Extrusion of AlCuMg Alloys with Simultaneous Solution Heat Treatment

Abstract

In the work, the experiments on extrusion of high-strength aluminium alloys (2014 and 2024) with solution heat treatment on the press were performed. The experimental study describes extrudates microstructure and mechanical properties in dependence on alloy chemical composition, mode of homogenization treatment and temperature-speed extrusion conditions. The optical microscopy and SEM/EDS characterization were supported by DSC analysis, enabling to determine the solidus temperatures of the alloys. The investigations revealed that minimal contents of the main alloy additions (Cu, Mg), high-temperature homogenization and increased extrusion temperatures contributed to achieving high solutioning ratio of the alloys, guarantying improved mechanical properties of the extrudates. The high-temperature homogenization allowed achieving uniform microstructure of ingots with fine particles of intermetallic phases. The significant increase in solidus temperatures of the homogenized alloys enabled more effective solutioning on the run-out table. The maximal permissible metal exit speed was increased and the extrusion force was reduced in comparison to the conventional extrusion technology. The proposed solutions will allow for industrial producing AlCuMg extrudates of improved mechanical properties in the shortened technological cycle with heat treatment on the press. Keywords: extrusion, solution heat treatment, AlCuMg alloys, structure, mechanical properties W pracy przeprowadzono badania doświadczalne procesu wyciskania wysokowytrzymałych stopów aluminium (2014 i 2024) z jednoczesnym przesycaniem na wybiegu prasy. Studium doświadczalne opisuje strukturę i własności mechaniczne wyciskanych prętów, w zależności od składu chemicznego stopu, sposobu homogenizacji oraz prędkościowo-temperaturowych warunków procesu wyciskania. Badania strukturalne z wykorzystaniem mikroskopii optycznej i SEM uzupełniono badaniami kalorymetrycznymi, które pozwoliły na wyznaczenie temperatury solidusu stopów. Badania wykazały, że minimalizacja zawartości głównych składników stopowych (Cu i Mg), wysokotemperaturowa homogenizacja wlewków oraz wyciskanie w wysokich temperaturach (wyższych niż standardowe), przyczynia się do uzyskania wysokiego stopnia przesycenia stopów na wybiegu prasy, gwarantującego otrzymanie wysokich własności mechanicznych wyrobów. Wysokotemperaturowa homogenizacja pozwoliła na uzyskanie jednorodnej struktury wlewków z drobnymi wydzieleniami faz międzymetalicznych. Znaczny wzrost temperatury solidusu homogenizowanych stopów umożliwiłbardziej efektywne przesycanie na wybiegu prasy. Wykazano możliwość zwiększenia maksymalnej dopuszczalnej prędkości wypływu metalu z otworu matrycy i obniżenia siły w procesie wyciskania, w porównaniu z konwencjonalną technologią wyciskania tych stopów. Proponowane rozwiązania pozwolą na produkcję przemysłową kształtowników AlCuMg o wysokich własnościach mechanicznych, w jednym skróconym cyklu technologicznym połączonego wyciskania z obróbką cieplną.

Influence of Plastic Strain Accumulation in Continuous Ingots during ECAP on Structure and Recrystallization Temperature of AlCu4MgSi Alloy

“…At present, the most commonly used cold plastic treatment method for 2xxx alloys is die forging. In turn, hot plastic processing is performed by way of extrusion, which makes it possible to produce high-strength profiles [3][4][5][6]. However, this technology has a few weak points, as demonstrated by Schikorra et al [7].…”

Numerical Investigations of Welding Conditions during Extrusion of 2024 Alloy through Porthole Dies

“…Taking into account that diffusion rate during bonding of the metal streams depends on temperature, it is therefore clear that the higher temperature within the welding chamber will facilitate obtaining high quality welds within the product. From this point of view the most favourable would be the lowest H= 6 mm, however, looking for the optimal temperature during extrusion of 2024 alloy through the porthole die one should take into account its solidus temperature (524°C [16]), which should not be exceeded because of the possibility of overmelting.…”

The Effect of Cooling Rate after Homogenization on the Microstructure and Properties of 2017a Alloy Billets for Extrusion with Solution Heat Treatment on the Press

“…In the case of commonly used, high-strength 2024 and 2014 grades, application of low-alloyed compositions increases the solidus temperature. In consequence, as it was shown by numerical simulations and experiments, it is possible to preform extrusion process at higher exit temperature and speed, with lowered extrusion force, compared to high-alloyed billets [2,3]. The reduced Cu and Mg content simultaneously decreases quench sensitivity of the alloys [8].…”

“…Moreover, it contributes to enhancement of profiles properties due to retaining of the fibrous structure after the extrusion (the press-effect). It also reduces the risk of extruded product defects such as peripheral coarse grain layer (PCG) and shape distortions [1][2][3][4]. In industrial practice, this technology is commonly applied for 6xxx and some 7xxx alloys.…”