6063 アルミニウム合金は、低合金 Al-Mg-Si シリーズの熱処理可能なアルミニウム合金に属します。優れた押出成形性能、良好な耐食性、および総合的な機械的特性を備えています。酸化着色しやすいため、自動車産業でも広く使用されています。自動車の軽量化傾向の加速に伴い、自動車業界における6063アルミニウム合金押出材の適用もさらに増加しています。
押出材料の微細構造と特性は、押出速度、押出温度、押出比の複合効果によって影響されます。このうち、押出比は主に押出圧力、生産効率、生産設備によって決まります。押出比が小さい場合、合金の変形は小さく、微細構造の微細化は明らかではありません。押出比を増加させると、結晶粒が大幅に微細化され、粗大な第 2 相が破壊され、均一な微細構造が得られ、合金の機械的特性が向上します。
6061 および 6063 アルミニウム合金は、押出プロセス中に動的再結晶化を受けます。押出温度が一定の場合、押出比が増加するにつれて結晶粒径は減少し、強化相が微細に分散し、それに応じて合金の引張強さと伸びが増加します。しかし、押出比が増加すると、押出加工に必要な押出力も増加し、熱影響が大きくなり、合金の内部温度が上昇し、製品の性能が低下します。この実験では、6063 アルミニウム合金の微細構造と機械的特性に対する押出比、特に大きな押出比の影響を研究します。
1 実験材料と実験方法
実験材料は 6063 アルミニウム合金であり、化学組成を表 1 に示します。インゴットの元のサイズは Φ55 mm×165 mm で、均質化後にサイズ Φ50 mm×150 mm の押出ビレットに加工されます。 560℃で6時間処理。ビレットを470℃に加熱し保温します。押出バレルの予熱温度は４２０℃、金型の予熱温度は４５０℃である。押出速度（押出ロッドの移動速度）Ｖ＝５ｍｍ／ｓとし、押出比の異なる５群の試験を行い、押出比Ｒ＝１７（ダイス穴径Ｄ＝１２ｍｍに相当）、 25（D=10mm）、39（D=8mm）、69（D=6mm）、156（D=4mm）。
表 1 6063 Al 合金の化学組成 (wt/%)
サンドペーパー研磨と機械研磨の後、金属組織サンプルを体積分率 40% の HF 試薬で約 25 秒間エッチングし、LEICA-5000 光学顕微鏡でサンプルの金属組織構造を観察しました。押出棒の縦断面中央から１０ｍｍ×１０ｍｍの組織解析サンプルを切り出し、機械的研削およびエッチングを行って表面応力層を除去した。サンプルの 3 つの結晶面 {111}、{200}、{220} の不完全極点図を PANalytical 社の X 線回折装置 X'Pert Pro MRD で測定し、組織データを処理して解析しました。 X'Pert Data View および X'Pert Texture ソフトウェアによる。
鋳造合金の引張試験片はインゴットの中心から採取し、押出後に押出方向に沿って切断した。ゲージエリアサイズはΦ４ｍｍ×２８ｍｍとした。引張試験は、ＳＡＮＳ ＣＭＴ５１０５万能材料試験機を使用し、引張速度２ｍｍ／分で実施した。 ３つの標準試験片の平均値を機械的特性データとして算出した。引張試験片の破壊形態は、低倍率走査型電子顕微鏡 (Quanta 2000、FEI、米国) を使用して観察されました。
2 結果と考察
図 1 は、均質化処理前後の鋳放し 6063 アルミニウム合金の金属組織微細構造を示しています。図1aに示すように、鋳放し組織中のα-Al粒子はサイズが異なり、多数の網状β-Al9Fe2Si2相が粒界に集まり、粒子内部には多数の粒状Mg2Si相が存在します。インゴットを560℃で6時間均質化した後、合金樹枝状結晶間の非平衡共晶相は徐々に溶解し、合金元素はマトリックスに溶解し、微細構造は均一で、平均粒径は約125μmでした（図1b） ）。
均質化前
600℃、6時間均一化処理後
図1 均質化処理前後の6063アルミニウム合金の金属組織
図2に押出比の異なる6063アルミニウム合金棒の外観を示します。図 2 に示すように、さまざまな押出比で押出された 6063 アルミニウム合金棒材の表面品質は良好で、特に押出比が 156 (棒材押出出口速度 48 m/min に相当) に増加した場合でも、表面品質は良好です。バー表面にクラックや剥離などの押出欠陥が見られ、6063 アルミニウム合金が高速かつ大押出下でも良好な熱間押出成形性能を備えていることがわかります。 比率。
図2 押出比の異なる6063アルミニウム合金棒の外観
図 3 は、さまざまな押出比の 6063 アルミニウム合金棒の縦断面の金属組織微細構造を示しています。押出比が異なる棒材の結晶粒構造は、伸びや微細化の度合いが異なります。押出比が 17 の場合、元の粒子は押出方向に沿って伸長し、少数の再結晶粒子の形成を伴いますが、粒子は依然として比較的粗く、平均粒子サイズは約 85 μm です (図 3a)。 ;押出比が 25 の場合、粒子はより細く引っ張られ、再結晶粒子の数が増加し、平均粒子サイズは約 71 μm まで減少します (図 3b)。押出比が 39 の場合、少数の変形粒子を除いて、微細構造は基本的に不均一なサイズの等軸再結晶粒子で構成され、平均粒径は約 60 μm です（図 3c）。押出比が69の場合、動的再結晶化プロセスは基本的に完了し、粗大な元の粒子は均一な構造の再結晶粒子に完全に変換され、平均粒子サイズは約41μmまで微細化されます（図3d）。押出比が156の場合、動的再結晶プロセスが完全に進行すると、微細構造はより均一になり、粒径は約32μmまで大幅に微細化されます（図3e）。押出比が増加すると、動的再結晶化プロセスがより完全に進行し、合金の微細構造がより均一になり、結晶粒径が大幅に微細化されます（図 3f）。
図3 押出比の異なる6063アルミニウム合金棒の縦断面の金属組織と結晶粒径
図 4 は、押出方向に沿った異なる押出比の 6063 アルミニウム合金棒の逆極点図を示しています。異なる押出比の合金棒の微細構造はすべて、明らかな優先配向を生み出していることがわかります。押出比が 17 の場合、より弱い <115>+<100> テクスチャが形成されます (図 4a)。押し出し比が 39 の場合、テクスチャ コンポーネントは主に強い <100> テクスチャと少量の弱い <115> テクスチャです (図 4b)。押し出し比が 156 の場合、テクスチャ コンポーネントは強度が大幅に向上した <100> テクスチャですが、<115> テクスチャは消えます (図 4c)。研究によると、面心立方体金属は、押出成形および引抜き加工中に主に <111> および <100> ワイヤ テクスチャを形成することがわかっています。組織が形成されると、合金の室温機械的特性は明らかな異方性を示します。組織強度は押出比の増加とともに増加します。これは、合金内の押出方向に平行な特定の結晶方向の結晶粒の数が徐々に増加し、合金の縦方向の引張強度が増加することを示しています。 6063 アルミニウム合金熱間押出材の強化機構には、細粒強化、転位強化、組織強化などが含まれます。この実験研究で使用したプロセスパラメータの範囲内では、押出比の増加は上記の強化機構に促進効果をもたらします。
図4 押出方向に沿って押出比が異なる6063アルミニウム合金棒の逆極点図
図 5 は、さまざまな押出比での変形後の 6063 アルミニウム合金の引張特性のヒストグラムです。鋳造合金の引張強さは１７０ＭＰａ、伸びは１０．４％である。押出後の合金の引張強度と伸びは大幅に向上し、押出比の増加に伴って引張強度と伸びは徐々に増加します。押出比が 156 の場合、合金の引張強度と伸びはそれぞれ 228 MPa と 26.9% の最大値に達します。これは、鋳造合金の引張強度よりも約 34% 高く、鋳造合金の引張強度よりも約 158% 高くなります。伸び。大きな押出比で得られる 6063 アルミニウム合金の引張強度は、4 パス等溝角押出 (ECAP) で得られる引張強度値 (240 MPa) に近く、引張強度値 (171.1 MPa) よりもはるかに高くなります。 6063 アルミニウム合金の 1 パス ECAP 押出によって得られます。押出比を大きくすると、合金の機械的特性がある程度向上することがわかります。
押出比による合金の機械的特性の向上は、主に結晶粒微細化強化によるものです。押出比が増加すると、結晶粒が微細化され、転位密度が増加します。単位面積当たりの粒界が多くなると、転位の相互移動や絡み合いと合わせて、転位の移動が効果的に妨げられ、合金の強度が向上します。粒子が細かいほど、粒界はより曲がりくねり、塑性変形はより多くの粒子に分散されるため、亀裂の発生はおろか、亀裂の伝播にもつながりません。破壊プロセス中により多くのエネルギーを吸収できるため、合金の可塑性が向上します。
図5 鋳造および押出後の6063アルミニウム合金の引張特性
異なる押出比での変形後の合金の引張破断形態を図 6 に示します。鋳放しサンプルの破断形態にはディンプルは見られず (図 6a)、破断は主に平坦な領域と引き裂きエッジで構成されていました。これは、鋳放し合金の引張破壊メカニズムが主に脆性破壊であることを示しています。押出後の合金の破断形態は大きく変化しており、多数の等軸ディンプルからなる破面となっており、押出後の合金の破壊機構が脆性破壊から延性破壊に変化していることがわかる。押出比が小さいとディンプルは浅く、ディンプルサイズは大きく分布が不均一になる。押出比が増加するにつれて、ディンプルの数が増加し、ディンプルのサイズが小さくなり、分布が均一になります（図6b〜f）。これは、合金の可塑性が優れていることを意味し、これは上記の機械的特性のテスト結果と一致します。
3 結論
この実験では、ビレットサイズ、インゴット加熱温度、および押出速度を変えずに、6063アルミニウム合金の微細構造と特性に及ぼす異なる押出比の影響を分析しました。結論は次のとおりです。
1) 6063 アルミニウム合金では、熱間押出中に動的再結晶が発生します。押出比の増加に伴い、結晶粒は継続的に微細化され、押出方向に沿って伸長した結晶粒は等軸再結晶粒に変化し、<100>線組織の強度は継続的に増加します。
2) 細粒強化の効果により、押出比の増加とともに合金の機械的性質が向上します。試験パラメータの範囲内で、押出比が 156 の場合、合金の引張強度と伸びはそれぞれ 228 MPa と 26.9% の最大値に達します。
図6 鋳造および押出後の6063アルミニウム合金の引張破壊形態
3) 鋳放し試験片の破壊形態は、平坦な領域と引き裂き端で構成されます。押出後の破面は多数の等軸ディンプルで構成され、破断機構は脆性破壊から延性破壊に変化します。
投稿日時: 2024 年 11 月 30 日
