6063 ալյումինե համաձուլվածքը պատկանում է ցածր համաձուլվածքով Al-Mg-Si շարքի ջերմամշակվող ալյումինե համաձուլվածքների շարքին: Այն ունի գերազանց էքստրուզիոն ձուլման կատարողականություն, լավ կոռոզիոն դիմադրություն և համապարփակ մեխանիկական հատկություններ: Այն նաև լայնորեն կիրառվում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ՝ իր հեշտ օքսիդացնող գունավորման շնորհիվ: Թեթև ավտոմեքենաների միտման արագացման հետ մեկտեղ, 6063 ալյումինե համաձուլվածքի էքստրուզիոն նյութերի կիրառումը ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ նույնպես ավելի է աճել:
Էքստրուզիայի ենթարկված նյութերի միկրոկառուցվածքը և հատկությունները կախված են էքստրուզիայի արագության, էքստրուզիայի ջերմաստիճանի և էքստրուզիայի հարաբերակցության համակցված ազդեցությունից։ Դրանց թվում էքստրուզիայի հարաբերակցությունը հիմնականում որոշվում է էքստրուզիայի ճնշմամբ, արտադրության արդյունավետությամբ և արտադրական սարքավորումներով։ Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը փոքր է, համաձուլվածքի դեֆորմացիան փոքր է, և միկրոկառուցվածքի կատարելագործումը ակնհայտ չէ։ Էքստրուզիայի հարաբերակցության մեծացումը կարող է զգալիորեն կատարելագործել հատիկները, քայքայել կոպիտ երկրորդ փուլը, ստանալ միատարր միկրոկառուցվածք և բարելավել համաձուլվածքի մեխանիկական հատկությունները։
6061 և 6063 ալյումինե համաձուլվածքները էքստրուզիայի գործընթացի ընթացքում ենթարկվում են դինամիկ վերաբյուրեղացման: Երբ էքստրուզիայի ջերմաստիճանը հաստատուն է, էքստրուզիայի հարաբերակցության մեծացմանը զուգընթաց հատիկի չափը փոքրանում է, ամրացման փուլը մանրորեն ցրվում է, և համաձուլվածքի ձգման ամրությունն ու երկարացումը համապատասխանաբար մեծանում են. սակայն, էքստրուզիայի հարաբերակցության մեծացմանը զուգընթաց, էքստրուզիայի գործընթացի համար անհրաժեշտ էքստրուզիայի ուժը, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ ջերմային ազդեցության, ինչը հանգեցնում է համաձուլվածքի ներքին ջերմաստիճանի բարձրացմանը և արտադրանքի արտադրողականության նվազմանը: Այս փորձը ուսումնասիրում է էքստրուզիայի հարաբերակցության, մասնավորապես էքստրուզիայի մեծ հարաբերակցության, ազդեցությունը 6063 ալյումինե համաձուլվածքի միկրոկառուցվածքի և մեխանիկական հատկությունների վրա:
1 Փորձարարական նյութեր և մեթոդներ
Փորձարարական նյութը 6063 ալյումինե համաձուլվածք է, և քիմիական կազմը ներկայացված է աղյուսակ 1-ում: Ձուլակտորի սկզբնական չափը Φ55 մմ × 165 մմ է, և այն մշակվում է Φ50 մմ × 150 մմ չափսի էքստրուզիոն ստվարաթղթի՝ 560 ℃ ջերմաստիճանում 6 ժամ հոմոգենացման մշակումից հետո: Ստվարաթուղթը տաքացվում է մինչև 470 ℃ և պահվում տաք: Էքստրուզիոն տակառի նախնական տաքացման ջերմաստիճանը 420 ℃ է, իսկ կաղապարի նախնական տաքացման ջերմաստիճանը՝ 450 ℃: Երբ էքստրուզիայի արագությունը (էքստրուզիոն ձողի շարժման արագությունը) V=5 մմ/վրկ մնում է անփոփոխ, իրականացվում են էքստրուզիայի տարբեր հարաբերակցության փորձարկումների 5 խումբ, և էքստրուզիայի հարաբերակցությունները R կազմում են 17 (համապատասխանում է D=12 մմ մատրիցայի անցքի տրամագծին), 25 (D=10 մմ), 39 (D=8 մմ), 69 (D=6 մմ) և 156 (D=4 մմ):
Աղյուսակ 1. 6063 Al համաձուլվածքի քիմիական կազմը (քաշ/%)
Հղկաթղթով հղկելուց և մեխանիկական հղկումից հետո, մետաղագրական նմուշները մոտ 25 վայրկյան փորագրվել են HF ռեակտիվով՝ 40% ծավալային մասնաբաժնով, և նմուշների մետաղագրական կառուցվածքը դիտարկվել է LEICA-5000 օպտիկական մանրադիտակի վրա: Էքստրուդացված ձողի երկայնական հատվածքի կենտրոնից կտրվել է 10 մմ×10 մմ չափսի տեքստուրայի վերլուծության նմուշ, և մակերեսային լարվածության շերտը հեռացնելու համար կատարվել է մեխանիկական հղկում և փորագրում: Նմուշի երեք բյուրեղային հարթությունների {111}, {200} և {220} ոչ լրիվ բևեռային պատկերները չափվել են PANalytical ընկերության X′Pert Pro MRD ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծիչով, իսկ տեքստուրայի տվյալները մշակվել և վերլուծվել են X′Pert Data View և X′Pert Texture ծրագրաշարերով:
Ձուլված համաձուլվածքի ձգման նմուշը վերցվել է ձուլակտորի կենտրոնից, և ձգման նմուշը կտրվել է արտամղման ուղղությամբ արտամղումից հետո: Չափիչ մակերեսի չափը Φ4 մմ × 28 մմ էր: Ձգման փորձարկումն իրականացվել է SANS CMT5105 ունիվերսալ նյութերի փորձարկման մեքենայի միջոցով՝ 2 մմ/րոպե ձգման արագությամբ: Երեք ստանդարտ նմուշների միջին արժեքը հաշվարկվել է որպես մեխանիկական հատկությունների տվյալներ: Ձգման նմուշների կոտրման ձևաբանությունը դիտարկվել է ցածր մեծացման սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով (Quanta 2000, FEI, ԱՄՆ):
2 Արդյունքներ և քննարկում
Նկար 1-ը ցույց է տալիս ձուլված 6063 ալյումինե համաձուլվածքի մետաղագրական միկրոկառուցվածքը հոմոգենացման մշակումից առաջ և հետո: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1ա-ում, ձուլված միկրոկառուցվածքում α-Al հատիկները տարբերվում են չափսերով, հատիկների սահմաններում կուտակվում են մեծ թվով ցանցավոր β-Al9Fe2Si2 փուլեր, և հատիկների ներսում գոյություն ունեն մեծ թվով հատիկավոր Mg2Si փուլեր: Ձուլակտորը 560 ℃ ջերմաստիճանում 6 ժամ հոմոգենացնելուց հետո, համաձուլվածքի դենդրիտների միջև ոչ հավասարակշռված էվտեկտիկ փուլը աստիճանաբար լուծվեց, համաձուլվածքի տարրերը լուծվեցին մատրիցի մեջ, միկրոկառուցվածքը միատարր դարձավ, և հատիկի միջին չափը կազմեց մոտ 125 մկմ (Նկար 1բ):
Մինչև հոմոգենացումը
6 ժամ 600°C ջերմաստիճանում միատարր մշակումից հետո
Նկ. 1. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի մետաղագրական կառուցվածքը հոմոգենացման մշակումից առաջ և հետո
Նկար 2-ը ցույց է տալիս 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի տեսքը՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում, տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով էքստրուզիայի ենթարկված 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի մակերեսի որակը լավն է, հատկապես, երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը մեծանում է մինչև 156 (համապատասխանում է ձողի էքստրուզիայի ելքի 48 մ/րոպե արագությանը), ձողի մակերեսին դեռևս չկան էքստրուզիայի թերություններ, ինչպիսիք են ճաքերը և թեփոտումը, ինչը ցույց է տալիս, որ 6063 ալյումինե համաձուլվածքը նաև լավ տաք էքստրուզիայի ձևավորման կատարողական ունի բարձր արագության և մեծ էքստրուզիայի հարաբերակցության դեպքում:
Նկ. 2. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի տեսքը՝ տարբեր արտամղման հարաբերակցություններով
Նկար 3-ը ցույց է տալիս 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողի երկայնական հատվածքի մետաղագրական միկրոկառուցվածքը՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցությամբ: Ձողի հատիկային կառուցվածքը՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցությամբ, ցույց է տալիս երկարացման կամ մաքրման տարբեր աստիճաններ: Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 17 է, սկզբնական հատիկները երկարում են էքստրուզիայի ուղղությամբ, ինչին ուղեկցում է վերաբյուրեղացված հատիկների փոքր քանակի առաջացումը, սակայն հատիկները դեռևս համեմատաբար կոպիտ են՝ մոտ 85 մկմ միջին հատիկի չափսով (Նկար 3ա). երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 25 է, հատիկները ավելի բարակ են դառնում, վերաբյուրեղացված հատիկների քանակը մեծանում է, և հատիկների միջին չափը նվազում է մինչև մոտ 71 մկմ (Նկար 3բ). երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 39 է, բացառությամբ դեֆորմացված հատիկների փոքր քանակի, միկրոկառուցվածքը հիմնականում կազմված է անհավասար չափի հավասար առանցքավորված վերաբյուրեղացված հատիկներից՝ մոտ 60 մկմ միջին հատիկի չափսով (Նկար 3գ): Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 69 է, դինամիկ վերաբյուրեղացման գործընթացը գործնականում ավարտված է, կոպիտ սկզբնական հատիկները ամբողջությամբ վերածվում են միատարր կառուցվածքով վերաբյուրեղացված հատիկների, և հատիկի միջին չափը զտվում է մինչև մոտ 41 մկմ (Նկար 3դ): Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 156 է, դինամիկ վերաբյուրեղացման գործընթացի լիարժեք առաջընթացի հետ մեկտեղ, միկրոկառուցվածքն ավելի միատարր է, և հատիկի չափը զգալիորեն զտվում է մինչև մոտ 32 մկմ (Նկար 3ե): Էքստրուզիայի հարաբերակցության աճի հետ մեկտեղ, դինամիկ վերաբյուրեղացման գործընթացն ավելի լիարժեք է ընթանում, համաձուլվածքի միկրոկառուցվածքը դառնում է ավելի միատարր, և հատիկի չափը զգալիորեն զտվում է (Նկար 3զ):
Նկ. 3. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի երկայնական հատույթի մետաղագրական կառուցվածքը և հատիկի չափը՝ տարբեր արտամղման հարաբերակցություններով
Նկար 4-ը ցույց է տալիս 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի հակադարձ բևեռային պատկերները՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով էքստրուզիայի ուղղությամբ: Կարելի է տեսնել, որ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով համաձուլվածքի ձողերի միկրոկառուցվածքները բոլորը ապահովում են ակնհայտ նախընտրելի կողմնորոշում: Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 17 է, ձևավորվում է ավելի թույլ <115>+<100> հյուսվածք (Նկար 4ա). երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 39 է, հյուսվածքի բաղադրիչները հիմնականում ավելի ուժեղ <100> հյուսվածքն են և թույլ <115> հյուսվածքի փոքր քանակություն (Նկար 4բ). երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 156 է, հյուսվածքի բաղադրիչները <100> հյուսվածքն են՝ զգալիորեն բարձրացված ամրությամբ, մինչդեռ <115> հյուսվածքը անհետանում է (Նկար 4գ): Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ մակերեսային կենտրոնացված խորանարդ մետաղները հիմնականում ձևավորում են <111> և <100> մետաղալարային հյուսվածքներ էքստրուզիայի և ձգման ընթացքում: Հյուսվածքի ձևավորումից հետո համաձուլվածքի սենյակային ջերմաստիճանի մեխանիկական հատկությունները ցույց են տալիս ակնհայտ անիզոտրոպիա: Տեքստուրայի ամրությունը մեծանում է էքստրուզիայի հարաբերակցության աճին զուգընթաց, ինչը ցույց է տալիս, որ համաձուլվածքում էքստրուզիայի ուղղությանը զուգահեռ որոշակի բյուրեղային ուղղությամբ հատիկների քանակը աստիճանաբար մեծանում է, և համաձուլվածքի երկայնական ձգման ամրությունը մեծանում է: 6063 ալյումինե համաձուլվածքի տաք էքստրուզիայի նյութերի ամրացման մեխանիզմները ներառում են մանրահատիկների ամրացում, տեղաշարժերի ամրացում, հյուսվածքի ամրացում և այլն: Այս փորձարարական ուսումնասիրության մեջ օգտագործված գործընթացային պարամետրերի շրջանակներում էքստրուզիայի հարաբերակցության ավելացումը խթանող ազդեցություն ունի վերը նշված ամրացման մեխանիզմների վրա:
Նկ. 4. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձողերի հակադարձ բևեռային դիագրամ՝ տարբեր արտամղման հարաբերակցություններով արտամղման ուղղությամբ:
Նկար 5-ը 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձգման հատկությունների հիստոգրամ է դեֆորմացիայից հետո՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով: Ձուլված համաձուլվածքի ձգման ամրությունը 170 ՄՊա է, իսկ երկարացումը՝ 10.4%: Համաձուլվածքի ձգման ամրությունը և երկարացումը էքստրուզիայից հետո զգալիորեն բարելավվում են, իսկ ձգման ամրությունն ու երկարացումը աստիճանաբար աճում են էքստրուզիայի հարաբերակցության աճի հետ մեկտեղ: Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը 156 է, համաձուլվածքի ձգման ամրությունը և երկարացումը հասնում են առավելագույն արժեքի, որոնք համապատասխանաբար կազմում են 228 ՄՊա և 26.9%, ինչը մոտ 34%-ով ավելի է, քան ձուլված համաձուլվածքի ձգման ամրությունը և մոտ 158%-ով ավելի, քան երկարացումը: Մեծ էքստրուզիայի հարաբերակցությամբ ստացված 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձգման ամրությունը մոտ է 4-անցումային հավասար անկյունային էքստրուզիայի (ECAP) միջոցով ստացված ձգման ամրության արժեքին (240 ՄՊա), որը շատ ավելի բարձր է, քան 6063 ալյումինե համաձուլվածքի 1-անցումային ECAP էքստրուզիայի միջոցով ստացված ձգման ամրության արժեքը (171.1 ՄՊա): Կարելի է տեսնել, որ մեծ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը կարող է որոշակիորեն բարելավել համաձուլվածքի մեխանիկական հատկությունները:
Համաձուլվածքի մեխանիկական հատկությունների բարելավումը էքստրուզիայի հարաբերակցությամբ հիմնականում պայմանավորված է հատիկների մաքրման և ամրացման գործընթացով։ Էքստրուզիայի հարաբերակցության աճին զուգընթաց հատիկները մաքրվում են, և դիսլոկացիաների խտությունը մեծանում է։ Միավոր մակերեսի վրա հատիկների սահմանների մեծացումը կարող է արդյունավետորեն խոչընդոտել դիսլոկացիաների շարժը՝ զուգորդված դիսլոկացիաների փոխադարձ շարժման և խճճվածքի հետ, դրանով իսկ բարելավելով համաձուլվածքի ամրությունը։ Որքան մանր են հատիկները, այնքան ավելի ոլորապտույտ են հատիկների սահմանները, և պլաստիկ դեֆորմացիան կարող է ցրվել ավելի շատ հատիկներով, ինչը չի նպաստում ճաքերի առաջացմանը, և առավել ևս՝ ճաքերի տարածմանը։ Կոտրման ընթացքում կարող է կլանվել ավելի շատ էներգիա, դրանով իսկ բարելավելով համաձուլվածքի պլաստիկությունը։
Նկ. 5. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձգման հատկությունները ձուլումից և արտամղումից հետո
Նկար 6-ում ներկայացված է համաձուլվածքի ձգման կոտրման ձևաբանությունը դեֆորմացիայից հետո՝ տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցություններով: Ձուլված նմուշի կոտրման ձևաբանությունում փոսիկներ չեն հայտնաբերվել (Նկար 6ա), և կոտրվածքը հիմնականում կազմված էր հարթ մակերեսներից և պատռվող եզրերից, ինչը ցույց է տալիս, որ ձուլված համաձուլվածքի ձգման կոտրման մեխանիզմը հիմնականում փխրուն կոտրվածք էր: Էքստրուզիայից հետո համաձուլվածքի կոտրման ձևաբանությունը զգալիորեն փոխվել է, և կոտրվածքը կազմված է մեծ թվով հավասար առանցք ունեցող փոսիկներից, ինչը ցույց է տալիս, որ էքստրուզիայից հետո համաձուլվածքի կոտրման մեխանիզմը փոխվել է փխրուն կոտրվածքից դեպի ճկուն կոտրվածք: Երբ էքստրուզիայի հարաբերակցությունը փոքր է, փոսիկները մակերեսային են, իսկ փոսիկի չափը՝ մեծ, և բաշխումը անհավասար է. էքստրուզիայի հարաբերակցության մեծացմանը զուգընթաց, փոսիկների քանակը մեծանում է, փոսիկի չափը՝ փոքր, և բաշխումը միատարր է (Նկար 6բ~զ), ինչը նշանակում է, որ համաձուլվածքն ունի ավելի լավ պլաստիկություն, ինչը համապատասխանում է վերը նշված մեխանիկական հատկությունների փորձարկման արդյունքներին:
3 Եզրակացություն
Այս փորձի ընթացքում վերլուծվել է տարբեր էքստրուզիայի հարաբերակցությունների ազդեցությունը 6063 ալյումինե համաձուլվածքի միկրոկառուցվածքի և հատկությունների վրա՝ պայմանով, որ մոնտաժի չափը, ձուլակտորի տաքացման ջերմաստիճանը և էքստրուզիայի արագությունը մնան անփոփոխ։ Եզրակացությունները հետևյալն են՝
1) 6063 ալյումինե համաձուլվածքում տաք արտամղման ժամանակ տեղի է ունենում դինամիկ վերաբյուրեղացում։ Արտամղման հարաբերակցության աճին զուգընթաց հատիկները անընդհատ զտվում են, և արտամղման ուղղությամբ երկարացած հատիկները վերածվում են հավասար առանցքավորված վերաբյուրեղացված հատիկների, և <100> մետաղալարի հյուսվածքի ամրությունը անընդհատ աճում է։
2) Մանրահատիկի ամրացման ազդեցության շնորհիվ համաձուլվածքի մեխանիկական հատկությունները բարելավվում են արտամղման հարաբերակցության աճի հետ մեկտեղ: Փորձարկման պարամետրերի սահմաններում, երբ արտամղման հարաբերակցությունը 156 է, համաձուլվածքի ձգման ամրությունը և երկարացումը հասնում են համապատասխանաբար 228 ՄՊա և 26.9% առավելագույն արժեքների:
Նկ. 6. 6063 ալյումինե համաձուլվածքի ձգման կոտրվածքի ձևաբանությունները ձուլումից և արտամղումից հետո
3) Ձուլված նմուշի կոտրվածքի ձևաբանությունը կազմված է հարթ մակերեսներից և պատռվածքային եզրերից: Էքստրուզիայից հետո կոտրվածքը կազմված է մեծ թվով հավասար առանցք ունեցող փոսիկներից, և կոտրվածքի մեխանիզմը փխրուն կոտրվածքից վերածվում է ճկուն կոտրվածքի:
Հրապարակման ժամանակը. Նոյեմբերի 30-2024
