Hợp kim nhôm 6063 thuộc về hợp kim nhôm có thể điều trị nhiệt AL-MG-SI thấp. Nó có hiệu suất đúc đùn tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn tốt và tính chất cơ học toàn diện. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô vì màu oxy hóa dễ dàng. Với sự tăng tốc của xu hướng ô tô nhẹ, việc áp dụng 6063 vật liệu đùn hợp kim nhôm trong ngành công nghiệp ô tô cũng đã tăng thêm.
Cấu trúc vi mô và tính chất của vật liệu đùn bị ảnh hưởng bởi các tác động kết hợp của tốc độ đùn, nhiệt độ đùn và tỷ lệ đùn. Trong số đó, tỷ lệ đùn chủ yếu được xác định bởi áp suất đùn, hiệu quả sản xuất và thiết bị sản xuất. Khi tỷ lệ đùn nhỏ, biến dạng hợp kim là nhỏ và sự tinh chỉnh cấu trúc vi mô là không rõ ràng; Tăng tỷ lệ đùn có thể tinh chỉnh đáng kể các hạt, phá vỡ giai đoạn thứ hai thô, thu được cấu trúc vi mô thống nhất và cải thiện các tính chất cơ học của hợp kim.
Các hợp kim nhôm 6061 và 6063 trải qua quá trình kết tinh lại động trong quá trình đùn. Khi nhiệt độ đùn không đổi, khi tỷ lệ đùn tăng lên, kích thước hạt giảm, pha tăng cường được phân tán tinh xảo, và độ bền kéo và độ giãn dài của hợp kim tăng tương ứng; Tuy nhiên, khi tỷ lệ đùn tăng lên, lực đùn cần thiết cho quá trình đùn cũng tăng, khiến hiệu ứng nhiệt lớn hơn, khiến nhiệt độ bên trong của hợp kim tăng và hiệu suất của sản phẩm giảm. Thí nghiệm này nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ đùn, đặc biệt là tỷ lệ đùn lớn, đối với cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hợp kim nhôm 6063.
1 vật liệu và phương pháp thử nghiệm
Vật liệu thí nghiệm là hợp kim nhôm 6063 và thành phần hóa học được thể hiện trong Bảng 1. Kích thước ban đầu của thỏi là φ55 mm × 165 mm, và nó được xử lý thành một phôi ép đùn với kích thước φ50 mm × 150 mm sau khi đồng nhất hóa Điều trị ở 560 trong 6 giờ. Phôi được làm nóng đến 470 và giữ ấm. Nhiệt độ làm nóng trước của thùng đùn là 420, và nhiệt độ làm nóng trước của khuôn là 450. Khi tốc độ đùn (tốc độ di chuyển của thanh đùn) v = 5 mm/s không thay đổi, 5 nhóm xét nghiệm tỷ lệ đùn khác nhau được thực hiện và tỷ lệ đùn r là 17 (tương ứng với đường kính lỗ chết d = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) và 156 (d = 4 mm).
Bảng 1 Thành phần hóa học của hợp kim 6063 AL (WT/%)
Sau khi mài giấy và đánh bóng cơ học, các mẫu kim loại được khắc bằng thuốc thử HF với phần thể tích 40% trong khoảng 25 giây và cấu trúc kim loại của các mẫu được quan sát thấy trên kính hiển vi quang học Leica-5000. Một mẫu phân tích kết cấu với kích thước 10 mm × 10 mm đã được cắt từ tâm của phần dọc của thanh đùn, và mài cơ học và khắc được thực hiện để loại bỏ lớp ứng suất bề mặt. Các số liệu cực không hoàn chỉnh của ba mặt phẳng tinh thể {111}, {200} và {220} của mẫu được đo bằng máy phân tích nhiễu xạ tia X của X′ bởi XEMP DATA XEW DATA và phần mềm kết cấu X′PERT.
Mẫu vật kéo của hợp kim đúc được lấy từ trung tâm của thỏi, và mẫu số kéo được cắt dọc theo hướng đùn sau khi đùn. Kích thước diện tích đo là φ4 mm × 28 mm. Thử nghiệm độ bền kéo được thực hiện bằng máy kiểm tra vật liệu phổ quát Sans CMT5105 với tốc độ kéo là 2 mm/phút. Giá trị trung bình của ba mẫu vật tiêu chuẩn được tính là dữ liệu thuộc tính cơ học. Hình thái gãy của mẫu vật kéo đã được quan sát bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét phóng xạ thấp (Quanta 2000, FEI, Hoa Kỳ).
2 Kết quả và Thảo luận
Hình 1 cho thấy cấu trúc kim loại của hợp kim nhôm AS CAST 6063 trước và sau khi điều trị đồng nhất hóa. Như được hiển thị trong Hình 1A, các hạt α-al trong cấu trúc vi mô AS Cast khác nhau về kích thước, một số lượng lớn các pha β-Al9Fe2Si2 của các pha tập trung vào các ranh giới hạt và một số lượng lớn các pha Mg2SI dạng hạt tồn tại bên trong các hạt. Sau khi thỏi được đồng nhất hóa ở 560 ℃ trong 6 giờ, pha không cân bằng giữa các sợi nhánh hợp kim dần dần hòa tan ).
Trước khi đồng nhất hóa
Sau khi điều trị đồng đều ở 600 ° C trong 6 giờ
Hình.1 Cấu trúc kim loại của hợp kim nhôm 6063 trước và sau khi điều trị đồng nhất hóa
Hình 2 cho thấy sự xuất hiện của các thanh hợp kim nhôm 6063 với các tỷ lệ đùn khác nhau. Như được hiển thị trong Hình 2, chất lượng bề mặt của các thanh hợp kim nhôm 6063 được ép với các tỷ lệ đùn khác nhau là tốt, đặc biệt là khi tỷ lệ đùn tăng lên 156 (tương ứng với tốc độ đầu ra đùn của thanh là 48 m/phút), vẫn không có Các khiếm khuyết đùn như các vết nứt và bong tróc trên bề mặt của thanh, cho thấy 6063 hợp kim nhôm cũng có hiệu suất đùn nóng tốt dưới tốc độ cao và tỷ lệ đùn lớn.
Hình. Xuất hiện của các thanh hợp kim nhôm 6063 với các tỷ lệ đùn khác nhau
Hình 3 cho thấy cấu trúc kim loại của phần dọc của thanh hợp kim nhôm 6063 với các tỷ lệ đùn khác nhau. Cấu trúc hạt của thanh với các tỷ lệ đùn khác nhau cho thấy các mức độ kéo dài hoặc tinh chỉnh khác nhau. Khi tỷ lệ đùn là 17, các hạt ban đầu được kéo dài dọc theo hướng đùn, kèm theo sự hình thành của một số lượng nhỏ các hạt kết tinh lại, nhưng các hạt vẫn còn tương đối thô, với kích thước hạt trung bình khoảng 85 μM (Hình 3a) ; Khi tỷ lệ đùn là 25, các hạt được kéo mỏng hơn, số lượng hạt kết tinh lại tăng và kích thước hạt trung bình giảm xuống còn khoảng 71 μm (Hình 3B); Khi tỷ lệ đùn là 39, ngoại trừ một số lượng nhỏ các hạt bị biến dạng, cấu trúc vi mô cơ bản bao gồm các hạt kết tinh được kết tinh lại có kích thước không đồng đều, với kích thước hạt trung bình khoảng 60 μM (Hình 3); Khi tỷ lệ đùn là 69, quá trình kết tinh lại động về cơ bản được hoàn thành, các hạt ban đầu thô đã được chuyển đổi hoàn toàn thành các hạt kết tinh có cấu trúc đồng đều và kích thước hạt trung bình được tinh chỉnh đến khoảng 41 μM (Hình 3D); Khi tỷ lệ đùn là 156, với tiến trình đầy đủ của quá trình kết tinh lại động, cấu trúc vi mô đồng đều hơn và kích thước hạt được tinh chỉnh rất nhiều đến khoảng 32 μM (Hình 3E). Với sự gia tăng của tỷ lệ đùn, quá trình kết tinh lại động được tiến hành đầy đủ hơn, cấu trúc vi mô hợp kim trở nên đồng nhất hơn và kích thước hạt được tinh chỉnh đáng kể (Hình 3F).
Hình.3 Cấu trúc kim loại và kích thước hạt của phần theo chiều dọc của 6063 thanh hợp kim nhôm với tỷ lệ đùn khác nhau
Hình 4 cho thấy các hình cực nghịch của các thanh hợp kim nhôm 6063 với các tỷ lệ đùn khác nhau dọc theo hướng đùn. Có thể thấy rằng các cấu trúc vi mô của các thanh hợp kim với các tỷ lệ đùn khác nhau đều tạo ra định hướng ưu tiên rõ ràng. Khi tỷ lệ đùn là 17, kết cấu yếu hơn <115>+<100> được hình thành (Hình 4A); Khi tỷ lệ đùn là 39, các thành phần kết cấu chủ yếu là kết cấu <100> và một lượng nhỏ kết cấu yếu <115> (Hình 4B); Khi tỷ lệ đùn là 156, các thành phần kết cấu là kết cấu <100> với cường độ tăng đáng kể, trong khi kết cấu <115> biến mất (Hình 4). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các kim loại khối tập trung vào khuôn mặt chủ yếu tạo thành kết cấu dây <111> và <1 100> trong quá trình đùn và vẽ. Khi kết cấu được hình thành, các tính chất cơ học của nhiệt độ phòng của hợp kim cho thấy bất đẳng hướng rõ ràng. Cường độ kết cấu tăng theo sự gia tăng của tỷ lệ đùn, chỉ ra rằng số lượng hạt theo một hướng tinh thể nhất định song song với hướng đùn trong hợp kim tăng dần và độ bền kéo theo chiều dọc của hợp kim tăng. Các cơ chế tăng cường của vật liệu đùn nóng của hợp kim nhôm bao gồm tăng cường hạt mịn, tăng cường trật khớp, tăng cường kết cấu, v.v.
Hình.4 Sơ đồ cực ngược của các thanh hợp kim nhôm 6063 với các tỷ lệ đùn khác nhau dọc theo hướng đùn
Hình 5 là một biểu đồ của các tính chất kéo của hợp kim nhôm 6063 sau khi biến dạng ở các tỷ lệ đùn khác nhau. Độ bền kéo của hợp kim đúc là 170 MPa và độ giãn dài là 10,4%. Độ bền kéo và độ giãn dài của hợp kim sau khi đùn được cải thiện đáng kể, và độ bền kéo và độ giãn dài tăng dần khi tăng tỷ lệ đùn. Khi tỷ lệ đùn là 156, độ bền kéo và độ giãn dài của hợp kim đạt giá trị tối đa, tương ứng là 228 MPa và 26,9%, cao hơn khoảng 34% so với độ bền kéo của hợp kim đúc và cao hơn khoảng 158% độ giãn dài. Độ bền kéo của hợp kim nhôm 6063 thu được bằng tỷ lệ đùn lớn gần với giá trị cường độ kéo (240 MPa) thu được bằng cách ép đùn kênh bằng nhau 4 đường (ECAP), cao hơn nhiều so với giá trị độ bền kéo (171,1 MPa) thu được bằng cách đùn ECAP 1 lần của hợp kim nhôm 6063. Có thể thấy rằng một tỷ lệ đùn lớn có thể cải thiện các tính chất cơ học của hợp kim ở một mức độ nhất định.
Sự tăng cường của các tính chất cơ học của hợp kim theo tỷ lệ đùn chủ yếu đến từ việc tăng cường sàng lọc hạt. Khi tỷ lệ đùn tăng lên, các hạt được tinh chế và mật độ trật khớp tăng lên. Nhiều ranh giới hạt trên mỗi đơn vị diện tích có thể cản trở sự di chuyển của trật khớp một cách hiệu quả, kết hợp với sự chuyển động lẫn nhau và vướng víu của trật khớp, do đó cải thiện sức mạnh của hợp kim. Các hạt càng mịn, các ranh giới hạt càng quanh co và biến dạng dẻo có thể được phân tán trong nhiều hạt, không có lợi cho sự hình thành các vết nứt, chứ đừng nói đến sự lan truyền của các vết nứt. Nhiều năng lượng có thể được hấp thụ trong quá trình gãy xương, do đó cải thiện độ dẻo của hợp kim.
Hình.5 Tính chất kéo của hợp kim nhôm 6063 sau khi đúc và đùn
Hình thái gãy kéo kéo của hợp kim sau khi biến dạng với các tỷ lệ đùn khác nhau được thể hiện trong Hình 6. , chỉ ra rằng cơ chế gãy xương kéo của hợp kim AS Cast chủ yếu là gãy xương giòn. Hình thái gãy của hợp kim sau khi đùn đã thay đổi đáng kể và gãy xương bao gồm một số lượng lớn các lúm đồng tiền Equiaxed, cho thấy cơ chế gãy của hợp kim sau khi đùn đã thay đổi từ gãy giòn sang gãy. Khi tỷ lệ đùn nhỏ, các lúm đồng tiền là nông và kích thước lúm đồng tiền là lớn, và sự phân phối là không đồng đều; Khi tỷ lệ đùn tăng, số lượng lúm đồng tiền tăng lên, kích thước lúm đồng tiền nhỏ hơn và phân phối đồng đều (Hình 6b ~ f), có nghĩa là hợp kim có độ dẻo tốt hơn, phù hợp với tính chất cơ học kết quả thử nghiệm ở trên.
3 Kết luận
Trong thí nghiệm này, ảnh hưởng của các tỷ lệ đùn khác nhau đến cấu trúc vi mô và tính chất của hợp kim nhôm 6063 được phân tích trong điều kiện kích thước phôi, nhiệt độ làm nóng trong thỏi và tốc độ đùn vẫn không thay đổi. Các kết luận như sau:
1) Sự kết tinh lại động xảy ra trong 6063 hợp kim nhôm trong quá trình đùn nóng. Với sự gia tăng tỷ lệ đùn, các hạt liên tục được tinh chế và các hạt kéo dài dọc theo hướng đùn được chuyển thành các hạt kết tinh được phân tách lại, và sức mạnh của kết cấu dây <100> liên tục tăng.
2) Do ảnh hưởng của việc tăng cường hạt mịn, các tính chất cơ học của hợp kim được cải thiện với sự gia tăng tỷ lệ đùn. Trong phạm vi của các tham số kiểm tra, khi tỷ lệ đùn là 156, độ bền kéo và độ giãn dài của hợp kim đạt đến các giá trị tối đa là 228 MPa và 26,9%, tương ứng.
Hình.6 Hình thái gãy kéo kéo của hợp kim nhôm 6063 sau khi đúc và đùn
3) Hình thái gãy của mẫu vật AS Cast bao gồm các khu vực phẳng và các cạnh rách. Sau khi đùn, gãy xương bao gồm một số lượng lớn các lúm đồng tiền cân bằng và cơ chế gãy xương được biến đổi từ gãy giòn sang gãy xương dẻo.
Thời gian đăng: 30-2024
