6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु, कम मिश्रधातु वाले Al-Mg-Si श्रृंखला के ऊष्मा-उपचार योग्य एल्यूमीनियम मिश्र धातु से संबंधित है। इसमें उत्कृष्ट एक्सट्रूज़न मोल्डिंग प्रदर्शन, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और व्यापक यांत्रिक गुण हैं। इसके आसान ऑक्सीकरण रंग के कारण, इसका ऑटोमोटिव उद्योग में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हल्के ऑटोमोबाइल के चलन में तेजी के साथ, ऑटोमोटिव उद्योग में 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु एक्सट्रूज़न सामग्री का उपयोग और भी बढ़ गया है।
एक्सट्रूज़न गति, एक्सट्रूज़न तापमान और एक्सट्रूज़न अनुपात के संयुक्त प्रभावों से एक्सट्रूज़न सामग्री की सूक्ष्म संरचना और गुण प्रभावित होते हैं। इनमें से, एक्सट्रूज़न अनुपात मुख्य रूप से एक्सट्रूज़न दबाव, उत्पादन क्षमता और उत्पादन उपकरण द्वारा निर्धारित होता है। जब एक्सट्रूज़न अनुपात छोटा होता है, तो मिश्र धातु का विरूपण छोटा होता है और सूक्ष्म संरचना का शोधन स्पष्ट नहीं होता है; एक्सट्रूज़न अनुपात बढ़ाने से कणों का काफी शोधन हो सकता है, मोटे दूसरे चरण को तोड़ा जा सकता है, एक समान सूक्ष्म संरचना प्राप्त की जा सकती है, और मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों में सुधार किया जा सकता है।
6061 और 6063 एल्युमीनियम मिश्रधातुएँ निष्कासन प्रक्रिया के दौरान गतिशील पुनःक्रिस्टलीकरण से गुजरती हैं। जब निष्कासन तापमान स्थिर रहता है, तो जैसे-जैसे निष्कासन अनुपात बढ़ता है, कणों का आकार घटता जाता है, सुदृढ़ीकरण चरण सूक्ष्म रूप से फैलता जाता है, और मिश्रधातु की तन्य शक्ति और दीर्घीकरण तदनुसार बढ़ता है; हालाँकि, जैसे-जैसे निष्कासन अनुपात बढ़ता है, निष्कासन प्रक्रिया के लिए आवश्यक निष्कासन बल भी बढ़ता है, जिससे अधिक ऊष्मीय प्रभाव उत्पन्न होता है, जिससे मिश्रधातु का आंतरिक तापमान बढ़ता है, और उत्पाद का प्रदर्शन घटता है। यह प्रयोग 6063 एल्युमीनियम मिश्रधातु की सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों पर निष्कासन अनुपात, विशेष रूप से बड़े निष्कासन अनुपात के प्रभाव का अध्ययन करता है।
1 प्रायोगिक सामग्री और विधियाँ
प्रायोगिक सामग्री 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु है, और रासायनिक संरचना तालिका 1 में दर्शाई गई है। पिंड का मूल आकार Φ55 मिमी × 165 मिमी है, और इसे 560 ℃ पर 6 घंटे के लिए समरूपीकरण उपचार के बाद Φ50 मिमी × 150 मिमी आकार के एक्सट्रूज़न बिलेट में संसाधित किया जाता है। बिलेट को 470 ℃ तक गर्म किया जाता है और गर्म रखा जाता है। एक्सट्रूज़न बैरल का प्रीहीटिंग तापमान 420 ℃ है, और मोल्ड का प्रीहीटिंग तापमान 450 ℃ है। जब एक्सट्रूज़न गति (एक्सट्रूज़न रॉड गतिमान गति) V=5 मिमी/सेकंड अपरिवर्तित रहती है, तो विभिन्न एक्सट्रूज़न अनुपात परीक्षणों के 5 समूह किए जाते हैं, और एक्सट्रूज़न अनुपात R 17 (डाई होल व्यास D=12 मिमी के अनुरूप), 25 (D=10 मिमी), 39 (D=8 मिमी), 69 (D=6 मिमी), और 156 (D=4 मिमी) होते हैं।
तालिका 1 6063 Al मिश्र धातु की रासायनिक संरचना (wt/%)
सैंडपेपर से घिसाई और यांत्रिक पॉलिशिंग के बाद, धातु-संबंधी नमूनों को 40% आयतन अंश वाले HF अभिकर्मक से लगभग 25 सेकंड तक एच किया गया, और नमूनों की धातु-संबंधी संरचना का अवलोकन LEICA-5000 प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शी पर किया गया। 10 मिमी×10 मिमी आकार का एक बनावट विश्लेषण नमूना, उत्तलित छड़ के अनुदैर्ध्य भाग के केंद्र से काटा गया, और सतही तनाव परत को हटाने के लिए यांत्रिक घिसाई और एचिंग की गई। नमूने के तीन क्रिस्टल तलों {111}, {200}, और {220} के अपूर्ण ध्रुव आकृतियों को PANalytical कंपनी के X′Pert Pro MRD एक्स-रे विवर्तन विश्लेषक द्वारा मापा गया, और बनावट डेटा को X′Pert डेटा व्यू और X′Pert टेक्सचर सॉफ़्टवेयर द्वारा संसाधित और विश्लेषित किया गया।
ढली हुई मिश्रधातु का तन्य नमूना पिंड के केंद्र से लिया गया और तन्य नमूने को निष्कासन के बाद निष्कासन दिशा में काटा गया। गेज क्षेत्र का आकार Φ4 मिमी×28 मिमी था। तन्य परीक्षण SANS CMT5105 सार्वभौमिक पदार्थ परीक्षण मशीन का उपयोग करके किया गया, जिसकी तन्य दर 2 मिमी/मिनट थी। तीन मानक नमूनों का औसत मान यांत्रिक गुणधर्म आँकड़ों के रूप में परिकलित किया गया। तन्य नमूनों की फ्रैक्चर आकृति विज्ञान का अवलोकन एक निम्न-आवर्धन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (क्वांटा 2000, FEI, USA) का उपयोग करके किया गया।
2 परिणाम और चर्चा
चित्र 1, होमोजीनाइजेशन उपचार से पहले और बाद में, ढली हुई 6063 एल्युमिनियम मिश्रधातु की धातु-संबंधी सूक्ष्म संरचना को दर्शाता है। जैसा कि चित्र 1a में दिखाया गया है, ढली हुई सूक्ष्म संरचना में α-Al कणों के आकार भिन्न-भिन्न होते हैं, बड़ी संख्या में जालीदार β-Al9Fe2Si2 प्रावस्थाएँ कणों की सीमाओं पर एकत्रित होती हैं, और कणों के अंदर बड़ी संख्या में दानेदार Mg2Si प्रावस्थाएँ मौजूद होती हैं। पिंड को 560 °C पर 6 घंटे तक होमोजीनाइज करने के बाद, मिश्रधातु डेन्ड्राइट्स के बीच का असंतुलित यूटेक्टिक प्रावस्था धीरे-धीरे घुल गया, मिश्रधातु के तत्व मैट्रिक्स में घुल गए, सूक्ष्म संरचना एक समान थी, और औसत कण का आकार लगभग 125 °C था (चित्र 1b)।
समरूपीकरण से पहले
600°C पर 6 घंटे तक एकरूपता उपचार के बाद
चित्र 1 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु की धातुविज्ञान संरचना, समरूपीकरण उपचार से पहले और बाद में
चित्र 2 विभिन्न निष्कासन अनुपातों वाली 6063 एल्युमीनियम मिश्र धातु की छड़ों का स्वरूप दर्शाता है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, विभिन्न निष्कासन अनुपातों वाली 6063 एल्युमीनियम मिश्र धातु की छड़ों की सतह की गुणवत्ता अच्छी होती है, खासकर जब निष्कासन अनुपात 156 तक बढ़ा दिया जाता है (जो छड़ की निष्कासन गति 48 मीटर/मिनट के अनुरूप है), तब भी छड़ की सतह पर दरारें और छिलने जैसे कोई निष्कासन दोष नहीं होते हैं, जो दर्शाता है कि 6063 एल्युमीनियम मिश्र धातु में उच्च गति और बड़े निष्कासन अनुपात के तहत भी अच्छा गर्म निष्कासन प्रदर्शन होता है।
चित्र 2 विभिन्न एक्सट्रूज़न अनुपातों के साथ 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु छड़ों का स्वरूप
चित्र 3 विभिन्न निष्कासन अनुपातों वाली 6063 एल्युमिनियम मिश्रधातु की छड़ के अनुदैर्ध्य खंड की धातु-संबंधी सूक्ष्म संरचना को दर्शाता है। विभिन्न निष्कासन अनुपातों वाली छड़ की कण संरचना में वृद्धि या परिष्करण की भिन्न-भिन्न मात्राएँ दिखाई देती हैं। जब निष्कासन अनुपात 17 होता है, तो मूल कण निष्कासन दिशा में विस्तारित हो जाते हैं, साथ ही कुछ पुनर्क्रिस्टलीकृत कणों का निर्माण भी होता है, लेकिन कण अपेक्षाकृत मोटे होते हैं, जिनका औसत कण आकार लगभग 85 μm होता है (चित्र 3a); जब निष्कासन अनुपात 25 होता है, तो कण अधिक पतले हो जाते हैं, पुनर्क्रिस्टलीकृत कणों की संख्या बढ़ जाती है, और औसत कण आकार घटकर लगभग 71 μm हो जाता है (चित्र 3b); जब निष्कासन अनुपात 39 होता है, तो विकृत कणों की एक छोटी संख्या को छोड़कर, सूक्ष्म संरचना मूलतः असमान आकार के समकोणित पुनर्क्रिस्टलीकृत कणों से बनी होती है, जिनका औसत कण आकार लगभग 60 μm होता है (चित्र 3c); जब निष्कासन अनुपात 69 होता है, तो गतिशील पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया मूलतः पूरी हो जाती है, मोटे मूल कण पूरी तरह से एकसमान संरचना वाले पुनःक्रिस्टलीकृत कणों में परिवर्तित हो जाते हैं, और औसत कण का आकार लगभग 41 माइक्रोन तक परिष्कृत हो जाता है (चित्र 3d); जब निष्कासन अनुपात 156 होता है, तो गतिशील पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया की पूर्ण प्रगति के साथ, सूक्ष्म संरचना अधिक एकसमान हो जाती है, और कण का आकार लगभग 32 माइक्रोन तक अत्यधिक परिष्कृत हो जाता है (चित्र 3e)। निष्कासन अनुपात में वृद्धि के साथ, गतिशील पुनःक्रिस्टलीकरण प्रक्रिया अधिक पूर्ण रूप से आगे बढ़ती है, मिश्र धातु सूक्ष्म संरचना अधिक एकसमान हो जाती है, और कण का आकार उल्लेखनीय रूप से परिष्कृत हो जाता है (चित्र 3f)।
चित्र 3 विभिन्न एक्सट्रूज़न अनुपातों के साथ 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु छड़ों के अनुदैर्ध्य खंड की धातुविज्ञान संरचना और कण आकार
चित्र 4 में 6063 एल्युमिनियम मिश्रधातु बार के विभिन्न निष्कासन अनुपातों के साथ निष्कासन दिशा में व्युत्क्रम ध्रुव आंकड़े दिखाए गए हैं। यह देखा जा सकता है कि विभिन्न निष्कासन अनुपातों वाले मिश्रधातु बार की सूक्ष्म संरचनाएं स्पष्ट अधिमान्य अभिविन्यास उत्पन्न करती हैं। जब निष्कासन अनुपात 17 होता है, तो एक कमजोर <115>+<100> बनावट बनती है (चित्र 4a); जब निष्कासन अनुपात 39 होता है, तो बनावट घटक मुख्य रूप से मजबूत <100> बनावट और थोड़ी मात्रा में कमजोर <115> बनावट होते हैं (चित्र 4b); जब निष्कासन अनुपात 156 होता है, तो बनावट घटक काफी बढ़ी हुई ताकत के साथ <100> बनावट होते हैं, जबकि <115> बनावट गायब हो जाती है (चित्र 4c)। अध्ययनों से पता चला है कि फलक-केंद्रित घन धातुएं निष्कासन और ड्राइंग के दौरान मुख्य रूप से <111> और <100> तार बनावट बनाती हैं एक्सट्रूज़न अनुपात में वृद्धि के साथ बनावट की मजबूती भी बढ़ती है, जो दर्शाता है कि मिश्र धातु में एक्सट्रूज़न दिशा के समानांतर एक निश्चित क्रिस्टल दिशा में कणों की संख्या धीरे-धीरे बढ़ती है, और मिश्र धातु की अनुदैर्ध्य तन्य शक्ति भी बढ़ती है। 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु गर्म एक्सट्रूज़न सामग्री के सुदृढ़ीकरण तंत्र में महीन कणों का सुदृढ़ीकरण, विस्थापन सुदृढ़ीकरण, बनावट सुदृढ़ीकरण आदि शामिल हैं। इस प्रायोगिक अध्ययन में प्रयुक्त प्रक्रिया मापदंडों की सीमा के भीतर, एक्सट्रूज़न अनुपात में वृद्धि का उपरोक्त सुदृढ़ीकरण तंत्रों पर एक प्रोत्साहन प्रभाव पड़ता है।
चित्र 4 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु छड़ों का रिवर्स पोल आरेख, जिसमें निष्कासन दिशा के साथ अलग-अलग निष्कासन अनुपात हैं
चित्र 5 विभिन्न निष्कासन अनुपातों पर विरूपण के बाद 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु के तन्य गुणों का एक आयतचित्र है। ढली हुई मिश्र धातु की तन्य शक्ति 170 MPa है और बढ़ाव 10.4% है। निष्कासन के बाद मिश्र धातु की तन्य शक्ति और बढ़ाव में उल्लेखनीय सुधार होता है, और निष्कासन अनुपात में वृद्धि के साथ तन्य शक्ति और बढ़ाव धीरे-धीरे बढ़ता है। जब निष्कासन अनुपात 156 होता है, तो मिश्र धातु की तन्य शक्ति और बढ़ाव अधिकतम मान तक पहुँच जाते हैं, जो क्रमशः 228 MPa और 26.9% हैं, जो ढली हुई मिश्र धातु की तन्य शक्ति से लगभग 34% अधिक और बढ़ाव से लगभग 158% अधिक है। बड़े एक्सट्रूज़न अनुपात द्वारा प्राप्त 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तन्य शक्ति, 4-पास समान चैनल कोणीय एक्सट्रूज़न (ECAP) द्वारा प्राप्त तन्य शक्ति मान (240 MPa) के करीब है, जो 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु के 1-पास ECAP एक्सट्रूज़न द्वारा प्राप्त तन्य शक्ति मान (171.1 MPa) से बहुत अधिक है। यह देखा जा सकता है कि एक बड़ा एक्सट्रूज़न अनुपात मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों को कुछ हद तक बेहतर बना सकता है।
एक्सट्रूज़न अनुपात द्वारा मिश्रधातु के यांत्रिक गुणों में वृद्धि मुख्यतः कण शोधन सुदृढ़ीकरण से होती है। जैसे-जैसे एक्सट्रूज़न अनुपात बढ़ता है, कण परिष्कृत होते जाते हैं और विस्थापन घनत्व बढ़ता जाता है। प्रति इकाई क्षेत्र में अधिक कण सीमाएँ विस्थापन की गति को प्रभावी ढंग से बाधित कर सकती हैं, साथ ही विस्थापन की पारस्परिक गति और उलझाव भी मिश्रधातु की मजबूती में सुधार करता है। कण जितने महीन होते हैं, कण सीमाएँ उतनी ही टेढ़ी होती हैं, और प्लास्टिक विरूपण अधिक कणों में फैल सकता है, जो दरारों के निर्माण के लिए अनुकूल नहीं है, दरारों के प्रसार की तो बात ही छोड़ दें। विखंडन प्रक्रिया के दौरान अधिक ऊर्जा अवशोषित की जा सकती है, जिससे मिश्रधातु की प्लास्टिसिटी में सुधार होता है।
चित्र 5 कास्टिंग और एक्सट्रूज़न के बाद 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु के तन्य गुण
विभिन्न एक्सट्रूज़न अनुपातों के साथ विरूपण के बाद मिश्र धातु के तन्य फ्रैक्चर आकारिकी को चित्र 6 में दिखाया गया है। ढलाई के नमूने (चित्र 6a) के फ्रैक्चर आकारिकी में कोई डिम्पल नहीं पाए गए, और फ्रैक्चर मुख्य रूप से सपाट क्षेत्रों और फाड़ किनारों से बना था, यह दर्शाता है कि ढलाई के मिश्र धातु का तन्य फ्रैक्चर तंत्र मुख्य रूप से भंगुर फ्रैक्चर था। एक्सट्रूज़न के बाद मिश्र धातु के फ्रैक्चर आकारिकी में काफी बदलाव आया है, और फ्रैक्चर बड़ी संख्या में समतुल्य डिम्पल से बना है, यह दर्शाता है कि एक्सट्रूज़न के बाद मिश्र धातु का फ्रैक्चर तंत्र भंगुर फ्रैक्चर से तन्य फ्रैक्चर में बदल गया है। जब एक्सट्रूज़न अनुपात छोटा होता है, तो डिम्पल उथले होते हैं और डिम्पल का आकार बड़ा होता है, और वितरण असमान होता है; जैसे-जैसे एक्सट्रूज़न अनुपात बढ़ता है, डिम्पल की संख्या बढ़ती है
3 निष्कर्ष
इस प्रयोग में, 6063 एल्युमीनियम मिश्रधातु की सूक्ष्म संरचना और गुणों पर विभिन्न निष्कासन अनुपातों के प्रभावों का विश्लेषण इस शर्त पर किया गया कि बिलेट का आकार, पिंड का तापन तापमान और निष्कासन गति अपरिवर्तित रहे। निष्कर्ष इस प्रकार हैं:
1) 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु में गर्म निष्कासन के दौरान गतिशील पुनःक्रिस्टलीकरण होता है। निष्कासन अनुपात में वृद्धि के साथ, कण निरंतर परिष्कृत होते हैं, और निष्कासन दिशा में विस्तारित कण समतुल्य पुनःक्रिस्टलीकृत कणों में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे <100> तार बनावट की मजबूती निरंतर बढ़ती है।
2) महीन कण सुदृढ़ीकरण के प्रभाव के कारण, निष्कासन अनुपात में वृद्धि के साथ मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों में सुधार होता है। परीक्षण मापदंडों की सीमा के भीतर, जब निष्कासन अनुपात 156 होता है, तो मिश्र धातु की तन्य शक्ति और बढ़ाव क्रमशः 228 एमपीए और 26.9% के अधिकतम मान तक पहुँच जाते हैं।
चित्र 6 कास्टिंग और एक्सट्रूज़न के बाद 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तन्य फ्रैक्चर आकृति विज्ञान
3) ढले हुए नमूने की फ्रैक्चर आकृति विज्ञान समतल क्षेत्रों और फटे किनारों से बनी होती है। निष्कासन के बाद, फ्रैक्चर बड़ी संख्या में समकोणीय डिम्पल से बना होता है, और फ्रैक्चर तंत्र भंगुर फ्रैक्चर से तन्य फ्रैक्चर में परिवर्तित हो जाता है।
पोस्ट करने का समय: 30 नवंबर 2024
