La aleación de aluminio 6063 pertenece a la aleación de aluminio tratable térmicamente de la serie Al-Mg-Si de baja aleación. Tiene un excelente rendimiento de moldeo por extrusión, buena resistencia a la corrosión y propiedades mecánicas integrales. También es muy utilizado en la industria automotriz debido a su fácil coloración por oxidación. Con la aceleración de la tendencia de los automóviles livianos, la aplicación de materiales de extrusión de aleación de aluminio 6063 en la industria automotriz también ha aumentado aún más.
La microestructura y las propiedades de los materiales extruidos se ven afectadas por los efectos combinados de la velocidad de extrusión, la temperatura de extrusión y la relación de extrusión. Entre ellos, la relación de extrusión está determinada principalmente por la presión de extrusión, la eficiencia de producción y el equipo de producción. Cuando la relación de extrusión es pequeña, la deformación de la aleación es pequeña y el refinamiento de la microestructura no es evidente; aumentar la relación de extrusión puede refinar significativamente los granos, romper la segunda fase gruesa, obtener una microestructura uniforme y mejorar las propiedades mecánicas de la aleación.
Las aleaciones de aluminio 6061 y 6063 sufren una recristalización dinámica durante el proceso de extrusión. Cuando la temperatura de extrusión es constante, a medida que aumenta la relación de extrusión, el tamaño del grano disminuye, la fase de refuerzo se dispersa finamente y la resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación aumentan en consecuencia; sin embargo, a medida que aumenta la relación de extrusión, también aumenta la fuerza de extrusión requerida para el proceso de extrusión, provocando un mayor efecto térmico, lo que hace que la temperatura interna de la aleación aumente y el rendimiento del producto disminuya. Este experimento estudia el efecto de la relación de extrusión, especialmente la relación de extrusión grande, sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de la aleación de aluminio 6063.
1 Materiales y métodos experimentales.
El material experimental es una aleación de aluminio 6063 y la composición química se muestra en la Tabla 1. El tamaño original del lingote es Φ55 mm × 165 mm y se procesa en una palanquilla de extrusión con un tamaño de Φ50 mm × 150 mm después de la homogeneización. tratamiento a 560 ℃ durante 6 h. El tocho se calienta a 470 ℃ y se mantiene caliente. La temperatura de precalentamiento del cilindro de extrusión es de 420 ℃ y la temperatura de precalentamiento del molde es de 450 ℃. Cuando la velocidad de extrusión (velocidad de movimiento de la varilla de extrusión) V = 5 mm/s permanece sin cambios, se llevan a cabo 5 grupos de pruebas de relaciones de extrusión diferentes, y las relaciones de extrusión R son 17 (correspondiente al diámetro del orificio de la matriz D = 12 mm), 25 (D=10 mm), 39 (D=8 mm), 69 (D=6 mm) y 156 (D=4 mm).
Tabla 1 Composiciones químicas de la aleación 6063 Al (% en peso)
Después del pulido con papel de lija y el pulido mecánico, las muestras metalográficas se grabaron con reactivo HF con una fracción de volumen del 40% durante aproximadamente 25 s, y se observó la estructura metalográfica de las muestras en un microscopio óptico LEICA-5000. Se cortó una muestra de análisis de textura con un tamaño de 10 mm x 10 mm del centro de la sección longitudinal de la varilla extruida y se realizaron esmerilado y grabado mecánico para eliminar la capa de tensión superficial. Las figuras polares incompletas de los tres planos cristalinos {111}, {200} y {220} de la muestra se midieron mediante el analizador de difracción de rayos X X′Pert Pro MRD de PANalytical Company, y los datos de textura se procesaron y analizaron. por el software X′Pert Data View y X′Pert Texture.
La muestra de tracción de la aleación fundida se tomó del centro del lingote y la muestra de tracción se cortó a lo largo de la dirección de extrusión después de la extrusión. El tamaño del área de calibre fue Φ4 mm x 28 mm. La prueba de tracción se llevó a cabo utilizando una máquina universal de ensayo de materiales SANS CMT5105 con una velocidad de tracción de 2 mm/min. El valor promedio de las tres muestras estándar se calculó como los datos de propiedades mecánicas. La morfología de la fractura de las muestras de tracción se observó utilizando un microscopio electrónico de barrido de bajo aumento (Quanta 2000, FEI, EE. UU.).
2 Resultados y discusión
La Figura 1 muestra la microestructura metalográfica de la aleación de aluminio 6063 recién fundida antes y después del tratamiento de homogeneización. Como se muestra en la Figura 1a, los granos de α-Al en la microestructura moldeada varían en tamaño, una gran cantidad de fases reticulares de β-Al9Fe2Si2 se reúnen en los límites de los granos y existe una gran cantidad de fases granulares de Mg2Si dentro de los granos. Después de que el lingote se homogeneizó a 560 ℃ durante 6 h, la fase eutéctica de no equilibrio entre las dendritas de la aleación se disolvió gradualmente, los elementos de la aleación se disolvieron en la matriz, la microestructura fue uniforme y el tamaño de grano promedio fue de aproximadamente 125 μm (Figura 1b). ).
Antes de la homogeneización
Después del tratamiento de uniformización a 600°C durante 6 horas.
Fig.1 Estructura metalográfica de la aleación de aluminio 6063 antes y después del tratamiento de homogeneización.
La Figura 2 muestra la apariencia de barras de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión. Como se muestra en la Figura 2, la calidad de la superficie de las barras de aleación de aluminio 6063 extruidas con diferentes relaciones de extrusión es buena, especialmente cuando la relación de extrusión se aumenta a 156 (correspondiente a la velocidad de salida de extrusión de la barra de 48 m/min), todavía no hay Defectos de extrusión como grietas y descamación en la superficie de la barra, lo que indica que la aleación de aluminio 6063 también tiene un buen rendimiento de extrusión en caliente a alta velocidad y con una gran relación de extrusión.
Fig.2 Apariencia de varillas de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión
La Figura 3 muestra la microestructura metalográfica de la sección longitudinal de la barra de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión. La estructura de grano de la barra con diferentes relaciones de extrusión muestra diferentes grados de alargamiento o refinamiento. Cuando la relación de extrusión es 17, los granos originales se alargan a lo largo de la dirección de extrusión, acompañados por la formación de una pequeña cantidad de granos recristalizados, pero los granos todavía son relativamente gruesos, con un tamaño de grano promedio de aproximadamente 85 μm (Figura 3a). ; cuando la relación de extrusión es 25, los granos se hacen más delgados, el número de granos recristalizados aumenta y el tamaño promedio de grano disminuye a aproximadamente 71 μm (Figura 3b); cuando la relación de extrusión es 39, a excepción de una pequeña cantidad de granos deformados, la microestructura se compone básicamente de granos recristalizados equiaxiales de tamaño desigual, con un tamaño de grano promedio de aproximadamente 60 μm (Figura 3c); cuando la relación de extrusión es 69, el proceso de recristalización dinámica básicamente se completa, los granos gruesos originales se han transformado completamente en granos recristalizados de estructura uniforme y el tamaño de grano promedio se refina a aproximadamente 41 μm (Figura 3d); cuando la relación de extrusión es 156, con el progreso completo del proceso de recristalización dinámica, la microestructura es más uniforme y el tamaño del grano se refina en gran medida a aproximadamente 32 μm (Figura 3e). Con el aumento de la relación de extrusión, el proceso de recristalización dinámica avanza de manera más completa, la microestructura de la aleación se vuelve más uniforme y el tamaño del grano se refina significativamente (Figura 3f).
Fig.3 Estructura metalográfica y tamaño de grano de la sección longitudinal de varillas de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión.
La Figura 4 muestra las figuras de polos inversos de barras de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión a lo largo de la dirección de extrusión. Se puede ver que todas las microestructuras de las barras de aleación con diferentes relaciones de extrusión producen una orientación preferencial obvia. Cuando la relación de extrusión es 17, se forma una textura <115>+<100> más débil (Figura 4a); cuando la relación de extrusión es 39, los componentes de la textura son principalmente la textura <100> más fuerte y una pequeña cantidad de textura <115> débil (Figura 4b); cuando la relación de extrusión es 156, los componentes de la textura son la textura <100> con una resistencia significativamente mayor, mientras que la textura <115> desaparece (Figura 4c). Los estudios han demostrado que los metales cúbicos centrados en las caras forman principalmente texturas de alambre <111> y <100> durante la extrusión y el trefilado. Una vez que se forma la textura, las propiedades mecánicas de la aleación a temperatura ambiente muestran una anisotropía obvia. La resistencia de la textura aumenta con el aumento de la relación de extrusión, lo que indica que el número de granos en una determinada dirección del cristal paralela a la dirección de extrusión en la aleación aumenta gradualmente y aumenta la resistencia a la tracción longitudinal de la aleación. Los mecanismos de fortalecimiento de los materiales de extrusión en caliente de aleación de aluminio 6063 incluyen fortalecimiento de grano fino, fortalecimiento de dislocación, fortalecimiento de textura, etc. Dentro del rango de parámetros del proceso utilizados en este estudio experimental, aumentar la relación de extrusión tiene un efecto promotor sobre los mecanismos de fortalecimiento anteriores.
Fig.4 Diagrama de polos inversos de varillas de aleación de aluminio 6063 con diferentes relaciones de extrusión a lo largo de la dirección de extrusión
La Figura 5 es un histograma de las propiedades de tracción de la aleación de aluminio 6063 después de la deformación en diferentes relaciones de extrusión. La resistencia a la tracción de la aleación fundida es de 170 MPa y el alargamiento es del 10,4%. La resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación después de la extrusión mejoran significativamente, y la resistencia a la tracción y el alargamiento aumentan gradualmente con el aumento de la relación de extrusión. Cuando la relación de extrusión es 156, la resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación alcanzan el valor máximo, que son 228 MPa y 26,9%, respectivamente, que es aproximadamente un 34% mayor que la resistencia a la tracción de la aleación fundida y aproximadamente un 158% mayor que la de la aleación fundida. el alargamiento. La resistencia a la tracción de la aleación de aluminio 6063 obtenida mediante una gran relación de extrusión está cerca del valor de resistencia a la tracción (240 MPa) obtenido mediante extrusión angular de canal igual (ECAP) de 4 pasadas, que es mucho mayor que el valor de resistencia a la tracción (171,1 MPa). obtenido mediante extrusión ECAP de 1 pasada de aleación de aluminio 6063. Se puede observar que una relación de extrusión grande puede mejorar hasta cierto punto las propiedades mecánicas de la aleación.
La mejora de las propiedades mecánicas de la aleación mediante la relación de extrusión proviene principalmente del fortalecimiento del refinamiento del grano. A medida que aumenta la relación de extrusión, los granos se refinan y aumenta la densidad de dislocación. Más límites de grano por unidad de área pueden obstaculizar efectivamente el movimiento de las dislocaciones, combinado con el movimiento mutuo y el entrelazamiento de las dislocaciones, mejorando así la resistencia de la aleación. Cuanto más finos son los granos, más tortuosos son los límites de los granos y la deformación plástica puede dispersarse en más granos, lo que no favorece la formación de grietas, y mucho menos la propagación de grietas. Se puede absorber más energía durante el proceso de fractura, mejorando así la plasticidad de la aleación.
Fig.5 Propiedades de tracción de la aleación de aluminio 6063 después de la fundición y extrusión.
La morfología de la fractura por tracción de la aleación después de la deformación con diferentes relaciones de extrusión se muestra en la Figura 6. No se encontraron hoyuelos en la morfología de la fractura de la muestra recién fundida (Figura 6a), y la fractura estaba compuesta principalmente por áreas planas y bordes de desgarro. , lo que indica que el mecanismo de fractura por tracción de la aleación recién fundida fue principalmente una fractura frágil. La morfología de fractura de la aleación después de la extrusión ha cambiado significativamente y la fractura se compone de una gran cantidad de hoyuelos equiaxiales, lo que indica que el mecanismo de fractura de la aleación después de la extrusión ha cambiado de fractura frágil a fractura dúctil. Cuando la relación de extrusión es pequeña, los hoyuelos son poco profundos y el tamaño de los hoyuelos es grande, y la distribución es desigual; a medida que aumenta la relación de extrusión, aumenta el número de hoyuelos, el tamaño de los hoyuelos es más pequeño y la distribución es uniforme (Figura 6b~f), lo que significa que la aleación tiene mejor plasticidad, lo cual es consistente con los resultados de las pruebas de propiedades mecánicas anteriores.
3 Conclusión
En este experimento, se analizaron los efectos de diferentes relaciones de extrusión sobre la microestructura y las propiedades de la aleación de aluminio 6063 bajo la condición de que el tamaño de la palanquilla, la temperatura de calentamiento del lingote y la velocidad de extrusión permanecieran sin cambios. Las conclusiones son las siguientes:
1) La recristalización dinámica ocurre en la aleación de aluminio 6063 durante la extrusión en caliente. Con el aumento de la relación de extrusión, los granos se refinan continuamente y los granos alargados a lo largo de la dirección de extrusión se transforman en granos recristalizados equiaxiales y la resistencia de la textura del alambre <100> aumenta continuamente.
2) Debido al efecto del fortalecimiento de grano fino, las propiedades mecánicas de la aleación mejoran con el aumento de la relación de extrusión. Dentro del rango de parámetros de prueba, cuando la relación de extrusión es 156, la resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación alcanzan los valores máximos de 228 MPa y 26,9%, respectivamente.
Fig.6 Morfologías de fractura por tracción de la aleación de aluminio 6063 después de la fundición y extrusión.
3) La morfología de la fractura de la muestra recién colada se compone de áreas planas y bordes desgarrados. Después de la extrusión, la fractura se compone de una gran cantidad de hoyuelos equiaxiales y el mecanismo de fractura se transforma de fractura frágil a fractura dúctil.
Hora de publicación: 30 de noviembre de 2024
