تنتمي سبائك الألومنيوم 6063 إلى سبائك الألومنيوم القابلة للمعالجة بالحرارة من سلسلة Al-Mg-Si ذات السبائك المنخفضة. إنها تتميز بأداء قولبة ممتاز، مقاومة جيدة للتآكل وخصائص ميكانيكية شاملة. كما أنه يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات بسبب تلوينه السهل بالأكسدة. مع تسارع اتجاه السيارات خفيفة الوزن، زاد أيضًا تطبيق 6063 مادة بثق سبائك الألومنيوم في صناعة السيارات.
تتأثر البنية المجهرية وخصائص المواد المبثوقة بالتأثيرات المشتركة لسرعة البثق ودرجة حرارة البثق ونسبة البثق. من بينها، يتم تحديد نسبة البثق بشكل أساسي من خلال ضغط البثق وكفاءة الإنتاج ومعدات الإنتاج. عندما تكون نسبة البثق صغيرة، يكون تشوه السبائك صغيرًا ولا يكون تحسين البنية المجهرية واضحًا؛ يمكن أن تؤدي زيادة نسبة البثق إلى تحسين الحبوب بشكل كبير، وتفتيت المرحلة الثانية الخشنة، والحصول على بنية مجهرية موحدة، وتحسين الخواص الميكانيكية للسبائك.
تخضع سبائك الألومنيوم 6061 و6063 لعملية إعادة بلورة ديناميكية أثناء عملية البثق. عندما تكون درجة حرارة البثق ثابتة، مع زيادة نسبة البثق، يقل حجم الحبوب، ويتم تشتيت مرحلة التقوية بشكل دقيق، وتزداد قوة الشد واستطالة السبيكة وفقًا لذلك؛ ومع ذلك، مع زيادة نسبة البثق، تزداد أيضًا قوة البثق المطلوبة لعملية البثق، مما يسبب تأثيرًا حراريًا أكبر، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية للسبيكة، وانخفاض أداء المنتج. تدرس هذه التجربة تأثير نسبة البثق، وخاصة نسبة البثق الكبيرة، على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لسبيكة الألمنيوم 6063.
1 المواد والأساليب التجريبية
المادة التجريبية هي 6063 سبيكة ألومنيوم، والتركيب الكيميائي موضح في الجدول 1. الحجم الأصلي للسبائك هو Φ55 مم × 165 مم، ويتم معالجتها إلى قالب بثق بحجم Φ50 مم × 150 مم بعد التجانس العلاج عند 560 درجة مئوية لمدة 6 ساعات. يتم تسخين البليت إلى 470 درجة مئوية ويبقى دافئًا. درجة حرارة التسخين المسبق لبرميل البثق هي 420 درجة مئوية، ودرجة حرارة التسخين المسبق للقالب هي 450 درجة مئوية. عندما تظل سرعة البثق (سرعة تحريك قضيب البثق) V = 5 مم / ثانية دون تغيير، يتم إجراء 5 مجموعات من اختبارات نسبة البثق المختلفة، وتكون نسب البثق R 17 (المقابلة لقطر فتحة القالب D = 12 مم)، 25 (العمق = 10 مم)، 39 (العمق = 8 مم)، 69 (العمق = 6 مم)، و 156 (العمق = 4 مم).
الجدول 1: التركيبات الكيميائية لسبائك 6063 آل (بالوزن/%)
بعد طحن ورق الصنفرة والتلميع الميكانيكي، تم حفر العينات المعدنية باستخدام كاشف HF بكسر حجمي قدره 40% لمدة 25 ثانية تقريبًا، وتمت ملاحظة التركيب المعدني للعينات على المجهر الضوئي LEICA-5000. تم قطع عينة تحليل نسيج بحجم 10 مم × 10 مم من مركز المقطع الطولي للقضيب المبثوق، وتم إجراء الطحن والنقش الميكانيكي لإزالة طبقة الضغط السطحي. تم قياس الأشكال القطبية غير المكتملة للمستويات البلورية الثلاثة {111} و{200} و{220} للعينة بواسطة محلل حيود الأشعة السينية X′Pert Pro MRD التابع لشركة PANalytical، وتمت معالجة بيانات النسيج وتحليلها بواسطة برنامج X′Pert Data View وبرنامج X′Pert Texture.
تم أخذ عينة الشد من السبائك المصبوبة من مركز السبيكة، وتم قطع عينة الشد على طول اتجاه البثق بعد البثق. كان حجم مساحة المقياس Φ4 مم × 28 مم. تم إجراء اختبار الشد باستخدام آلة اختبار المواد العالمية SANS CMT5105 بمعدل شد يبلغ 2 مم / دقيقة. تم حساب متوسط قيمة العينات القياسية الثلاثة كبيانات الخاصية الميكانيكية. تمت ملاحظة مورفولوجيا الكسر لعينات الشد باستخدام مجهر إلكتروني مسح منخفض التكبير (Quanta 2000، FEI، USA).
2 النتائج والمناقشة
يوضح الشكل 1 البنية المجهرية المعدنية لسبائك الألومنيوم 6063 المصبوبة قبل وبعد معالجة التجانس. كما هو مبين في الشكل 1 أ، تختلف حبيبات α-Al في البنية المجهرية المصبوبة من حيث الحجم، ويتجمع عدد كبير من أطوار β-Al9Fe2Si2 الشبكية عند حدود الحبوب، ويوجد عدد كبير من أطوار Mg2Si الحبيبية داخل الحبوب. بعد تجانس السبائك عند 560 درجة مئوية لمدة 6 ساعات، تذوب المرحلة سهلة الانصهار غير المتوازنة بين التشعبات السبائكية تدريجيًا، وتذوب عناصر السبائك في المصفوفة، وكانت البنية المجهرية موحدة، وكان متوسط حجم الحبوب حوالي 125 ميكرومتر (الشكل 1 ب) ).
قبل التجانس
بعد توحيد العلاج عند 600 درجة مئوية لمدة 6 ساعات
الشكل 1: الهيكل الميتالوغرافي لسبائك الألومنيوم 6063 قبل وبعد معالجة التجانس
يوضح الشكل 2 مظهر 6063 من قضبان سبائك الألومنيوم بنسب بثق مختلفة. كما هو مبين في الشكل 2، فإن جودة السطح لـ 6063 من قضبان سبائك الألومنيوم المبثوقة بنسب بثق مختلفة جيدة، خاصة عند زيادة نسبة البثق إلى 156 (المقابلة لسرعة مخرج بثق القضبان البالغة 48 م / دقيقة)، لا يوجد حتى الآن أي عيوب البثق مثل الشقوق والتقشير على سطح القضيب، مما يشير إلى أن سبائك الألومنيوم 6063 لديها أيضًا أداء جيد للبثق الساخن في ظل السرعة العالية والبثق الكبير نسبة.
الشكل 2: ظهور 6063 قضبان من سبائك الألومنيوم بنسب بثق مختلفة
يوضح الشكل 3 البنية المجهرية المعدنية للقسم الطولي لقضيب سبائك الألومنيوم 6063 بنسب بثق مختلفة. يُظهر الهيكل الحبيبي للشريط بنسب البثق المختلفة درجات مختلفة من الاستطالة أو الصقل. عندما تكون نسبة البثق 17، يتم استطالة الحبوب الأصلية على طول اتجاه البثق، مصحوبة بتكوين عدد صغير من الحبوب المعاد بلورتها، لكن الحبوب لا تزال خشنة نسبيًا، حيث يبلغ متوسط حجم الحبوب حوالي 85 ميكرومتر (الشكل 3 أ) ; عندما تكون نسبة البثق 25، يتم سحب الحبوب بشكل أكثر رشاقة، ويزيد عدد الحبوب المعاد بلورتها، وينخفض متوسط حجم الحبوب إلى حوالي 71 ميكرومتر (الشكل 3ب)؛ عندما تكون نسبة البثق 39، باستثناء عدد صغير من الحبوب المشوهة، تتكون البنية المجهرية أساسًا من حبيبات معاد بلورتها متساوية الحجم ذات حجم غير متساوٍ، ويبلغ متوسط حجم الحبوب حوالي 60 ميكرومتر (الشكل 3 ج)؛ عندما تكون نسبة البثق 69، تكتمل عملية إعادة البلورة الديناميكية بشكل أساسي، وقد تم تحويل الحبوب الأصلية الخشنة بالكامل إلى حبيبات مُعاد بلورتها بشكل موحد، ويتم تكرير متوسط حجم الحبوب إلى حوالي 41 ميكرومتر (الشكل ثلاثي الأبعاد)؛ عندما تكون نسبة البثق 156، مع التقدم الكامل لعملية إعادة البلورة الديناميكية، تكون البنية المجهرية أكثر اتساقًا، ويتم تحسين حجم الحبوب بشكل كبير إلى حوالي 32 ميكرومتر (الشكل 3 هـ). مع زيادة نسبة البثق، تستمر عملية إعادة البلورة الديناميكية بشكل كامل، وتصبح البنية المجهرية للسبائك أكثر اتساقًا، ويتم تحسين حجم الحبوب بشكل كبير (الشكل 3f).
الشكل 3: الهيكل المعدني وحجم الحبوب للقسم الطولي لقضبان سبائك الألومنيوم 6063 بنسب بثق مختلفة
يوضح الشكل 4 أشكال القطب المعكوس لـ 6063 من قضبان سبائك الألومنيوم بنسب بثق مختلفة على طول اتجاه البثق. يمكن ملاحظة أن الهياكل المجهرية لقضبان السبائك ذات نسب البثق المختلفة جميعها تنتج اتجاهًا تفضيليًا واضحًا. عندما تكون نسبة البثق 17، يتم تشكيل نسيج أضعف <115>+<100> (الشكل 4 أ)؛ عندما تكون نسبة البثق 39، تكون مكونات النسيج بشكل أساسي هي النسيج الأقوى <100> وكمية صغيرة من النسيج الضعيف <115> (الشكل 4 ب)؛ عندما تكون نسبة البثق 156، تكون مكونات النسيج هي النسيج <100> مع زيادة القوة بشكل ملحوظ، بينما يختفي النسيج <115> (الشكل 4ج). أظهرت الدراسات أن المعادن المكعبة المتمركزة على الوجه تشكل أساسًا نسيجًا سلكيًا <111> و<100> أثناء البثق والسحب. بمجرد تشكيل النسيج، تظهر الخواص الميكانيكية للسبيكة في درجة حرارة الغرفة تباينًا واضحًا. وتزداد قوة القوام مع زيادة نسبة البثق، مما يدل على أن عدد الحبيبات في اتجاه بلوري معين موازي لاتجاه البثق في السبيكة يزداد تدريجيا، وتزداد قوة الشد الطولي للسبيكة. تشتمل آليات التقوية لمواد البثق الساخن لسبائك الألومنيوم 6063 على تقوية الحبوب الدقيقة، وتقوية الخلع، وتقوية النسيج، وما إلى ذلك. ضمن نطاق معلمات العملية المستخدمة في هذه الدراسة التجريبية، فإن زيادة نسبة البثق لها تأثير تعزيز على آليات التقوية المذكورة أعلاه.
الشكل 4: مخطط القطب العكسي لقضبان سبائك الألومنيوم 6063 بنسب بثق مختلفة على طول اتجاه البثق
الشكل 5 عبارة عن رسم بياني لخصائص الشد لسبائك الألومنيوم 6063 بعد التشوه بنسب بثق مختلفة. قوة الشد للسبيكة المصبوبة هي 170 ميجا باسكال والاستطالة 10.4%. تم تحسين قوة الشد والاستطالة للسبيكة بعد البثق بشكل ملحوظ، وتزداد قوة الشد والاستطالة تدريجيًا مع زيادة نسبة البثق. عندما تكون نسبة البثق 156، تصل قوة الشد والاستطالة للسبيكة إلى القيمة القصوى، وهي 228 ميجا باسكال و26.9% على التوالي، وهو أعلى بحوالي 34% من قوة الشد للسبائك المصبوبة وأعلى بحوالي 158% من قوة الشد للسبيكة المصبوبة. الاستطالة. إن قوة الشد لسبائك الألومنيوم 6063 التي تم الحصول عليها بنسبة قذف كبيرة قريبة من قيمة قوة الشد (240 ميجا باسكال) التي تم الحصول عليها عن طريق البثق الزاوي لقناة متساوية 4 تمريرات (ECAP)، وهي أعلى بكثير من قيمة قوة الشد (171.1 ميجا باسكال). تم الحصول عليها عن طريق قذف ECAP بتمريرة واحدة من سبائك الألومنيوم 6063. يمكن ملاحظة أن نسبة البثق الكبيرة يمكن أن تحسن الخواص الميكانيكية للسبائك إلى حد ما.
إن تحسين الخواص الميكانيكية للسبائك عن طريق نسبة البثق يأتي بشكل رئيسي من تقوية صقل الحبوب. ومع زيادة نسبة البثق، يتم تكرير الحبوب وتزداد كثافة الخلع. يمكن أن تؤدي زيادة حدود الحبوب لكل وحدة مساحة إلى إعاقة حركة الانخلاعات بشكل فعال، جنبًا إلى جنب مع الحركة المتبادلة وتشابك الانخلاعات، وبالتالي تحسين قوة السبيكة. كلما كانت الحبوب أدق، كلما كانت حدود الحبوب أكثر ملتوية، ويمكن تشتيت التشوه البلاستيكي في المزيد من الحبوب، وهو ما لا يفضي إلى تكوين الشقوق، ناهيك عن انتشار الشقوق. يمكن امتصاص المزيد من الطاقة أثناء عملية الكسر، وبالتالي تحسين مرونة السبيكة.
الشكل 5: خصائص الشد لسبائك الألومنيوم 6063 بعد الصب والبثق
يظهر الشكل 6 مورفولوجيا كسر الشد للسبائك بعد التشوه بنسب قذف مختلفة. لم يتم العثور على غمازات في مورفولوجيا الكسر لعينة المصبوب (الشكل 6 أ)، وكان الكسر يتكون بشكل أساسي من مناطق مسطحة وحواف ممزقة ، مما يشير إلى أن آلية كسر الشد للسبائك المصبوبة كانت في الأساس كسرًا هشًا. لقد تغير شكل كسر السبيكة بعد البثق بشكل كبير، ويتكون الكسر من عدد كبير من الدمامل متساوية المحاور، مما يشير إلى أن آلية كسر السبيكة بعد البثق قد تغيرت من الكسر الهش إلى الكسر المطيل. عندما تكون نسبة البثق صغيرة، تكون الدمامل ضحلة وحجم الدمل كبير، والتوزيع غير متساو؛ مع زيادة نسبة البثق، يزيد عدد الدمامل، وحجم الدمل أصغر ويكون التوزيع موحدًا (الشكل 6ب~و)، مما يعني أن السبيكة تتمتع بمرونة أفضل، وهو ما يتوافق مع نتائج اختبار الخواص الميكانيكية أعلاه.
3 الاستنتاج
في هذه التجربة، تم تحليل تأثيرات نسب البثق المختلفة على البنية المجهرية وخصائص سبائك الألومنيوم 6063 بشرط بقاء حجم البليت ودرجة حرارة تسخين السبيكة وسرعة البثق دون تغيير. الاستنتاجات هي كما يلي:
1) تحدث إعادة التبلور الديناميكي في سبائك الألومنيوم 6063 أثناء البثق الساخن. مع زيادة نسبة البثق، يتم تكرير الحبوب بشكل مستمر، وتتحول الحبوب الممدودة على طول اتجاه البثق إلى حبيبات معاد بلورتها متساوية المحاور، وتزداد قوة نسيج السلك <100> بشكل مستمر.
2) بسبب تأثير تقوية الحبوب الدقيقة، يتم تحسين الخواص الميكانيكية للسبيكة مع زيادة نسبة البثق. ضمن نطاق معلمات الاختبار، عندما تكون نسبة البثق 156، تصل قوة الشد واستطالة السبيكة إلى القيم القصوى البالغة 228 ميجا باسكال و26.9% على التوالي.
الشكل 6. أشكال كسر الشد لسبائك الألومنيوم 6063 بعد الصب والبثق
3) يتكون شكل الكسر للعينة المصبوبة من مناطق مسطحة وحواف ممزقة. بعد البثق، يتكون الكسر من عدد كبير من الدمامل متساوية المحاور، وتتحول آلية الكسر من كسر هش إلى كسر مطيل.
وقت النشر: 30 نوفمبر 2024
