६०६३ ॲल्युमिनियम ॲलॉय बारच्या मायक्रोस्ट्रक्चर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर वेगवेगळ्या एक्सट्रूजन रेशोचा काय परिणाम होतो?

6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातु कमी-मिश्रित Al-Mg-Si मालिका हीट-ट्रीटेबल ॲल्युमिनियम मिश्र धातुशी संबंधित आहे. यात उत्कृष्ट एक्सट्रूजन मोल्डिंग कार्यप्रदर्शन, चांगली गंज प्रतिरोधक क्षमता आणि सर्वसमावेशक यांत्रिक गुणधर्म आहेत. सहज ऑक्सिडेशन कलरिंगमुळे ऑटोमोटिव्ह उद्योगातही याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. हलक्या वजनाच्या ऑटोमोबाईल्सच्या ट्रेंडच्या गतीने, ऑटोमोटिव्ह उद्योगात 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या एक्सट्रूजन सामग्रीचा वापर देखील वाढला आहे. 

एक्सट्रूड मटेरियलची मायक्रोस्ट्रक्चर आणि गुणधर्म एक्सट्रूझन स्पीड, एक्सट्रूजन तापमान आणि एक्सट्रूजन रेशो यांच्या एकत्रित परिणामांमुळे प्रभावित होतात. त्यापैकी, एक्सट्रूजन गुणोत्तर प्रामुख्याने एक्सट्रूजन दाब, उत्पादन कार्यक्षमता आणि उत्पादन उपकरणे द्वारे निर्धारित केले जाते. जेव्हा एक्सट्रूजन प्रमाण लहान असते, तेव्हा मिश्रधातूचे विकृतीकरण लहान असते आणि मायक्रोस्ट्रक्चर परिष्करण स्पष्ट नसते; एक्सट्रूजन रेशो वाढवल्याने धान्य लक्षणीयरीत्या परिष्कृत होऊ शकते, खडबडीत दुसरा टप्पा खंडित होऊ शकतो, एकसमान मायक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त होऊ शकतो आणि मिश्रधातूचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारू शकतात.

एक्सट्रूजन प्रक्रियेदरम्यान 6061 आणि 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुंचे डायनॅमिक रीक्रिस्टलायझेशन होते. जेव्हा एक्सट्रूजन तापमान स्थिर असते, एक्सट्रूजन गुणोत्तर जसजसे वाढते तसतसे धान्याचा आकार कमी होतो, मजबुतीचा टप्पा बारीक पसरतो आणि मिश्रधातूची तन्य शक्ती आणि वाढ त्यानुसार वाढते; तथापि, एक्सट्रूजन रेशो जसजसे वाढते तसतसे एक्सट्रूजन प्रक्रियेसाठी आवश्यक एक्सट्रूजन फोर्स देखील वाढते, ज्यामुळे जास्त थर्मल इफेक्ट होतो, ज्यामुळे मिश्रधातूचे अंतर्गत तापमान वाढते आणि उत्पादनाची कार्यक्षमता कमी होते. हा प्रयोग 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या मायक्रोस्ट्रक्चर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर एक्सट्रूजन रेशो, विशेषत: मोठ्या एक्सट्रूजन रेशोच्या प्रभावाचा अभ्यास करतो.

1 प्रायोगिक साहित्य आणि पद्धती

प्रायोगिक सामग्री 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातु आहे, आणि रासायनिक रचना तक्ता 1 मध्ये दर्शविली आहे. पिंडाचा मूळ आकार Φ55 मिमी × 165 मिमी आहे, आणि एकजिनीकरणानंतर Φ50 मिमी × 150 मिमी आकाराच्या एक्सट्रूजन बिलेटमध्ये प्रक्रिया केली जाते. 6 तासांसाठी 560 ℃ वर उपचार. बिलेट 470 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जाते आणि उबदार ठेवले जाते. एक्सट्रूजन बॅरलचे प्रीहीटिंग तापमान 420 ℃ आहे आणि साच्याचे प्रीहीटिंग तापमान 450 ℃ आहे. जेव्हा एक्सट्रूजन गती (एक्सट्रुजन रॉड हलवण्याची गती) V=5 मिमी/से अपरिवर्तित राहते, तेव्हा विविध एक्सट्रूजन गुणोत्तर चाचण्यांचे 5 गट केले जातात आणि एक्सट्रूजन गुणोत्तर R 17 (डाय होल व्यास D=12 मिमी) असते. 25 (डी = 10 मिमी), 39 (डी = 8 मिमी), 69 (डी = 6 मिमी), आणि 156 (डी = 4 मिमी).

तक्ता 1 6063 अल मिश्र धातुची रासायनिक रचना (wt/%)

सँडपेपर ग्राइंडिंग आणि मेकॅनिकल पॉलिशिंगनंतर, मेटॅलोग्राफिक नमुने एचएफ अभिकर्मकाने सुमारे 25 सेकंदांसाठी 40% च्या व्हॉल्यूम अंशासह कोरले गेले आणि नमुन्यांची मेटालोग्राफिक रचना LEICA-5000 ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपवर पाहिली गेली. एक्सट्रुडेड रॉडच्या रेखांशाच्या विभागाच्या मध्यभागी 10 मिमी × 10 मिमी आकाराचा टेक्सचर विश्लेषण नमुना कापला गेला आणि पृष्ठभागावरील ताण थर काढून टाकण्यासाठी यांत्रिक पीस आणि कोरीव काम केले गेले. PANalytical कंपनीच्या X′Pert Pro MRD एक्स-रे डिफ्रॅक्शन विश्लेषकाने नमुन्यातील तीन क्रिस्टल प्लेन {111}, {200} आणि {220} च्या अपूर्ण ध्रुव आकृत्या मोजल्या गेल्या आणि टेक्सचर डेटावर प्रक्रिया आणि विश्लेषण करण्यात आले. X′Pert डेटा व्ह्यू आणि X′Pert टेक्सचर सॉफ्टवेअरद्वारे.

कास्ट मिश्र धातुचा तन्य नमुना पिंडाच्या मध्यभागी घेण्यात आला होता आणि एक्सट्रूझन नंतर तन्य नमुना बाहेर काढण्याच्या दिशेने कापला गेला होता. गेज क्षेत्राचा आकार Φ4 मिमी × 28 मिमी होता. SANS CMT5105 युनिव्हर्सल मटेरियल टेस्टिंग मशीन वापरून 2 मिमी/मिनिटाच्या तन्य दराने तन्य चाचणी केली गेली. तीन मानक नमुन्यांचे सरासरी मूल्य यांत्रिक गुणधर्म डेटा म्हणून मोजले गेले. लो-मॅग्निफिकेशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (क्वांटा 2000, एफईआय, यूएसए) वापरून तन्य नमुन्यांचे फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजीचे निरीक्षण केले गेले.

2 परिणाम आणि चर्चा

आकृती 1 एकसमानीकरण उपचारापूर्वी आणि नंतर म्हणून-कास्ट 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुचे मेटॅलोग्राफिक मायक्रोस्ट्रक्चर दर्शविते. आकृती 1a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, कास्ट मायक्रोस्ट्रक्चरमधील α-Al धान्य आकारात भिन्न असतात, मोठ्या संख्येने जाळीदार β-Al9Fe2Si2 टप्पे धान्याच्या सीमेवर एकत्रित होतात आणि धान्यांच्या आत मोठ्या प्रमाणात दाणेदार Mg2Si चरणे अस्तित्वात असतात. पिंडाचे 6 तासांसाठी 560 ℃ वर एकरूप झाल्यानंतर, मिश्रधातूच्या डेंड्राइट्समधील नॉन-समतोल युटेक्टिक टप्पा हळूहळू विरघळला, मिश्रधातूचे घटक मॅट्रिक्समध्ये विरघळले, मायक्रोस्ट्रक्चर एकसमान होते आणि सरासरी धान्य आकार सुमारे 125 μm (आकृती 1b) होता. ).

एकजिनसीपणापूर्वी

6 तासांसाठी 600 डिग्री सेल्सिअस वर एकसमान उपचार केल्यानंतर

अंजीर. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुची मेटॅलोग्राफिक रचना एकजिनीकरण उपचारापूर्वी आणि नंतर

आकृती 2 भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातु बारचे स्वरूप दर्शविते. आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, वेगवेगळ्या एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह एक्सट्रूड केलेल्या 6063 ॲल्युमिनियम ॲलॉय बारची पृष्ठभागाची गुणवत्ता चांगली आहे, विशेषत: जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 156 पर्यंत वाढवले ​​जाते (बार एक्सट्रूजन आउटलेट स्पीड 48 मीटर/मिनिटाशी संबंधित), तरीही तेथे कोणतेही परिणाम नाहीत. बारच्या पृष्ठभागावर क्रॅक आणि सोलणे यासारखे एक्सट्रूजन दोष, जे 6063 ॲल्युमिनियम दर्शवतात मिश्रधातूमध्ये हाय स्पीड आणि मोठ्या एक्सट्रूजन रेशो अंतर्गत चांगली हॉट एक्सट्रूझन फॉर्मिंग कार्यक्षमता आहे.

अंजीर. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या रॉडचे स्वरूप भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह

आकृती 3 भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातु बारच्या अनुदैर्ध्य विभागाचे मेटॅलोग्राफिक मायक्रोस्ट्रक्चर दर्शविते. वेगवेगळ्या एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह बारची धान्य रचना वाढवण्याची किंवा परिष्करणाची भिन्न डिग्री दर्शवते. जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 17 असते, तेव्हा मूळ दाणे एक्सट्रूझन दिशेच्या बाजूने वाढवले ​​जातात, त्यासोबत थोड्या संख्येने पुनर्रचना केलेले धान्य तयार होते, परंतु धान्य अजूनही तुलनेने खडबडीत असतात, सरासरी धान्य आकार सुमारे 85 μm (आकृती 3a) ; जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 25 असते, तेव्हा धान्य अधिक बारीक खेचले जाते, पुनर्क्रियित धान्यांची संख्या वाढते आणि सरासरी धान्य आकार सुमारे 71 μm (आकृती 3b) पर्यंत कमी होतो; जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 39 असते, थोड्या प्रमाणात विकृत धान्य वगळता, मायक्रोस्ट्रक्चर मूलत: असमान आकाराच्या इक्वेक्स्ड रिक्रिस्टलीकृत धान्यांनी बनलेले असते, ज्याचा सरासरी धान्य आकार सुमारे 60 μm असतो (आकृती 3c); जेव्हा एक्सट्रूजन रेशो 69 असतो, तेव्हा डायनॅमिक रिक्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया मुळात पूर्ण होते, खरखरीत मूळ धान्य पूर्णपणे एकसमान संरचित रिक्रिस्टलाइज्ड धान्यांमध्ये बदलले जाते आणि सरासरी धान्य आकार सुमारे 41 μm (आकृती 3d) पर्यंत शुद्ध केला जातो; डायनॅमिक रीक्रिस्टलायझेशन प्रक्रियेच्या पूर्ण प्रगतीसह जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 156 असते, तेव्हा मायक्रोस्ट्रक्चर अधिक एकसमान असते आणि धान्याचा आकार सुमारे 32 μm (आकृती 3e) पर्यंत मोठ्या प्रमाणात परिष्कृत होतो. एक्सट्रूजन रेशोच्या वाढीसह, डायनॅमिक रिक्रिस्टलायझेशन प्रक्रिया अधिक पूर्णपणे पुढे जाते, मिश्रधातूची सूक्ष्म रचना अधिक एकसमान बनते आणि धान्याचा आकार लक्षणीयरीत्या परिष्कृत होतो (आकृती 3f).

Fig.3 भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या रॉड्सच्या अनुदैर्ध्य विभागाची मेटॅलोग्राफिक रचना आणि धान्य आकार

आकृती 4 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या पट्ट्यांचे उलटे ध्रुव आकृत्या दर्शविते ज्यामध्ये एक्सट्रूजन दिशेसह भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तर आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की विविध एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह मिश्र धातुच्या पट्ट्यांचे मायक्रोस्ट्रक्चर सर्व स्पष्ट प्राधान्य अभिमुखता निर्माण करतात. जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 17 असते, तेव्हा एक कमकुवत <115>+<100> पोत तयार होते (आकृती 4a); जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 39 असते, तेव्हा पोत घटक प्रामुख्याने मजबूत <100> पोत आणि थोड्या प्रमाणात कमकुवत <115> पोत (आकृती 4b); जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 156 असते, तेव्हा टेक्सचर घटक लक्षणीय वाढलेल्या ताकदीसह <100> पोत असतात, तर <115> पोत अदृश्य होते (आकृती 4c). अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की मुख-केंद्रित घन धातू मुख्यतः एक्सट्रूजन आणि ड्रॉइंग दरम्यान <111> आणि <100> वायर पोत तयार करतात. एकदा पोत तयार झाल्यानंतर, मिश्रधातूचे खोली तापमान यांत्रिक गुणधर्म स्पष्ट ॲनिसोट्रॉपी दर्शवतात. एक्सट्रूजन रेशोच्या वाढीसह टेक्सचरची ताकद वाढते, हे दर्शविते की मिश्रधातूमधील एक्सट्रूजन दिशेच्या समांतर एका विशिष्ट क्रिस्टल दिशेतील धान्यांची संख्या हळूहळू वाढते आणि मिश्रधातूची अनुदैर्ध्य तन्य शक्ती वाढते. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या गरम एक्सट्रूजन सामग्रीच्या बळकटीकरण यंत्रणेमध्ये सूक्ष्म धान्य मजबूत करणे, विस्थापन मजबूत करणे, पोत मजबूत करणे इ. या प्रायोगिक अभ्यासामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या प्रक्रिया पॅरामीटर्सच्या मर्यादेत, एक्सट्रूझन गुणोत्तर वाढवणे वरील बळकटीकरण यंत्रणेवर प्रोत्साहन देणारे प्रभाव पाडते.

अंजीर. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या रॉड्सचा उलटा ध्रुव आकृती ज्यामध्ये एक्सट्रूझन दिशेसह भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तर आहेत

आकृती 5 हे 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या तन्य गुणधर्मांचे हिस्टोग्राम आहे जे वेगवेगळ्या एक्सट्रूजन गुणोत्तरांवर विकृत झाल्यानंतर. कास्ट मिश्रधातूची तन्य शक्ती 170 MPa आहे आणि विस्तार 10.4% आहे. एक्सट्रूझन नंतर मिश्रधातूची तन्य शक्ती आणि वाढ लक्षणीयरीत्या सुधारली जाते आणि एक्सट्रूजन गुणोत्तर वाढल्याने तन्य शक्ती आणि वाढ हळूहळू वाढते. जेव्हा एक्सट्रूजन रेशो 156 असतो, तेव्हा मिश्रधातूची तन्य शक्ती आणि विस्तार कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते, जे अनुक्रमे 228 MPa आणि 26.9% असते, जे कास्ट मिश्रधातूच्या तन्य शक्तीपेक्षा सुमारे 34% जास्त असते आणि पेक्षा सुमारे 158% जास्त असते. वाढवणे. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुची तन्य शक्ती मोठ्या एक्सट्रूजन गुणोत्तराने मिळवलेली तन्य शक्ती मूल्य (240 MPa) 4-पास समान चॅनेल अँगुलर एक्सट्रूजन (ECAP) द्वारे प्राप्त होते, जी तन्य शक्ती मूल्य (171.1 MPa) पेक्षा खूप जास्त आहे. 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या 1-पास ECAP एक्सट्रूझनद्वारे प्राप्त. हे पाहिले जाऊ शकते की मोठ्या प्रमाणात एक्सट्रूजन गुणोत्तर मिश्र धातुच्या यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये काही प्रमाणात सुधारणा करू शकते.

एक्सट्रूझन रेशोद्वारे मिश्रधातूच्या यांत्रिक गुणधर्मांची वाढ मुख्यत्वे ग्रेन रिफाइनमेंट बळकटीकरणातून होते. एक्सट्रूजन रेशो जसजसे वाढते तसतसे धान्य परिष्कृत होते आणि विस्थापन घनता वाढते. प्रति युनिट क्षेत्रफळ अधिक धान्य सीमा प्रभावीपणे dislocations हालचाली अडथळा आणू शकतात, परस्पर हालचाली आणि dislocations च्या अडकणे सह एकत्रितपणे, ज्यामुळे मिश्रधातूची ताकद सुधारते. दाणे जितके बारीक असतील तितक्या दाण्यांच्या सीमा अधिक कठोर असतील आणि प्लॅस्टिकचे विकृतीकरण अधिक धान्यांमध्ये विखुरले जाऊ शकते, जे क्रॅक तयार करण्यास अनुकूल नाही, क्रॅकचा प्रसार सोडू द्या. फ्रॅक्चर प्रक्रियेदरम्यान अधिक ऊर्जा शोषली जाऊ शकते, ज्यामुळे मिश्रधातूची प्लॅस्टिकिटी सुधारते.

Fig.5 कास्टिंग आणि एक्सट्रूजन नंतर 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुचे तन्य गुणधर्म

भिन्न एक्सट्रूजन गुणोत्तरांसह विकृतीनंतर मिश्रधातूचे तन्य फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजी आकृती 6 मध्ये दर्शविले आहे. कास्ट नमुना (आकृती 6a) च्या फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजीमध्ये कोणतेही डिंपल आढळले नाहीत आणि फ्रॅक्चर प्रामुख्याने सपाट भाग आणि फाटलेल्या कडांनी बनलेले होते. कास्ट मिश्रधातूची तन्य फ्रॅक्चर यंत्रणा प्रामुख्याने ठिसूळ असल्याचे दर्शवते फ्रॅक्चर एक्सट्रूझन नंतर मिश्रधातूचे फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजी लक्षणीयरीत्या बदलले आहे, आणि फ्रॅक्चर मोठ्या संख्येने इक्वेक्स्ड डिंपल्सने बनलेला आहे, हे दर्शविते की एक्सट्रूझननंतर मिश्रधातूची फ्रॅक्चर यंत्रणा ठिसूळ फ्रॅक्चरपासून डक्टाइल फ्रॅक्चरमध्ये बदलली आहे. जेव्हा एक्सट्रूजन प्रमाण लहान असते, तेव्हा डिंपल उथळ असतात आणि डिंपलचा आकार मोठा असतो आणि वितरण असमान असते; एक्सट्रुजन रेशो जसजसे वाढते तसतसे डिंपलची संख्या वाढते, डिंपलचा आकार लहान होतो आणि वितरण एकसमान असते (आकृती 6b~f), याचा अर्थ मिश्रधातूमध्ये उत्तम प्लास्टिसिटी असते, जी वरील यांत्रिक गुणधर्म चाचणी परिणामांशी सुसंगत असते.

3 निष्कर्ष

या प्रयोगात, 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुच्या मायक्रोस्ट्रक्चर आणि गुणधर्मांवर विविध एक्सट्रूजन गुणोत्तरांचे परिणाम विश्लेषित केले गेले की बिलेटचा आकार, इनगॉट हीटिंग तापमान आणि एक्सट्रूजन गती अपरिवर्तित राहिली. निष्कर्ष खालीलप्रमाणे आहेत.

1) डायनॅमिक रीक्रिस्टलायझेशन 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुमध्ये गरम एक्सट्रूझन दरम्यान होते. एक्सट्रूजन रेशोच्या वाढीसह, दाणे सतत परिष्कृत केले जातात, आणि एक्सट्रूझन दिशेने लांबलचक धान्यांचे रूपांतर इक्वेक्स्ड रिक्रिस्टलाइज्ड धान्यांमध्ये होते आणि <100> वायर टेक्सचरची ताकद सतत वाढत जाते.

2) सूक्ष्म धान्य मजबूत होण्याच्या परिणामामुळे, एक्सट्रूजन रेशोच्या वाढीसह मिश्रधातूचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारले जातात. चाचणी पॅरामीटर्सच्या मर्यादेत, जेव्हा एक्सट्रूजन गुणोत्तर 156 असते, तेव्हा मिश्रधातूची तन्य शक्ती आणि वाढ अनुक्रमे 228 MPa आणि 26.9% च्या कमाल मूल्यांपर्यंत पोहोचते.

Fig.6 कास्टिंग आणि एक्सट्रूझन नंतर 6063 ॲल्युमिनियम मिश्र धातुचे टेन्साइल फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजीज

3) कास्ट नमुन्याचे फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजी सपाट भाग आणि अश्रूंच्या कडांनी बनलेले आहे. एक्सट्रूझननंतर, फ्रॅक्चर मोठ्या संख्येने इक्वेक्स्ड डिंपल्सने बनलेले असते आणि फ्रॅक्चर यंत्रणा ठिसूळ फ्रॅक्चरपासून डक्टाइल फ्रॅक्चरमध्ये बदलते.