Lidhja e aluminit 6063 i përket serisë së lidhjeve të aluminit Al-Mg-Si me aliazh të ulët që trajtohen me nxehtësi. Ka performancë të shkëlqyer të formimit të ekstrudimit, rezistencë të mirë ndaj korrozionit dhe veti të plota mekanike. Përdoret gjerësisht edhe në industrinë e automobilave për shkak të ngjyrosjes së lehtë me oksidim. Me përshpejtimin e trendit të automobilave të lehtë, aplikimi i materialeve të ekstrudimit të lidhjeve të aluminit 6063 në industrinë e automobilave është rritur më tej.
Mikrostruktura dhe vetitë e materialeve të ekstruduara ndikohen nga efektet e kombinuara të shpejtësisë së ekstrudimit, temperaturës së ekstrudimit dhe raportit të ekstrudimit. Midis tyre, raporti i ekstrudimit përcaktohet kryesisht nga presioni i ekstrudimit, efikasiteti i prodhimit dhe pajisjet e prodhimit. Kur raporti i ekstrudimit është i vogël, deformimi i aliazhit është i vogël dhe rafinimi i mikrostrukturës nuk është i dukshëm; rritja e raportit të ekstrudimit mund të rafinojë ndjeshëm kokrrat, të copëtojë fazën e dytë të trashë, të marrë një mikrostrukturë uniforme dhe të përmirësojë vetitë mekanike të aliazhit.
Aliazhet e aluminit 6061 dhe 6063 i nënshtrohen rikristalizimit dinamik gjatë procesit të ekstrudimit. Kur temperatura e ekstrudimit është konstante, ndërsa raporti i ekstrudimit rritet, madhësia e kokrrizave zvogëlohet, faza e forcimit shpërndahet imët dhe rezistenca në tërheqje dhe zgjatja e aliazhit rriten në përputhje me rrethanat; megjithatë, ndërsa raporti i ekstrudimit rritet, forca e ekstrudimit e kërkuar për procesin e ekstrudimit rritet gjithashtu, duke shkaktuar një efekt më të madh termik, duke shkaktuar rritjen e temperaturës së brendshme të aliazhit dhe uljen e performancës së produktit. Ky eksperiment studion efektin e raportit të ekstrudimit, veçanërisht raportit të madh të ekstrudimit, në mikrostrukturën dhe vetitë mekanike të aliazhit të aluminit 6063.
1 Materiale dhe metoda eksperimentale
Materiali eksperimental është aliazh alumini 6063, dhe përbërja kimike tregohet në Tabelën 1. Madhësia origjinale e shufrës është Φ55 mm×165 mm, dhe përpunohet në një shufër ekstrudimi me madhësi Φ50 mm×150 mm pas trajtimit të homogjenizimit në 560 ℃ për 6 orë. Shufra nxehet në 470 ℃ dhe mbahet e ngrohtë. Temperatura e parangrohjes së fuçisë së ekstrudimit është 420 ℃, dhe temperatura e parangrohjes së formës është 450 ℃. Kur shpejtësia e ekstrudimit (shpejtësia e lëvizjes së shufrës së ekstrudimit) V=5 mm/s mbetet e pandryshuar, kryhen 5 grupe testesh të ndryshme të raportit të ekstrudimit, dhe raportet e ekstrudimit R janë 17 (që korrespondon me diametrin e vrimës së matrices D=12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) dhe 156 (D=4 mm).
Tabela 1 Përbërjet kimike të lidhjes së aluminit 6063 (peshë/%)
Pas bluarjes me letër zmerile dhe lustrimit mekanik, mostrat metalografike u gdhendën me reagent HF me një fraksion vëllimor prej 40% për rreth 25 s, dhe struktura metalografike e mostrave u vëzhgua në një mikroskop optik LEICA-5000. Një mostër analize teksture me një madhësi prej 10 mm×10 mm u pre nga qendra e prerjes gjatësore të shufrës së ekstruduar, dhe u krye bluarje mekanike dhe gdhendje për të hequr shtresën e stresit sipërfaqësor. Figurat e paplota të poleve të tre planeve kristalore {111}, {200} dhe {220} të mostrës u matën nga analizuesi i difraksionit të rrezeve X X′Pert Pro MRD i kompanisë PANalytical, dhe të dhënat e teksturës u përpunuan dhe analizuan nga softuerët X′Pert Data View dhe X′Pert Texture.
Mostra e tërheqjes e aliazhit të derdhur u mor nga qendra e lingotit dhe mostra e tërheqjes u pre përgjatë drejtimit të ekstrudimit pas ekstrudimit. Madhësia e sipërfaqes matëse ishte Φ4 mm×28 mm. Testi i tërheqjes u krye duke përdorur një makinë universale testimi të materialeve SANS CMT5105 me një shpejtësi tërheqjeje prej 2 mm/min. Vlera mesatare e tre mostrave standarde u llogarit si të dhëna të vetive mekanike. Morfologjia e thyerjes së mostrave të tërheqjes u vëzhgua duke përdorur një mikroskop elektronik skanues me zmadhim të ulët (Quanta 2000, FEI, SHBA).
2 Rezultatet dhe diskutimi
Figura 1 tregon mikrostrukturën metalografike të aliazhit të aluminit 6063 të derdhur para dhe pas trajtimit të homogjenizimit. Siç tregohet në Figurën 1a, kokrrat α-Al në mikrostrukturën e derdhur ndryshojnë në madhësi, një numër i madh fazash retikulare β-Al9Fe2Si2 mblidhen në kufijtë e kokrrizave, dhe një numër i madh fazash granulare Mg2Si ekzistojnë brenda kokrrizave. Pasi shufra u homogjenizua në 560 ℃ për 6 orë, faza eutektike jo në ekuilibër midis dendriteve të aliazhit u tret gradualisht, elementët e aliazhit u tretën në matricë, mikrostruktura ishte uniforme dhe madhësia mesatare e kokrrizave ishte rreth 125 μm (Figura 1b).
Para homogjenizimit
Pas trajtimit uniformizues në 600°C për 6 orë
Fig. 1 Struktura metalografike e aliazhit të aluminit 6063 para dhe pas trajtimit të homogjenizimit
Figura 2 tregon pamjen e shufrave të aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme ekstrudimi. Siç tregohet në Figurën 2, cilësia e sipërfaqes së shufrave të aliazhit të aluminit 6063 të ekstruduara me raporte të ndryshme ekstrudimi është e mirë, veçanërisht kur raporti i ekstrudimit rritet në 156 (që korrespondon me shpejtësinë e daljes së ekstrudimit të shufrës prej 48 m/min), ende nuk ka defekte ekstrudimi siç janë çarje dhe zhveshje në sipërfaqen e shufrës, duke treguar se aliazh alumini 6063 ka gjithashtu performancë të mirë të formimit të ekstrudimit të nxehtë nën shpejtësi të lartë dhe raport të madh ekstrudimi.
Fig. 2 Pamja e shufrave të aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme ekstrudimi
Figura 3 tregon mikrostrukturën metalografike të prerjes gjatësore të shufrës së aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme ekstrudimi. Struktura e kokrrizave të shufrës me raporte të ndryshme ekstrudimi tregon shkallë të ndryshme të zgjatjes ose rafinimit. Kur raporti i ekstrudimit është 17, kokrrizat origjinale zgjaten përgjatë drejtimit të ekstrudimit, të shoqëruara me formimin e një numri të vogël kokrrizash të rikristalizuara, por kokrrizat janë ende relativisht të trasha, me një madhësi mesatare të kokrrizave prej rreth 85 μm (Figura 3a); kur raporti i ekstrudimit është 25, kokrrizat tërhiqen më hollë, numri i kokrrizave të rikristalizuara rritet dhe madhësia mesatare e kokrrizave zvogëlohet në rreth 71 μm (Figura 3b); kur raporti i ekstrudimit është 39, përveç një numri të vogël të kokrrizave të deformuara, mikrostruktura përbëhet në thelb nga kokrriza të rikristalizuara të barabarta me madhësi të pabarabartë, me një madhësi mesatare të kokrrizave prej rreth 60 μm (Figura 3c); Kur raporti i nxjerrjes është 69, procesi i rikristalizimit dinamik është praktikisht i përfunduar, kokrrat e trasha origjinale janë transformuar plotësisht në kokrriza të rikristalizuara me strukturë uniforme, dhe madhësia mesatare e kokrrizave është rafinuar në rreth 41 μm (Figura 3d); kur raporti i nxjerrjes është 156, me përparimin e plotë të procesit të rikristalizimit dinamik, mikrostruktura është më uniforme, dhe madhësia e kokrrizave është rafinuar shumë në rreth 32 μm (Figura 3e). Me rritjen e raportit të nxjerrjes, procesi i rikristalizimit dinamik vazhdon më plotësisht, mikrostruktura e aliazhit bëhet më uniforme, dhe madhësia e kokrrizave është rafinuar ndjeshëm (Figura 3f).
Fig. 3 Struktura metalografike dhe madhësia e kokrrizave të prerjes gjatësore të shufrave të aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme ekstrudimi
Figura 4 tregon figurat e poleve inverse të shufrave të aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme ekstrudimi përgjatë drejtimit të ekstrudimit. Mund të shihet se mikrostrukturat e shufrave të aliazhit me raporte të ndryshme ekstrudimi prodhojnë të gjitha orientim të dukshëm preferencial. Kur raporti i ekstrudimit është 17, formohet një teksturë më e dobët <115>+<100> (Figura 4a); kur raporti i ekstrudimit është 39, përbërësit e teksturës janë kryesisht tekstura më e fortë <100> dhe një sasi e vogël teksture e dobët <115> (Figura 4b); kur raporti i ekstrudimit është 156, përbërësit e teksturës janë tekstura <100> me forcë të rritur ndjeshëm, ndërsa tekstura <115> zhduket (Figura 4c). Studimet kanë treguar se metalet kubike të përqendruara në sipërfaqe formojnë kryesisht tekstura teli <111> dhe <100> gjatë ekstrudimit dhe tërheqjes. Pasi të formohet tekstura, vetitë mekanike të aliazhit në temperaturën e dhomës tregojnë anizotropi të dukshme. Fortësia e strukturës rritet me rritjen e raportit të ekstrudimit, duke treguar se numri i kokrrizave në një drejtim të caktuar kristali paralel me drejtimin e ekstrudimit në aliazh rritet gradualisht, dhe forca gjatësore në tërheqje e aliazhit rritet. Mekanizmat e forcimit të materialeve të ekstrudimit të nxehtë të aliazhit të aluminit 6063 përfshijnë forcimin e kokrrizave të imëta, forcimin e zhvendosjeve, forcimin e strukturës, etj. Brenda gamës së parametrave të procesit të përdorur në këtë studim eksperimental, rritja e raportit të ekstrudimit ka një efekt nxitës në mekanizmat e mësipërm të forcimit.
Fig. 4 Diagrama e poleve të kundërta të shufrave të aliazhit të aluminit 6063 me raporte të ndryshme të nxjerrjes përgjatë drejtimit të nxjerrjes
Figura 5 është një histogramë e vetive në tërheqje të aliazhit të aluminit 6063 pas deformimit në raporte të ndryshme ekstrudimi. Rezistenca në tërheqje e aliazhit të derdhur është 170 MPa dhe zgjatimi është 10.4%. Rezistenca në tërheqje dhe zgjatimi i aliazhit pas ekstrudimit përmirësohen ndjeshëm, dhe rezistenca në tërheqje dhe zgjatimi rriten gradualisht me rritjen e raportit të ekstrudimit. Kur raporti i ekstrudimit është 156, rezistenca në tërheqje dhe zgjatimi i aliazhit arrijnë vlerën maksimale, të cilat janë përkatësisht 228 MPa dhe 26.9%, që është rreth 34% më e lartë se rezistenca në tërheqje e aliazhit të derdhur dhe rreth 158% më e lartë se zgjatimi. Rezistenca në tërheqje e aliazhit të aluminit 6063 e përftuar nga një raport i madh ekstrudimi është afër vlerës së rezistencës në tërheqje (240 MPa) e përftuar nga ekstrudimi këndor me kanal të barabartë me 4 kalime (ECAP), e cila është shumë më e lartë se vlera e rezistencës në tërheqje (171.1 MPa) e përftuar nga ekstrudimi ECAP me 1 kalim të aliazhit të aluminit 6063. Mund të shihet se një raport i madh i nxjerrjes mund të përmirësojë vetitë mekanike të lidhjes në një farë mase.
Përmirësimi i vetive mekanike të aliazhit nga raporti i ekstrudimit vjen kryesisht nga forcimi i rafinimit të kokrrizave. Ndërsa raporti i ekstrudimit rritet, kokrrizat rafinohen dhe dendësia e zhvendosjeve rritet. Më shumë kufij kokrrizash për njësi të sipërfaqes mund të pengojnë në mënyrë efektive lëvizjen e zhvendosjeve, të kombinuara me lëvizjen reciproke dhe ngatërrimin e zhvendosjeve, duke përmirësuar kështu fortësinë e aliazhit. Sa më të imëta të jenë kokrrizat, aq më të përdredhur janë kufijtë e kokrrizave, dhe deformimi plastik mund të shpërndahet në më shumë kokrriza, gjë që nuk favorizon formimin e çarjeve, e lëre më përhapjen e tyre. Më shumë energji mund të absorbohet gjatë procesit të thyerjes, duke përmirësuar kështu plasticitetin e aliazhit.
Fig. 5 Vetitë në tërheqje të lidhjes së aluminit 6063 pas derdhjes dhe ekstrudimit
Morfologjia e thyerjes në tërheqje e aliazhit pas deformimit me raporte të ndryshme ekstrudimi është treguar në Figurën 6. Nuk u gjetën gropëza në morfologjinë e thyerjes së mostrës së derdhur (Figura 6a), dhe fraktura përbëhej kryesisht nga zona të sheshta dhe skaje grisëse, duke treguar se mekanizmi i thyerjes në tërheqje i aliazhit të derdhur ishte kryesisht thyerje e brishtë. Morfologjia e thyerjes së aliazhit pas ekstrudimit ka ndryshuar ndjeshëm, dhe fraktura përbëhet nga një numër i madh gropëzash të barabarta, duke treguar se mekanizmi i thyerjes së aliazhit pas ekstrudimit ka ndryshuar nga thyerje e brishtë në thyerje duktile. Kur raporti i ekstrudimit është i vogël, gropëzat janë të cekëta dhe madhësia e gropëzës është e madhe, dhe shpërndarja është e pabarabartë; ndërsa raporti i ekstrudimit rritet, numri i gropëzave rritet, madhësia e gropëzës është më e vogël dhe shpërndarja është uniforme (Figura 6b~f), që do të thotë se aliazh ka plasticitet më të mirë, i cili është në përputhje me rezultatet e testit të vetive mekanike më sipër.
3 Përfundim
Në këtë eksperiment, efektet e raporteve të ndryshme të ekstrudimit në mikrostrukturën dhe vetitë e lidhjes së aluminit 6063 u analizuan me kusht që madhësia e shufrës, temperatura e ngrohjes së shufrës dhe shpejtësia e ekstrudimit të mbeteshin të pandryshuara. Përfundimet janë si më poshtë:
1) Rikristalizimi dinamik ndodh në lidhjen e aluminit 6063 gjatë ekstrudimit të nxehtë. Me rritjen e raportit të ekstrudimit, kokrrat rafinohen vazhdimisht dhe kokrrat e zgjatura përgjatë drejtimit të ekstrudimit transformohen në kokrriza të rikristalizuara me bosht të barabartë, dhe fortësia e strukturës së telit <100> rritet vazhdimisht.
2) Për shkak të efektit të forcimit të kokrrizave të imëta, vetitë mekanike të aliazhit përmirësohen me rritjen e raportit të ekstrudimit. Brenda diapazonit të parametrave të testimit, kur raporti i ekstrudimit është 156, rezistenca në tërheqje dhe zgjatja e aliazhit arrijnë vlerat maksimale prej 228 MPa dhe 26.9%, përkatësisht.
Fig. 6 Morfologjitë e thyerjes në tërheqje të lidhjes së aluminit 6063 pas derdhjes dhe ekstrudimit
3) Morfologjia e thyerjes së mostrës së derdhur përbëhet nga zona të sheshta dhe skaje grisjeje. Pas ekstrudimit, thyerja përbëhet nga një numër i madh gropëzash të barabarta, dhe mekanizmi i thyerjes transformohet nga thyerje e brishtë në thyerje duktile.
Koha e postimit: 30 nëntor 2024
