Paduan aluminium 6063 termasuk dalam paduan aluminium paduan rendah seri Al-Mg-Si yang dapat diolah dengan panas. Ini memiliki kinerja cetakan ekstrusi yang sangat baik, ketahanan korosi yang baik dan sifat mekanik yang komprehensif. Ini juga banyak digunakan dalam industri otomotif karena pewarnaan oksidasinya yang mudah. Dengan percepatan tren mobil ringan, penerapan bahan ekstrusi paduan aluminium 6063 di industri otomotif juga semakin meningkat.
Struktur mikro dan sifat bahan yang diekstrusi dipengaruhi oleh efek gabungan dari kecepatan ekstrusi, suhu ekstrusi, dan rasio ekstrusi. Diantaranya, rasio ekstrusi terutama ditentukan oleh tekanan ekstrusi, efisiensi produksi dan peralatan produksi. Ketika rasio ekstrusi kecil, deformasi paduan kecil dan kehalusan struktur mikro tidak terlihat jelas; meningkatkan rasio ekstrusi dapat menghaluskan butiran secara signifikan, memecah fase kedua yang kasar, memperoleh struktur mikro yang seragam, dan meningkatkan sifat mekanik paduan.
Paduan aluminium 6061 dan 6063 mengalami rekristalisasi dinamis selama proses ekstrusi. Ketika suhu ekstrusi konstan, seiring dengan peningkatan rasio ekstrusi, ukuran butir berkurang, fase penguatan terdispersi halus, dan kekuatan tarik serta perpanjangan paduan meningkat; namun, seiring dengan peningkatan rasio ekstrusi, gaya ekstrusi yang diperlukan untuk proses ekstrusi juga meningkat, menyebabkan efek termal yang lebih besar, menyebabkan suhu internal paduan meningkat, dan kinerja produk menurun. Percobaan ini mempelajari pengaruh rasio ekstrusi, khususnya rasio ekstrusi besar, terhadap struktur mikro dan sifat mekanik paduan aluminium 6063.
1 Bahan dan metode percobaan
Bahan percobaan adalah paduan aluminium 6063, dan komposisi kimianya ditunjukkan pada Tabel 1. Ukuran asli ingot adalah Φ55 mm×165 mm, dan diolah menjadi billet ekstrusi dengan ukuran Φ50 mm×150 mm setelah homogenisasi perawatan pada 560 ℃ selama 6 jam. Billet dipanaskan hingga 470 ℃ dan tetap hangat. Suhu pemanasan awal tong ekstrusi adalah 420 ℃, dan suhu pemanasan awal cetakan adalah 450 ℃. Ketika kecepatan ekstrusi (kecepatan gerak batang ekstrusi) V=5 mm/s tetap tidak berubah, 5 kelompok pengujian rasio ekstrusi yang berbeda dilakukan, dan rasio ekstrusi R adalah 17 (sesuai dengan diameter lubang cetakan D=12 mm), 25 (D=10mm), 39 (D=8mm), 69 (D=6mm), dan 156 (D=4mm).
Tabel 1 Komposisi kimia paduan Al 6063 (berat/%)
Setelah penggilingan amplas dan pemolesan mekanis, sampel metalografi dietsa dengan reagen HF dengan fraksi volume 40% selama sekitar 25 detik, dan struktur metalografi sampel diamati pada mikroskop optik LEICA-5000. Sampel analisis tekstur dengan ukuran 10 mm×10 mm dipotong dari tengah bagian memanjang batang yang diekstrusi, dan penggilingan mekanis serta etsa dilakukan untuk menghilangkan lapisan tegangan permukaan. Gambar kutub yang tidak lengkap dari tiga bidang kristal {111}, {200}, dan {220} sampel diukur dengan penganalisis difraksi sinar-X X′Pert Pro MRD dari PANalytical Company, dan data tekstur diproses dan dianalisis oleh perangkat lunak X′Pert Data View dan X′Pert Texture.
Spesimen tarik paduan cor diambil dari bagian tengah ingot, dan spesimen tarik dipotong sepanjang arah ekstrusi setelah ekstrusi. Ukuran area pengukur adalah Φ4 mm×28 mm. Uji tarik dilakukan menggunakan mesin uji material universal SANS CMT5105 dengan laju tarik 2 mm/menit. Nilai rata-rata ketiga benda uji standar dihitung sebagai data sifat mekanik. Morfologi patahan spesimen tarik diamati menggunakan mikroskop elektron pemindaian perbesaran rendah (Quanta 2000, FEI, USA).
2 Hasil dan diskusi
Gambar 1 menunjukkan struktur mikro metalografi paduan aluminium as-cast 6063 sebelum dan sesudah perlakuan homogenisasi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1a, butir α-Al dalam struktur mikro as-cast bervariasi dalam ukuran, sejumlah besar fase retikuler β-Al9Fe2Si2 berkumpul di batas butir, dan sejumlah besar fase granular Mg2Si ada di dalam butir. Setelah ingot dihomogenisasi pada 560 ℃ selama 6 jam, fase eutektik non-ekuilibrium antara dendrit paduan secara bertahap larut, elemen paduan larut ke dalam matriks, struktur mikro seragam, dan ukuran butir rata-rata sekitar 125 μm (Gambar 1b ).
Sebelum homogenisasi
Setelah perlakuan seragam pada suhu 600°C selama 6 jam
Gambar 1 Struktur metalografi paduan aluminium 6063 sebelum dan sesudah perlakuan homogenisasi
Gambar 2 menunjukkan tampilan batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda. Seperti terlihat pada Gambar 2, kualitas permukaan batangan paduan aluminium 6063 yang diekstrusi dengan rasio ekstrusi berbeda adalah baik, terutama bila rasio ekstrusi ditingkatkan menjadi 156 (sesuai dengan kecepatan keluar ekstrusi batangan 48 m/menit), masih belum ada cacat ekstrusi seperti retak dan terkelupas pada permukaan batang, menunjukkan bahwa paduan aluminium 6063 juga memiliki kinerja pembentukan ekstrusi panas yang baik pada kecepatan tinggi dan rasio ekstrusi yang besar.
Gbr.2 Penampilan batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda
Gambar 3 menunjukkan struktur mikro metalografi bagian memanjang batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda. Struktur butiran batangan dengan rasio ekstrusi yang berbeda menunjukkan derajat pemanjangan atau kehalusan yang berbeda. Ketika rasio ekstrusi 17, butiran asli memanjang sepanjang arah ekstrusi, disertai dengan pembentukan sejumlah kecil butiran rekristalisasi, namun butiran masih relatif kasar, dengan ukuran butiran rata-rata sekitar 85 μm (Gambar 3a) ; ketika rasio ekstrusi adalah 25, butiran ditarik lebih ramping, jumlah butiran yang direkristalisasi meningkat, dan ukuran butiran rata-rata menurun menjadi sekitar 71 μm (Gambar 3b); ketika rasio ekstrusi adalah 39, kecuali sejumlah kecil butiran terdeformasi, struktur mikro pada dasarnya terdiri dari butiran rekristalisasi equiaxed dengan ukuran tidak rata, dengan ukuran butiran rata-rata sekitar 60 μm (Gambar 3c); ketika rasio ekstrusi adalah 69, proses rekristalisasi dinamis pada dasarnya telah selesai, butiran kasar asli telah sepenuhnya diubah menjadi butiran rekristalisasi berstruktur seragam, dan ukuran butiran rata-rata disempurnakan menjadi sekitar 41 μm (Gambar 3d); ketika rasio ekstrusi adalah 156, dengan kemajuan penuh dari proses rekristalisasi dinamis, struktur mikro menjadi lebih seragam, dan ukuran butir menjadi sangat halus hingga sekitar 32 μm (Gambar 3e). Dengan meningkatnya rasio ekstrusi, proses rekristalisasi dinamis berlangsung lebih penuh, struktur mikro paduan menjadi lebih seragam, dan ukuran butir menjadi lebih halus (Gambar 3f).
Gbr.3 Struktur metalografi dan ukuran butir bagian memanjang batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda
Gambar 4 menunjukkan gambar kutub terbalik dari batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda sepanjang arah ekstrusi. Dapat dilihat bahwa struktur mikro batang paduan dengan rasio ekstrusi berbeda semuanya menghasilkan orientasi preferensial yang jelas. Ketika rasio ekstrusi adalah 17, tekstur <115>+<100> yang lebih lemah terbentuk (Gambar 4a); ketika rasio ekstrusi adalah 39, komponen tekstur sebagian besar adalah tekstur <100> yang lebih kuat dan sejumlah kecil tekstur <115> yang lemah (Gambar 4b); ketika rasio ekstrusi adalah 156, komponen tekstur adalah tekstur <100> dengan kekuatan yang meningkat secara signifikan, sedangkan tekstur <115> menghilang (Gambar 4c). Penelitian telah menunjukkan bahwa logam kubik berpusat muka terutama membentuk tekstur kawat <111> dan <100> selama ekstrusi dan penarikan. Setelah tekstur terbentuk, sifat mekanik paduan pada suhu kamar menunjukkan anisotropi yang jelas. Kekuatan tekstur meningkat seiring dengan meningkatnya rasio ekstrusi, yang menunjukkan bahwa jumlah butiran dalam arah kristal tertentu yang sejajar dengan arah ekstrusi dalam paduan secara bertahap meningkat, dan kekuatan tarik longitudinal paduan meningkat. Mekanisme penguatan bahan ekstrusi panas paduan aluminium 6063 meliputi penguatan butiran halus, penguatan dislokasi, penguatan tekstur, dll. Dalam kisaran parameter proses yang digunakan dalam studi eksperimental ini, peningkatan rasio ekstrusi memiliki efek yang mendorong pada mekanisme penguatan di atas.
Gbr.4 Diagram kutub terbalik batang paduan aluminium 6063 dengan rasio ekstrusi berbeda sepanjang arah ekstrusi
Gambar 5 adalah histogram sifat tarik paduan aluminium 6063 setelah deformasi pada rasio ekstrusi yang berbeda. Kekuatan tarik paduan cor adalah 170 MPa dan perpanjangan 10,4%. Kekuatan tarik dan pemanjangan paduan setelah ekstrusi meningkat secara signifikan, dan kekuatan tarik serta pemanjangan secara bertahap meningkat seiring dengan peningkatan rasio ekstrusi. Ketika rasio ekstrusi 156, kekuatan tarik dan perpanjangan paduan mencapai nilai maksimum, yaitu masing-masing 228 MPa dan 26,9%, yaitu sekitar 34% lebih tinggi dari kekuatan tarik paduan cor dan sekitar 158% lebih tinggi dari perpanjangan tersebut. Kekuatan tarik paduan aluminium 6063 yang diperoleh dengan rasio ekstrusi yang besar mendekati nilai kekuatan tarik (240 MPa) yang diperoleh dengan ekstrusi sudut saluran sama (ECAP) 4-pass, yang jauh lebih tinggi daripada nilai kekuatan tarik (171,1 MPa) diperoleh dengan ekstrusi ECAP 1-pass dari paduan aluminium 6063. Terlihat bahwa rasio ekstrusi yang besar dapat meningkatkan sifat mekanik paduan sampai batas tertentu.
Peningkatan sifat mekanik paduan dengan rasio ekstrusi terutama berasal dari penguatan penghalusan butir. Ketika rasio ekstrusi meningkat, butiran menjadi halus dan kepadatan dislokasi meningkat. Lebih banyak batas butir per satuan luas dapat secara efektif menghambat pergerakan dislokasi, dikombinasikan dengan pergerakan timbal balik dan belitan dislokasi, sehingga meningkatkan kekuatan paduan. Semakin halus butirannya, semakin berliku-liku batas butirnya, dan deformasi plastis dapat tersebar ke lebih banyak butiran, sehingga tidak kondusif bagi terbentuknya retakan, apalagi penyebaran retakan. Lebih banyak energi yang dapat diserap selama proses rekahan, sehingga meningkatkan plastisitas paduan.
Gbr.5 Sifat tarik paduan aluminium 6063 setelah pengecoran dan ekstrusi
Morfologi rekahan tarik paduan setelah deformasi dengan rasio ekstrusi yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 6. Tidak ada lesung pipit yang ditemukan pada morfologi rekahan sampel as-cast (Gambar 6a), dan rekahan tersebut terutama terdiri dari area datar dan tepi sobek. , menunjukkan bahwa mekanisme patah tarik pada paduan as-cast sebagian besar merupakan patah getas. Morfologi patahan paduan setelah ekstrusi telah berubah secara signifikan, dan patahan tersebut terdiri dari sejumlah besar lesung pipit yang sama, menunjukkan bahwa mekanisme patahan paduan setelah ekstrusi telah berubah dari patahan getas menjadi patahan ulet. Ketika rasio ekstrusi kecil, lesung menjadi dangkal dan ukuran lesung besar, serta distribusinya tidak merata; dengan meningkatnya rasio ekstrusi, jumlah lesung bertambah, ukuran lesung semakin kecil dan distribusinya seragam (Gambar 6b~f), yang berarti paduan memiliki plastisitas yang lebih baik, yang konsisten dengan hasil uji sifat mekanik di atas.
3 Kesimpulan
Dalam percobaan ini, pengaruh rasio ekstrusi yang berbeda terhadap struktur mikro dan sifat paduan aluminium 6063 dianalisis dengan kondisi bahwa ukuran billet, suhu pemanasan ingot dan kecepatan ekstrusi tetap tidak berubah. Kesimpulannya adalah sebagai berikut:
1) Rekristalisasi dinamis terjadi pada paduan aluminium 6063 selama ekstrusi panas. Dengan meningkatnya rasio ekstrusi, butiran terus dimurnikan, dan butiran yang memanjang sepanjang arah ekstrusi diubah menjadi butiran rekristalisasi yang sama, dan kekuatan tekstur kawat <100> terus meningkat.
2) Karena efek penguatan butiran halus, sifat mekanik paduan ditingkatkan dengan meningkatnya rasio ekstrusi. Dalam rentang parameter pengujian, ketika rasio ekstrusi 156, kekuatan tarik dan perpanjangan paduan mencapai nilai maksimum masing-masing 228 MPa dan 26,9%.
Gambar.6 Morfologi patah tarik paduan aluminium 6063 setelah pengecoran dan ekstrusi
3) Morfologi patahan pada spesimen as-cast terdiri dari daerah datar dan tepi sobek. Setelah ekstrusi, rekahan terdiri dari sejumlah besar lesung pipit yang sama, dan mekanisme rekahan diubah dari rekahan getas menjadi rekahan ulet.
Waktu posting: 30 November 2024
