Effect of Cu and Zn in trace amounts on the microstructure and properties of extruded 6xxx-aluminium alloys

Abstract

Ekstruderte aluminiumsprofiler er mye brukt i flere sektorer av industri til et stort antall bruksområder. Den høye bruken av aluminiumlegeringer kombinert med endringer i dagens industri mot økt bærekraftighet fører til et økt krav for resirkulert aluminium produsert fra skrap. Økt bruk av skrap fører til høyere konsentrasjoner av sporstoffer i resirkulerte legeringer. Denne studien undersøker effekten av økte sporkonsentrasjoner av kobber og sink og hvordan dette påvirker mekaniske egenskaper og mikrostruktur i 6082-baserte legeringer

Fire ekstruderte profiler produsert fra fire 6082 legeringer som inneholder mellom 0.05 og 0.2 wt% kobber og mellom 0.0 og 0.2 wt% sink ble undersøkt gjennom hardhets- og strekktesting for å undersøke effekten disse grunnstoffene har på de mekaniske egenskapene i legeringene. Dybdeprofilanalyse ble også utført på prøver for å undersøke distribusjonen av disse grunnstoffene rundt overflaten og dypere i profilen. EDS ble gjort gjennom SEM for å undersøke komposisjonen av primærpartikler. Lysoptiske bilder ble tatt av prøver før og etter varmebehandling for å undersøke mulige mikrostruktur endringer.

Resultater fra mikrostruktur analyse viser ingen forandringer i mikrostruktur som følge av varmebehandling, og mekanisk testing viser økninger i flytespenning og strekkfasthet med økende kobber innhold. Sink viser en svak negativ effekt på både hardhet og strekkegenskaper, men dette kan delvis bli forklart av andre komposisjonsforskjeller i legeringene. Dypdeprofiler fra GD-OES målinger indikerer at kobber segregerer mot overflaten i legeringer som inneholder høyere nivåer av kobber men ingen sink. Analyse av primærpartikler viser innhold av kobber, sink og krom i et utvalg av primærpartikler.

Extruded aluminium profiles are frequently used in several different industrial sectors for a high variety of applications. The high usage of aluminium alloys combined with a shift in industry towards sustainability leads to higher demand for recycled aluminium produced from scrap. Increased usage of scrap leads to higher concentrations of trace elements building up within the alloys. This study investigates the effect of increased trace concentrations of copper and zinc and how this affects the mechanical properties and microstructure of 6082-based alloys.

Four extruded profiles made from four 6082 alloys containing between 0.05 and 0.2 wt% of copper and between 0.0 and 0.2 wt% of zinc were subjected to hardness and tensile testing to determine the effect they have on mechanical properties of these alloys. Depth profile analysis was also performed on the samples to investigate the distribution of these elements towards the profile surface and in the bulk. Emission dispersion spectroscopy was done in the SEM to investigate the composition of primary particles. Light optical images were taken of samples before and after heat-treatment to investigate possible microstructural changes.

Results from microstructural analysis show no changes in microstructure as a result of heat-treatment, and mechanical testing shows increases in yield strength and ultimate tensile strength as a result of increasing copper content. Zinc was found to have a slight weakening effect on both hardness and tensile properties, but this could also partly be explained by compositional differences in the alloys. The depth profiles from GD-OES indicate some preferential segregation of copper towards the surface in alloys containing higher levels of copper and no zinc. Analysis of primary particles shows the presence of copper, zinc and chromium in a selection of primary particles.