Utherdbare bimetall materialer fremstilt ved skrueekstrudering: AA 6060/ren magnesium

Abstract

Skruekstrudering er en ny, innovativ prosess for å fremstille metaller. Prosessens store fortrinn er et relativt lav energiforbruk sammenliknet med tradisjonell ekstrudering, noe som i dagens energisamfunn er meget aktuelt. Prosessen går ut på å mate granuler/pulver i en skrue som transporterer og konsoliderer metallet mot en dyseåpning. Friksjon og deformasjonsenergi varmer opp godset sammen med påført induksjonsvarme i ekstruderingsdysen slik at det oppnås plastisk flyt i ekstruderingskammeret og godset presses gjennom dyseåpningen til en ferdig profil.

I dette forsøket ble det undersøkt hvordan tilsats av ren magnesium granuler (rest AA6060 granuler) påvirket mikrostruktur og mekaniske egenskaper. Målet med ekstruderingen var å danne en Al/Mg metallmatriks kompositt (MMC).

Fire komposisjoner ble skruekstrudert i forsøket:  AA6060 + 5 wt % MgAA6060 + 7,5 wt % MgAA6060 + 10 wt % MgAA6060 + 12,5 wt % Mg Ekstrudat av 5 wt % Mg og 7,5 wt % Mg gjennomgikk to herdeoppsett, utherding (T5) og inn- og utherding (T6).

Mikrostuktur og mekaniske egenskaper ble undersøkt for ekstrudatene i herdetilstandene uherdet (F), utherdet (T5) og inn- og utherdet (T6).

Det ble dannet et Al/Al3Mg2(Al12Mg17) AMMC etter skruekstrudering av hhv 5, 7,5, 10 og 12,5 wt % Mg. Matriksen bestod av Al(Mg), med spiralbånd og fint fordelt Al3Mg2(Al12Mg17).

Det var store periodiske variasjoner i ekstruderingshastighet av 10 og 12,5 wt % Mg grunnet manglende flyt i materialet og minkende moment fra skruen grunnet minkende klebningsfriksjon ved økt Mg tilsats. 5 og 7,5 wt % Mg viste jevn ekstruderingshastighet.

Fasefordelingen endret seg som funksjon av økt mg tilsats. 5 wt % Mg viste kun tydelige intermetalliske spiralbånd, mens 7,5, 10 og 12,5 wt % Mg i økende grad viste fint fordelte intermetalliske faser i matriksen i tillegg til de intermetalliske spiralbåndene. Den intermetalliske fasefordelingen over tverrsnittet var konsentrert i en sone mellom senter og ytterkant for alle ekstrudater. Sidekant og senter viste lite intermetalliske faser.

Ekstrudatene viste økende flytespenning, strekkfasthet og hardhet som funksjon av økt Mg tilsats for ekstrudatene med hhv 5, 7,5 og 10 wt % Mg tilsats. Dette var et resultat av økt arbeidsherding og fast løsningsherding grunnet høyere mengder Mg i matriksen og økt dispersjonsherding fra de intermetalliske fasene som økte i omfang og fordeling i matriksen. Forlengelsen avtok som funksjon av økt Mg tilsats. De mekaniske egenskapene varierte betraktelig mellom parallellene i hvert ekstrudat og vitnet om inhomogene ekstrudatlengder.

Majoriteten av Al(Mg) matriksen til alle ekstrudater viste en fin likeakset dynamisk rekrystallisert kornstruktur på <15 m. Kornstrukturen omkring intermetalliske faser inneholdt deformert kornstruktur av feedstock strukturen i tillegg til dynamisk rekrystallisert struktur.

T5 herding ga herdebidrag til flytespenningen for 5 wt % Mg på ca 70 % og ca 10-20 % for 7,5 wt % Mg. T6 herding ga herdebidrag til flytespenningen for 5 wt % Mg på ca 40-70 % og ca 10-20 % for 7,5 wt % Mg.

Mikrostrukturen til T6 herdede prøver viste omfattende rekrystallisering og kornvekst i områdene ut mot sidekantene, foruten dette var kornstrukturen tilnærmet uavhengig av herdingen.

Strekkprøvene av 5 wt % Mg viste duktil bruddprofil, strekkprøvene av 7,5 wt % Mg viste kombinert sprø og duktil bruddprofil og strekkprøvene av hhv 10 og 12,5 wt % Mg viste sprø bruddprofil. Bruddprofilen til 7,5, 10 og 12,5 wt % Mg viste delaminering i spiralbånd med intermetalliske faser over tverrsnittet.

Et konservativt overslag viste at overgangen mellom duktil til sprø bruddprofil inntraff ved hardheter mellom 70-80 og 90-100 HV(1) i matriks.