6063 L'alliage en aluminium appartient à l'alliage en aluminium thermique à faible teneur en alliage Al-Mg-Si. Il a d'excellentes performances de moulage d'extrusion, une bonne résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques complètes. Il est également largement utilisé dans l'industrie automobile en raison de sa coloration facile d'oxydation. Avec l'accélération de la tendance des automobiles légères, l'application de matériaux d'extrusion en alliage en aluminium 6063 dans l'industrie automobile a également augmenté.
La microstructure et les propriétés des matériaux extrudés sont affectés par les effets combinés de la vitesse d'extrusion, de la température d'extrusion et du rapport d'extrusion. Parmi eux, le rapport d'extrusion est principalement déterminé par la pression d'extrusion, l'efficacité de la production et l'équipement de production. Lorsque le rapport d'extrusion est faible, la déformation en alliage est petite et le raffinement de la microstructure n'est pas évident; L'augmentation du rapport d'extrusion peut affiner significativement les grains, briser la deuxième phase grossière, obtenir une microstructure uniforme et améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage.
6061 et 6063 Les alliages d'aluminium subissent une recristallisation dynamique pendant le processus d'extrusion. Lorsque la température d'extrusion est constante, à mesure que le rapport d'extrusion augmente, la taille des grains diminue, la phase de renforcement est finement dispersée et la résistance à la traction et l'allongement de l'alliage augmentent en conséquence; Cependant, à mesure que le rapport d'extrusion augmente, la force d'extrusion requise pour le processus d'extrusion augmente également, provoquant un plus grand effet thermique, provoquant une augmentation de la température interne de l'alliage et la diminution des performances du produit. Cette expérience étudie l'effet du rapport d'extrusion, en particulier le rapport d'extrusion important, sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium 6063.
1 Matériaux et méthodes expérimentales
Le matériau expérimental est 6063 en alliage d'aluminium, et la composition chimique est représentée dans le tableau 1. traitement à 560 ℃ pendant 6 h. La billette est chauffée à 470 ℃ et maintenue au chaud. La température de préchauffage du canon d'extrusion est de 420 ℃ et la température de préchauffage du moule est de 450 ℃. Lorsque la vitesse d'extrusion (vitesse de déplacement d'extrusion) v = 5 mm / s reste inchangée, 5 groupes de tests de rapport d'extrusion différents sont effectués et les rapports d'extrusion r sont 17 (correspondant au diamètre du trou de matrice D = 12 mm), 25 (d = 10 mm), 39 (d = 8 mm), 69 (d = 6 mm) et 156 (d = 4 mm).
Tableau 1 Compositions chimiques de 6063 ALLIAGE (WT /%)
Après le broyage du papier de verre et le polissage mécanique, les échantillons métallographiques ont été gravés avec un réactif HF avec une fraction de volume de 40% pendant environ 25 s, et la structure métallographique des échantillons a été observée sur un microscope optique Leica-5000. Un échantillon d'analyse de texture d'une taille de 10 mm × 10 mm a été coupé au centre de la section longitudinale de la tige extrudée, et le broyage et la gravure mécaniques ont été effectués pour éliminer la couche de contrainte de surface. Les figures de pôles incomplètes des trois plans cristallins {111}, {200} et {220} de l'échantillon ont été mesurés par l'analyseur de diffraction des rayons X X′pert Pro MRD de la société panalytique, et les données de texture ont été traitées et analysées par X′pert Data View et X′pert Texture Software.
L'échantillon de traction de l'alliage coulé a été prélevé du centre du lingot, et l'échantillon de traction a été coupé le long de la direction d'extrusion après extrusion. La taille de la zone de jauge était de φ4 mm × 28 mm. Le test de traction a été effectué à l'aide d'une machine de test de matériaux universels SANS CMT5105 avec un taux de traction de 2 mm / min. La valeur moyenne des trois échantillons standard a été calculée comme les données de propriété mécanique. La morphologie de fracture des échantillons de traction a été observée en utilisant un microscope électronique à balayage à faible magnification (Quanta 2000, FEI, USA).
2 résultats et discussion
La figure 1 montre la microstructure métallographique de l'alliage en aluminium 6063 en cas de cast 6063 avant et après le traitement d'homogénéisation. Comme le montre la figure 1A, les grains α-al dans la microstructure tel que cassé varient en taille, un grand nombre de phases réticulaires β-al9Fe2Si2 se rassemblent aux frontières des grains et un grand nombre de phases granulaires Mg2Si existent à l'intérieur des grains. Une fois que le lingot a été homogénéisé à 560 ℃ pendant 6 h, la phase eutectique non équilibrée entre les dendrites en alliage s'est progressivement dissoute, les éléments en alliage dissous dans la matrice, la microstructure était uniforme et la taille moyenne des grains était d'environ 125 μM (figure 1b ).
Avant homogénéisation
Après un traitement uniformisant à 600 ° C pendant 6 heures
Fig.1 Structure métallographique de l'alliage d'aluminium 6063 avant et après le traitement d'homogénéisation
La figure 2 montre l'apparition des barres d'alliage en aluminium 6063 avec différents rapports d'extrusion. Comme le montre la figure 2, la qualité de surface des barres d'alliage en aluminium 6063 extrudées avec différents rapports d'extrusion est bonne, en particulier lorsque le rapport d'extrusion est augmenté à 156 (correspondant à la vitesse de sortie d'extrusion de barre de 48 m / min), il n'y a toujours pas de non Des défauts d'extrusion tels que des fissures et des pelage à la surface de la barre, indiquant que l'alliage d'aluminium 6063 a également de bonnes performances de formage à chaud à haute vitesse et un rapport d'extrusion élevé.
Fig.2 Aspect de 6063 tiges d'alliage en aluminium avec différents rapports d'extrusion
La figure 3 montre la microstructure métallographique de la section longitudinale de la barre d'alliage en aluminium 6063 avec différents rapports d'extrusion. La structure du grain de la barre avec différents rapports d'extrusion montre différents degrés d'allongement ou de raffinement. Lorsque le rapport d'extrusion est de 17, les grains d'origine sont allongés le long de la direction d'extrusion, accompagnés de la formation d'un petit nombre de grains recristallisés, mais les grains sont encore relativement grossiers, avec une taille de grain moyenne d'environ 85 μm (figure 3A) ; Lorsque le rapport d'extrusion est de 25, les grains sont tirés plus minces, le nombre de grains recristallisés augmente et la taille moyenne des grains diminue à environ 71 μm (figure 3B); Lorsque le rapport d'extrusion est de 39, à l'exception d'un petit nombre de grains déformés, la microstructure est essentiellement composée de grains recristallisés équiaxés de taille inégale, avec une taille de grain moyenne d'environ 60 μm (figure 3C); Lorsque le rapport d'extrusion est de 69, le processus de recristallisation dynamique est essentiellement terminé, les grains d'origine grossière ont été complètement transformés en grains recristallisés uniformément structurés et la taille moyenne du grain est affinée à environ 41 μm (figure 3D); Lorsque le rapport d'extrusion est de 156, avec la progression complète du processus de recristallisation dynamique, la microstructure est plus uniforme et la taille des grains est considérablement affinée à environ 32 μm (figure 3E). Avec l'augmentation du rapport d'extrusion, le processus de recristallisation dynamique se déroule plus en détail, la microstructure en alliage devient plus uniforme et la taille des grains est considérablement affinée (figure 3F).
Fig.3 Structure métallographique et taille des grains de la section longitudinale des tiges d'alliage en aluminium 6063 avec différents rapports d'extrusion
La figure 4 montre les figures de pôle inverse des barres d'alliage en aluminium 6063 avec différents rapports d'extrusion le long de la direction d'extrusion. On peut voir que les microstructures des barres d'alliage avec différents rapports d'extrusion produisent toutes une orientation préférentielle évidente. Lorsque le rapport d'extrusion est de 17, une texture plus faible <115> + <100> est formée (figure 4A); Lorsque le rapport d'extrusion est de 39, les composants de texture sont principalement la texture <100> plus forte et une petite quantité de texture faible <115> (figure 4B); Lorsque le rapport d'extrusion est de 156, les composants de texture sont la texture <100> avec une résistance significativement accrue, tandis que la texture <115> disparaît (figure 4C). Des études ont montré que les métaux cubiques centrés sur le visage forment principalement <111> et <100> des textures de fil pendant l'extrusion et le dessin. Une fois la texture formée, les propriétés mécaniques à température ambiante de l'alliage présentent une anisotropie évidente. La résistance à la texture augmente avec l'augmentation du rapport d'extrusion, indiquant que le nombre de grains dans une certaine direction cristalline parallèle à la direction d'extrusion dans l'alliage augmente progressivement, et la résistance à la traction longitudinale de l'alliage augmente. Les mécanismes de renforcement des matériaux d'extrusion à chaud en alliage en alliage en aluminium 6063 comprennent le renforcement des grains fins, le renforcement de la dislocation, le renforcement de la texture, etc. Dans la plage des paramètres de processus utilisés dans cette étude expérimentale, l'augmentation du rapport d'extrusion a un effet de promotion sur les mécanismes de renforcement ci-dessus.
Fig.4 Diagramme de poteau inversé de 6063 tiges d'alliage en aluminium avec différents rapports d'extrusion le long de la direction d'extrusion
La figure 5 est un histogramme des propriétés de traction de l'alliage d'aluminium 6063 après déformation à différents rapports d'extrusion. La résistance à la traction de l'alliage coulé est de 170 MPa et l'allongement est de 10,4%. La résistance à la traction et l'allongement de l'alliage après extrusion sont considérablement améliorés, et la résistance à la traction et l'allongement augmentent progressivement avec l'augmentation du rapport d'extrusion. Lorsque le rapport d'extrusion est de 156, la résistance à la traction et l'allongement de l'alliage atteignent la valeur maximale, qui est de 228 MPa et 26,9%, respectivement, qui est environ 34% plus élevée que la résistance à la traction de l'alliage coulé et environ 158% plus élevé que l'allongement. La résistance à la traction d'alliage d'aluminium 6063 obtenu par un grand rapport d'extrusion est proche de la valeur de résistance à la traction (240 MPa) obtenue par extrusion angulaire à canal égal à 4 passes (ECAP), qui est beaucoup plus élevée que la valeur de résistance à la traction (171,1 MPa) obtenu par extrusion ECAP 1-PASS d'alliage d'aluminium 6063. On peut voir qu'un grand rapport d'extrusion peut améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage dans une certaine mesure.
L'amélioration des propriétés mécaniques de l'alliage par rapport d'extrusion provient principalement du renforcement du raffinement des grains. À mesure que le rapport d'extrusion augmente, les grains sont affinés et la densité de dislocation augmente. Plus de joints de grains par unité de surface peuvent entraver efficacement le mouvement des dislocations, combinés avec le mouvement mutuel et l'enchevêtrement des dislocations, améliorant ainsi la force de l'alliage. Plus les grains sont fusés, plus les joints de grains sont tortueux et la déformation plastique peut être dispersée dans plus de grains, ce qui n'est pas propice à la formation de fissures, sans parler de la propagation des fissures. Plus d'énergie peut être absorbée pendant le processus de fracture, améliorant ainsi la plasticité de l'alliage.
Fig.5 Propriétés de traction de l'alliage d'aluminium 6063 après coulée et extrusion
La morphologie de la fracture de la traction de l'alliage après déformation avec différents rapports d'extrusion est illustrée à la figure 6. Aucun déchaînement n'a été trouvé dans la morphologie de la fracture de l'échantillon tel que coulé (figure 6A), et la fracture était principalement composée de zones plates et de bords de déchirure , indiquant que le mécanisme de fracture de la traction de l'alliage cast était principalement une fracture fragile. La morphologie de la fracture de l'alliage après extrusion a changé de manière significative, et la fracture est composée d'un grand nombre de fossettes équiaxes, indiquant que le mécanisme de fracture de l'alliage après extrusion est passé d'une fracture fractive à la fracture ductile. Lorsque le rapport d'extrusion est petit, les fossettes sont peu profondes et la taille de la fossette est grande et la distribution est inégale; À mesure que le rapport d'extrusion augmente, le nombre de fossettes augmente, la taille de la fossette est plus petite et la distribution est uniforme (figure 6B ~ F), ce qui signifie que l'alliage a une meilleure plasticité, ce qui est cohérent avec les résultats du test des propriétés mécaniques ci-dessus.
3 Conclusion
Dans cette expérience, les effets de différents rapports d'extrusion sur la microstructure et les propriétés d'alliage d'aluminium 6063 ont été analysés à condition que la taille de la billette, la température de chauffage du lingot et la vitesse d'extrusion soient restées inchangées. Les conclusions sont les suivantes:
1) La recristallisation dynamique se produit dans l'alliage d'aluminium 6063 pendant l'extrusion à chaud. Avec l'augmentation du rapport d'extrusion, les grains sont raffinés en continu et les grains allongés le long de la direction d'extrusion sont transformés en grains recristallisés équiaxés, et la résistance de la texture du fil <100> est continuellement augmentée.
2) En raison de l'effet du renforcement des grains fins, les propriétés mécaniques de l'alliage sont améliorées avec l'augmentation du rapport d'extrusion. Dans la plage des paramètres de test, lorsque le rapport d'extrusion est de 156, la résistance à la traction et l'allongement de l'alliage atteignent les valeurs maximales de 228 MPa et 26,9%, respectivement.
Fig.6 Morphologies de fracture de traction de la traction de 6063 alliage d'aluminium après moulage et extrusion
3) La morphologie de la fracture du spécimen de cast est composée de zones plates et de bords de déchirure. Après extrusion, la fracture est composée d'un grand nombre de fossettes équiaxes, et le mécanisme de fracture est transformé d'une fracture fragile en fracture ductile.
Heure du poste: 30 novembre 2024
