6063 álfelgur tilheyrir lágblönduðu Al-Mg-Si seríunni af hitameðhöndluðum álfelgum. Hann hefur framúrskarandi útpressunarmótunareiginleika, góða tæringarþol og alhliða vélræna eiginleika. Hann er einnig mikið notaður í bílaiðnaðinum vegna auðveldrar oxunarlitunar. Með hraðri þróun léttra bíla hefur notkun 6063 álfelguútpressunarefna í bílaiðnaðinum einnig aukist enn frekar.
Örbygging og eiginleikar útpressaðra efna eru undir áhrifum af sameinuðum áhrifum útpressunarhraða, útpressunarhita og útpressunarhlutfalls. Meðal þeirra er útpressunarhlutfallið aðallega ákvarðað af útpressunarþrýstingi, framleiðsluhagkvæmni og framleiðslubúnaði. Þegar útpressunarhlutfallið er lítið er aflögun málmblöndunnar lítil og örbyggingarfínunin ekki augljós; með því að auka útpressunarhlutfallið er hægt að fínpússa kornin verulega, brjóta niður grófa seinni fasann, fá einsleita örbyggingu og bæta vélræna eiginleika málmblöndunnar.
Álblöndur úr 6061 og 6063 gangast undir kraftmikla endurkristöllun við útpressunarferlið. Þegar útpressunarhitastigið er stöðugt, minnkar kornastærðin þegar útpressunarhlutfallið eykst, styrkingarfasinn dreifist fínt og togstyrkur og teygjanleiki málmblöndunnar eykst í samræmi við það; Hins vegar, þegar útpressunarhlutfallið eykst, eykst einnig útpressunarkrafturinn sem þarf fyrir útpressunarferlið, sem veldur meiri hitaáhrifum, sem veldur því að innra hitastig málmblöndunnar hækkar og afköst vörunnar minnka. Þessi tilraun kannar áhrif útpressunarhlutfallsins, sérstaklega stórs útpressunarhlutfalls, á örbyggingu og vélræna eiginleika 6063 álblöndu.
1 Tilraunaefni og aðferðir
Tilraunaefnið er 6063 álfelgur og efnasamsetningin er sýnd í töflu 1. Upprunaleg stærð stálstöngarinnar er Φ55 mm × 165 mm og eftir einsleitni við 560 ℃ í 6 klst. er hún unnin í útpressunarstöng með stærðina Φ50 mm × 150 mm. Stöngin er hituð í 470 ℃ og haldið heitri. Forhitunarhitastig útpressunarrörsins er 420 ℃ og forhitunarhitastig mótsins er 450 ℃. Þegar útpressunarhraðinn (hreyfihraði útpressunarstöngarinnar) V = 5 mm/s helst óbreyttur eru framkvæmdar 5 hópar af mismunandi útpressunarhlutfallsprófum og útpressunarhlutföllin R eru 17 (samsvarandi þvermáli deyjaholunnar D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) og 156 (D = 4 mm).
Tafla 1 Efnasamsetning 6063 Al málmblöndu (þyngd/%)
Eftir slípun með sandpappír og vélræna fægingu voru málmfræðilegu sýnin etsuð með HF hvarfefni með 40% rúmmálshlutfalli í um 25 sekúndur og málmfræðileg uppbygging sýnanna var skoðuð með LEICA-5000 ljósasmásjá. Áferðargreiningarsýni, 10 mm × 10 mm að stærð, var skorið úr miðju langsniðs pressuðu stangarinnar og vélræn slípun og etsun voru framkvæmd til að fjarlægja yfirborðsspennulagið. Ófullkomnar pólmyndir þriggja kristalflata {111}, {200} og {220} sýnisins voru mældar með X′Pert Pro MRD röntgengeislunargreiningartæki frá PANalytical Company og áferðargögnin voru unnin og greind með X′Pert Data View og X′Pert Texture hugbúnaði.
Togprófið úr steyptu málmblöndunni var tekið úr miðju stálstöngarinnar og togprófið skorið eftir útpressunarstefnunni eftir útpressun. Stærð mæliflatarmálsins var Φ4 mm × 28 mm. Togprófið var framkvæmt með SANS CMT5105 alhliða efnisprófunarvél með toghraða 2 mm/mín. Meðalgildi þriggja staðlaðra sýna var reiknað sem gögn um vélræna eiginleika. Brotformgerð togprófanna var skoðuð með rafeindasmásjá með lágri stækkun (Quanta 2000, FEI, Bandaríkin).
2 Niðurstöður og umræða
Mynd 1 sýnir málmfræðilega örbyggingu steyptrar álblöndu af gerðinni 6063 fyrir og eftir einsleitni. Eins og sést á mynd 1a eru α-Al kornin í steyptri örbyggingu mismunandi að stærð, fjöldi netlaga β-Al9Fe2Si2 fasa safnast saman við kornamörkin og fjöldi kornlaga Mg2Si fasa er inni í kornunum. Eftir að steypuhleifurinn var einsleitur við 560 ℃ í 6 klst. leystist ójafnvægis-evtektíski fasinn milli dendríta málmblöndunnar smám saman upp, málmblönduþættirnir leystust upp í grunnefninu, örbyggingin varð einsleit og meðalkornastærðin var um 125 μm (mynd 1b).
Fyrir einsleitni
Eftir jafna meðferð við 600°C í 6 klukkustundir
Mynd 1. Málmfræðileg uppbygging 6063 álfelgunnar fyrir og eftir einsleitni.
Mynd 2 sýnir útlit 6063 álstöngla með mismunandi útpressunarhlutföllum. Eins og sést á mynd 2 er yfirborðsgæði 6063 álstöngla sem eru pressaðar með mismunandi útpressunarhlutföllum góð, sérstaklega þegar útpressunarhlutfallið er aukið í 156 (samsvarandi útpressunarhraða stöngarinnar upp á 48 m/mín). Engir útpressunargallar eins og sprungur og flögnun eru á yfirborði stöngarinnar, sem bendir til þess að 6063 ál hefur einnig góða heitútpressunarmótunargetu við mikinn hraða og stórt útpressunarhlutfall.
Mynd 2 Útlit 6063 álstöngla með mismunandi útpressunarhlutföllum
Mynd 3 sýnir málmfræðilega örbyggingu langsniðs 6063 álstöng með mismunandi útpressunarhlutföllum. Kornabygging stangarinnar með mismunandi útpressunarhlutföllum sýnir mismunandi lengingar- eða fínpússunargráður. Þegar útpressunarhlutfallið er 17, eru upprunalegu kornin teygð eftir útpressunarstefnunni, ásamt myndun fárra endurkristölluðu korna, en kornin eru samt tiltölulega gróf, með meðalkornastærð um 85 μm (mynd 3a); þegar útpressunarhlutfallið er 25, eru kornin dregin grennri, fjöldi endurkristölluðu korna eykst og meðalkornastærðin minnkar í um 71 μm (mynd 3b); þegar útpressunarhlutfallið er 39, fyrir utan fáein aflöguð korn, er örbyggingin í grundvallaratriðum samsett úr jafnása endurkristölluðum kornum af ójafnri stærð, með meðalkornastærð um 60 μm (mynd 3c); Þegar útpressunarhlutfallið er 69 er endurkristöllunarferlið í raun lokið, grófu upprunalegu kornin hafa verið að fullu umbreytt í einsleitt uppbyggð endurkristölluð korn og meðalkornastærðin er fínpússuð í um 41 μm (mynd 3d); þegar útpressunarhlutfallið er 156, með fullum gangi endurkristöllunarferlisins, er örbyggingin einsleitari og kornastærðin er mjög fínpússuð í um 32 μm (mynd 3e). Með aukningu á útpressunarhlutfallinu heldur endurkristöllunarferlið áfram með meiri hraða, örbygging málmblöndunnar verður einsleitari og kornastærðin er verulega fínpússuð (mynd 3f).
Mynd 3. Málmfræðileg uppbygging og kornastærð langsniðs 6063 álstöngla með mismunandi útpressunarhlutföllum
Mynd 4 sýnir öfuga pólmyndun 6063 álfelgisteina með mismunandi útpressunarhlutföllum eftir útpressunarstefnunni. Þar má sjá að örbyggingar álfelgisteina með mismunandi útpressunarhlutföllum framleiða allar greinilega ákjósanlega stefnu. Þegar útpressunarhlutfallið er 17 myndast veikari <115>+<100> áferð (mynd 4a); þegar útpressunarhlutfallið er 39 eru áferðarþættirnir aðallega sterkari <100> áferð og lítið magn af veikari <115> áferð (mynd 4b); þegar útpressunarhlutfallið er 156 eru áferðarþættirnir <100> áferð með verulega aukinni styrk, en <115> áferðin hverfur (mynd 4c). Rannsóknir hafa sýnt að flötmiðjuðu teningsmálmar mynda aðallega <111> og <100> víráferð við útpressun og teikningu. Þegar áferðin er mynduð sýna vélrænir eiginleikar málmblöndunnar við stofuhita greinilega ósamhverfu. Áferðarstyrkurinn eykst með aukningu á útpressunarhlutfallinu, sem bendir til þess að fjöldi korna í ákveðinni kristalstefnu samsíða útpressunarstefnunni í málmblöndunni eykst smám saman og lengdartogstyrkur málmblöndunnar eykst. Styrkingaraðferðir heitútpressunarefna úr 6063 álblöndu eru meðal annars fínkornastyrking, tilfærslustyrking, áferðarstyrking o.s.frv. Innan þeirra ferlabreyta sem notaðar voru í þessari tilraunarannsókn hefur aukning á útpressunarhlutfallinu stuðlandi áhrif á ofangreindar styrkingaraðferðir.
Mynd 4. Öfug pólmynd af stöngum úr álblöndu af gerðinni 6063 með mismunandi útpressunarhlutföllum eftir útpressunarstefnunni.
Mynd 5 sýnir súlurit af togstyrk 6063 álblöndu eftir aflögun við mismunandi útpressunarhlutföll. Togstyrkur steyptu álblöndunnar er 170 MPa og teygjan er 10,4%. Togstyrkur og teygjan eftir útpressun batna verulega og togstyrkur og teygjan aukast smám saman með aukningu á útpressunarhlutfallinu. Þegar útpressunarhlutfallið er 156 nær togstyrkur og teygjan hámarksgildi, sem eru 228 MPa og 26,9%, sem er um 34% hærra en togstyrkur steyptu álblöndunnar og um 158% hærra en teygjan. Togstyrkur 6063 álblöndunnar, sem fæst með stóru útpressunarhlutfalli, er nálægt togstyrksgildinu (240 MPa) sem fæst með 4-passa jafnrásarhornútpressun (ECAP), sem er mun hærra en togstyrksgildið (171,1 MPa) sem fæst með 1-passa ECAP útpressun á 6063 álblöndu. Það má sjá að stórt útpressunarhlutfall getur bætt vélræna eiginleika málmblöndunnar að vissu marki.
Aukning á vélrænum eiginleikum málmblöndunnar vegna útpressunarhlutfallsins stafar aðallega af styrkingu kornhreinsunar. Þegar útpressunarhlutfallið eykst, fínpússa kornin og þéttleiki rýrnunar eykst. Fleiri kornamörk á flatarmálseiningu geta á áhrifaríkan hátt hindrað hreyfingu rýrnunar, ásamt gagnkvæmri hreyfingu og flækju rýrnunar, sem eykur styrk málmblöndunnar. Því fínni sem kornin eru, því meira eru kornamörkin og plastaflögunin getur dreifst í fleiri korn, sem er ekki stuðlað að sprungumyndun, hvað þá útbreiðslu sprungna. Meiri orka getur verið gleypuð við brotferlið, sem eykur mýkt málmblöndunnar.
Mynd 5 Togþol 6063 álblöndu eftir steypu og útpressun
Togbrotformgerð málmblöndunnar eftir aflögun með mismunandi útpressunarhlutföllum er sýnd á mynd 6. Engar dældir fundust í brotformgerð steypta sýnisins (mynd 6a) og brotið samanstóð aðallega af flötum svæðum og rifbrúnum, sem bendir til þess að togbrotsmekanismi steypta málmblöndunnar hafi aðallega verið brothætt brot. Brotformgerð málmblöndunnar eftir útpressun hefur breyst verulega og brotið samanstendur af fjölda jafnása dælda, sem bendir til þess að brotsmekanismi málmblöndunnar eftir útpressun hafi breyst úr brothættu brotni í sveigjanlegt brot. Þegar útpressunarhlutfallið er lítið eru dældirnar grunnar og stærð dældanna stór og dreifingin ójöfn; þegar útpressunarhlutfallið eykst eykst fjöldi dælda, stærð dældanna er minni og dreifingin jöfn (mynd 6b~f), sem þýðir að málmblöndunni hefur betri mýkt, sem er í samræmi við niðurstöður prófunar á vélrænum eiginleikum hér að ofan.
3 Niðurstaða
Í þessari tilraun voru áhrif mismunandi útpressunarhlutfata á örbyggingu og eiginleika 6063 álfelgunnar greind með þeim skilyrðum að stærð stöngarinnar, hitunarhitastig stöngarinnar og útpressunarhraði héldust óbreyttir. Niðurstöðurnar eru eftirfarandi:
1) Kvik endurkristöllun á sér stað í 6063 álblöndu við heitpressun. Með aukinni útpressunarhlutfalli eru kornin stöðugt fínpússuð og kornin sem teygjast eftir útpressunarstefnunni umbreytast í jafnása endurkristölluð korn og styrkur <100> víráferðarinnar eykst stöðugt.
2) Vegna áhrifa fínkornastyrkingar bætast vélrænir eiginleikar málmblöndunnar með aukinni útpressunarhlutfalli. Innan prófunarsviðs, þegar útpressunarhlutfallið er 156, nær togstyrkur og teygjanleiki málmblöndunnar hámarksgildum upp á 228 MPa og 26,9%, talið í sömu röð.
Mynd 6. Brotbygging togkrafts í 6063 álblöndu eftir steypu og útpressun.
3) Brotformgerð steypta sýnisins samanstendur af flötum svæðum og rifubrúnum. Eftir útpressun er brotið samsett úr fjölda jafnása dælda og brotferlið breytist úr brothættu broti í sveigjanlegt brot.
Birtingartími: 30. nóvember 2024
