A liga de alumínio 6063 pertence à liga de alumínio tratável com térmica Al-MG-Si de baixa altura. Possui excelente desempenho de moldagem por extrusão, boa resistência à corrosão e propriedades mecânicas abrangentes. Também é amplamente utilizado na indústria automotiva devido à sua fácil coloração de oxidação. Com a aceleração da tendência de automóveis leves, a aplicação de materiais de extrusão de liga de alumínio 6063 na indústria automotiva também aumentou ainda mais.
A microestrutura e as propriedades dos materiais extrudadas são afetadas pelos efeitos combinados da velocidade de extrusão, temperatura de extrusão e taxa de extrusão. Entre eles, o índice de extrusão é determinado principalmente pela pressão de extrusão, eficiência de produção e equipamentos de produção. Quando a taxa de extrusão é pequena, a deformação da liga é pequena e o refinamento da microestrutura não é óbvio; Aumentar a taxa de extrusão pode refinar significativamente os grãos, quebrar a segunda fase grosseira, obter uma microestrutura uniforme e melhorar as propriedades mecânicas da liga.
As ligas de alumínio 6061 e 6063 passam por recristalização dinâmica durante o processo de extrusão. Quando a temperatura de extrusão é constante, à medida que a taxa de extrusão aumenta, o tamanho do grão diminui, a fase de fortalecimento é finamente dispersa e a resistência à tração e o alongamento da liga aumentam de acordo; No entanto, à medida que a taxa de extrusão aumenta, a força de extrusão necessária para o processo de extrusão também aumenta, causando um maior efeito térmico, causando a temperatura interna da liga a aumentar e o desempenho do produto diminui. Este experimento estuda o efeito da taxa de extrusão, especialmente uma grande taxa de extrusão, na microestrutura e nas propriedades mecânicas da liga de alumínio 6063.
1 materiais e métodos experimentais
O material experimental é de 6063 liga de alumínio e a composição química é mostrada na Tabela 1. O tamanho original do lingote é φ55 mm × 165 mm e é processado em um tarugo de extrusão com tamanho de φ50 mm × 150 mm após homogeneização Tratamento em 560 ℃ por 6 h. O tarugo é aquecido a 470 ℃ e mantido quente. A temperatura de pré -aquecimento do barril de extrusão é de 420 ℃, e a temperatura de pré -aquecimento do molde é de 450 ℃. Quando a velocidade de extrusão (velocidade de movimentação da haste de extrusão) v = 5 mm/s permanece inalterada, 5 grupos de diferentes testes de razão de extrusão são realizados e as taxas de extrusão R são 17 (correspondentes ao diâmetro do orifício d = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) e 156 (d = 4 mm).
Tabela 1 Composições químicas de 6063 Alloy AL (WT/%)
Após a moagem da lixa e o polimento mecânico, as amostras metalográficas foram gravadas com reagente de IC com uma fração de volume de 40% por cerca de 25 s, e a estrutura metalográfica das amostras foi observada em um microscópio óptico Leica-5000. Uma amostra de análise de textura com tamanho de 10 mm × 10 mm foi cortada do centro da seção longitudinal da haste extrudada, e a moagem e a gravação mecânicas foram realizadas para remover a camada de tensão da superfície. As figuras de pólo incompletas dos três planos de cristal {111}, {200} e {220} da amostra foram medidos pelo analisador de difração de raios X do X′pert Pro MRD da empresa panalíticos, e os dados de textura foram processados e analisados por X′pert Data View e X'pert Texture Software.
A amostra de tração da liga fundida foi retirada do centro do lingote, e a amostra de tração foi cortada ao longo da direção da extrusão após a extrusão. O tamanho da área do medidor era φ4 mm × 28 mm. O teste de tração foi realizado usando uma máquina de teste de material universal SANS CMT5105 com uma taxa de tração de 2 mm/min. O valor médio das três amostras padrão foi calculado como os dados da propriedade mecânica. A morfologia da fratura das amostras de tração foi observada usando um microscópio eletrônico de varredura de baixa ampliação (Quanta 2000, FEI, EUA).
2 resultados e discussão
A Figura 1 mostra a microestrutura metalográfica da liga de alumínio de 6063, antes e após o tratamento da homogeneização. Como mostrado na Figura 1A, os grãos α-al na microestrutura fundida variam em tamanho, um grande número de fases reticulares de β-AL9FE2SI2 se reúne nos limites dos grãos e um grande número de fases granulares Mg2SI existem dentro dos grãos. Depois que o lingote foi homogeneizado a 560 ℃ por 6 h, a fase eutética não equilíbrio entre os dendritos de liga se dissolveu gradualmente, os elementos de liga dissolvidos na matriz, a microestrutura foi uniforme e o tamanho médio do grão foi de cerca de 125 μm (Figura 1B ).
Antes da homogeneização
Após uniformizar o tratamento a 600 ° C por 6 horas
Fig.1 Estrutura metalográfica da liga de alumínio 6063 antes e após o tratamento da homogeneização
A Figura 2 mostra a aparência de 6063 barras de liga de alumínio com diferentes taxas de extrusão. Como mostrado na Figura 2, a qualidade da superfície de 6063 barras de liga de alumínio extrudadas com diferentes taxas de extrusão é boa, especialmente quando a taxa de extrusão é aumentada para 156 (correspondente à velocidade de extrusão de barra de 48 m/min), ainda não há não Defeitos de extrusão, como rachaduras e descamação na superfície da barra, indicando que a liga de alumínio 6063 também possui um bom desempenho de formação de extrusão quente sob alta velocidade e grande taxa de extrusão.
Fig.2 Aparência de hastes de liga de alumínio 6063 com diferentes taxas de extrusão
A Figura 3 mostra a microestrutura metalográfica da seção longitudinal da barra de liga de alumínio 6063 com diferentes taxas de extrusão. A estrutura de grãos da barra com diferentes taxas de extrusão mostra diferentes graus de alongamento ou refinamento. Quando a taxa de extrusão é de 17, os grãos originais são alongados ao longo da direção da extrusão, acompanhados pela formação de um pequeno número de grãos recristalizados, mas os grãos ainda são relativamente grosseiros, com um tamanho médio de grão de cerca de 85 μm (Figura 3a) ; Quando a taxa de extrusão é de 25, os grãos são puxados mais esbeltos, o número de grãos recristalizados aumenta e o tamanho médio do grão diminui para cerca de 71 μm (Figura 3b); Quando a taxa de extrusão é 39, exceto por um pequeno número de grãos deformados, a microestrutura é basicamente composta de grãos recristalizados equiaxados de tamanho desigual, com um tamanho médio de grão de cerca de 60 μm (Figura 3C); Quando a taxa de extrusão é 69, o processo dinâmico de recristalização é basicamente concluído, os grãos originais grosseiros foram completamente transformados em grãos recristalizados uniformemente estruturados, e o tamanho médio de grãos é refinado para cerca de 41 μm (Figura 3D); Quando a taxa de extrusão é 156, com o progresso total do processo dinâmico de recristalização, a microestrutura é mais uniforme e o tamanho do grão é bastante refinado para cerca de 32 μm (Figura 3E). Com o aumento da taxa de extrusão, o processo dinâmico de recristalização prossegue mais detalhadamente, a microestrutura da liga se torna mais uniforme e o tamanho do grão é significativamente refinado (Figura 3F).
Fig.3 Estrutura metalográfica e tamanho de grão da seção longitudinal de hastes de liga de alumínio 6063 com diferentes taxas de extrusão
A Figura 4 mostra as figuras de pólo inverso de 6063 barras de liga de alumínio com diferentes taxas de extrusão ao longo da direção da extrusão. Pode -se observar que as microestruturas de barras de liga com diferentes taxas de extrusão produzem orientação preferencial óbvia. Quando a taxa de extrusão é 17, uma textura mais fraca <115>+<00> é formada (Figura 4A); Quando o índice de extrusão é de 39, os componentes da textura são principalmente a textura mais forte <100> e uma pequena quantidade de textura fraca <115> (Figura 4b); Quando a taxa de extrusão é 156, os componentes da textura são a textura <100> com força significativamente aumentada, enquanto a textura <115> desaparece (Figura 4C). Estudos mostraram que os metais cúbicos centrados na face formam principalmente texturas de arame durante a extrusão e desenho. Depois que a textura é formada, as propriedades mecânicas da temperatura ambiente da liga mostram anisotropia óbvia. A força da textura aumenta com o aumento da taxa de extrusão, indicando que o número de grãos em uma certa direção de cristal paralelo à direção da extrusão na liga aumenta gradualmente, e a resistência à tração longitudinal da liga aumenta. Os mecanismos de fortalecimento de 6063 materiais de extrusão a quente de liga de alumínio incluem fortalecimento de grãos finos, fortalecimento da deslocamento, fortalecimento da textura etc. dentro da gama de parâmetros de processo usados neste estudo experimental, o aumento da taxa de extrusão tem um efeito de promoção nos mecanismos de fortalecimento acima.
Fig.4 Diagrama do pólo reverso de hastes de liga de alumínio 6063 com diferentes taxas de extrusão ao longo da direção de extrusão
A Figura 5 é um histograma das propriedades de tração da liga de alumínio 6063 após deformação em diferentes taxas de extrusão. A resistência à tração da liga fundida é de 170 MPa e o alongamento é de 10,4%. A resistência à tração e o alongamento da liga após a extrusão são significativamente melhoradas, e a resistência à tração e o alongamento aumentam gradualmente com o aumento da taxa de extrusão. Quando a taxa de extrusão é de 156, a resistência à tração e o alongamento da liga atingem o valor máximo, que são 228 MPa e 26,9%, respectivamente, que é cerca de 34% maior que a resistência à tração da liga fundida e cerca de 158% maior que o alongamento. A resistência à tração da liga de alumínio 6063 obtida por uma grande taxa de extrusão é próxima do valor de resistência à tração (240 MPa) obtido por extrusão angular de canal igual de 4 passagens (ECAP), que é muito maior que o valor de resistência à tração (171,1 MPa) obtido por extrusão ECAP de 1 passagem da liga de alumínio 6063. Pode -se observar que uma grande taxa de extrusão pode melhorar as propriedades mecânicas da liga até certo ponto.
O aprimoramento das propriedades mecânicas da taxa de liga por extrusão vem principalmente do fortalecimento do refinamento de grãos. À medida que a taxa de extrusão aumenta, os grãos são refinados e a densidade de deslocamento aumenta. Mais limites de grãos por unidade de área podem efetivamente dificultar o movimento de luxações, combinado com o movimento mútuo e o emaranhamento de luxações, melhorando assim a força da liga. Quanto mais refinados os grãos, mais tortuosos os limites dos grãos, e a deformação plástica pode ser dispersa em mais grãos, o que não é propício à formação de rachaduras, muito menos a propagação de rachaduras. Mais energia pode ser absorvida durante o processo de fratura, melhorando assim a plasticidade da liga.
Fig.5 Propriedades de tração da liga de alumínio 6063 após a fundição e extrusão
A morfologia da fratura por tração da liga após a deformação com diferentes taxas de extrusão é mostrada na Figura 6. Não foram encontradas covinhas na morfologia da fratura da amostra do chast (Figura 6A), e a fratura foi composta principalmente de áreas planas e bordas rasgadas , indicando que o mecanismo de fratura de tração da liga por gastada era principalmente fraturas quebradiças. A morfologia da fratura da liga após a extrusão mudou significativamente, e a fratura é composta por um grande número de covinhas equiaxadas, indicando que o mecanismo de fratura da liga após a extrusão mudou de fratura frágil para fratura dúctil. Quando a taxa de extrusão é pequena, as covinhas são rasas e o tamanho da covinha é grande e a distribuição é desigual; À medida que a taxa de extrusão aumenta, o número de covinhas aumenta, o tamanho da covinha é menor e a distribuição é uniforme (Figura 6b ~ f), o que significa que a liga tem melhor plasticidade, o que é consistente com os resultados dos testes de propriedades mecânicas acima.
3 Conclusão
Neste experimento, os efeitos de diferentes taxas de extrusão na microestrutura e propriedades da liga de alumínio 6063 foram analisados sob a condição de que o tamanho do tarugo, a temperatura de aquecimento do lingote e a velocidade de extrusão permaneceram inalterados. As conclusões são as seguintes:
1) A recristalização dinâmica ocorre na liga de alumínio 6063 durante a extrusão quente. Com o aumento da taxa de extrusão, os grãos são refinados continuamente e os grãos alongados ao longo da direção da extrusão são transformados em grãos recristalizados equiaxados, e a força da textura do fio aumenta continuamente.
2) Devido ao efeito do fortalecimento dos grãos finos, as propriedades mecânicas da liga são melhoradas com o aumento da taxa de extrusão. Dentro da faixa de parâmetros de teste, quando a taxa de extrusão é de 156, a resistência à tração e o alongamento da liga atingem os valores máximos de 228 MPa e 26,9%, respectivamente.
Fig.6 Morfologias de fratura de tração de liga de alumínio 6063 após fundição e extrusão
3) A morfologia da fratura da amostra de casal é composta por áreas planas e bordas lacrimais. Após a extrusão, a fratura é composta por um grande número de covinhas equiaxadas, e o mecanismo de fratura é transformado de fratura quebradiça em fratura dúctil.
Hora de postagem: 30 de novembro-2024
