६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु बारहरूको माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरूमा फरक एक्सट्रुजन अनुपातहरूको प्रभाव के हो?

६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु कम-मिश्रित Al-Mg-Si श्रृंखलाको ताप-उपचारयोग्य एल्युमिनियम मिश्र धातुसँग सम्बन्धित छ। यसमा उत्कृष्ट एक्सट्रुजन मोल्डिंग प्रदर्शन, राम्रो जंग प्रतिरोध र व्यापक मेकानिकल गुणहरू छन्। यसको सजिलो अक्सिडेशन रंगको कारणले गर्दा यो अटोमोटिभ उद्योगमा पनि व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हल्का तौलका अटोमोबाइलहरूको प्रवृत्तिको गतिसँगै, अटोमोटिभ उद्योगमा ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु एक्सट्रुजन सामग्रीको प्रयोग पनि बढेको छ। 

एक्सट्रुडेड सामग्रीहरूको माइक्रोस्ट्रक्चर र गुणहरू एक्सट्रुजन गति, एक्सट्रुजन तापक्रम र एक्सट्रुजन अनुपातको संयुक्त प्रभावबाट प्रभावित हुन्छन्। ती मध्ये, एक्सट्रुजन अनुपात मुख्यतया एक्सट्रुजन दबाब, उत्पादन दक्षता र उत्पादन उपकरण द्वारा निर्धारण गरिन्छ। जब एक्सट्रुजन अनुपात सानो हुन्छ, मिश्र धातुको विकृति सानो हुन्छ र माइक्रोस्ट्रक्चर परिष्करण स्पष्ट हुँदैन; एक्सट्रुजन अनुपात बढाउनाले दानालाई उल्लेखनीय रूपमा परिष्कृत गर्न सकिन्छ, मोटो दोस्रो चरणलाई तोड्न सकिन्छ, एक समान माइक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त गर्न सकिन्छ, र मिश्र धातुको मेकानिकल गुणहरू सुधार गर्न सकिन्छ।

६०६१ र ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुहरू एक्सट्रुजन प्रक्रियाको क्रममा गतिशील पुन: क्रिस्टलाइजेसनबाट गुज्रन्छन्। जब एक्सट्रुजन तापक्रम स्थिर हुन्छ, एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा, अन्नको आकार घट्छ, बलियो बनाउने चरण राम्रोसँग फैलिन्छ, र मिश्र धातुको तन्य शक्ति र लम्बाइ तदनुसार बढ्छ; यद्यपि, एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा, एक्सट्रुजन प्रक्रियाको लागि आवश्यक एक्सट्रुजन बल पनि बढ्छ, जसले गर्दा ठूलो थर्मल प्रभाव हुन्छ, जसले गर्दा मिश्र धातुको आन्तरिक तापक्रम बढ्छ, र उत्पादनको कार्यसम्पादन घट्छ। यो प्रयोगले ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको माइक्रोस्ट्रक्चर र मेकानिकल गुणहरूमा एक्सट्रुजन अनुपात, विशेष गरी ठूलो एक्सट्रुजन अनुपातको प्रभावको अध्ययन गर्दछ।

१ प्रयोगात्मक सामग्री र विधिहरू

प्रयोगात्मक सामग्री ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु हो, र रासायनिक संरचना तालिका १ मा देखाइएको छ। इन्गटको मूल आकार Φ५५ मिमी × १६५ मिमी छ, र यसलाई ५६० ℃ मा ६ घण्टाको लागि एकरूपीकरण उपचार पछि Φ५० मिमी × १५० मिमी आकारको एक्सट्रुजन बिलेटमा प्रशोधन गरिन्छ। बिलेटलाई ४७० ℃ मा तताइन्छ र न्यानो राखिन्छ। एक्सट्रुजन ब्यारेलको प्रिहिटिंग तापक्रम ४२० ℃ हुन्छ, र मोल्डको प्रिहिटिंग तापक्रम ४५० ℃ हुन्छ। जब एक्सट्रुजन गति (एक्सट्रुजन रड चल्ने गति) V=५ मिमी/सेकेन्ड अपरिवर्तित रहन्छ, विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपात परीक्षणका ५ समूहहरू गरिन्छन्, र एक्सट्रुजन अनुपात R १७ (डाइ होल व्यास D=१२ मिमी अनुरूप), २५ (D=१० मिमी), ३९ (D=८ मिमी), ६९ (D=६ मिमी), र १५६ (D=४ मिमी) हुन्छन्।

तालिका १ ६०६३ अल मिश्र धातुको रासायनिक संरचना (wt/%)

स्यान्डपेपर ग्राइन्डिङ र मेकानिकल पालिसिङ पछि, मेटालोग्राफिक नमूनाहरूलाई लगभग २५ सेकेन्डको लागि ४०% को भोल्युम अंशको साथ HF अभिकर्मकले नक्काशी गरिएको थियो, र नमूनाहरूको मेटालोग्राफिक संरचना LEICA-5000 अप्टिकल माइक्रोस्कोपमा अवलोकन गरिएको थियो। एक्सट्रुडेड रडको अनुदैर्ध्य खण्डको केन्द्रबाट १० मिमी × १० मिमी आकारको बनावट विश्लेषण नमूना काटिएको थियो, र सतहको तनाव तह हटाउन मेकानिकल ग्राइन्डिङ र नक्काशी गरिएको थियो। नमूनाको तीन क्रिस्टल प्लेनहरू {111}, {200}, र {220} को अपूर्ण ध्रुव आकृतिहरू PANalytical कम्पनीको X′Pert Pro MRD एक्स-रे विवर्तन विश्लेषक द्वारा मापन गरिएको थियो, र बनावट डेटा X′Pert डाटा दृश्य र X′Pert टेक्सचर सफ्टवेयर द्वारा प्रशोधन र विश्लेषण गरिएको थियो।

कास्ट मिश्र धातुको तन्य नमूना इन्गटको केन्द्रबाट लिइएको थियो, र तन्य नमूनालाई तन्य नमूना निकालेपछि बाहिर निकाल्ने दिशामा काटिएको थियो। गेज क्षेत्र आकार Φ४ मिमी × २८ मिमी थियो। तन्य परीक्षण २ मिमी/मिनेटको तन्य दरको साथ SANS CMT5105 विश्वव्यापी सामग्री परीक्षण मेसिन प्रयोग गरेर गरिएको थियो। तीन मानक नमूनाहरूको औसत मान मेकानिकल गुण डेटाको रूपमा गणना गरिएको थियो। तन्य नमूनाहरूको फ्र्याक्चर आकारविज्ञान कम-म्याग्निफिकेसन स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोप (क्वान्टा २०००, FEI, USA) प्रयोग गरेर अवलोकन गरिएको थियो।

२ नतिजा र छलफल

चित्र १ ले समरूपीकरण उपचार अघि र पछि as-cast 6063 एल्युमिनियम मिश्र धातुको मेटलोग्राफिक माइक्रोस्ट्रक्चर देखाउँछ। चित्र १a मा देखाइए अनुसार, as-cast माइक्रोस्ट्रक्चरमा α-Al ग्रेनहरू आकारमा भिन्न हुन्छन्, ठूलो संख्यामा जालीदार β-Al9Fe2Si2 चरणहरू अन्नको सीमामा भेला हुन्छन्, र दाना भित्र ठूलो संख्यामा दानादार Mg2Si चरणहरू अवस्थित हुन्छन्। इन्गटलाई 6 घण्टाको लागि 560 ℃ मा एकरूप बनाएपछि, मिश्र धातु डेन्ड्राइटहरू बीचको गैर-सन्तुलित युटेक्टिक चरण बिस्तारै विघटन भयो, मिश्र धातु तत्वहरू म्याट्रिक्समा विघटन भयो, माइक्रोस्ट्रक्चर एकरूप थियो, र औसत अन्न आकार लगभग 125 μm थियो (चित्र 1b)।

एकरूपता अघि

६०० डिग्री सेल्सियसमा ६ घण्टासम्म एकरूपता उपचार पछि

चित्र १ एकरूपीकरण उपचार अघि र पछि ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको धातुग्राफिक संरचना

चित्र २ ले विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु बारहरूको उपस्थिति देखाउँछ। चित्र २ मा देखाइए अनुसार, विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु बारहरूको सतह गुणस्तर राम्रो हुन्छ, विशेष गरी जब एक्सट्रुजन अनुपात १५६ मा बढाइन्छ (४८ मिटर/मिनेटको बार एक्सट्रुजन आउटलेट गति अनुरूप), बारको सतहमा दरार र पिलिङ जस्ता कुनै एक्सट्रुजन दोषहरू अझै पनि छैनन्, जसले ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुमा उच्च गति र ठूलो एक्सट्रुजन अनुपात अन्तर्गत राम्रो तातो एक्सट्रुजन गठन प्रदर्शन पनि छ भन्ने संकेत गर्दछ।

चित्र २ फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु रडहरूको उपस्थिति

चित्र ३ ले ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु बारको अनुदैर्ध्य खण्डको मेटलोग्राफिक माइक्रोस्ट्रक्चरलाई फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएको देखाउँछ। फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएको बारको ग्रेन स्ट्रक्चरले लम्बाइ वा परिष्करणको फरक डिग्री देखाउँछ। जब एक्सट्रुजन अनुपात १७ हुन्छ, मूल ग्रेनहरू एक्सट्रुजन दिशामा लामो हुन्छन्, थोरै संख्यामा पुन: क्रिस्टलाइज्ड ग्रेनहरूको गठनसँगै, तर ग्रेनहरू अझै पनि तुलनात्मक रूपमा मोटा हुन्छन्, जसको औसत ग्रेन आकार लगभग ८५ μm हुन्छ (चित्र ३a); जब एक्सट्रुजन अनुपात २५ हुन्छ, ग्रेनहरू अझ पातलो तानिन्छन्, पुन: क्रिस्टलाइज्ड ग्रेनहरूको संख्या बढ्छ, र औसत ग्रेन आकार लगभग ७१ μm (चित्र ३b) मा घट्छ; जब एक्सट्रुजन अनुपात ३९ हुन्छ, थोरै संख्यामा विकृत ग्रेनहरू बाहेक, माइक्रोस्ट्रक्चर मूल रूपमा असमान आकारको समतुल्य पुन: क्रिस्टलाइज्ड ग्रेनहरू मिलेर बनेको हुन्छ, जसको औसत ग्रेन आकार लगभग ६० μm हुन्छ (चित्र ३c); जब एक्सट्रुजन अनुपात ६९ हुन्छ, गतिशील पुन: क्रिस्टलाइजेशन प्रक्रिया मूल रूपमा पूरा हुन्छ, मोटे मूल अन्नहरू पूर्ण रूपमा एकरूप रूपमा संरचित पुन: क्रिस्टलाइज्ड अन्नहरूमा रूपान्तरण हुन्छन्, र औसत अन्नको आकार लगभग ४१ μm (चित्र ३d) मा परिष्कृत हुन्छ; जब एक्सट्रुजन अनुपात १५६ हुन्छ, गतिशील पुन: क्रिस्टलाइजेशन प्रक्रियाको पूर्ण प्रगतिको साथ, माइक्रोस्ट्रक्चर अधिक एकरूप हुन्छ, र अन्नको आकार लगभग ३२ μm (चित्र ३e) मा धेरै परिष्कृत हुन्छ। एक्सट्रुजन अनुपातमा वृद्धिसँगै, गतिशील पुन: क्रिस्टलाइजेशन प्रक्रिया पूर्ण रूपमा अगाडि बढ्छ, मिश्र धातु माइक्रोस्ट्रक्चर अधिक एकरूप हुन्छ, र अन्नको आकार उल्लेखनीय रूपमा परिष्कृत हुन्छ (चित्र ३f)।

चित्र ३ विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु रडहरूको अनुदैर्ध्य खण्डको धातुग्राफिक संरचना र दाना आकार

चित्र ४ ले एक्सट्रुजन दिशामा फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु बारहरूको उल्टो ध्रुव आंकडा देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएका मिश्र धातु बारहरूको माइक्रोस्ट्रक्चरहरूले स्पष्ट प्राथमिकता अभिमुखीकरण उत्पादन गर्दछ। जब एक्सट्रुजन अनुपात १७ हुन्छ, कमजोर <११५>+<१००> बनावट बनाइन्छ (चित्र ४क); जब एक्सट्रुजन अनुपात ३९ हुन्छ, बनावट घटकहरू मुख्यतया बलियो <१००> बनावट र थोरै मात्रामा कमजोर <११५> बनावट (चित्र ४ख) हुन्छन्; जब एक्सट्रुजन अनुपात १५६ हुन्छ, बनावट घटकहरू मुख्यतया <१११> र <१००> तार बनावटहरू हुन्छन्। एक पटक बनावट बनेपछि, मिश्र धातुको कोठाको तापक्रमको यांत्रिक गुणहरूले स्पष्ट एनिसोट्रोपी देखाउँछन्। एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा बनावटको शक्ति बढ्छ, जसले मिश्र धातुमा एक्सट्रुजन दिशासँग समानान्तर निश्चित क्रिस्टल दिशामा दानाको संख्या बिस्तारै बढ्दै जान्छ र मिश्र धातुको अनुदैर्ध्य तन्य शक्ति बढ्दै जान्छ भन्ने संकेत गर्छ। ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु तातो एक्सट्रुजन सामग्रीहरूको बलियो बनाउने संयन्त्रहरूमा राम्रो दाना बलियो बनाउने, विस्थापन बलियो बनाउने, बनावट बलियो बनाउने, आदि समावेश छन्। यस प्रयोगात्मक अध्ययनमा प्रयोग गरिएका प्रक्रिया प्यारामिटरहरूको दायरा भित्र, एक्सट्रुजन अनुपात बढाउनुले माथिको बलियो बनाउने संयन्त्रहरूमा प्रवर्द्धन प्रभाव पार्छ।

चित्र.४ एक्सट्रुजन दिशामा फरक एक्सट्रुजन अनुपात भएका ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातु रडहरूको रिभर्स पोल रेखाचित्र

चित्र ५ विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपातहरूमा विकृति पछि ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको तन्य गुणहरूको हिस्टोग्राम हो। कास्ट मिश्र धातुको तन्य शक्ति १७० MPa र लम्बाइ १०.४% छ। एक्सट्रुजन पछि मिश्र धातुको तन्य शक्ति र लम्बाइ उल्लेखनीय रूपमा सुधार हुन्छ, र एक्सट्रुजन अनुपातको वृद्धिसँगै तन्य शक्ति र लम्बाइ बिस्तारै बढ्छ। जब एक्सट्रुजन अनुपात १५६ हुन्छ, मिश्र धातुको तन्य शक्ति र लम्बाइ अधिकतम मानमा पुग्छ, जुन क्रमशः २२८ MPa र २६.९% हुन्छ, जुन कास्ट मिश्र धातुको तन्य शक्ति भन्दा लगभग ३४% बढी र लम्बाइ भन्दा लगभग १५८% बढी हुन्छ। ठूलो एक्सट्रुजन अनुपातद्वारा प्राप्त ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको तन्य शक्ति ४-पास बराबर च्यानल एङ्गुलर एक्सट्रुजन (ECAP) द्वारा प्राप्त तन्य शक्ति मान (२४० MPa) को नजिक छ, जुन ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको १-पास ECAP एक्सट्रुजनद्वारा प्राप्त तन्य शक्ति मान (१७१.१ MPa) भन्दा धेरै बढी छ। यो देख्न सकिन्छ कि ठूलो एक्सट्रुजन अनुपातले मिश्र धातुको मेकानिकल गुणहरूलाई निश्चित हदसम्म सुधार गर्न सक्छ।

एक्सट्रुजन अनुपातद्वारा मिश्र धातुको यान्त्रिक गुणहरूको वृद्धि मुख्यतया अन्न परिष्करण सुदृढीकरणबाट आउँछ। एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा, अन्नहरू परिष्कृत हुन्छन् र विस्थापन घनत्व बढ्छ। प्रति एकाइ क्षेत्रफलमा बढी अन्न सीमाहरूले विस्थापनको गतिलाई प्रभावकारी रूपमा बाधा पुर्‍याउन सक्छ, विस्थापनको पारस्परिक आन्दोलन र उलझनसँग मिलेर, जसले गर्दा मिश्र धातुको बलमा सुधार हुन्छ। अन्न जति मसिनो हुन्छ, अन्न सीमाहरू त्यति नै जटिल हुन्छन्, र प्लास्टिक विकृति धेरै अन्नहरूमा फैलिन सक्छ, जुन दरारहरूको गठनको लागि अनुकूल हुँदैन, दरारहरूको प्रसारलाई त छोड्नुहोस्। फ्र्याक्चर प्रक्रियाको क्रममा थप ऊर्जा अवशोषित गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा मिश्र धातुको प्लास्टिसिटीमा सुधार हुन्छ।

चित्र ५ कास्टिङ र एक्सट्रुजन पछि ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको तन्य गुणहरू

विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपातहरू सहित विकृति पछि मिश्र धातुको तन्य फ्र्याक्चर आकारविज्ञान चित्र ६ मा देखाइएको छ। एज-कास्ट नमूना (चित्र ६क) को फ्र्याक्चर आकारविज्ञानमा कुनै डिम्पलहरू फेला परेनन्, र फ्र्याक्चर मुख्यतया समतल क्षेत्रहरू र च्यात्ने किनारहरू मिलेर बनेको थियो, जसले एज-कास्ट मिश्र धातुको तन्य फ्र्याक्चर संयन्त्र मुख्यतया भंगुर फ्र्याक्चर थियो भनेर संकेत गर्दछ। एक्सट्रुजन पछि मिश्र धातुको फ्र्याक्चर आकारविज्ञान उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन भएको छ, र फ्र्याक्चर ठूलो संख्यामा इक्विएक्स्ड डिम्पलहरू मिलेर बनेको छ, जसले संकेत गर्दछ कि एक्सट्रुजन पछि मिश्र धातुको फ्र्याक्चर संयन्त्र भंगुर फ्र्याक्चरबाट डक्टाइल फ्र्याक्चरमा परिवर्तन भएको छ। जब एक्सट्रुजन अनुपात सानो हुन्छ, डिम्पलहरू उथले हुन्छन् र डिम्पल आकार ठूलो हुन्छ, र वितरण असमान हुन्छ; एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा, डिम्पलहरूको संख्या बढ्छ, डिम्पल आकार सानो हुन्छ र वितरण एकरूप हुन्छ (चित्र ६ख~च), जसको अर्थ मिश्र धातुमा राम्रो प्लास्टिसिटी छ, जुन माथिको मेकानिकल गुण परीक्षण परिणामहरूसँग मेल खान्छ।

३ निष्कर्ष

यस प्रयोगमा, ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको सूक्ष्म संरचना र गुणहरूमा विभिन्न एक्सट्रुजन अनुपातहरूको प्रभावहरूको विश्लेषण बिलेट आकार, इन्गट तताउने तापक्रम र एक्सट्रुजन गति अपरिवर्तित रहेसम्म गरिएको थियो। निष्कर्षहरू निम्नानुसार छन्:

१) तातो एक्सट्रुजनको समयमा ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुमा गतिशील पुन: क्रिस्टलाइजेसन हुन्छ। एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा, दानाहरू निरन्तर परिष्कृत हुन्छन्, र एक्सट्रुजन दिशामा लामो दानाहरू समरूप पुन: क्रिस्टलाइजेड दानाहरूमा परिणत हुन्छन्, र <१००> तार बनावटको बल निरन्तर बढ्छ।

२) मसिनो दाना बलियो बनाउने प्रभावका कारण, एक्सट्रुजन अनुपात बढ्दै जाँदा मिश्र धातुको यान्त्रिक गुणहरूमा सुधार हुन्छ। परीक्षण प्यारामिटरहरूको दायरा भित्र, जब एक्सट्रुजन अनुपात १५६ हुन्छ, मिश्र धातुको तन्य शक्ति र लम्बाइ क्रमशः २२८ MPa र २६.९% को अधिकतम मानमा पुग्छ।

चित्र ६ कास्टिङ र एक्सट्रुजन पछि ६०६३ एल्युमिनियम मिश्र धातुको टेन्साइल फ्र्याक्चर मोर्फोलोजीहरू

३) एज-कास्ट नमूनाको फ्र्याक्चर मोर्फोलोजी समतल क्षेत्रहरू र च्यातिएका किनारहरू मिलेर बनेको हुन्छ। एक्सट्रुजन पछि, फ्र्याक्चर ठूलो संख्यामा इक्विएक्स्ड डिम्पलहरू मिलेर बनेको हुन्छ, र फ्र्याक्चर मेकानिज्म ब्रिटिल फ्र्याक्चरबाट डक्टाइल फ्र्याक्चरमा परिणत हुन्छ।