A lega d'aluminiu 6063 appartene à a lega d'aluminiu trattabile termicamente di a serie Al-Mg-Si à bassa lega. Hà eccellenti prestazioni di stampaggio per estrusione, bona resistenza à a corrosione è proprietà meccaniche complete. Hè ancu largamente aduprata in l'industria automobilistica per via di a so facile colorazione à ossidazione. Cù l'accelerazione di a tendenza di l'automobile ligera, l'applicazione di materiali d'estrusione in lega d'aluminiu 6063 in l'industria automobilistica hè ancu aumentata ulteriormente.
A microstruttura è e proprietà di i materiali estrusi sò influenzate da l'effetti cumminati di a velocità di estrusione, a temperatura di estrusione è u rapportu di estrusione. Frà questi, u rapportu di estrusione hè principalmente determinatu da a pressione di estrusione, l'efficienza di pruduzzione è l'equipaggiu di pruduzzione. Quandu u rapportu di estrusione hè chjucu, a deformazione di a lega hè chjuca è u raffinamentu di a microstruttura ùn hè micca evidente; aumentà u rapportu di estrusione pò affinà significativamente i grani, rompe a seconda fase grossa, ottene una microstruttura uniforme è migliurà e proprietà meccaniche di a lega.
E leghe d'aluminiu 6061 è 6063 subiscenu una ricristallizazione dinamica durante u prucessu d'estrusione. Quandu a temperatura d'estrusione hè costante, à misura chì u rapportu d'estrusione aumenta, a dimensione di u granu diminuisce, a fase di rinforzu hè finamente dispersa, è a resistenza à a trazione è l'allungamentu di a lega aumentanu di cunsiguenza; tuttavia, à misura chì u rapportu d'estrusione aumenta, a forza d'estrusione necessaria per u prucessu d'estrusione aumenta ancu, causendu un effettu termicu più grande, causendu un aumentu di a temperatura interna di a lega è una diminuzione di e prestazioni di u pruduttu. Questu esperimentu studia l'effettu di u rapportu d'estrusione, in particulare un grande rapportu d'estrusione, nantu à a microstruttura è e proprietà meccaniche di a lega d'aluminiu 6063.
1 Materiali è metudi sperimentali
U materiale sperimentale hè una lega d'aluminiu 6063, è a cumpusizione chimica hè mostrata in a Tavula 1. A dimensione originale di u lingotto hè Φ55 mm × 165 mm, è hè trasfurmatu in una billetta d'estrusione cù una dimensione di Φ50 mm × 150 mm dopu u trattamentu d'omogeneizazione à 560 ℃ per 6 ore. A billetta hè riscaldata à 470 ℃ è mantenuta calda. A temperatura di preriscaldamentu di u barile d'estrusione hè 420 ℃, è a temperatura di preriscaldamentu di u stampu hè 450 ℃. Quandu a velocità d'estrusione (velocità di muvimentu di l'asta d'estrusione) V = 5 mm / s ferma invariata, 5 gruppi di diverse prove di rapportu d'estrusione sò realizati, è i rapporti d'estrusione R sò 17 (currispondenti à u diametru di u foru di a matrice D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) è 156 (D = 4 mm).
Tavula 1 Cumposizioni chimiche di a lega 6063 Al (pesu/%)
Dopu a macinazione di a carta vetrata è a lucidatura meccanica, i campioni metallografici sò stati incisi cù u reagente HF cù una frazione di vulume di 40% per circa 25 s, è a struttura metallografica di i campioni hè stata osservata nantu à un microscopiu otticu LEICA-5000. Un campione d'analisi di struttura cù una dimensione di 10 mm × 10 mm hè statu tagliatu da u centru di a sezione longitudinale di a barra estrusa, è a macinazione meccanica è l'incisione sò state effettuate per rimuovere u stratu di stress superficiale. E figure di u polu incomplete di i trè piani cristallini {111}, {200} è {220} di u campione sò state misurate da l'analizzatore di diffrazione di raggi X X′Pert Pro MRD di PANalytical Company, è i dati di struttura sò stati trattati è analizzati da i software X′Pert Data View è X′Pert Texture.
U campione di trazione di a lega fusa hè statu pigliatu da u centru di u lingotto, è u campione di trazione hè statu tagliatu longu a direzzione di l'estrusione dopu l'estrusione. A dimensione di l'area di calibru era Φ4 mm × 28 mm. A prova di trazione hè stata realizata cù una macchina universale di prova di materiali SANS CMT5105 cù una velocità di trazione di 2 mm / min. U valore mediu di i trè campioni standard hè statu calculatu cum'è dati di pruprietà meccanica. A morfologia di frattura di i campioni di trazione hè stata osservata cù un microscopiu elettronicu à scansione à bassa ingrandimentu (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Risultati è discussione
A Figura 1 mostra a microstruttura metallografica di a lega d'aluminiu 6063 cum'è colata prima è dopu u trattamentu d'omogeneizazione. Cum'è mostratu in a Figura 1a, i grani α-Al in a microstruttura cum'è colata varianu in dimensione, un gran numeru di fasi reticulari β-Al9Fe2Si2 si riuniscenu à i limiti di i grani, è un gran numeru di fasi granulari Mg2Si esistenu in i grani. Dopu chì u lingotto hè statu omogeneizatu à 560 ℃ per 6 ore, a fase eutettica di non equilibriu trà i dendriti di a lega si hè dissolta gradualmente, l'elementi di a lega si sò dissolti in a matrice, a microstruttura era uniforme, è a dimensione media di i grani era di circa 125 μm (Figura 1b).
Prima di l'omogeneizazione
Dopu à u trattamentu di uniformizazione à 600°C per 6 ore
Fig.1 Struttura metallografica di a lega d'aluminiu 6063 prima è dopu u trattamentu d'omogeneizazione
A Figura 2 mostra l'aspettu di barre in lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione. Cum'è mostratu in a Figura 2, a qualità di a superficia di e barre in lega d'aluminiu 6063 estruse cù diversi rapporti d'estrusione hè bona, in particulare quandu u rapportu d'estrusione hè aumentatu à 156 (currispondente à a velocità di uscita di l'estrusione di a barra di 48 m/min), ùn ci sò ancu difetti d'estrusione cum'è crepe è sfaldatura nantu à a superficia di a barra, ciò chì indica chì a lega d'aluminiu 6063 hà ancu una bona prestazione di furmazione per estrusione à caldu à alta velocità è un grande rapportu d'estrusione.
Fig.2 Aspettu di barre in lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione
A Figura 3 mostra a microstruttura metallografica di a sezione longitudinale di a barra di lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione. A struttura di i grani di a barra cù diversi rapporti d'estrusione mostra diversi gradi d'allungamentu o di raffinamentu. Quandu u rapportu d'estrusione hè 17, i grani originali sò allungati longu a direzzione d'estrusione, accumpagnati da a furmazione di un picculu numeru di grani ricristallizzati, ma i grani sò sempre relativamente grossi, cù una dimensione media di i grani di circa 85 μm (Figura 3a); quandu u rapportu d'estrusione hè 25, i grani sò tirati più snelli, u numeru di grani ricristallizzati aumenta, è a dimensione media di i grani diminuisce à circa 71 μm (Figura 3b); quandu u rapportu d'estrusione hè 39, eccettu per un picculu numeru di grani deformati, a microstruttura hè basicamente cumposta da grani ricristallizzati equiassiali di dimensione irregulare, cù una dimensione media di i grani di circa 60 μm (Figura 3c); Quandu u rapportu d'estrusione hè 69, u prucessu di ricristallizazione dinamica hè basicamente cumpletatu, i grani originali grossi sò stati cumpletamente trasfurmati in grani ricristallizzati uniformemente strutturati, è a dimensione media di i grani hè raffinata à circa 41 μm (Figura 3d); quandu u rapportu d'estrusione hè 156, cù u prugressu cumpletu di u prucessu di ricristallizazione dinamica, a microstruttura hè più uniforme, è a dimensione di i grani hè assai raffinata à circa 32 μm (Figura 3e). Cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione, u prucessu di ricristallizazione dinamica procede più cumpletamente, a microstruttura di a lega diventa più uniforme, è a dimensione di i grani hè significativamente raffinata (Figura 3f).
Fig.3 Struttura metallografica è granulometria di a sezione longitudinale di barre in lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione
A Figura 4 mostra e figure di u polu inversu di e barre di lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione longu a direzzione d'estrusione. Si pò vede chì e microstrutture di e barre di lega cù diversi rapporti d'estrusione producenu tutte un'orientazione preferenziale evidente. Quandu u rapportu d'estrusione hè 17, si forma una struttura <115> + <100> più debule (Figura 4a); quandu u rapportu d'estrusione hè 39, i cumpunenti di a struttura sò principalmente a struttura <100> più forte è una piccula quantità di struttura <115> debule (Figura 4b); quandu u rapportu d'estrusione hè 156, i cumpunenti di a struttura sò a struttura <100> cù una resistenza significativamente aumentata, mentre chì a struttura <115> sparisce (Figura 4c). Studi anu dimustratu chì i metalli cubi à facce centrate formanu principalmente strutture di filu <111> è <100> durante l'estrusione è u trafilamentu. Una volta chì a struttura hè furmata, e proprietà meccaniche di a lega à temperatura ambiente mostranu un'anisotropia evidente. A forza di a struttura aumenta cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione, ciò chì indica chì u numeru di grani in una certa direzzione cristallina parallela à a direzzione d'estrusione in a lega aumenta gradualmente, è a resistenza à a trazione longitudinale di a lega aumenta. I meccanismi di rinfurzamentu di i materiali d'estrusione à caldu in lega d'aluminiu 6063 includenu u rinfurzamentu di i grani fini, u rinfurzamentu di e dislocazioni, u rinfurzamentu di a struttura, ecc. In a gamma di parametri di prucessu utilizati in questu studiu sperimentale, l'aumentu di u rapportu d'estrusione hà un effettu prumutore nantu à i meccanismi di rinfurzamentu sopra menzionati.
Fig.4 Diagramma di u polu inversu di e barre di lega d'aluminiu 6063 cù diversi rapporti d'estrusione longu a direzzione di l'estrusione
A figura 5 hè un istogramma di e proprietà di trazione di a lega d'aluminiu 6063 dopu a deformazione à diversi rapporti d'estrusione. A resistenza à a trazione di a lega fusa hè di 170 MPa è l'allungamentu hè di 10,4%. A resistenza à a trazione è l'allungamentu di a lega dopu l'estrusione sò significativamente migliurati, è a resistenza à a trazione è l'allungamentu aumentanu gradualmente cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione. Quandu u rapportu d'estrusione hè 156, a resistenza à a trazione è l'allungamentu di a lega righjunghjenu u valore massimu, chì sò 228 MPa è 26,9%, rispettivamente, chì hè circa 34% più altu ch'è a resistenza à a trazione di a lega fusa è circa 158% più altu ch'è l'allungamentu. A resistenza à a trazione di a lega d'aluminiu 6063 ottenuta da un grande rapportu d'estrusione hè vicina à u valore di resistenza à a trazione (240 MPa) ottenuta da l'estrusione angulare à canali uguali à 4 passaggi (ECAP), chì hè assai più altu ch'è u valore di resistenza à a trazione (171,1 MPa) ottenutu da l'estrusione ECAP à 1 passaggio di a lega d'aluminiu 6063. Si pò vede chì un grande rapportu d'estrusione pò migliurà e proprietà meccaniche di a lega finu à un certu puntu.
U migliuramentu di e proprietà meccaniche di a lega per via di u rapportu d'estrusione vene principalmente da u rinfurzamentu di a raffinazione di i grani. Cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione, i grani sò raffinati è a densità di dislocazioni aumenta. Più limiti di grani per unità di superficia ponu impedisce efficacemente u muvimentu di e dislocazioni, cumbinatu cù u muvimentu mutuale è l'intricciamentu di e dislocazioni, migliurendu cusì a resistenza di a lega. Più fini sò i grani, più tortuosi sò i limiti di grani, è a deformazione plastica pò esse dispersa in più grani, ciò chì ùn hè micca favurevule à a furmazione di crepe, è ancu menu à a propagazione di e crepe. Più energia pò esse assorbita durante u prucessu di frattura, migliurendu cusì a plasticità di a lega.
Fig.5 Proprietà di trazione di a lega d'aluminiu 6063 dopu a fusione è l'estrusione
A morfologia di a frattura à trazione di a lega dopu a deformazione cù diversi rapporti di estrusione hè mostrata in a Figura 6. Nisuna fossa hè stata trovata in a morfologia di a frattura di u campione cum'è colatu (Figura 6a), è a frattura era cumposta principalmente da zone piane è bordi di lacerazione, chì indicanu chì u mecanismu di frattura à trazione di a lega cum'è colata era principalmente una frattura fragile. A morfologia di a frattura di a lega dopu l'estrusione hè cambiata significativamente, è a frattura hè cumposta da un gran numeru di fosse equiassiali, chì indicanu chì u mecanismu di frattura di a lega dopu l'estrusione hè cambiatu da una frattura fragile à una frattura duttile. Quandu u rapportu di estrusione hè chjucu, e fosse sò superficiali è a dimensione di e fosse hè grande, è a distribuzione hè irregulare; mentre u rapportu di estrusione aumenta, u numeru di fosse aumenta, a dimensione di e fosse hè più chjuca è a distribuzione hè uniforme (Figura 6b~f), ciò significa chì a lega hà una megliu plasticità, chì hè coerente cù i risultati di i testi di proprietà meccaniche sopra.
3 Cunclusione
In questu esperimentu, l'effetti di diversi rapporti d'estrusione nantu à a microstruttura è e proprietà di a lega d'aluminiu 6063 sò stati analizati in cundizione chì a dimensione di a billetta, a temperatura di riscaldamentu di u lingotto è a velocità d'estrusione sianu rimaste invariate. E cunclusioni sò e seguenti:
1) A ricristallizazione dinamica si verifica in a lega d'aluminiu 6063 durante l'estrusione à caldu. Cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione, i grani sò raffinati continuamente, è i grani allungati longu a direzzione d'estrusione sò trasformati in grani ricristallizzati equiassiali, è a resistenza di a struttura di u filu <100> hè aumentata continuamente.
2) Per via di l'effettu di u rinfurzamentu di i grani fini, e proprietà meccaniche di a lega sò migliurate cù l'aumentu di u rapportu d'estrusione. In u range di i parametri di prova, quandu u rapportu d'estrusione hè 156, a resistenza à a trazione è l'allungamentu di a lega righjunghjenu i valori massimi di 228 MPa è 26,9%, rispettivamente.
Fig.6 Morfologie di frattura in trazione di a lega d'aluminiu 6063 dopu a fusione è l'estrusione
3) A morfologia di a frattura di u campione appena colatu hè cumposta da zone piane è bordi di strappo. Dopu l'estrusione, a frattura hè cumposta da un gran numeru di fossette equiassiali, è u mecanismu di frattura si trasforma da frattura fragile à frattura duttile.
Data di publicazione: 30 di nuvembre di u 2024
