Aloi aluminium 6063 tergolong dalam aloi rendah aloi Al-Mg-Si siri aluminium boleh dirawat haba. Ia mempunyai prestasi pengacuan penyemperitan yang sangat baik, rintangan kakisan yang baik dan sifat mekanikal yang komprehensif. Ia juga digunakan secara meluas dalam industri automotif kerana pewarna pengoksidaan yang mudah. Dengan pecutan trend kereta ringan, penggunaan bahan penyemperitan aloi aluminium 6063 dalam industri automotif juga telah meningkat lagi.
Struktur mikro dan sifat bahan tersemperit dipengaruhi oleh kesan gabungan kelajuan penyemperitan, suhu penyemperitan dan nisbah penyemperitan. Antaranya, nisbah penyemperitan ditentukan terutamanya oleh tekanan penyemperitan, kecekapan pengeluaran dan peralatan pengeluaran. Apabila nisbah penyemperitan kecil, ubah bentuk aloi adalah kecil dan penghalusan mikrostruktur tidak jelas; meningkatkan nisbah penyemperitan boleh memperhalusi butiran dengan ketara, memecahkan fasa kedua kasar, mendapatkan struktur mikro yang seragam, dan memperbaiki sifat mekanikal aloi.
Aloi aluminium 6061 dan 6063 menjalani penghabluran semula dinamik semasa proses penyemperitan. Apabila suhu penyemperitan adalah malar, apabila nisbah penyemperitan meningkat, saiz butiran berkurangan, fasa pengukuhan tersebar dengan halus, dan kekuatan tegangan dan pemanjangan aloi meningkat dengan sewajarnya; bagaimanapun, apabila nisbah penyemperitan meningkat, daya penyemperitan yang diperlukan untuk proses penyemperitan juga meningkat, menyebabkan kesan haba yang lebih besar, menyebabkan suhu dalaman aloi meningkat, dan prestasi produk berkurangan. Eksperimen ini mengkaji kesan nisbah penyemperitan, terutamanya nisbah penyemperitan besar, ke atas struktur mikro dan sifat mekanikal aloi aluminium 6063.
1 Bahan dan kaedah eksperimen
Bahan eksperimen ialah aloi aluminium 6063, dan komposisi kimia ditunjukkan dalam Jadual 1. Saiz asal jongkong ialah Φ55 mm × 165 mm, dan ia diproses menjadi bilet penyemperitan dengan saiz Φ50 mm × 150 mm selepas homogenisasi rawatan pada 560 ℃ selama 6 jam. Bilet dipanaskan hingga 470 ℃ dan disimpan hangat. Suhu prapemanasan tong penyemperitan ialah 420 ℃, dan suhu prapemanasan acuan ialah 450 ℃. Apabila kelajuan penyemperitan (kelajuan bergerak rod penyemperitan) V=5 mm/s kekal tidak berubah, 5 kumpulan ujian nisbah penyemperitan berbeza dijalankan, dan nisbah penyemperitan R ialah 17 (bersamaan dengan diameter lubang cetakan D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) dan 156 (D=4 mm).
Jadual 1 Komposisi kimia aloi 6063 Al (berat/%)
Selepas pengisaran kertas pasir dan penggilap mekanikal, sampel metalografi telah terukir dengan reagen HF dengan pecahan isipadu 40% selama kira-kira 25 s, dan struktur metalografi sampel diperhatikan pada mikroskop optik LEICA-5000. Sampel analisis tekstur dengan saiz 10 mm × 10 mm dipotong dari tengah bahagian membujur rod tersemperit, dan pengisaran mekanikal dan etsa dilakukan untuk menghilangkan lapisan tegasan permukaan. Angka tiang yang tidak lengkap bagi tiga satah kristal {111}, {200} dan {220} sampel diukur oleh penganalisis pembelauan sinar-X X′Pert Pro MRD Syarikat PANalytical dan data tekstur telah diproses dan dianalisis oleh X′Pert Data View dan perisian X′Pert Texture.
Spesimen tegangan aloi tuang diambil dari tengah jongkong, dan spesimen tegangan dipotong mengikut arah penyemperitan selepas penyemperitan. Saiz kawasan tolok ialah Φ4 mm × 28 mm. Ujian tegangan telah dijalankan menggunakan mesin ujian bahan universal SANS CMT5105 dengan kadar tegangan 2 mm/min. Nilai purata bagi tiga spesimen piawai dikira sebagai data sifat mekanikal. Morfologi patah bagi spesimen tegangan diperhatikan menggunakan mikroskop elektron pengimbasan pembesaran rendah (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Keputusan dan perbincangan
Rajah 1 menunjukkan struktur mikro metalografi bagi aloi aluminium as-cast 6063 sebelum dan selepas rawatan homogenisasi. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1a, butiran α-Al dalam struktur mikro as-cast berbeza-beza dalam saiz, sejumlah besar fasa β-Al9Fe2Si2 retikular berkumpul di sempadan butiran, dan sejumlah besar fasa Mg2Si berbutir wujud di dalam butiran. Selepas jongkong dihomogenkan pada 560 ℃ selama 6 jam, fasa eutektik bukan keseimbangan antara dendrit aloi secara beransur-ansur dibubarkan, unsur-unsur aloi dibubarkan ke dalam matriks, struktur mikro adalah seragam, dan saiz butiran purata adalah kira-kira 125 μm (Rajah 1b). ).
Sebelum homogenisasi
Selepas menyeragamkan rawatan pada 600°C selama 6 jam
Rajah 1 Struktur metalografi 6063 aloi aluminium sebelum dan selepas rawatan homogenisasi
Rajah 2 menunjukkan rupa 6063 bar aloi aluminium dengan nisbah penyemperitan yang berbeza. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, kualiti permukaan 6063 bar aloi aluminium yang tersemperit dengan nisbah penyemperitan berbeza adalah baik, terutamanya apabila nisbah penyemperitan ditingkatkan kepada 156 (bersamaan dengan kelajuan alur keluar penyemperitan bar 48 m/min), masih tiada kecacatan penyemperitan seperti retak dan mengelupas pada permukaan bar, menunjukkan bahawa aloi aluminium 6063 juga mempunyai prestasi pembentukan penyemperitan panas yang baik di bawah kelajuan tinggi dan nisbah penyemperitan yang besar.
Rajah.2 Rupa 6063 rod aloi aluminium dengan nisbah penyemperitan yang berbeza
Rajah 3 menunjukkan struktur mikro metalografi bagi bahagian membujur bar aloi aluminium 6063 dengan nisbah penyemperitan yang berbeza. Struktur bijian bar dengan nisbah penyemperitan yang berbeza menunjukkan darjah pemanjangan atau penghalusan yang berbeza. Apabila nisbah penyemperitan ialah 17, butiran asal memanjang sepanjang arah penyemperitan, disertai dengan pembentukan sebilangan kecil butiran terhablur semula, tetapi butiran masih agak kasar, dengan saiz butiran purata kira-kira 85 μm (Rajah 3a) ; apabila nisbah penyemperitan ialah 25, bijirin ditarik lebih langsing, bilangan bijirin penghabluran semula meningkat, dan saiz butiran purata berkurangan kepada kira-kira 71 μm (Rajah 3b); apabila nisbah penyemperitan ialah 39, kecuali sebilangan kecil bijirin cacat, struktur mikro pada asasnya terdiri daripada bijirin penghabluran semula yang sama dengan saiz tidak sekata, dengan saiz butiran purata kira-kira 60 μm (Rajah 3c); apabila nisbah penyemperitan ialah 69, proses penghabluran semula dinamik pada asasnya selesai, butiran asal kasar telah diubah sepenuhnya menjadi butiran penghabluran semula berstruktur seragam, dan saiz butiran purata ditapis kepada kira-kira 41 μm (Rajah 3d); apabila nisbah penyemperitan ialah 156, dengan kemajuan penuh proses penghabluran semula dinamik, struktur mikro adalah lebih seragam, dan saiz butiran sangat diperhalusi kepada kira-kira 32 μm (Rajah 3e). Dengan peningkatan nisbah penyemperitan, proses penghabluran semula dinamik berjalan dengan lebih lengkap, struktur mikro aloi menjadi lebih seragam, dan saiz butiran diperhalusi dengan ketara (Rajah 3f).
Rajah.3 Struktur metalografik dan saiz butiran keratan membujur 6063 rod aloi aluminium dengan nisbah penyemperitan berbeza
Rajah 4 menunjukkan angka kutub songsang bagi 6063 bar aloi aluminium dengan nisbah penyemperitan yang berbeza sepanjang arah penyemperitan. Ia boleh dilihat bahawa struktur mikro bar aloi dengan nisbah penyemperitan yang berbeza semuanya menghasilkan orientasi keutamaan yang jelas. Apabila nisbah penyemperitan ialah 17, tekstur <115>+<100> yang lebih lemah terbentuk (Rajah 4a); apabila nisbah penyemperitan ialah 39, komponen tekstur terutamanya tekstur <100> yang lebih kuat dan sedikit tekstur <115> lemah (Rajah 4b); apabila nisbah penyemperitan ialah 156, komponen tekstur ialah tekstur <100> dengan kekuatan yang meningkat dengan ketara, manakala tekstur <115> hilang (Rajah 4c). Kajian telah menunjukkan bahawa logam padu berpusat muka terutamanya membentuk tekstur wayar <111> dan <100> semasa penyemperitan dan lukisan. Setelah tekstur terbentuk, sifat mekanik suhu bilik aloi menunjukkan anisotropi yang jelas. Kekuatan tekstur meningkat dengan peningkatan nisbah penyemperitan, menunjukkan bahawa bilangan butiran dalam arah kristal tertentu selari dengan arah penyemperitan dalam aloi secara beransur-ansur meningkat, dan kekuatan tegangan membujur aloi meningkat. Mekanisme pengukuhan bahan penyemperitan panas aloi aluminium 6063 termasuk pengukuhan butiran halus, pengukuhan terkehel, pengukuhan tekstur, dll. Dalam julat parameter proses yang digunakan dalam kajian eksperimen ini, meningkatkan nisbah penyemperitan mempunyai kesan menggalakkan pada mekanisme pengukuhan di atas.
Rajah.4 Gambar rajah kutub songsang bagi 6063 rod aloi aluminium dengan nisbah penyemperitan berbeza sepanjang arah penyemperitan
Rajah 5 ialah histogram bagi sifat tegangan 6063 aloi aluminium selepas ubah bentuk pada nisbah penyemperitan yang berbeza. Kekuatan tegangan aloi tuang ialah 170 MPa dan pemanjangan ialah 10.4%. Kekuatan tegangan dan pemanjangan aloi selepas penyemperitan bertambah baik dengan ketara, dan kekuatan tegangan dan pemanjangan secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan nisbah penyemperitan. Apabila nisbah penyemperitan ialah 156, kekuatan tegangan dan pemanjangan aloi mencapai nilai maksimum, iaitu masing-masing 228 MPa dan 26.9%, iaitu kira-kira 34% lebih tinggi daripada kekuatan tegangan aloi tuang dan kira-kira 158% lebih tinggi daripada pemanjangan. Kekuatan tegangan aloi aluminium 6063 yang diperoleh dengan nisbah penyemperitan yang besar adalah hampir dengan nilai kekuatan tegangan (240 MPa) yang diperolehi oleh penyemperitan sudut saluran sama 4-laluan (ECAP), yang jauh lebih tinggi daripada nilai kekuatan tegangan (171.1 MPa) diperoleh dengan penyemperitan ECAP 1-laluan daripada aloi aluminium 6063. Ia boleh dilihat bahawa nisbah penyemperitan yang besar boleh meningkatkan sifat mekanikal aloi ke tahap tertentu.
Peningkatan sifat mekanikal aloi melalui nisbah penyemperitan terutamanya datang daripada pengukuhan penapisan bijirin. Apabila nisbah penyemperitan meningkat, butiran ditapis dan ketumpatan terkehel meningkat. Lebih banyak sempadan bijian bagi setiap unit luas boleh menghalang pergerakan kehelan, digabungkan dengan pergerakan bersama dan keterjeratan kehelan, dengan itu meningkatkan kekuatan aloi. Lebih halus butiran, lebih berliku-liku sempadan butiran, dan ubah bentuk plastik boleh tersebar dalam lebih banyak butiran, yang tidak kondusif untuk pembentukan retak, apatah lagi penyebaran retakan. Lebih banyak tenaga boleh diserap semasa proses patah, dengan itu meningkatkan keplastikan aloi.
Rajah.5 Sifat tegangan 6063 aloi aluminium selepas tuangan dan penyemperitan
Morfologi patah tegangan aloi selepas ubah bentuk dengan nisbah penyemperitan yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 6. Tiada lesung pipit ditemui dalam morfologi patah sampel as-cast (Rajah 6a), dan patah itu terutamanya terdiri daripada kawasan rata dan tepi koyak. , menunjukkan bahawa mekanisme patah tegangan aloi as-cast adalah terutamanya patah rapuh. Morfologi patah aloi selepas penyemperitan telah berubah dengan ketara, dan patah itu terdiri daripada sebilangan besar lesung pipit sama, menunjukkan bahawa mekanisme patah aloi selepas penyemperitan telah berubah daripada patah rapuh kepada patah mulur. Apabila nisbah penyemperitan kecil, lesung pipit adalah cetek dan saiz lesung pipit besar, dan taburannya tidak sekata; apabila nisbah penyemperitan meningkat, bilangan lesung pipit bertambah, saiz lesung pipit lebih kecil dan taburan seragam (Rajah 6b~f), yang bermaksud aloi mempunyai keplastikan yang lebih baik, yang konsisten dengan keputusan ujian sifat mekanikal di atas.
3 Kesimpulan
Dalam eksperimen ini, kesan nisbah penyemperitan yang berbeza ke atas struktur mikro dan sifat aloi aluminium 6063 dianalisis di bawah keadaan saiz bilet, suhu pemanasan jongkong dan kelajuan penyemperitan kekal tidak berubah. Kesimpulannya adalah seperti berikut:
1) Penghabluran semula dinamik berlaku dalam aloi aluminium 6063 semasa penyemperitan panas. Dengan peningkatan nisbah penyemperitan, butiran terus ditapis, dan butiran yang memanjang sepanjang arah penyemperitan diubah menjadi butiran terhablur semula sama, dan kekuatan tekstur wayar <100> terus meningkat.
2) Disebabkan oleh kesan pengukuhan butiran halus, sifat mekanikal aloi bertambah baik dengan peningkatan nisbah penyemperitan. Dalam julat parameter ujian, apabila nisbah penyemperitan ialah 156, kekuatan tegangan dan pemanjangan aloi masing-masing mencapai nilai maksimum 228 MPa dan 26.9%.
Rajah.6 Morfologi patah tegangan bagi aloi aluminium 6063 selepas tuangan dan penyemperitan
3) Morfologi patah bagi spesimen as-cast terdiri daripada kawasan rata dan tepi koyak. Selepas penyemperitan, patah itu terdiri daripada sebilangan besar lesung pipit sama, dan mekanisme patah diubah daripada patah rapuh kepada patah mulur.
Masa siaran: Nov-30-2024
