میکرومتر بود (شکل 1B ).
قبل از همگن سازی
بعد از درمان یکنواخت در 600 درجه سانتیگراد به مدت 6 ساعت
شکل 1 ساختار متالوگرافی 6063 آلیاژ آلومینیوم قبل و بعد از درمان همگن سازی
شکل 2 ظاهر 6063 میله آلیاژ آلومینیوم با نسبت اکستروژن های مختلف را نشان می دهد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، کیفیت سطح 6063 میله آلیاژ آلومینیوم اکسترود شده با نسبت های مختلف اکستروژن خوب است ، به خصوص هنگامی که نسبت اکستروژن به 156 افزایش یافته است (مربوط به سرعت خروجی اکستروژن نوار 48 متر در دقیقه) ، هنوز هم وجود ندارد نقص اکستروژن مانند ترک و لایه برداری بر روی سطح نوار ، نشان می دهد که 6063 آلیاژ آلومینیوم همچنین دارای اکستروژن گرم خوبی است که با سرعت بالا و نسبت اکستروژن زیاد عملکرد دارد.
شکل 2 ظاهر 6063 میله آلیاژ آلومینیوم با نسبت اکستروژن های مختلف
شکل 3 ریزساختار متالوگرافی بخش طولی نوار آلیاژ آلومینیوم 6063 با نسبت اکستروژن های مختلف را نشان می دهد. ساختار دانه نوار با نسبت های مختلف اکستروژن درجات مختلفی از کشیدگی یا پالایش را نشان می دهد. هنگامی که نسبت اکستروژن 17 است ، دانه های اصلی در امتداد جهت اکستروژن کشیده می شوند ، همراه با تشکیل تعداد کمی از دانه های تبلور یافته ، اما دانه ها هنوز هم نسبتاً درشت هستند ، با اندازه متوسط دانه در حدود 85 میکرومتر (شکل 3A) ؛ هنگامی که نسبت اکستروژن 25 است ، دانه ها باریک تر کشیده می شوند ، تعداد دانه های تبلور یافته افزایش می یابد و میانگین اندازه دانه به حدود 71 میکرومتر کاهش می یابد (شکل 3B). هنگامی که نسبت اکستروژن 39 است ، به جز تعداد کمی از دانه های تغییر شکل یافته ، ریزساختار اساساً از دانه های تبعید شده برابر با اندازه ناهموار تشکیل شده است ، با اندازه متوسط دانه در حدود 60 میکرومتر (شکل 3C). هنگامی که نسبت اکستروژن 69 باشد ، فرآیند تبلور مجدد پویا اساساً به پایان می رسد ، دانه های اصلی درشت کاملاً به دانه های مجدداً ساختار یافته ساختار یافته تبدیل شده اند و متوسط اندازه دانه به حدود 41 میکرومتر تصفیه می شود (شکل 3D). هنگامی که نسبت اکستروژن 156 است ، با پیشرفت کامل فرآیند تبلور مجدد پویا ، ریزساختار یکنواخت تر است و اندازه دانه تا حدود 32 میکرومتر بسیار تصفیه می شود (شکل 3E). با افزایش نسبت اکستروژن ، فرآیند تبلور مجدد پویا به طور کامل ادامه می یابد ، ریزساختار آلیاژ یکنواخت تر می شود و اندازه دانه به طور قابل توجهی تصفیه می شود (شکل 3F).
شکل 3 ساختار متالوگرافی و اندازه دانه بخش طولی 6063 میله آلیاژ آلومینیوم با نسبت اکستروژن های مختلف
شکل 4 ارقام قطب معکوس 6063 میله آلیاژ آلومینیوم با نسبت اکستروژن های مختلف در جهت اکستروژن را نشان می دهد. مشاهده می شود که ریزساختارهای میله های آلیاژ با نسبت های مختلف اکستروژن همه جهت گیری ترجیحی آشکار ایجاد می کنند. هنگامی که نسبت اکستروژن 17 است ، یک بافت ضعیف تر <115>+<100> شکل می گیرد (شکل 4A). هنگامی که نسبت اکستروژن 39 است ، اجزای بافت عمدتا بافت قوی تر <100> و مقدار کمی از بافت ضعیف <115> هستند (شکل 4B). هنگامی که نسبت اکستروژن 156 است ، اجزای بافت بافت <100> با قدرت قابل توجهی افزایش یافته است ، در حالی که بافت <115> از بین می رود (شکل 4C). مطالعات نشان داده اند که فلزات مکعب صورت محور عمدتاً بافتهای سیم <111> و <100> را در حین اکستروژن و نقاشی تشکیل می دهند. پس از شکل گیری بافت ، خصوصیات مکانیکی دمای اتاق آلیاژ ناهمسانگردی آشکار را نشان می دهد. قدرت بافت با افزایش نسبت اکستروژن افزایش می یابد ، نشان می دهد که تعداد دانه ها در یک جهت کریستالی خاص به موازات جهت اکستروژن در آلیاژ به تدریج افزایش می یابد و مقاومت کششی طولی آلیاژ افزایش می یابد. مکانیسم های تقویت کننده 6063 مواد اکستروژن داغ آلیاژ آلومینیوم شامل تقویت دانه ریز ، تقویت جابجایی ، تقویت بافت و غیره در محدوده پارامترهای فرآیند مورد استفاده در این مطالعه تجربی ، افزایش نسبت اکستروژن تأثیر ترویج بر مکانیسم های تقویت فوق است.
شکل 4 نمودار قطب معکوس 6063 میله آلیاژ آلومینیوم با نسبت اکستروژن های مختلف در جهت اکستروژن
شکل 5 یک هیستوگرام از خواص کششی 6063 آلیاژ آلومینیوم پس از تغییر شکل در نسبت های مختلف اکستروژن است. مقاومت کششی آلیاژ بازیگران 170 مگاپاسکال و کشیدگی 10.4 ٪ است. استحکام کششی و کشیدگی آلیاژ پس از اکستروژن به طور قابل توجهی بهبود می یابد و با افزایش نسبت اکستروژن ، مقاومت و کشش به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که نسبت اکستروژن 156 است ، استحکام کششی و کشیدگی آلیاژ به حداکثر مقدار می رسد ، که به ترتیب 228 مگاپاسکال و 26.9 ٪ است ، که حدود 34 ٪ بیشتر از استحکام کششی آلیاژ ریخته گری و حدود 158 ٪ بالاتر از آن است. کشیدگی استحکام کششی 6063 آلیاژ آلومینیوم به دست آمده توسط یک نسبت اکستروژن بزرگ نزدیک به مقدار مقاومت کششی (240 مگاپاسکال) به دست آمده توسط اکستروژن زاویه ای کانال برابر 4-PASS (ECAP) ، که بسیار بالاتر از مقدار مقاومت کششی (1 171.1 MPa) است به دست آمده توسط اکستروژن ECAP 1-PASS از 6063 آلیاژ آلومینیوم. مشاهده می شود که یک نسبت اکستروژن بزرگ می تواند خواص مکانیکی آلیاژ را تا حدی بهبود بخشد.
تقویت خواص مکانیکی آلیاژ با نسبت اکستروژن عمدتا از تقویت پالایش دانه است. با افزایش نسبت اکستروژن ، دانه ها تصفیه می شوند و چگالی جابجایی افزایش می یابد. مرزهای دانه بیشتر در هر واحد می تواند به طور مؤثر مانع از حرکت دررفتگی ها شود ، همراه با حرکت متقابل و گرفتاری جابجایی ها ، در نتیجه قدرت آلیاژ را بهبود می بخشد. هرچه دانه ها ظریف تر باشد ، مرزهای دانه پر پیچ و خم تر می شود و تغییر شکل پلاستیک را می توان در غلات بیشتر پراکنده کرد ، که این امر منجر به تشکیل ترک ها نمی شود ، چه رسد به انتشار ترک ها. انرژی بیشتری را می توان در طی فرآیند شکستگی جذب کرد و در نتیجه انعطاف پذیری آلیاژ را بهبود بخشید.
شکل 5 خواص کششی 6063 آلیاژ آلومینیوم پس از ریخته گری و اکستروژن
مورفولوژی شکستگی کششی آلیاژ پس از تغییر شکل با نسبت های مختلف اکستروژن در شکل 6 نشان داده شده است. هیچ کمتری در مورفولوژی شکستگی نمونه به عنوان ریخته گری یافت نشد (شکل 6A) ، و شکستگی عمدتا از مناطق مسطح و لبه های پاره شده تشکیل شده است. ، نشان می دهد که مکانیسم شکستگی کششی آلیاژ As-Cast عمدتا شکستگی شکننده بود. مورفولوژی شکستگی آلیاژ پس از اکستروژن به طور قابل توجهی تغییر کرده است ، و شکستگی از تعداد زیادی از رنگهای دفع شده ساخته شده است ، نشان می دهد که مکانیسم شکستگی آلیاژ پس از اکستروژن از شکستگی شکننده به شکستگی چگال تغییر کرده است. هنگامی که نسبت اکستروژن کوچک است ، کمرنگ ها کم عمق هستند و اندازه کم نور بزرگ است و توزیع ناهموار است. با افزایش نسبت اکستروژن ، تعداد کمرنگ ها افزایش می یابد ، اندازه کم نور کوچکتر و توزیع یکنواخت است (شکل 6b ~ f) ، به این معنی که آلیاژ دارای انعطاف پذیری بهتری است ، که مطابق با نتایج آزمایش مکانیکی در بالا است.
3 نتیجه گیری
در این آزمایش ، اثرات نسبت های مختلف اکستروژن بر ریزساختار و خواص 6063 آلیاژ آلومینیوم تحت این شرط که اندازه بیل ، دمای گرمایش شمش و سرعت اکستروژن بدون تغییر باقی مانده است ، مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه گیری به شرح زیر است:
1) تبلور مجدد پویا در 6063 آلیاژ آلومینیوم در طول اکستروژن داغ رخ می دهد. با افزایش نسبت اکستروژن ، دانه ها به طور مداوم تصفیه می شوند ، و دانه های کشیده شده در امتداد جهت اکستروژن به دانه های تبلور شده متراکم تبدیل می شوند و استحکام بافت سیم <100> به طور مداوم افزایش می یابد.
2) با توجه به تأثیر تقویت دانه ریز ، با افزایش نسبت اکستروژن ، خصوصیات مکانیکی آلیاژ بهبود می یابد. در محدوده پارامترهای تست ، هنگامی که نسبت اکستروژن 156 است ، مقاومت کششی و کشیدگی آلیاژ به ترتیب به حداکثر 228 MPa و 26.9 ٪ می رسد.
شکل 6 مورفولوژی شکستگی کششی 6063 آلیاژ آلومینیوم پس از ریخته گری و اکستروژن
3) مورفولوژی شکستگی نمونه به عنوان ریخته گری از مناطق مسطح و لبه های اشک آور تشکیل شده است. پس از اکستروژن ، شکستگی از تعداد زیادی از رنگهای برابر با هم تشکیل شده است ، و مکانیسم شکستگی از شکستگی شکننده به شکستگی انعطاف پذیر تبدیل می شود.
زمان پست: نوامبر -30-2024
