6063 alüminyum alaşımı, düşük alaşımlı Al-Mg-Si serisi ısıl işlem görebilen alüminyum alaşımına aittir. Mükemmel ekstrüzyon kalıplama performansına, iyi korozyon direncine ve kapsamlı mekanik özelliklere sahiptir. Kolay oksidasyonla renklendirilmesi nedeniyle otomotiv endüstrisinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Hafif otomobil trendinin hızlanmasıyla birlikte 6063 alüminyum alaşımlı ekstrüzyon malzemelerinin otomotiv endüstrisindeki uygulaması da daha da arttı.
Ekstrüzyonla üretilen malzemelerin mikro yapısı ve özellikleri, ekstrüzyon hızı, ekstrüzyon sıcaklığı ve ekstrüzyon oranının birleşik etkilerinden etkilenir. Bunlar arasında ekstrüzyon oranı esas olarak ekstrüzyon basıncı, üretim verimliliği ve üretim ekipmanı tarafından belirlenir. Ekstrüzyon oranı küçük olduğunda alaşım deformasyonu küçüktür ve mikro yapıdaki iyileştirme belirgin değildir; Ekstrüzyon oranının arttırılması taneleri önemli ölçüde inceltebilir, kaba ikinci fazı parçalayabilir, tekdüze bir mikro yapı elde edebilir ve alaşımın mekanik özelliklerini geliştirebilir.
6061 ve 6063 alüminyum alaşımları, ekstrüzyon işlemi sırasında dinamik yeniden kristalleşmeye uğrar. Ekstrüzyon sıcaklığı sabit olduğunda, ekstrüzyon oranı arttıkça tane boyutu azalır, güçlendirme fazı ince bir şekilde dağılır ve buna bağlı olarak alaşımın çekme mukavemeti ve uzaması artar; ancak ekstrüzyon oranı arttıkça, ekstrüzyon işlemi için gereken ekstrüzyon kuvveti de artar, bu da daha büyük bir termal etkiye neden olarak alaşımın iç sıcaklığının artmasına ve ürünün performansının düşmesine neden olur. Bu deney, ekstrüzyon oranının, özellikle de büyük ekstrüzyon oranının, 6063 alüminyum alaşımının mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisini incelemektedir.
1 Deneysel materyaller ve yöntemler
Deney malzemesi 6063 alüminyum alaşımı olup, kimyasal bileşimi Tablo 1’de gösterilmektedir. Külçenin orijinal boyutu Φ55 mm×165 mm olup, homojenizasyon sonrası Φ50 mm×150 mm boyutunda ekstrüzyon kütüğüne işlenir. 560 ° C'de 6 saat süreyle tedavi. Kütük 470 °C'ye ısıtılır ve sıcak tutulur. Ekstrüzyon varilinin ön ısıtma sıcaklığı 420 ° C'dir ve kalıbın ön ısıtma sıcaklığı 450 ° C'dir. Ekstrüzyon hızı (ekstrüzyon çubuğu hareket hızı) V=5 mm/s değişmeden kaldığında, 5 grup farklı ekstrüzyon oranı testi gerçekleştirilir ve ekstrüzyon oranları R 17'dir (kalıp delik çapına karşılık gelen D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) ve 156 (D=4 mm).
Tablo 1 6063 Al alaşımının kimyasal bileşimleri (ağırlık/%)
Zımpara kağıdıyla taşlama ve mekanik cilalamanın ardından metalografik numuneler, yaklaşık 25 saniye boyunca %40 hacim fraksiyonuna sahip HF reaktifi ile kazındı ve numunelerin metalografik yapısı, LEICA-5000 optik mikroskobunda gözlemlendi. Ekstrüzyona tabi tutulan çubuğun boyuna bölümünün ortasından 10 mm x 10 mm boyutunda bir doku analizi numunesi kesildi ve yüzey stres tabakasını ortadan kaldırmak için mekanik taşlama ve dağlama yapıldı. Numunenin üç kristal düzleminin {111}, {200} ve {220} tamamlanmamış kutup rakamları, PANalytical Company'nin X'Pert Pro MRD X-ışını kırınım analiz cihazı ile ölçülmüş ve doku verileri işlenip analiz edilmiştir. X'Pert Veri Görünümü ve X'Pert Texture yazılımı tarafından.
Dökme alaşımın çekme numunesi külçenin merkezinden alınmış ve çekme numunesi ekstrüzyondan sonra ekstrüzyon yönü boyunca kesilmiştir. Gösterge alanı boyutu Φ4 mm × 28 mm idi. Çekme testi, 2 mm/dakika çekme hızına sahip bir SANS CMT5105 üniversal malzeme test makinesi kullanılarak gerçekleştirildi. Üç standart numunenin ortalama değeri, mekanik özellik verileri olarak hesaplandı. Çekme numunelerinin kırılma morfolojisi, düşük büyütmeli taramalı elektron mikroskobu (Quanta 2000, FEI, ABD) kullanılarak gözlemlendi.
2 Sonuçlar ve tartışma
Şekil 1, dökme 6063 alüminyum alaşımının homojenleştirme işleminden önce ve sonra metalografik mikro yapısını göstermektedir. Şekil 1a'da gösterildiği gibi, döküm mikroyapısındaki α-Al tanelerinin boyutları farklılık gösterir, çok sayıda retiküler β-Al9Fe2Si2 fazı tane sınırlarında toplanır ve tanelerin içinde çok sayıda granüler Mg2Si fazı bulunur. Külçe 560 ° C'de 6 saat boyunca homojenleştirildikten sonra, alaşım dendritleri arasındaki denge dışı ötektik faz yavaş yavaş çözüldü, alaşım elementleri matris içinde çözüldü, mikro yapı tekdüzeydi ve ortalama tane boyutu yaklaşık 125 μm idi (Şekil 1b). ).
Homojenizasyondan önce
6 saat boyunca 600°C'de homojenleştirme işleminden sonra
Şekil 1 Homojenleştirme işleminden önce ve sonra 6063 alüminyum alaşımının metalografik yapısı
Şekil 2, farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubukların görünümünü göstermektedir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, farklı ekstrüzyon oranlarıyla ekstrüzyonlanan 6063 alüminyum alaşımlı çubukların yüzey kalitesi iyidir, özellikle ekstrüzyon oranı 156'ya çıkarıldığında (çubuk ekstrüzyon çıkış hızı 48 m/dak'ya karşılık gelir), hala ekstrüzyon oranı yoktur. Çubuğun yüzeyindeki çatlaklar ve soyulmalar gibi ekstrüzyon kusurları, 6063 alüminyum alaşımının aynı zamanda yüksek hız ve büyük ekstrüzyon oranı altında iyi bir sıcak ekstrüzyon oluşturma performansına sahip olduğunu gösterir.
Şekil 2 Farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubukların görünümü
Şekil 3, farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubuğun uzunlamasına kesitinin metalografik mikro yapısını göstermektedir. Farklı ekstrüzyon oranlarına sahip çubuğun tane yapısı, farklı uzama veya incelme dereceleri gösterir. Ekstrüzyon oranı 17 olduğunda, orijinal taneler ekstrüzyon yönü boyunca uzar ve az sayıda yeniden kristalleşmiş tanecik oluşur, ancak taneler ortalama 85 µm ortalama tane boyutuyla hala nispeten kabadır (Şekil 3a). ; ekstrüzyon oranı 25 olduğunda taneler daha ince çekilir, yeniden kristalleşen tanelerin sayısı artar ve ortalama tane boyutu yaklaşık 71 µm'ye düşer (Şekil 3b); ekstrüzyon oranı 39 olduğunda, az sayıda deforme olmuş tane hariç, mikro yapı temel olarak ortalama tane büyüklüğü yaklaşık 60 mikron olan, eşit olmayan boyuttaki eş eksenli yeniden kristalize tanelerden oluşur (Şekil 3c); ekstrüzyon oranı 69 olduğunda, dinamik yeniden kristalleşme süreci temel olarak tamamlanır, kaba orijinal taneler tamamen düzgün yapılı yeniden kristalize tanelere dönüştürülür ve ortalama tane boyutu yaklaşık 41 μm'ye kadar rafine edilir (Şekil 3d); ekstrüzyon oranı 156 olduğunda, dinamik yeniden kristalleşme sürecinin tam ilerlemesiyle mikro yapı daha tekdüze olur ve tane boyutu yaklaşık 32 μm'ye kadar büyük ölçüde rafine edilir (Şekil 3e). Ekstrüzyon oranının artmasıyla dinamik yeniden kristalleşme süreci daha eksiksiz ilerler, alaşımın mikro yapısı daha düzgün hale gelir ve tane boyutu önemli ölçüde incelenir (Şekil 3f).
Şekil 3 Farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubukların boylamasına kesitinin metalografik yapısı ve tane boyutu
Şekil 4, ekstrüzyon yönü boyunca farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubukların ters kutup şekillerini göstermektedir. Farklı ekstrüzyon oranlarına sahip alaşım çubuklarının mikro yapılarının hepsinin bariz tercihli yönelim ürettiği görülebilir. Ekstrüzyon oranı 17 olduğunda daha zayıf bir <115>+<100> doku oluşur (Şekil 4a); ekstrüzyon oranı 39 olduğunda, doku bileşenleri çoğunlukla daha güçlü <100> doku ve az miktarda zayıf <115> dokudur (Şekil 4b); ekstrüzyon oranı 156 olduğunda, doku bileşenleri önemli ölçüde artan mukavemete sahip <100> doku olurken, <115> doku kaybolur (Şekil 4c). Çalışmalar, yüzey merkezli kübik metallerin ekstrüzyon ve çekme sırasında esas olarak <111> ve <100> tel dokuları oluşturduğunu göstermiştir. Doku oluştuğunda, alaşımın oda sıcaklığındaki mekanik özellikleri belirgin anizotropi gösterir. Ekstrüzyon oranının artmasıyla doku mukavemetinin artması, alaşımdaki ekstrüzyon yönüne paralel belirli bir kristal yönündeki tane sayısının giderek arttığını ve alaşımın boyuna çekme mukavemetinin arttığını gösterir. 6063 alüminyum alaşımlı sıcak ekstrüzyon malzemelerinin güçlendirme mekanizmaları arasında ince tane güçlendirme, dislokasyon güçlendirme, doku güçlendirme vb. yer alır. Bu deneysel çalışmada kullanılan işlem parametreleri aralığında, ekstrüzyon oranının arttırılması, yukarıdaki güçlendirme mekanizmaları üzerinde teşvik edici bir etkiye sahiptir.
Şekil 4 Ekstrüzyon yönü boyunca farklı ekstrüzyon oranlarına sahip 6063 alüminyum alaşımlı çubukların ters kutup diyagramı
Şekil 5, farklı ekstrüzyon oranlarında deformasyon sonrasında 6063 alüminyum alaşımının gerilme özelliklerinin bir histogramıdır. Dökme alaşımın çekme mukavemeti 170 MPa, uzama ise %10,4'tür. Ekstrüzyon sonrası alaşımın çekme mukavemeti ve uzaması önemli ölçüde iyileştirilir ve ekstrüzyon oranının artmasıyla çekme mukavemeti ve uzama giderek artar. Ekstrüzyon oranı 156 olduğunda, alaşımın çekme mukavemeti ve uzaması sırasıyla 228 MPa ve %26,9 olan maksimum değere ulaşır; bu, döküm alaşımının çekme mukavemetinden yaklaşık %34 ve çekme mukavemetinden yaklaşık %158 daha yüksektir. uzama. Büyük ekstrüzyon oranı ile elde edilen 6063 alüminyum alaşımının çekme mukavemeti, 4 geçişli eşit kanallı açısal ekstrüzyon (ECAP) ile elde edilen çekme mukavemeti değerine (240 MPa) yakındır ve bu değer, çekme mukavemeti değerinden (171,1 MPa) çok daha yüksektir. 6063 alüminyum alaşımının 1 geçişli ECAP ekstrüzyonuyla elde edilmiştir. Büyük bir ekstrüzyon oranının alaşımın mekanik özelliklerini belirli bir dereceye kadar iyileştirebileceği görülebilir.
Alaşımın mekanik özelliklerinin ekstrüzyon oranıyla arttırılması esas olarak tane inceltme güçlendirmesinden kaynaklanmaktadır. Ekstrüzyon oranı arttıkça taneler incelmekte ve dislokasyon yoğunluğu artmaktadır. Birim alan başına daha fazla tane sınırı, dislokasyonların karşılıklı hareketi ve dolaşması ile birlikte dislokasyonların hareketini etkili bir şekilde engelleyebilir, böylece alaşımın mukavemetini artırabilir. Taneler ne kadar ince olursa, tane sınırları o kadar kıvrımlı olur ve plastik deformasyon daha fazla taneye dağılabilir, bu da bırakın çatlakların yayılmasını, çatlak oluşumuna bile katkıda bulunmaz. Kırılma işlemi sırasında daha fazla enerji emilebilir, böylece alaşımın plastikliği iyileştirilir.
Şekil 5 6063 alüminyum alaşımının döküm ve ekstrüzyon sonrası çekme özellikleri
Alaşımın farklı ekstrüzyon oranlarıyla deformasyon sonrası çekme kırılma morfolojisi Şekil 6'da gösterilmektedir. Döküm numunesinin kırılma morfolojisinde çukurlara rastlanmamıştır (Şekil 6a) ve kırılma esas olarak düz alanlardan ve yırtılma kenarlarından oluşmuştur. Bu, döküm alaşımının çekme kırılma mekanizmasının esas olarak gevrek kırılma olduğunu gösterir. Alaşımın ekstrüzyon sonrası kırılma morfolojisi önemli ölçüde değişmiştir ve kırılma çok sayıda eş eksenli çukurlardan oluşmuştur; bu durum, alaşımın ekstrüzyon sonrası kırılma mekanizmasının gevrek kırılmadan sünek kırılmaya doğru değiştiğini göstermektedir. Ekstrüzyon oranı küçük olduğunda çukurlar sığ, çukur boyutu büyüktür ve dağılım eşit değildir; ekstrüzyon oranı arttıkça çukurların sayısı artar, çukurların boyutu küçülür ve dağılım tekdüze olur (Şekil 6b~f), bu da alaşımın daha iyi plastikliğe sahip olduğu anlamına gelir; bu da yukarıdaki mekanik özellikler test sonuçlarıyla tutarlıdır.
3 Sonuç
Bu deneyde, kütük boyutunun, külçe ısıtma sıcaklığının ve ekstrüzyon hızının değişmemesi koşuluyla, farklı ekstrüzyon oranlarının 6063 alüminyum alaşımının mikro yapısı ve özellikleri üzerindeki etkileri analiz edildi. Sonuçlar aşağıdaki gibidir:
1) Sıcak ekstrüzyon sırasında 6063 alüminyum alaşımında dinamik yeniden kristalleşme meydana gelir. Ekstrüzyon oranının artmasıyla birlikte taneler sürekli olarak incelmekte ve ekstrüzyon yönü boyunca uzayan taneler eş eksenli yeniden kristalize tanelere dönüşmekte ve <100> tel dokusunun mukavemeti sürekli artmaktadır.
2) İnce tane güçlendirme etkisinden dolayı, ekstrüzyon oranının artmasıyla alaşımın mekanik özellikleri iyileştirilir. Test parametreleri aralığında, ekstrüzyon oranı 156 olduğunda alaşımın çekme mukavemeti ve uzaması sırasıyla 228 MPa ve %26,9 maksimum değerlerine ulaşmaktadır.
Şekil 6 6063 alüminyum alaşımının döküm ve ekstrüzyon sonrası çekme kırılma morfolojileri
3) Dökülmüş numunenin kırılma morfolojisi düz alanlardan ve yırtılma kenarlarından oluşur. Ekstrüzyondan sonra kırılma çok sayıda eş eksenli çukurlardan oluşur ve kırılma mekanizması gevrek kırılmadan sünek kırılmaya dönüşür.
Gönderim zamanı: 30 Kasım 2024
