Ductility investigation of extruded profiles in an AA6063 alloy

Abstract

I bilindustrien jobbes det konstant mot å finne lettere, sterkere og mer kostnadseffektive materialer til produksjon og prosessering av bildeler. Dette fører til et større krav om kunnskap til materialenes mekaniske egenskaper, som styrke og duktilitet. I denne avhandlingen er duktiliteten til en mye brukt legering i bilindustrien undersøkt, nemlig en ekstrudert AA6063 legering. Duktilitet er et veldig bredt begrep og brukes om mye. I denne sammenheng brukes duktilitet i strekk testing, hvor det oppstår flyt instabilitet i "necken" som først fører til diffus necking og deretter til lokal necking.

Teksturen til profilen er karakterisert i electron backscatter diffraction, og strekkstavene er laget før de så varmebehandles. Strekkstavene er vann- og luft kjølt fra varmebehandlingen. Halvparten av de vann- og luft bråkjølte strekkstavene er for-stukket 0,5% tøyning rett etter kjøling. Etter dette er stavene lagret i romtemperatur før de strekkes etter henholdsvis 24 timer og 7 dager. Bruddflaten er undersøkt i elektronmikroskop og energy-dispersive X-ray spectroscopy.

Spenning-tøynings kurvene viser at kjølingen og lagring bare påvirker den maksimale spenningen, og ser ut til å ha liten effekt på bruddforlengelsen. Målt areal fraksjon basert bruddtøyning stemmer med tidligere observasjoner at duktiliteten er lite påvirket av kjølehastighet og lagringstid.

Ved å strekke 0,5% får spenning-tøynings kurven en spesiell form opp til 0,3% sann tøyning. De før-strekte spenning-tøynings kurvene er observert til å ha lengre og bratt stigning i starten sammenlignet med de som ikke er før-strukket, men den maksimale spenningen til de før-strekte strekkstavene er lavere enn de strekkstavene som ikke er før-strukket.

Undersøkelser av bruddflaten avslører dimpler og intermetalliske partikler, og dette indikerer at bruddmekanismen er nukleasjon, vekst og sammenvoksing av små tomrom. Litteraturen indikerer også at de intermetalliske partiklene er en stor faktor som påvirker bruddtøyningen.

I mars 2020 stengte NTNU på grunn av koronavirus, og alle pågående ekperimenter ble dermed avbrutt. Som en konsekvens vil rapporten inneholde et litteratur studie og tidligere resultater vil vektlegges mer.

In the automotive industry the demand for lighter, stronger and cost-efficient materials in turns of production and processing of parts is increasing. This demands more knowledge of the material's mechanical properties like strength and ductility. In this thesis the ductility of a widely used alloy in the automotive industry is studied, namely an extruded AA6063 profile. Ductility is not a very specific term and can be used in a wide perspective. In this context ductility is measured through tensile testing, where flow instability will take place in the neck and lead to diffuse and local necking.

The texture of the profile is characterized through electron backscatter diffraction in as-received condition, and tensile specimens are made and solution heat treated before testing. The specimens are water- and air quenched from the heat treatment. Half of the water- and air quenched specimens are also pre stretched 0.5% strain right after quenching. Then the specimens are tensile tested after 24 hours and 7 days at room temperature. The fracture surface is investigated in electron scanning microscope and in energy-dispersive X-ray spectroscopy.

In stress-strain curves, the cooling rate and storage time only affected the ultimate stress, and apparently have little effect on the elongation to fracture. Fracture areal measured fracture strain coincides with the observations of elongation to fracture.

The 0.5% pre stretching creates a distinct shape of the true stress-strain curve up to 0.3% true strain. The pre stretched specimens are observed to have a longer and steeper part in the beginning of the testing compared to the not stretched specimens. The ultimate stress of the pre stretched specimens are observed to be lower than in the not stretched specimens.

Investigation of the fracture surface reveals dimples and constituent particles indicating that the working fracture mechanism is nucleation, growth and coalescence of voids. Literature also indicating that the constituent particles are a major factor influencing the strain to fracture.

In March of 2020 NTNU closed due to the coronavirus, and all the ongoing experimental work had to be aborted. As a consequence, this report will contain a literature study and larger emphasis is placed on the results of previous studies.