Die Aluminiumlegierung 6063 gehört zur niedriglegierten wärmebehandelbaren Aluminiumlegierung der Al-Mg-Si-Serie. Es verfügt über eine hervorragende Extrusionsformleistung, gute Korrosionsbeständigkeit und umfassende mechanische Eigenschaften. Aufgrund seiner leichten Oxidationsfärbung wird es auch häufig in der Automobilindustrie eingesetzt. Mit der Beschleunigung des Trends zu leichten Automobilen hat auch die Anwendung von Strangpressmaterialien aus 6063-Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie weiter zugenommen.
Die Mikrostruktur und die Eigenschaften extrudierter Materialien werden durch die kombinierten Effekte von Extrusionsgeschwindigkeit, Extrusionstemperatur und Extrusionsverhältnis beeinflusst. Dabei wird das Extrusionsverhältnis hauptsächlich durch den Extrusionsdruck, die Produktionseffizienz und die Produktionsausrüstung bestimmt. Wenn das Extrusionsverhältnis klein ist, ist die Verformung der Legierung gering und die Verfeinerung der Mikrostruktur ist nicht offensichtlich; Eine Erhöhung des Extrusionsverhältnisses kann die Körner erheblich verfeinern, die grobe zweite Phase aufbrechen, eine gleichmäßige Mikrostruktur erhalten und die mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessern.
Die Aluminiumlegierungen 6061 und 6063 unterliegen während des Strangpressprozesses einer dynamischen Rekristallisation. Bei konstanter Extrusionstemperatur nimmt mit zunehmendem Extrusionsverhältnis die Korngröße ab, die Festigungsphase wird fein verteilt und die Zugfestigkeit und Dehnung der Legierung nehmen entsprechend zu; Mit zunehmendem Extrusionsverhältnis nimmt jedoch auch die für den Extrusionsprozess erforderliche Extrusionskraft zu, was zu einem größeren thermischen Effekt führt, der dazu führt, dass die Innentemperatur der Legierung ansteigt und die Leistung des Produkts abnimmt. Dieses Experiment untersucht die Auswirkung des Extrusionsverhältnisses, insbesondere eines großen Extrusionsverhältnisses, auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der 6063-Aluminiumlegierung.
1 Experimentelle Materialien und Methoden
Das experimentelle Material ist eine Aluminiumlegierung 6063, und die chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die ursprüngliche Größe des Barrens beträgt Φ55 mm × 165 mm und er wird nach der Homogenisierung zu einem Strangpressbarren mit einer Größe von Φ50 mm × 150 mm verarbeitet Behandlung bei 560 ℃ für 6 Stunden. Der Barren wird auf 470 °C erhitzt und warm gehalten. Die Vorheiztemperatur des Extrusionszylinders beträgt 420 °C und die Vorheiztemperatur der Form beträgt 450 °C. Wenn die Extrusionsgeschwindigkeit (Extrusionsstangen-Bewegungsgeschwindigkeit) V = 5 mm/s unverändert bleibt, werden 5 Gruppen verschiedener Extrusionsverhältnistests durchgeführt und die Extrusionsverhältnisse R betragen 17 (entsprechend dem Düsenlochdurchmesser D = 12 mm). 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) und 156 (D=4 mm).
Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung der 6063-Al-Legierung (Gew./%)
Nach dem Schleifen mit Sandpapier und dem mechanischen Polieren wurden die metallografischen Proben etwa 25 s lang mit HF-Reagenz mit einem Volumenanteil von 40 % geätzt, und die metallografische Struktur der Proben wurde auf einem optischen LEICA-5000-Mikroskop beobachtet. Eine Texturanalyseprobe mit einer Größe von 10 mm × 10 mm wurde aus der Mitte des Längsabschnitts des extrudierten Stabs geschnitten und mechanisches Schleifen und Ätzen durchgeführt, um die Oberflächenspannungsschicht zu entfernen. Die unvollständigen Polfiguren der drei Kristallebenen {111}, {200} und {220} der Probe wurden mit dem Röntgenbeugungsanalysator X′Pert Pro MRD der PANalytical Company gemessen und die Texturdaten verarbeitet und analysiert von X′Pert Data View und X′Pert Texture Software.
Die Zugprobe der Gusslegierung wurde aus der Mitte des Barrens entnommen und nach der Extrusion entlang der Extrusionsrichtung geschnitten. Die Messflächengröße betrug Φ4 mm × 28 mm. Der Zugversuch wurde mit einer Universal-Materialprüfmaschine SANS CMT5105 mit einer Zuggeschwindigkeit von 2 mm/min durchgeführt. Als mechanische Eigenschaftsdaten wurde der Durchschnittswert der drei Standardproben berechnet. Die Bruchmorphologie der Zugproben wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop mit geringer Vergrößerung (Quanta 2000, FEI, USA) beobachtet.
2 Ergebnisse und Diskussion
Abbildung 1 zeigt die metallografische Mikrostruktur der 6063-Aluminiumlegierung im Gusszustand vor und nach der Homogenisierungsbehandlung. Wie in Abbildung 1a dargestellt, variieren die α-Al-Körner in der Mikrostruktur im Gusszustand in der Größe, eine große Anzahl retikulärer β-Al9Fe2Si2-Phasen sammelt sich an den Korngrenzen und eine große Anzahl körniger Mg2Si-Phasen existiert im Inneren der Körner. Nachdem der Barren 6 Stunden lang bei 560 °C homogenisiert worden war, löste sich die eutektische Nichtgleichgewichtsphase zwischen den Legierungsdendriten allmählich auf, die Legierungselemente lösten sich in der Matrix auf, die Mikrostruktur war gleichmäßig und die durchschnittliche Korngröße betrug etwa 125 μm (Abbildung 1b). ).
Vor der Homogenisierung
Nach einer 6-stündigen Vereinheitlichungsbehandlung bei 600 °C
Abb.1 Metallografische Struktur der Aluminiumlegierung 6063 vor und nach der Homogenisierungsbehandlung
Abbildung 2 zeigt das Aussehen von Stangen aus 6063-Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen. Wie in Abbildung 2 dargestellt, ist die Oberflächenqualität von 6063-Aluminiumlegierungsstangen, die mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen extrudiert wurden, gut, insbesondere wenn das Extrusionsverhältnis auf 156 erhöht wird (entsprechend der Stangenextrusionsauslassgeschwindigkeit von 48 m/min), gibt es immer noch keine Extrusionsfehler wie Risse und Abblättern auf der Oberfläche der Stange, was darauf hindeutet, dass die Aluminiumlegierung 6063 auch bei hoher Geschwindigkeit und großem Extrusionsverhältnis eine gute Leistung beim Warmfließpressen aufweist.
Abb.2 Aussehen von Stäben aus 6063-Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen
Abbildung 3 zeigt die metallografische Mikrostruktur des Längsschnitts des 6063-Aluminiumlegierungsstabs mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen. Die Kornstruktur des Stabes zeigt bei unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen unterschiedliche Grade der Dehnung oder Verfeinerung. Wenn das Extrusionsverhältnis 17 beträgt, verlängern sich die ursprünglichen Körner entlang der Extrusionsrichtung, begleitet von der Bildung einer kleinen Anzahl rekristallisierter Körner, aber die Körner sind mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 85 μm immer noch relativ grob (Abbildung 3a). ; Wenn das Extrusionsverhältnis 25 beträgt, werden die Körner schlanker gezogen, die Anzahl der rekristallisierten Körner nimmt zu und die durchschnittliche Korngröße sinkt auf etwa 71 μm (Abbildung 3b); Wenn das Extrusionsverhältnis 39 beträgt, besteht die Mikrostruktur bis auf eine kleine Anzahl verformter Körner im Wesentlichen aus gleichachsigen rekristallisierten Körnern ungleicher Größe mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 60 μm (Abbildung 3c); Wenn das Extrusionsverhältnis 69 beträgt, ist der dynamische Rekristallisationsprozess im Wesentlichen abgeschlossen, die groben ursprünglichen Körner wurden vollständig in einheitlich strukturierte rekristallisierte Körner umgewandelt und die durchschnittliche Korngröße wird auf etwa 41 μm verfeinert (Abbildung 3d); Wenn das Extrusionsverhältnis bei vollem Fortschritt des dynamischen Rekristallisationsprozesses 156 beträgt, ist die Mikrostruktur gleichmäßiger und die Korngröße wird stark auf etwa 32 μm verfeinert (Abbildung 3e). Mit zunehmendem Extrusionsverhältnis schreitet der dynamische Rekristallisationsprozess vollständiger voran, die Mikrostruktur der Legierung wird gleichmäßiger und die Korngröße wird deutlich verfeinert (Abbildung 3f).
Abb.3 Metallografische Struktur und Korngröße im Längsschnitt von Stäben aus 6063-Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen
Abbildung 4 zeigt die inversen Polfiguren von Stangen aus 6063-Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen entlang der Extrusionsrichtung. Es ist ersichtlich, dass die Mikrostrukturen von Legierungsstäben mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen alle eine offensichtliche Vorzugsorientierung erzeugen. Wenn das Extrusionsverhältnis 17 beträgt, wird eine schwächere <115>+<100>-Textur gebildet (Abbildung 4a); Wenn das Extrusionsverhältnis 39 beträgt, sind die Texturkomponenten hauptsächlich die stärkere <100>-Textur und eine kleine Menge schwacher <115>-Textur (Abbildung 4b); Wenn das Extrusionsverhältnis 156 beträgt, sind die Texturkomponenten die <100>-Textur mit deutlich erhöhter Festigkeit, während die <115>-Textur verschwindet (Abbildung 4c). Studien haben gezeigt, dass kubisch flächenzentrierte Metalle beim Extrudieren und Ziehen hauptsächlich <111>- und <100>-Drahttexturen bilden. Sobald sich die Textur gebildet hat, zeigen die mechanischen Eigenschaften der Legierung bei Raumtemperatur eine deutliche Anisotropie. Die Texturfestigkeit nimmt mit zunehmendem Extrusionsverhältnis zu, was darauf hinweist, dass die Anzahl der Körner in einer bestimmten Kristallrichtung parallel zur Extrusionsrichtung in der Legierung allmählich zunimmt und die Längszugfestigkeit der Legierung zunimmt. Zu den Verstärkungsmechanismen von Warmfließpressmaterialien aus 6063-Aluminiumlegierungen gehören Feinkornverstärkung, Versetzungsverstärkung, Texturverstärkung usw. Innerhalb des in dieser experimentellen Studie verwendeten Bereichs der Prozessparameter hat die Erhöhung des Extrusionsverhältnisses eine fördernde Wirkung auf die oben genannten Verstärkungsmechanismen.
Abb.4 Umgekehrtes Poldiagramm von Stäben aus 6063-Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen entlang der Extrusionsrichtung
Abbildung 5 ist ein Histogramm der Zugeigenschaften der Aluminiumlegierung 6063 nach der Verformung bei verschiedenen Extrusionsverhältnissen. Die Zugfestigkeit der Gusslegierung beträgt 170 MPa und die Dehnung beträgt 10,4 %. Die Zugfestigkeit und Dehnung der Legierung nach dem Extrudieren werden deutlich verbessert, und die Zugfestigkeit und Dehnung nehmen mit zunehmendem Extrusionsverhältnis allmählich zu. Wenn das Extrusionsverhältnis 156 beträgt, erreichen die Zugfestigkeit und die Dehnung der Legierung den Maximalwert, der bei 228 MPa bzw. 26,9 % liegt, was etwa 34 % höher ist als die Zugfestigkeit der Gusslegierung und etwa 158 % höher die Dehnung. Die Zugfestigkeit der 6063-Aluminiumlegierung, die durch ein großes Extrusionsverhältnis erreicht wird, liegt nahe an dem Zugfestigkeitswert (240 MPa), der durch 4-Durchgangs-Equal-Channel-Angle-Extrusion (ECAP) erreicht wird, was viel höher ist als der Zugfestigkeitswert (171,1 MPa). erhalten durch ECAP-Extrusion in einem Durchgang aus der Aluminiumlegierung 6063. Es ist ersichtlich, dass ein großes Extrusionsverhältnis die mechanischen Eigenschaften der Legierung bis zu einem gewissen Grad verbessern kann.
Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierung durch das Extrusionsverhältnis beruht hauptsächlich auf der Kornverfeinerung und der Verstärkung. Mit zunehmendem Extrusionsverhältnis werden die Körner verfeinert und die Versetzungsdichte nimmt zu. Mehr Korngrenzen pro Flächeneinheit können die Bewegung von Versetzungen in Kombination mit der gegenseitigen Bewegung und Verschränkung von Versetzungen effektiv behindern und dadurch die Festigkeit der Legierung verbessern. Je feiner die Körner sind, desto gewundener sind die Korngrenzen, und die plastische Verformung kann sich auf mehr Körner verteilen, was der Bildung von Rissen, geschweige denn der Ausbreitung von Rissen, nicht förderlich ist. Beim Bruchvorgang kann mehr Energie absorbiert werden, wodurch die Plastizität der Legierung verbessert wird.
Abb.5 Zugeigenschaften der Aluminiumlegierung 6063 nach dem Gießen und Extrudieren
Die Zugbruchmorphologie der Legierung nach der Verformung mit unterschiedlichen Extrusionsverhältnissen ist in Abbildung 6 dargestellt. In der Bruchmorphologie der Probe im Gusszustand wurden keine Grübchen gefunden (Abbildung 6a), und der Bruch bestand hauptsächlich aus flachen Bereichen und Abrisskanten Dies weist darauf hin, dass der Zugbruchmechanismus der Legierung im Gusszustand hauptsächlich Sprödbruch war. Die Bruchmorphologie der Legierung nach dem Strangpressen hat sich erheblich verändert, und der Bruch besteht aus einer großen Anzahl gleichachsiger Grübchen, was darauf hindeutet, dass sich der Bruchmechanismus der Legierung nach dem Strangpressen von Sprödbruch zu duktilem Bruch geändert hat. Wenn das Extrusionsverhältnis klein ist, sind die Grübchen flach und die Grübchengröße groß und die Verteilung ist ungleichmäßig; Mit zunehmendem Extrusionsverhältnis nimmt die Anzahl der Grübchen zu, die Grübchengröße wird kleiner und die Verteilung gleichmäßiger (Abbildung 6b–f), was bedeutet, dass die Legierung eine bessere Plastizität aufweist, was mit den oben genannten Testergebnissen für mechanische Eigenschaften übereinstimmt.
3 Fazit
In diesem Experiment wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Extrusionsverhältnisse auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der 6063-Aluminiumlegierung unter der Bedingung analysiert, dass die Barrengröße, die Heiztemperatur des Blocks und die Extrusionsgeschwindigkeit unverändert blieben. Die Schlussfolgerungen lauten wie folgt:
1) Dynamische Rekristallisation tritt in der Aluminiumlegierung 6063 während der Warmfließpressung auf. Mit der Erhöhung des Extrusionsverhältnisses werden die Körner kontinuierlich verfeinert und die entlang der Extrusionsrichtung verlängerten Körner werden in gleichachsige rekristallisierte Körner umgewandelt, und die Festigkeit der <100>-Drahttextur wird kontinuierlich erhöht.
2) Aufgrund der Wirkung der Feinkornverfestigung werden die mechanischen Eigenschaften der Legierung mit zunehmendem Extrusionsverhältnis verbessert. Innerhalb des Testparameterbereichs erreichen die Zugfestigkeit und die Dehnung der Legierung bei einem Extrusionsverhältnis von 156 die Maximalwerte von 228 MPa bzw. 26,9 %.
Abb.6 Zugbruchmorphologien der Aluminiumlegierung 6063 nach dem Gießen und Extrudieren
3) Die Bruchmorphologie der Probe im Gusszustand besteht aus flachen Bereichen und Risskanten. Nach der Extrusion besteht der Bruch aus einer großen Anzahl gleichachsiger Grübchen, und der Bruchmechanismus wandelt sich vom Sprödbruch zum duktilen Bruch.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. November 2024
