Aluminium mixtum 6063 ad seriem Al-Mg-Si leviter mixtam, quae calore tractari potest, pertinet. Excellentem extrusionis formae facultatem, bonam corrosionis resistentiam, et proprietates mechanicas amplas habet. Late etiam in industria autocinetica adhibetur propter facilem colorationem oxidationis. Cum acceleratione trendi autocinetorum levium, usus materiarum extrusionis aluminii 6063 in industria autocinetica etiam magis auctus est.
Microstructura et proprietates materiarum extrusarum afficiuntur effectibus coniunctis celeritatis extrusionis, temperaturae extrusionis et rationis extrusionis. Inter haec, ratio extrusionis praecipue determinatur a pressione extrusionis, efficacia productionis et apparatu productionis. Cum ratio extrusionis parva est, deformatio mixturae parva est et refinatio microstructurae non est manifesta; aucta ratione extrusionis grana insigniter refinare, phasim secundam crassam frangere, microstructuram uniformem obtinere, et proprietates mechanicas mixturae emendare potest.
Aluminii mixturae 6061 et 6063 recrystallizationem dynamicam subeunt per processum extrusionis. Cum temperatura extrusionis constans est, cum proportio extrusionis crescit, magnitudo granorum decrescit, phasis roborationis subtiliter dispergitur, et vis tensilis et elongatio mixturae proinde augentur; tamen, cum proportio extrusionis crescit, vis extrusionis necessaria ad processum extrusionis etiam augetur, effectum thermalem maiorem efficiens, temperaturam internam mixturae augere et efficaciam producti decrescere faciens. Hoc experimentum effectum rationis extrusionis, praesertim rationis extrusionis magnae, in microstructuram et proprietates mechanicas mixturae aluminii 6063 investigat.
1 Materiae et methodi experimentales
Materia experimentalis est mixtura aluminii 6063, cuius compositio chemica in Tabula 1 ostenditur. Magnitudo originalis massae metallicae est Φ55 mm × 165 mm, et in massam extrusam magnitudinis Φ50 mm × 150 mm transformatur post curationem homogeneizationis ad 560 ℃ per 6 horas. Massa ad 470 ℃ calefacta et calida servatur. Temperatura praecalefactionis dolii extrusionis est 420 ℃, et temperatura praecalefactionis formae est 450 ℃. Cum celeritas extrusionis (celeritas motus virgae extrusionis) V = 5 mm/s immutata manet, quinque greges probationum diversarum rationum extrusionis peraguntur, et rationes extrusionis R sunt 17 (correspondentes diametro foraminis formae D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm), et 156 (D = 4 mm).
Tabula 1 Compositiones chemicae mixturae Al 6063 (pondus/%)
Post trituram chartae abrasivae et polituram mechanicam, exempla metallographica reagente HF cum fractione voluminis 40% per circiter 25 secunda corrosa sunt, et structura metallographica exemplorum in microscopio optico LEICA-5000 observata est. Exemplum ad texturam analysandam, magnitudine 10 mm × 10 mm, e centro sectionis longitudinalis virgae extrusae excisum est, et tritura et corrosio mechanica peractae sunt ad stratum tensionis superficialis removendum. Figurae polares incompletae trium planorum crystallinorum {111}, {200}, et {220} exempli, instrumento diffractionis radiorum X X′Pert Pro MRD societatis PANalytical mensuratae sunt, et data texturae per programmata X′Pert Data View et X′Pert Texture processa et analysata sunt.
Exemplar tensionis ex mixtura fusa e centro massae sumptum est, et exemplar tensionis post extrusionem secundum directionem extrusionis sectum est. Area mensurae magnitudinis erat Φ4 mm × 28 mm. Examen tensionis peractum est machina universali SANS CMT5105 ad materias probandas, cum celeritate tensionis 2 mm/min. Valor medius trium exemplarium normalium ut data proprietatum mechanicarum calculatus est. Morphologia fracturae exemplarium tensionis observata est microscopio electronico scandenti parvae magnificationis (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Resultata et disputatio
Figura 1 microstructuram metallographicam mixturae aluminii 6063 fusae ante et post curationem homogeneizationis ostendit. Ut in Figura 1a demonstratur, grana α-Al in microstructura fusa magnitudine variant, magna copia phasium reticularium β-Al9Fe2Si2 ad limites granorum congregatur, et magna copia phasium granularum Mg2Si intra grana exstat. Postquam massa ad 560℃ per 6 horas homogeneizata est, phasis eutectica non aequilibrii inter dendritas mixturae gradatim dissoluta est, elementa mixturae in matricem dissoluta sunt, microstructura uniformis erat, et magnitudo granorum media circiter 125 μm erat (Figura 1b).
Ante homogenizationem
Post curationem uniformitatis ad 600°C per sex horas
Fig. 1 Structura metallographica mixturae aluminii 6063 ante et post tractationem homogeneizationis.
Figura II speciem vectium aluminii 6063 cum rationibus extrusionis diversis ostendit. Ut in Figura II demonstratur, qualitas superficiei vectium aluminii 6063, quae cum rationibus extrusionis diversis extruduntur, bona est, praesertim cum ratio extrusionis ad 156 augetur (quod celeritati exitus extrusionis vectis 48 m/min respondet), adhuc nulla vitia extrusionis, ut fissurae et desquamationes, in superficie vectis apparent, quod indicat aluminii 6063 etiam bonam efficaciam formationis extrusionis calidae sub celeritate alta et ratione extrusionis magna habere.
Fig. 2 Aspectus virgarum ex mixtura aluminii 6063 cum diversis rationibus extrusionis
Figura 3 microstructuram metallographicam sectionis longitudinalis vectis ex mixtura aluminii 6063 cum diversis rationibus extrusionis ostendit. Structura granorum vectis cum diversis rationibus extrusionis diversos gradus elongationis vel refinationis ostendit. Cum proportio extrusionis 17 est, grana originalia secundum directionem extrusionis elongantur, cum formatione parvi numeri granorum recrystallorum, sed grana adhuc relative crassa sunt, cum magnitudine granorum media circiter 85 μm (Figura 3a); cum proportio extrusionis 25 est, grana graciliora trahuntur, numerus granorum recrystallorum augetur, et magnitudo granorum media ad circiter 71 μm decrescit (Figura 3b); cum proportio extrusionis 39 est, excepto parvo numero granorum deformatorum, microstructura fundamentaliter ex granis recrystallis aequaxis magnitudinis inaequalis constat, cum magnitudine granorum media circiter 60 μm (Figura 3c); Cum proportio extrusionis 69 est, processus recrystallizationis dynamicae fere completus est, grana crassa originalia in grana recrystallizata uniformiter structurata plene transformata sunt, et magnitudo granorum media ad circiter 41 μm refinatur (Figura 3d); cum proportio extrusionis 156 est, pleno progressu processus recrystallizationis dynamicae, microstructura magis uniformis est, et magnitudo granorum ad circiter 32 μm magnopere refinatur (Figura 3e). Cum incremento proportionis extrusionis, processus recrystallizationis dynamicae plenius procedit, microstructura mixturae magis uniformis fit, et magnitudo granorum significanter refinatur (Figura 3f).
Fig. 3 Structura metallographica et magnitudo granorum sectionis longitudinalis virgarum ex mixtura aluminii 6063 cum diversis rationibus extrusionis.
Figura 4 ostendit figuras polos inversos vectium aluminii 6063 cum diversis rationibus extrusionis secundum directionem extrusionis. Videtur microstructuras vectium cum diversis rationibus extrusionis omnes orientationem praeferentialem manifestam producere. Cum proportio extrusionis 17 est, textura <115> + <100> debilior formatur (Figura 4a); cum proportio extrusionis 39 est, componentes texturae sunt praecipue textura <100> fortior et parva quantitas texturae <115> debilioris (Figura 4b); cum proportio extrusionis 156 est, componentes texturae sunt textura <100> cum robore significanter aucto, dum textura <115> evanescit (Figura 4c). Studia demonstraverunt metalla cubica in faciebus centratis praecipue texturas filorum <111> et <100> formare per extrusionem et tractionem. Postquam textura formata est, proprietates mechanicae mixturae temperaturae cubialis anisotropiam manifestam ostendunt. Robur texturae augetur cum incremento rationis extrusionis, quod indicat numerum granorum in certa directione crystallina parallela directioni extrusionis in mixtura gradatim crescere, et robur longitudinale tensile mixturae augeri. Mechanismi roborationis materiarum extrusionis calidae mixturae aluminii 6063 includunt roborationem granorum subtilium, roborationem dislocationum, roborationem texturae, et cetera. Intra seriem parametrorum processus in hoc studio experimentali adhibitorum, augmentum rationis extrusionis effectum promovens in mechanismos roborationis supra dictos habet.
Fig. 4 Diagramma poli inversi virgarum ex mixtura aluminii 6063 cum diversis rationibus extrusionis secundum directionem extrusionis.
Figura V histogramma proprietatum tensilium mixturae aluminii 6063 post deformationem sub diversis rationibus extrusionis ostendit. Robur tensile mixturae fusae est 170 MPa et elongatio est 10.4%. Robur tensile et elongatio mixturae post extrusionem significanter augentur, et robur tensile et elongatio gradatim augentur cum incremento rationis extrusionis. Cum ratio extrusionis est 156, robur tensile et elongatio mixturae valorem maximum attingunt, qui sunt 228 MPa et 26.9% respective, quod est circiter 34% maius quam robur tensile mixturae fusae et circiter 158% maius quam elongatio. Robur tensile mixturae aluminii 6063 per magnam rationem extrusionis obtentum prope est valori robur tensile (240 MPa) obtento per extrusionem angularem canalium aequalium 4-passuum (ECAP), qui multo maius est quam valor robur tensile (171.1 MPa) obtento per extrusionem ECAP 1-passuum mixturae aluminii 6063. Parere potest magnam rationem extrusionis proprietates mechanicas mixturae quodammodo emendare posse.
Augmentatio proprietatum mechanicarum mixturae per rationem extrusionis praecipue ex roboratione refinationis granorum oritur. Crescente ratione extrusionis, grana refinuntur et densitas dislocationum augetur. Plures limites granorum per unitatem areae motum dislocationum efficaciter impedire possunt, una cum motu mutuo et implicatione dislocationum, ita robur mixturae augens. Quo subtiliora grana, eo tortuosiores limites granorum, et deformatio plastica in pluribus granis dispergi potest, quod non conducit formationi fissurarum, nedum propagationi fissurarum. Plus energiae absorberi potest in processu fracturae, ita plasticitatem mixturae augens.
Fig. 5 Proprietates tensiles mixturae aluminii 6063 post fusionem et extrusionem
Morphologia fracturae tensile mixturae post deformationem cum diversis rationibus extrusionis in Figura 6 ostenditur. Nullae foveolae in morphologia fracturae exempli fusi (Figura 6a) inventae sunt, et fractura plerumque ex areis planis et marginibus scissis constabat, quod indicat mechanismum fracturae tensile mixturae fusae plerumque fracturam fragilem fuisse. Morphologia fracturae mixturae post extrusionem significanter mutata est, et fractura ex magno numero foveolarum aequaxialium constat, quod indicat mechanismum fracturae mixturae post extrusionem a fractura fragili ad fracturam ductilem mutatum esse. Cum ratio extrusionis parva est, foveolae superficiales sunt et magnitudo foveolarum magna est, et distributio inaequalis est; cum ratio extrusionis crescit, numerus foveolarum crescit, magnitudo foveolarum minor est et distributio uniformis est (Figura 6b~f), quod significat mixturam meliorem plasticitatem habere, quod cum resultatibus probationum proprietatum mechanicarum supra congruit.
3 Conclusio
In hoc experimento, effectus variarum rationum extrusionis in microstructuram et proprietates mixturae aluminii 6063 analysati sunt sub condicione ut magnitudo massae ligneae, temperatura calefactionis massae ligneae et celeritas extrusionis immutatae manerent. Conclusiones sunt hae:
1) Recrystallizatio dynamica in mixtura aluminii 6063 fit durante extrusione calida. Cum augetur proportio extrusionis, grana continuo refinuntur, et grana secundum directionem extrusionis elongata in grana recrystallizata aequaxia transformantur, et robur texturae fili <100> continuo augetur.
2) Ob effectum roborationis granorum subtilium, proprietates mechanicae mixturae metallorum cum incremento rationis extrusionis augentur. Intra ambitum parametrorum probationis, cum ratio extrusionis 156 est, vis tensilis et elongatio mixturae valores maximos 228 MPa et 26.9% respective attingunt.
Fig. 6. Formae fracturae tensiles mixturae aluminii 6063 post fusionem et extrusionem.
3) Morphologia fracturae speciminis fusi ex areis planis et marginibus scissuris constat. Post extrusionem, fractura ex magno numero foveolarum aequaxium constat, et mechanismus fracturae a fractura fragili ad fracturam ductilem transformatur.
Tempus publicationis: XXX Novembris MMXXIV
