อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 เป็นของโลหะผสมอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน Al-Mg-Si ซีรีส์อัลลอยด์ต่ำ มีประสิทธิภาพในการอัดขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และมีคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุม นอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์เนื่องจากมีสีออกซิเดชั่นง่าย จากการเร่งของแนวโน้มรถยนต์น้ำหนักเบา การใช้วัสดุอัดขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ในอุตสาหกรรมยานยนต์ก็เพิ่มขึ้นอีกเช่นกัน
โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุอัดรีดได้รับผลกระทบจากผลรวมของความเร็วการอัดขึ้นรูป อุณหภูมิการอัดขึ้นรูป และอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป อัตราส่วนการอัดขึ้นรูปส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความดันการอัดขึ้นรูป ประสิทธิภาพการผลิต และอุปกรณ์การผลิต เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปมีขนาดเล็ก ความผิดปกติของโลหะผสมจะมีน้อย และการปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคไม่ชัดเจน การเพิ่มอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปสามารถทำให้เมล็ดละเอียดขึ้นได้อย่างมาก สลายเฟสที่สองที่หยาบ ได้โครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอ และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโลหะผสม
อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061 และ 6063 ผ่านการตกผลึกซ้ำแบบไดนามิกในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป เมื่ออุณหภูมิการอัดขึ้นรูปคงที่ เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้น ขนาดเกรนจะลดลง ขั้นตอนการเสริมกำลังจะกระจายอย่างประณีต และความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้น แรงอัดรีดที่จำเป็นสำหรับกระบวนการอัดขึ้นรูปก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ทำให้เกิดผลกระทบทางความร้อนมากขึ้น ทำให้อุณหภูมิภายในของโลหะผสมเพิ่มขึ้น และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ลดลง การทดลองนี้ศึกษาผลกระทบของอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่งอัตราการอัดขึ้นรูปที่มีขนาดใหญ่ ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063
1 วัสดุและวิธีการทดลอง
วัสดุทดลองคืออลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 และองค์ประกอบทางเคมีแสดงในตารางที่ 1 ขนาดเดิมของแท่งโลหะคือ Φ55 มม. × 165 มม. และถูกแปรรูปเป็นแท่งเหล็กอัดขึ้นรูปที่มีขนาด Φ50 มม. × 150 มม. หลังจากทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน รักษาที่ 560 ℃ เป็นเวลา 6 ชั่วโมง เหล็กแท่งถูกให้ความร้อนถึง 470 ℃ และให้ความอบอุ่น อุณหภูมิอุ่นของถังอัดขึ้นรูปคือ 420 ℃ และอุณหภูมิอุ่นของแม่พิมพ์คือ 450 ℃ เมื่อความเร็วการอัดขึ้นรูป (ความเร็วในการเคลื่อนที่ของแท่งอัดขึ้นรูป) V=5 มม./วินาที ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง จะมีการทดสอบอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน 5 กลุ่ม และอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป R เท่ากับ 17 (สอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางรูแม่พิมพ์ D=12 มม.) 25 (D=10 มม.), 39 (D=8 มม.), 69 (D=6 มม.) และ 156 (D=4 มม.)
ตารางที่ 1 องค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมอัล 6063 (น้ำหนัก/%)
หลังจากการบดกระดาษทรายและการขัดเงาเชิงกล ตัวอย่างทางโลหะวิทยาถูกแกะสลักด้วยรีเอเจนต์ HF ที่มีเศษส่วนปริมาตร 40% เป็นเวลาประมาณ 25 วินาที และสังเกตโครงสร้างทางโลหะวิทยาของตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง LEICA-5000 ตัวอย่างการวิเคราะห์พื้นผิวที่มีขนาด 10 มม. × 10 มม. ถูกตัดออกจากศูนย์กลางของส่วนตามยาวของแท่งที่อัดขึ้นรูป และทำการบดและแกะสลักด้วยกลไกเพื่อกำจัดชั้นความเค้นพื้นผิว รูปขั้วที่ไม่สมบูรณ์ของระนาบคริสตัลสามระนาบ {111}, {200} และ {220} ของตัวอย่างถูกวัดโดยเครื่องวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ X′Pert Pro MRD ของบริษัท PANalytical และข้อมูลพื้นผิวได้รับการประมวลผลและวิเคราะห์ โดยซอฟต์แวร์ X′Pert Data View และ X′Pert Texture
ตัวอย่างแรงดึงของโลหะผสมหล่อถูกนำมาจากศูนย์กลางของแท่งโลหะ และชิ้นงานแรงดึงถูกตัดตามทิศทางการอัดขึ้นรูปหลังจากการอัดขึ้นรูป ขนาดพื้นที่วัดคือ Φ4 มม.×28 มม. การทดสอบแรงดึงดำเนินการโดยใช้เครื่องทดสอบวัสดุสากล SANS CMT5105 ที่มีอัตราแรงดึง 2 มม./นาที ค่าเฉลี่ยของชิ้นงานมาตรฐานทั้งสามชิ้นคำนวณเป็นข้อมูลคุณสมบัติทางกล สัณฐานวิทยาการแตกหักของชิ้นงานทดสอบแรงดึงถูกสังเกตโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดกำลังขยายต่ำ (Quanta 2000, FEI, USA)
2 ผลลัพธ์และการอภิปราย
รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างจุลภาคทางโลหะวิทยาของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 แบบหล่อก่อนและหลังการบำบัดการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน ดังที่แสดงในรูปที่ 1a เม็ด α-Al ในโครงสร้างจุลภาคแบบหล่อมีขนาดแตกต่างกันไป มีเฟสตาข่าย β-Al9Fe2Si2 จำนวนมากรวมตัวกันที่ขอบเขตของเกรน และมีเฟส Mg2Si แบบละเอียดจำนวนมากอยู่ภายในธัญพืช หลังจากที่แท่งโลหะถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ 560 ℃ เป็นเวลา 6 ชั่วโมง เฟสยูเทคติกที่ไม่สมดุลระหว่างเดนไดรต์ของโลหะผสมจะค่อยๆ ละลาย องค์ประกอบของโลหะผสมจะละลายลงในเมทริกซ์ โครงสร้างจุลภาคมีความสม่ำเสมอ และขนาดเกรนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 125 μm (รูปที่ 1b) ).
ก่อนที่จะทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน
หลังจากทำให้การรักษาเป็นเนื้อเดียวกันที่ 600°C เป็นเวลา 6 ชั่วโมง
รูปที่ 1 โครงสร้างทางโลหะวิทยาของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ก่อนและหลังการบำบัดให้เป็นเนื้อเดียวกัน
รูปที่ 2 แสดงลักษณะของแท่งอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ดังแสดงในรูปที่ 2 คุณภาพพื้นผิวของแท่งโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ที่อัดด้วยอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกันนั้นดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้นเป็น 156 (สอดคล้องกับความเร็วของทางออกของการอัดขึ้นรูปแท่งที่ 48 ม./นาที) ยังไม่มี ข้อบกพร่องจากการอัดขึ้นรูป เช่น รอยแตกและการลอกบนพื้นผิวของแท่ง แสดงให้เห็นว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ยังมีประสิทธิภาพการขึ้นรูปอัดขึ้นรูปร้อนที่ดีภายใต้ความเร็วสูงและการอัดขึ้นรูปขนาดใหญ่ อัตราส่วน
รูปที่ 2 ลักษณะของแท่งโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ที่มีอัตราการอัดขึ้นรูปต่างกัน
รูปที่ 3 แสดงโครงสร้างจุลภาคทางโลหะวิทยาของส่วนตามยาวของแท่งอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน โครงสร้างเกรนของแท่งเหล็กที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปต่างกันจะแสดงระดับการยืดตัวหรือการปรับแต่งที่แตกต่างกัน เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปคือ 17 เกรนดั้งเดิมจะถูกยืดออกไปตามทิศทางการอัดขึ้นรูป ตามมาด้วยการก่อตัวของเกรนที่ตกผลึกใหม่จำนวนเล็กน้อย แต่เกรนยังคงค่อนข้างหยาบ โดยมีขนาดเกรนเฉลี่ยประมาณ 85 μm (รูปที่ 3a) ; เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเป็น 25 เมล็ดข้าวจะถูกดึงให้เรียวมากขึ้น จำนวนเมล็ดที่ตกผลึกใหม่จะเพิ่มขึ้น และขนาดเกรนเฉลี่ยจะลดลงเหลือประมาณ 71 μm (รูปที่ 3b) เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปคือ 39 ยกเว้นเกรนที่มีรูปร่างผิดปกติจำนวนเล็กน้อย โครงสร้างจุลภาคจะประกอบด้วยเกรนตกผลึกใหม่ที่เท่ากันซึ่งมีขนาดไม่เท่ากัน โดยมีขนาดเกรนเฉลี่ยประมาณ 60 μm (รูปที่ 3c) เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเท่ากับ 69 กระบวนการตกผลึกซ้ำแบบไดนามิกจะเสร็จสมบูรณ์ โดยพื้นฐานแล้ว เกรนดั้งเดิมที่หยาบได้ถูกเปลี่ยนให้เป็นเกรนที่มีการตกผลึกซ้ำที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ และขนาดเกรนเฉลี่ยจะถูกปรับแต่งเป็นประมาณ 41 μm (รูปที่ 3d) เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปคือ 156 ด้วยความก้าวหน้าเต็มที่ของกระบวนการตกผลึกซ้ำแบบไดนามิก โครงสร้างจุลภาคจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และขนาดเกรนจะถูกปรับแต่งอย่างมากจนอยู่ที่ประมาณ 32 μm (รูปที่ 3e) ด้วยการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป กระบวนการตกผลึกแบบไดนามิกจะดำเนินการได้เต็มที่มากขึ้น โครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และขนาดเกรนได้รับการขัดเกลาอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 3f)
รูปที่ 3 โครงสร้างทางโลหะวิทยาและขนาดเกรนของส่วนตามยาวของแท่งโลหะผสมอะลูมิเนียม 6063 ที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปต่างกัน
รูปที่ 4 แสดงตัวเลขขั้วผกผันของแท่งโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกันตามทิศทางการอัดขึ้นรูป จะเห็นได้ว่าโครงสร้างจุลภาคของแท่งโลหะผสมที่มีอัตราการอัดขึ้นรูปต่างกันล้วนสร้างทิศทางพิเศษที่ชัดเจน เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเป็น 17 พื้นผิว <115>+<100> จะอ่อนลง (รูปที่ 4a) เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเท่ากับ 39 ส่วนประกอบพื้นผิวส่วนใหญ่เป็นพื้นผิว <100> ที่แข็งแกร่งกว่า และพื้นผิว <115> ที่อ่อนแอจำนวนเล็กน้อย (รูปที่ 4b) เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเป็น 156 ส่วนประกอบพื้นผิวจะเป็นพื้นผิว <100> ที่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะที่พื้นผิว <115> หายไป (รูปที่ 4c) ผลการศึกษาพบว่าโลหะลูกบาศก์ที่มีผิวหน้าเป็นศูนย์กลางส่วนใหญ่จะเกิดเป็นพื้นผิวลวด <111> และ <100> ระหว่างการอัดขึ้นรูปและการวาด เมื่อพื้นผิวถูกสร้างขึ้น สมบัติเชิงกลของโลหะผสมที่อุณหภูมิห้องจะแสดงแอนไอโซโทรปีที่ชัดเจน ความแข็งแรงของพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป ซึ่งบ่งชี้ว่าจำนวนเกรนในทิศทางผลึกที่แน่นอนขนานกับทิศทางการอัดขึ้นรูปในโลหะผสมจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และความต้านทานแรงดึงตามยาวของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้น กลไกการเสริมความแข็งแกร่งของวัสดุอัดขึ้นรูปร้อนโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 รวมถึงการเสริมเกรนละเอียด การเสริมความคลาดเคลื่อน การเสริมความแข็งแกร่งของพื้นผิว ฯลฯ ภายในช่วงของพารามิเตอร์กระบวนการที่ใช้ในการศึกษาทดลองนี้ การเพิ่มอัตราส่วนการอัดรีดมีผลส่งเสริมต่อกลไกการเสริมความแข็งแกร่งข้างต้น
รูปที่ 4 แผนภาพขั้วกลับของแท่งโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ที่มีอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกันตามทิศทางการอัดขึ้นรูป
รูปที่ 5 เป็นฮิสโตแกรมของคุณสมบัติแรงดึงของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 หลังจากการเสียรูปที่อัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมหล่อคือ 170 MPa และการยืดตัวคือ 10.4% ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของโลหะผสมหลังจากการอัดขึ้นรูปได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวจะค่อยๆเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการอัดขึ้นรูป เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเท่ากับ 156 ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของโลหะผสมจะถึงค่าสูงสุด ซึ่งก็คือ 228 MPa และ 26.9% ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมหล่อประมาณ 34% และสูงกว่าประมาณ 158% การยืดตัว ความต้านทานแรงดึงของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ที่ได้จากอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปขนาดใหญ่นั้นใกล้เคียงกับค่าความต้านทานแรงดึง (240 MPa) ที่ได้จากการอัดขึ้นรูปเชิงมุมช่องเท่ากับ 4 รอบ (ECAP) ซึ่งสูงกว่าค่าความต้านทานแรงดึง (171.1 MPa) มาก ได้จากการอัดขึ้นรูป ECAP 1 รอบของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 จะเห็นได้ว่าอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมได้ในระดับหนึ่ง
การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมตามอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปส่วนใหญ่มาจากการเสริมความแข็งแกร่งของเกรนให้ละเอียด เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้น เมล็ดข้าวจะถูกทำให้บริสุทธิ์และความหนาแน่นของการเคลื่อนที่จะเพิ่มขึ้น ขอบเขตเกรนที่มากขึ้นต่อหน่วยพื้นที่สามารถขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมกับการเคลื่อนไหวร่วมกันและการพันกันของการเคลื่อนที่ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะผสม ยิ่งเมล็ดละเอียดเท่าใด ขอบเขตของเมล็ดข้าวก็จะยิ่งคดเคี้ยวมากขึ้น และการเสียรูปแบบพลาสติกก็สามารถกระจายไปในเมล็ดพืชได้มากขึ้น ซึ่งไม่เอื้อต่อการก่อตัวของรอยแตกร้าว ไม่ต้องพูดถึงการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวเลย สามารถดูดซับพลังงานได้มากขึ้นในระหว่างกระบวนการแตกหัก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเป็นพลาสติกของโลหะผสม
รูปที่ 5 สมบัติแรงดึงของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 หลังจากการหล่อและการอัดขึ้นรูป
สัณฐานวิทยาการแตกหักของแรงดึงของโลหะผสมหลังจากการเสียรูปด้วยอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกันจะแสดงในรูปที่ 6 ไม่พบรอยบุ๋มในสัณฐานวิทยาการแตกหักของตัวอย่างที่หล่อ (รูปที่ 6a) และการแตกหักส่วนใหญ่ประกอบด้วยพื้นที่เรียบและขอบการฉีกขาด ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการแตกหักของแรงดึงของโลหะผสมที่หล่อนั้นส่วนใหญ่มีการแตกหักแบบเปราะ สัณฐานวิทยาของการแตกหักของโลหะผสมหลังจากการอัดขึ้นรูปมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ และการแตกหักนั้นประกอบด้วยรอยบุ๋มที่เท่ากันจำนวนมาก ซึ่งบ่งชี้ว่ากลไกการแตกหักของโลหะผสมหลังจากการอัดขึ้นรูปได้เปลี่ยนจากการแตกหักแบบเปราะเป็นการแตกหักแบบเหนียว เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปมีขนาดเล็ก รอยบุ๋มจะตื้นและขนาดรอยบุ๋มจะใหญ่ และการกระจายตัวจะไม่สม่ำเสมอ เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้น จำนวนรอยบุ๋มจะเพิ่มขึ้น ขนาดรอยบุ๋มจะเล็กลง และการกระจายตัวจะสม่ำเสมอ (รูปที่ 6b~f) ซึ่งหมายความว่าโลหะผสมมีความเป็นพลาสติกที่ดีขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับผลการทดสอบคุณสมบัติทางกลข้างต้น
3 บทสรุป
ในการทดลองนี้ วิเคราะห์ผลกระทบของอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกันต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียม 6063 ภายใต้เงื่อนไขว่าขนาดของแท่งเหล็ก อุณหภูมิการให้ความร้อนของแท่งโลหะ และความเร็วในการอัดขึ้นรูปยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ข้อสรุปมีดังนี้:
1) การตกผลึกซ้ำแบบไดนามิกเกิดขึ้นในอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 ในระหว่างการอัดขึ้นรูปร้อน ด้วยอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่เพิ่มขึ้น เมล็ดข้าวจะได้รับการขัดเกลาอย่างต่อเนื่อง และเมล็ดข้าวที่ยืดออกไปตามทิศทางการอัดขึ้นรูปจะถูกเปลี่ยนเป็นเมล็ดข้าวที่ตกผลึกใหม่ที่เท่ากัน และความแข็งแรงของพื้นผิวลวด <100> ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
2) เนื่องจากผลของการเสริมเกรนละเอียด คุณสมบัติทางกลของโลหะผสมจึงได้รับการปรับปรุงตามอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่เพิ่มขึ้น ภายในช่วงของพารามิเตอร์การทดสอบ เมื่ออัตราส่วนการอัดขึ้นรูปคือ 156 ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของโลหะผสมจะถึงค่าสูงสุดที่ 228 MPa และ 26.9% ตามลำดับ
รูปที่ 6 สัณฐานวิทยาการแตกหักของแรงดึงของอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6063 หลังจากการหล่อและการอัดขึ้นรูป
3) สัณฐานวิทยาการแตกหักของชิ้นงานหล่อประกอบด้วยพื้นที่เรียบและขอบฉีกขาด หลังจากการอัดขึ้นรูป การแตกหักจะประกอบด้วยรอยบุ๋มที่เท่ากันจำนวนมาก และกลไกการแตกหักจะเปลี่ยนจากการแตกหักแบบเปราะเป็นการแตกหักแบบยืดหยุ่น
เวลาโพสต์: 30 พ.ย.-2024
