6063 알루미늄 합금은 저합금 Al-Mg-Si 시리즈 열처리 알루미늄 합금에 속합니다. 우수한 압출 성형 성능, 우수한 내식성 및 포괄적인 기계적 특성을 갖추고 있습니다. 또한 산화 착색이 용이하여 자동차 산업에서도 널리 사용됩니다. 자동차 경량화 추세가 가속화됨에 따라 자동차 산업에서 6063 알루미늄 합금 압출재의 적용도 더욱 증가했습니다.
압출 재료의 미세 구조와 특성은 압출 속도, 압출 온도 및 압출 비율의 복합적인 효과에 의해 영향을 받습니다. 그 중 압출 비율은 주로 압출 압력, 생산 효율성 및 생산 장비에 의해 결정됩니다. 압출 비율이 작으면 합금 변형이 작고 미세 구조 개선이 명확하지 않습니다. 압출 비율을 높이면 결정립이 크게 미세화되고, 거친 두 번째 상이 부서지며, 균일한 미세 구조가 얻어지고, 합금의 기계적 특성이 향상될 수 있습니다.
6061 및 6063 알루미늄 합금은 압출 공정 중에 동적 재결정화를 겪습니다. 압출 온도가 일정하면 압출 비율이 증가함에 따라 결정립 크기가 감소하고 강화 단계가 미세하게 분산되며 합금의 인장 강도 및 연신율이 그에 따라 증가합니다. 그러나 압출비가 증가하면 압출 공정에 필요한 압출력도 증가하여 열 효과가 커지고 합금 내부 온도가 상승하여 제품의 성능이 저하됩니다. 이 실험은 6063 알루미늄 합금의 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 압출 비율, 특히 큰 압출 비율의 영향을 연구합니다.
1 실험 재료 및 방법
실험재료는 6063 알루미늄 합금이며, 화학조성은 Table 1과 같다. 잉곳의 원래 크기는 Φ55mm×165mm이고, 균질화 후 Φ50mm×150mm 크기의 압출 빌렛으로 가공된다. 560℃에서 6시간 동안 처리하였다. 빌렛을 470℃로 가열하여 따뜻하게 유지합니다. 압출 배럴의 예열 온도는 420℃이고, 금형의 예열 온도는 450℃이다. 압출 속도(압출 로드 이동 속도) V=5mm/s가 변하지 않은 경우 5개 그룹의 서로 다른 압출 비율 테스트가 수행되고 압출 비율 R은 17(다이 구멍 직경 D=12mm에 해당)입니다. 25(D=10mm), 39(D=8mm), 69(D=6mm), 156(D=4mm).
표 1 6063 Al 합금의 화학적 조성(wt/%)
사포 분쇄 및 기계적 연마 후, 금속 조직학적 샘플을 부피 분율 40%의 HF 시약으로 약 25초 동안 에칭하고, 샘플의 금속 조직학적 구조를 LEICA-5000 광학 현미경으로 관찰했습니다. 압출봉의 종단면 중앙에서 10mm×10mm 크기의 조직분석 시료를 절단하고, 기계적 연삭 및 에칭을 실시하여 표면 응력층을 제거하였다. 샘플의 3개 결정면 {111}, {200}, {220}의 불완전한 극점도를 PANalytical Company의 X'Pert Pro MRD X-선 회절 분석기로 측정하고 텍스처 데이터를 가공 및 분석했습니다. X′Pert Data View 및 X′Pert Texture 소프트웨어.
주조합금의 인장시편을 잉곳의 중심에서 채취하고, 압출 후 압출방향을 따라 인장시편을 절단하였다. 게이지 영역 크기는 Φ4mm×28mm입니다. 인장 시험은 SANS CMT5105 만능 재료 시험기를 사용하여 2 mm/min의 인장 속도로 수행되었습니다. 3개의 표준시편의 평균값을 기계적 성질 데이터로 계산하였다. 인장 시편의 파단 형태는 저배율 주사전자현미경(Quanta 2000, FEI, USA)을 이용하여 관찰하였다.
2 결과 및 논의
그림 1은 균질화 처리 전후의 주조된 6063 알루미늄 합금의 금속 조직학적 미세 구조를 보여줍니다. 그림 1a에서 볼 수 있듯이 주조된 미세 구조의 α-Al 입자는 크기가 다양하고 많은 수의 망상 β-Al9Fe2Si2 상이 입자 경계에 모이고 입자 내부에 많은 수의 입상 Mg2Si 상이 존재합니다. 잉곳을 560℃에서 6시간 동안 균질화한 후, 합금 수상돌기 사이의 비평형 공융상이 점차 용해되고, 합금 원소가 매트릭스에 용해되며, 미세구조가 균일하고, 평균 결정립 크기는 약 125μm였습니다(그림 1b). ).
균질화 전
600°C에서 6시간 동안 균일화 처리한 후
그림 1 균질화 처리 전과 후의 6063 알루미늄 합금의 금속 조직
그림 2는 압출 비율이 다른 6063 알루미늄 합금 바의 모양을 보여줍니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 다양한 압출 비율로 압출된 6063 알루미늄 합금 바의 표면 품질은 양호합니다. 특히 압출 비율을 156(바 압출 출구 속도 48m/min에 해당)으로 증가하면 여전히 품질이 좋지 않습니다. 바 표면의 균열 및 박리와 같은 압출 결함은 6063 알루미늄 합금이 고속 및 대형 압출에서도 우수한 열간 압출 성형 성능을 나타냄을 나타냅니다. 비율.
그림 2. 압출비가 다른 6063 알루미늄 합금 막대의 모양
그림 3은 다양한 압출 비율을 갖는 6063 알루미늄 합금 바의 종단면의 금속 조직학적 미세 구조를 보여줍니다. 압출 비율이 서로 다른 바의 입자 구조는 연신율이나 정교함의 정도를 나타냅니다. 압출 비율이 17인 경우 원래 입자는 압출 방향을 따라 늘어나며 소수의 재결정 입자가 형성되지만 입자는 여전히 상대적으로 거칠고 평균 입자 크기는 약 85μm입니다(그림 3a). ; 압출비가 25이면 입자가 더 가늘게 당겨지고 재결정된 입자의 수가 증가하며 평균 입자 크기는 약 71μm로 감소합니다(그림 3b). 압출 비율이 39인 경우 소수의 변형된 입자를 제외하고 미세 구조는 기본적으로 크기가 고르지 않은 등축 재결정 입자로 구성되며 평균 입자 크기는 약 60μm입니다(그림 3c). 압출비가 69이면 동적 재결정 공정이 기본적으로 완료되고 거친 원래 입자가 균일한 구조의 재결정 입자로 완전히 변환되었으며 평균 입자 크기가 약 41μm로 미세화되었습니다(그림 3d). 압출 비율이 156이면 동적 재결정 공정이 완전히 진행되면서 미세 구조가 더욱 균일해지고 입자 크기가 약 32μm로 크게 미세화됩니다(그림 3e). 압출 비율이 증가함에 따라 동적 재결정 공정이 더욱 완전하게 진행되고, 합금 미세 구조가 더욱 균일해지며, 입자 크기가 상당히 미세해집니다(그림 3f).
그림 3. 압출 비율이 다른 6063 알루미늄 합금 막대의 종단면의 금속 조직 및 입자 크기
그림 4는 압출 방향을 따라 압출 비율이 서로 다른 6063 알루미늄 합금 막대의 역극점 수치를 보여줍니다. 서로 다른 압출 비율을 갖는 합금 막대의 미세 구조는 모두 명백한 우선적 배향을 생성한다는 것을 알 수 있습니다. 압출 비율이 17이면 약한 <115>+<100> 텍스처가 형성됩니다(그림 4a). 압출 비율이 39인 경우 텍스처 구성 요소는 주로 더 강한 <100> 텍스처와 소량의 약한 <115> 텍스처입니다(그림 4b). 압출 비율이 156이면 텍스처 구성 요소는 강도가 크게 증가한 <100> 텍스처인 반면, <115> 텍스처는 사라집니다(그림 4c). 연구에 따르면 면심 입방형 금속은 압출 및 인발 과정에서 주로 <111> 및 <100> 와이어 텍스처를 형성하는 것으로 나타났습니다. 일단 조직이 형성되면 합금의 실온 기계적 특성은 명백한 이방성을 나타냅니다. 압출 비율이 증가함에 따라 조직 강도가 증가하며, 이는 합금의 압출 방향과 평행한 특정 결정 방향의 입자 수가 점차 증가하고 합금의 세로 인장 강도가 증가함을 나타냅니다. 6063 알루미늄 합금 열간 압출 재료의 강화 메커니즘에는 미세 입자 강화, 전위 강화, 질감 강화 등이 포함됩니다. 본 실험 연구에 사용된 공정 매개변수 범위 내에서 압출 비율을 높이면 위의 강화 메커니즘에 촉진 효과가 있습니다.
그림 4. 압출 방향에 따라 압출 비율이 다른 6063 알루미늄 합금 로드의 역극 다이어그램
그림 5는 다양한 압출비에서 변형 후 6063 알루미늄 합금의 인장 특성을 보여주는 히스토그램입니다. 주조 합금의 인장 강도는 170MPa이고 연신율은 10.4%입니다. 압출 후 합금의 인장 강도와 신율은 크게 향상되며, 압출 비율이 증가함에 따라 인장 강도와 신율은 점차 증가합니다. 압출비가 156일 때 합금의 인장강도와 연신율은 각각 228MPa와 26.9%로 최대값에 도달하는데, 이는 주조합금의 인장강도보다 약 34%, 주조합금보다 약 158% 높은 수치이다. 신장. 큰 압출비로 얻은 6063 알루미늄 합금의 인장강도는 4패스 등채널각압출(ECAP)로 얻은 인장강도 값(240MPa)에 가깝고, 이는 인장강도 값(171.1MPa)보다 훨씬 높다. 6063 알루미늄 합금의 1패스 ECAP 압출로 얻어졌습니다. 압출비가 크면 합금의 기계적 특성이 어느 정도 향상될 수 있음을 알 수 있습니다.
압출비에 따른 합금의 기계적 성질 향상은 주로 결정립 미세화 강화에 기인합니다. 압출율이 증가할수록 결정립이 미세화되고 전위밀도가 증가한다. 단위 면적당 결정립계가 많을수록 전위의 이동을 효과적으로 방해할 수 있으며, 이는 전위의 상호 이동 및 얽힘과 결합되어 합금의 강도를 향상시킬 수 있습니다. 결정립이 미세할수록 결정립계는 더욱 구불구불해지고, 소성변형은 더 많은 결정립에 분산될 수 있으며, 이는 균열의 전파는 물론이고 균열 형성에도 도움이 되지 않습니다. 파괴 과정에서 더 많은 에너지가 흡수될 수 있어 합금의 가소성이 향상됩니다.
그림 5 주조 및 압출 후 6063 알루미늄 합금의 인장 특성
다양한 압출비에 따른 변형 후 합금의 인장 파괴 형태는 그림 6에 나와 있습니다. 주조된 샘플의 파괴 형태에서는 딤플이 발견되지 않았으며(그림 6a), 파괴는 주로 평평한 영역과 찢어진 가장자리로 구성되었습니다. 이는 주조 합금의 인장 파괴 메커니즘이 주로 취성 파괴임을 나타냅니다. 압출 후 합금의 파괴 형태는 크게 변화했으며, 파괴는 다수의 등축형 딤플로 구성되어 있으며, 이는 압출 후 합금의 파괴 메커니즘이 취성 파괴에서 연성 파괴로 변경되었음을 나타냅니다. 압출 비율이 작으면 딤플이 얕고 딤플 크기가 크며 분포가 고르지 않습니다. 압출비가 증가할수록 딤플 수가 증가하고 딤플 크기가 작아지며 분포가 균일해집니다(그림 6b~f). 이는 합금의 가소성이 더 우수하다는 것을 의미하며 이는 위의 기계적 특성 테스트 결과와 일치합니다.
3 결론
본 실험에서는 빌렛 크기, 잉곳 가열 온도 및 압출 속도를 변화시키지 않는 조건에서 다양한 압출 비율이 6063 알루미늄 합금의 미세 조직 및 특성에 미치는 영향을 분석했습니다. 결론은 다음과 같습니다.
1) 열간 압출 중에 6063 알루미늄 합금에서 동적 재결정이 발생합니다. 압출율이 증가함에 따라 결정립은 지속적으로 미세화되고, 압출 방향을 따라 신장된 결정립은 등축 재결정 결정립으로 변형되며, <100> 와이어 텍스처의 강도는 지속적으로 증가합니다.
2) 미세 결정립 강화 효과로 인해 압출율이 증가함에 따라 합금의 기계적 성질이 향상된다. 테스트 매개변수 범위 내에서 압출비가 156일 때 합금의 인장 강도와 연신율은 각각 228MPa와 26.9%의 최대값에 도달합니다.
그림 6 주조 및 압출 후 6063 알루미늄 합금의 인장 파괴 형태
3) 주조된 시편의 파단 형태는 평평한 부분과 찢어진 가장자리로 구성됩니다. 압출 후 파단은 다수의 등축형 딤플로 구성되며 파단 메커니즘은 취성 파단에서 연성 파단으로 변형됩니다.
게시 시간: 2024년 11월 30일
