6063 aluminiozko aleazioa Al-Mg-Si serieko aluminiozko aleazio termikoki tratagarrien artean dago. Estrusio-moldeaketa errendimendu bikaina, korrosioarekiko erresistentzia ona eta propietate mekaniko zabalak ditu. Automobilgintzan ere oso erabilia da, erraz oxidatzen delako koloreztatzen. Automobil arinen joera bizkortzearekin batera, 6063 aluminiozko aleaziozko estrusio-materialen aplikazioa automobilgintzan ere areagotu egin da.
Estrusio-materialen mikroegitura eta propietateak estrusio-abiaduraren, estrusio-tenperaturaren eta estrusio-erlazioaren efektu konbinatuen eraginpean daude. Horien artean, estrusio-erlazioa batez ere estrusio-presioak, ekoizpen-eraginkortasunak eta ekoizpen-ekipoek zehazten dute. Estrusio-erlazioa txikia denean, aleazioaren deformazioa txikia da eta mikroegituraren fintzea ez da agerikoa; estrusio-erlazioa handitzeak aleak nabarmen findu, bigarren fase lodia hautsi, mikroegitura uniforme bat lortu eta aleazioaren propietate mekanikoak hobetu ditzake.
6061 eta 6063 aluminiozko aleazioek birkristalizazio dinamikoa jasaten dute estrusio prozesuan zehar. Estrusio tenperatura konstantea denean, estrusio erlazioa handitzen den heinean, alearen tamaina gutxitzen da, indartze fasea fin-fin sakabanatzen da, eta aleazioaren trakzio erresistentzia eta luzapena handitzen dira horren arabera; hala ere, estrusio erlazioa handitzen den heinean, estrusio prozesurako behar den estrusio indarra ere handitzen da, efektu termiko handiagoa eraginez, aleazioaren barne tenperatura igotzea eta produktuaren errendimendua gutxitzea eraginez. Esperimentu honek estrusio erlazioak, batez ere estrusio erlazio handiak, 6063 aluminiozko aleazioaren mikroegituran eta propietate mekanikoetan duen eragina aztertzen du.
1 Material eta metodo esperimentalak
Material esperimentala 6063 aluminiozko aleazioa da, eta konposizio kimikoa 1. taulan ageri da. Lingotearen jatorrizko tamaina Φ55 mm × 165 mm da, eta Φ50 mm × 150 mm-ko estrusio-tolone batean prozesatzen da 560 ℃-tan 6 orduz homogeneizazio-tratamendua egin ondoren. Tolonea 470 ℃-ra berotzen da eta epel mantentzen da. Estrusio-upelaren aurreberotze-tenperatura 420 ℃ da, eta moldearen aurreberotze-tenperatura 450 ℃. Estrusio-abiadura (estrusio-barraren mugimendu-abiadura) V = 5 mm/s aldatu gabe mantentzen denean, 5 estrusio-erlazio-proba talde desberdin egiten dira, eta R estrusio-erlazioak 17 (trokelaren zuloaren diametroari dagozkion D = 12 mm), 25 (D = 10 mm), 39 (D = 8 mm), 69 (D = 6 mm) eta 156 (D = 4 mm) dira.
1. taula 6063 Al aleazioaren konposizio kimikoa (pisua/%)
Lixa-papera ehotu eta mekanikoki leundu ondoren, lagin metalografikoak % 40ko bolumen-frakzioko HF erreaktiboarekin grabatu ziren 25 segundoz gutxi gorabehera, eta laginen egitura metalografikoa LEICA-5000 mikroskopio optiko batean behatu zen. 10 mm × 10 mm-ko ehundura-analisi lagin bat moztu zen estrusio-hagaxkaren luzetarako sekzioaren erdigunetik, eta ehotze mekanikoa eta grabatzea egin ziren gainazaleko tentsio-geruza kentzeko. Laginaren hiru kristal-planoen {111}, {200} eta {220} polo-irudi osatugabeak PANalytical Company-ren X′Pert Pro MRD X izpien difrakzio-analizagailuarekin neurtu ziren, eta ehundura-datuak X′Pert Data View eta X′Pert Texture softwarearekin prozesatu eta aztertu ziren.
Aleazio galdatuaren trakzio-lagina lingotearen erdialdetik hartu zen, eta estrusioaren ondoren estrusio-norabidean zehar moztu zen. Neurgailuaren azalera Φ4 mm × 28 mm-koa zen. Trakzio-proba SANS CMT5105 material-probak egiteko makina unibertsal bat erabiliz egin zen, 2 mm/min-ko trakzio-abiadurarekin. Hiru lagin estandarren batez besteko balioa kalkulatu zen propietate mekanikoen datu gisa. Trakzio-laginen haustura-morfologia handitze txikiko eskaneatze-mikroskopio elektroniko bat erabiliz behatu zen (Quanta 2000, FEI, AEB).
2 Emaitzak eta eztabaida
1. irudiak 6063 aluminiozko aleazio gordinaren mikroegitura metalografikoa erakusten du homogeneizazio tratamendua baino lehen eta ondoren. 1a irudian ikusten den bezala, gordinaren mikroegiturako α-Al aleak tamaina desberdinekoa dira, β-Al9Fe2Si2 fase erretikular ugari biltzen dira aleen mugetan, eta Mg2Si fase pikortsu ugari daude aleen barruan. Lingotea 560 ℃-tan 6 orduz homogeneizatu ondoren, aleazio dendriten arteko oreka ez zegoen fase eutektikoa pixkanaka disolbatu zen, aleazio elementuak matrizean disolbatu ziren, mikroegitura uniformea zen eta batez besteko ale tamaina 125 μm ingurukoa zen (1b irudia).
Homogeneizazioa baino lehen
600 °C-tan 6 orduz uniformeki tratatu ondoren
1. irudia 6063 aluminiozko aleazioaren egitura metalografikoa homogeneizazio tratamendua baino lehen eta ondoren
2. irudiak 6063 aluminiozko aleaziozko barren itxura erakusten du, estrusio-erlazio desberdinekin. 2. irudian ikusten den bezala, estrusio-erlazio desberdinekin estrusioztatutako 6063 aluminiozko aleaziozko barren gainazalaren kalitatea ona da, batez ere estrusio-erlazioa 156ra igotzen denean (48 m/min-ko barraren estrusio-irteerako abiadurari dagokiona), oraindik ez dago estrusio-akatsik, hala nola pitzadurak eta zuritzea, barraren gainazalean, eta horrek adierazten du 6063 aluminiozko aleazioak estrusio beroan eratzeko errendimendu ona duela abiadura handian eta estrusio-erlazio handietan.
2. irudia 6063 aluminiozko aleaziozko hagatxoen itxura estrusio-erlazio desberdinekin
3. irudiak 6063 aluminiozko aleaziozko barraren luzetarako sekzioaren mikroegitura metalografikoa erakusten du, estrusio-erlazio desberdinekin. Estrusio-erlazio desberdinekin dagoen barraren ale-egiturak luzapen edo fintze-maila desberdinak erakusten ditu. Estrusio-erlazioa 17 denean, jatorrizko aleak luzatzen dira estrusio-norabidean zehar, birkristalizatutako ale kopuru txiki bat eratuz, baina aleak nahiko lodiak dira oraindik, 85 μm inguruko batez besteko ale-tamainarekin (3a irudia); estrusio-erlazioa 25 denean, aleak meheagoak dira, birkristalizatutako aleen kopurua handitzen da eta batez besteko ale-tamaina 71 μm ingurura jaisten da (3b irudia); estrusio-erlazioa 39 denean, deformatutako ale kopuru txiki bat izan ezik, mikroegitura funtsean tamaina irregularreko birkristalizatutako ale ekuaraxialez osatuta dago, 60 μm inguruko batez besteko ale-tamainarekin (3c irudia); Estrusio-erlazioa 69 denean, birkristalizazio dinamikoaren prozesua funtsean osatuta dago, jatorrizko ale lodiak erabat eraldatu dira egitura uniformeko birkristalizatutako aleetan, eta batez besteko ale-tamaina 41 μm ingurura fintzen da (3d irudia); estrusio-erlazioa 156 denean, birkristalizazio dinamikoaren prozesuaren aurrerapen osoa dela eta, mikroegitura uniformeagoa da, eta ale-tamaina asko fintzen da 32 μm ingurura (3e irudia). Estrusio-erlazioa handitzen den heinean, birkristalizazio dinamikoaren prozesua osotasunean aurrera doa, aleazioaren mikroegitura uniformeagoa bihurtzen da, eta ale-tamaina nabarmen fintzen da (3f irudia).
3. irudia 6063 aluminiozko aleaziozko hagatxoen luzetarako sekzio metalografikoaren egitura eta ale-tamaina, estrusio-erlazio desberdinekin
4. irudiak 6063 aluminiozko aleaziozko barren alderantzizko poloen irudiak erakusten ditu estrusio-norabidean zehar estrusio-erlazio desberdinak dituztenak. Ikus daiteke estrusio-erlazio desberdinak dituzten aleaziozko barren mikroegiturek guztiek lehentasunezko orientazio nabarmena sortzen dutela. Estrusio-erlazioa 17 denean, <115> + <100> ehundura ahulagoa sortzen da (4a irudia); estrusio-erlazioa 39 denean, ehunduraren osagaiak batez ere <100> ehundura sendoagoa eta <115> ehundura ahul kopuru txiki bat dira (4b irudia); estrusio-erlazioa 156 denean, ehunduraren osagaiak <100> ehundura dira, nabarmen handitutako indarrarekin, eta <115> ehundura desagertzen da (4c irudia). Ikerketek erakutsi dute aurpegi-zentratutako metal kubikoek batez ere <111> eta <100> alanbre-ehundurak eratzen dituztela estrusioan eta marrazketan zehar. Ehundura eratu ondoren, aleazioaren giro-tenperaturako propietate mekanikoek anisotropia nabarmena erakusten dute. Ehunduraren indarra handitzen da estrusio-erlazioa handitzen den heinean, eta horrek adierazten du aleazioko estrusio-norabidearekiko paraleloan dagoen kristal-norabide jakin batean dauden aleen kopurua pixkanaka handitzen dela, eta aleazioaren luzetarako trakzio-erresistentzia handitzen dela. 6063 aluminiozko aleaziozko estrusio beroko materialen indartze-mekanismoen artean, ale finen indartzea, dislokazioen indartzea, ehunduraren indartzea eta abar daude. Azterketa esperimental honetan erabilitako prozesu-parametroen barruan, estrusio-erlazioa handitzeak eragin positiboa du aipatutako indartze-mekanismoetan.
4. irudia 6063 aluminiozko aleaziozko hagatxoen alderantzizko poloen diagrama, estrusio-norabidean zehar estrusio-erlazio desberdinak dituztenak
5. irudia 6063 aluminiozko aleazioaren trakzio-propietateen histograma da, estrusio-erlazio desberdinetan deformatu ondoren. Aleazio galdatuaren trakzio-erresistentzia 170 MPa da eta luzapena % 10,4koa. Aleazioaren trakzio-erresistentzia eta luzapena nabarmen hobetzen dira estrusioaren ondoren, eta trakzio-erresistentzia eta luzapena pixkanaka handitzen dira estrusio-erlazioa handitzen den heinean. Estrusio-erlazioa 156 denean, aleazioaren trakzio-erresistentzia eta luzapena balio maximoetara iristen dira, hau da, 228 MPa eta % 26,9, hurrenez hurren, hau da, aleazio galdatuaren trakzio-erresistentzia baino % 34 handiagoa eta luzapena baino % 158 handiagoa. Estrusio-erlazio handi batekin lortutako 6063 aluminiozko aleazioaren trakzio-erresistentzia 4 pasabideko kanal angeluar berdineko estrusioaren (ECAP) bidez lortutako trakzio-erresistentziaren baliotik (240 MPa) gertu dago, eta hori askoz handiagoa da 6063 aluminiozko aleazioaren pasabide bakarreko ECAP estrusioaren bidez lortutako trakzio-erresistentziaren baliotik (171,1 MPa) baino. Ikus daiteke estrusio-erlazio handi batek aleazioaren propietate mekanikoak neurri batean hobetu ditzakeela.
Estrusio-erlazioaren bidezko aleazioaren propietate mekanikoen hobekuntza batez ere aleen fintzearen indartzetik dator. Estrusio-erlazioa handitzen den heinean, aleak findu egiten dira eta dislokazio-dentsitatea handitzen da. Azalera-unitateko ale-muga gehiagok dislokazioen mugimendua eraginkortasunez oztopatu dezakete, dislokazioen elkarrekiko mugimenduarekin eta korapiloarekin batera, horrela aleazioaren erresistentzia hobetuz. Zenbat eta ale finagoak izan, orduan eta bihurriagoak dira ale-mugak, eta deformazio plastikoa ale gehiagotan barreia daiteke, eta hori ez da lagungarria pitzadurak eratzeko, are gutxiago pitzadurak hedatzeko. Energia gehiago xurgatu daiteke haustura-prozesuan, horrela aleazioaren plastizitatea hobetuz.
5. irudia 6063 aluminiozko aleazioaren trakzio-propietateak galdaketa eta estrusioaren ondoren
Aleazioaren trakzio-haustura morfologia estrusio-erlazio desberdinekin deformazioaren ondoren 6. irudian ageri da. Ez zen zirrikiturik aurkitu moldeatutako laginaren haustura-morfologian (6a irudia), eta haustura batez ere eremu lauez eta urradura-ertzez osatuta zegoen, eta horrek adierazten du moldeatutako aleazioaren trakzio-haustura-mekanismoa batez ere haustura hauskorra zela. Aleazioaren haustura-morfologia estrusioaren ondoren nabarmen aldatu da, eta haustura zirrikitu ekieratzdun ugariz osatuta dago, eta horrek adierazten du aleazioaren haustura-mekanismoa estrusioaren ondoren haustura hauskorretik haustura harikorrerako aldatu dela. Estrusio-erlazioa txikia denean, zirrikitu txikiak dira eta zirrikitu-tamaina handia da, eta banaketa irregularra da; estrusio-erlazioa handitzen den heinean, zirrikitu-kopurua handitzen da, zirrikitu-tamaina txikiagoa da eta banaketa uniformea da (6b~f irudiak), eta horrek esan nahi du aleazioak plastikotasun hobea duela, eta hori bat dator goiko propietate mekanikoen proben emaitzekin.
3 Ondorioa
Esperimentu honetan, estrusio-erlazio desberdinek 6063 aluminiozko aleazioaren mikroegituran eta propietateetan dituzten efektuak aztertu ziren, lingotearen tamaina, lingotearen berotze-tenperatura eta estrusio-abiadura aldatu gabe mantenduz. Ondorioak hauek dira:
1) 6063 aluminiozko aleazioan birkristalizazio dinamikoa gertatzen da estrusio beroan zehar. Estrusio-erlazioa handitzen den heinean, aleak etengabe fintzen dira, eta estrusio-norabidean luzatzen diren aleak birkristalizatutako ale ekuaraxial bihurtzen dira, eta <100> alanbre-ehunduraren erresistentzia etengabe handitzen da.
2) Ale finen indartzearen efektuari esker, aleazioaren propietate mekanikoak hobetzen dira estrusio-erlazioa handitzen den heinean. Proba-parametroen barruan, estrusio-erlazioa 156 denean, aleazioaren trakzio-erresistentzia eta luzapena 228 MPa eta % 26,9ko balio maximoak lortzen dira, hurrenez hurren.
6. irudia 6063 aluminiozko aleazioaren trakzio-haustura morfologiak galdaketa eta estrusioaren ondoren
3) Moldeatu berri den laginaren haustura-morfologia eremu lauez eta ertz urratuez osatuta dago. Estrusioaren ondoren, haustura ardatz bereko zulo ugariz osatuta dago, eta haustura-mekanismoa hauskortasun-hausturatik harikortasun-hausturara eraldatzen da.
Argitaratze data: 2024ko azaroaren 30a
