Zmniejszenie masy samochodów to wspólny cel globalnego przemysłu motoryzacyjnego. Zwiększenie wykorzystania stopów aluminium w komponentach samochodowych to kierunek rozwoju nowoczesnych pojazdów. Stop aluminium 6082 to obrabialny cieplnie, wzmacniany stop aluminium o umiarkowanej wytrzymałości, doskonałej formowalności, spawalności, odporności na zmęczenie i korozję. Stop ten może być wytłaczany w rury, pręty i profile i jest szeroko stosowany w komponentach samochodowych, spawanych elementach konstrukcyjnych, transporcie i budownictwie.
Obecnie w Chinach prowadzone są ograniczone badania nad stopem aluminium 6082 do zastosowania w nowych pojazdach energetycznych. Dlatego też niniejsze badanie eksperymentalne ma na celu zbadanie wpływu zakresu zawartości pierwiastków w stopie aluminium 6082, parametrów procesu wytłaczania, metod hartowania itp. na parametry i mikrostrukturę profilu stopu. Celem badania jest optymalizacja składu stopu i parametrów procesu w celu wytworzenia stopu aluminium 6082 odpowiedniego do nowych pojazdów energetycznych.
1. Materiały i metody badawcze
Przebieg procesu eksperymentalnego: Stosunek składu stopu – Topienie wlewków – Homogenizacja wlewków – Cięcie wlewków na kęsy – Wytłaczanie profili – Hartowanie profili w linii – Sztuczne starzenie – Przygotowanie próbek do badań.
1.1 Przygotowanie wlewków
W międzynarodowym zakresie składów stopów aluminium 6082 wybrano trzy kompozycje o węższych zakresach kontrolnych, oznaczone jako 6082-/6082″, 6082-Z, o tej samej zawartości pierwiastka Si. Zawartość pierwiastka Mg: y > z; zawartość pierwiastka Mn: x > y > z; zawartość pierwiastka Cr, Ti: x > y = z. Docelowe wartości składu stopu przedstawiono w tabeli 1. Odlewanie wlewków przeprowadzono metodą półciągłego chłodzenia wodnego, a następnie homogenizacji. Wszystkie trzy wlewki homogenizowano przy użyciu fabrycznego systemu w temperaturze 560°C przez 2 godziny z chłodzeniem mgłą wodną.
1.2 Wytłaczanie profili
Parametry procesu wytłaczania zostały odpowiednio dostosowane do temperatury nagrzewania wlewka i szybkości chłodzenia. Przekrój poprzeczny wytłaczanych profili przedstawiono na rysunku 1. Parametry procesu wytłaczania przedstawiono w tabeli 2. Stan formowania wytłaczanych profili przedstawiono na rysunku 2.
2. Wyniki testów i analiza
Konkretny skład chemiczny profili ze stopu aluminium 6082 w trzech zakresach składu określono przy użyciu szwajcarskiego spektrometru z bezpośrednim odczytem ARL, jak pokazano w tabeli 3.
2.1 Testowanie wydajności
W celu porównania zbadano wydajność trzech profili stopów o różnym zakresie składu przy różnych metodach hartowania, identycznych parametrach wytłaczania i procesach starzenia.
2.1.1 Wydajność mechaniczna
Po sztucznym starzeniu w temperaturze 175°C przez 8 godzin, pobrano próbki standardowe z kierunku wytłaczania profili do badania wytrzymałości na rozciąganie za pomocą uniwersalnej elektronicznej maszyny wytrzymałościowej Shimadzu AG-X100. Właściwości mechaniczne po sztucznym starzeniu dla różnych składów i metod hartowania przedstawiono w tabeli 4.
Z tabeli 4 wynika, że parametry mechaniczne wszystkich profili przewyższają wartości określone w normach krajowych. Profile wykonane z wlewków ze stopu 6082-Z charakteryzowały się mniejszym wydłużeniem po zerwaniu. Profile wykonane z wlewków ze stopu 6082-7 charakteryzowały się najwyższą wytrzymałością mechaniczną. Profile ze stopu 6082-X, poddane różnym metodom hartowania w roztworze stałym, charakteryzowały się wyższą wytrzymałością po zastosowaniu metod szybkiego chłodzenia.
2.1.2 Badanie wytrzymałości na zginanie
Za pomocą elektronicznej uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej przeprowadzono próby zginania trzypunktowego próbek, a wyniki przedstawiono na rysunku 3. Rysunek 3 pokazuje, że produkty wykonane z wlewków stopu 6082-Z charakteryzowały się silnym nalotem skórki pomarańczowej na powierzchni oraz pęknięciami na grzbiecie wygiętych próbek. Produkty wykonane z wlewków stopu 6082-X charakteryzowały się lepszą wytrzymałością na zginanie, gładkimi powierzchniami bez efektu skórki pomarańczowej oraz jedynie niewielkimi pęknięciami w miejscach ograniczonych warunkami geometrycznymi na grzbiecie wygiętych próbek.
2.1.3 Inspekcja przy dużym powiększeniu
Próbki obserwowano pod mikroskopem optycznym Carl Zeiss AX10 w celu przeprowadzenia analizy mikrostruktury. Wyniki analizy mikrostruktury dla trzech profili stopów o różnym składzie przedstawiono na rysunku 4. Rysunek 4 wskazuje, że wielkość ziarna wyrobów wytworzonych z prętów 6082-X i wlewków ze stopu 6082-K była podobna, z nieznacznie lepszym rozmiarem ziarna w stopie 6082-X w porównaniu ze stopem 6082-y. Wyroby wytworzone z wlewków ze stopu 6082-Z charakteryzowały się większym rozmiarem ziarna i grubszymi warstwami korowymi, co sprzyjało powstawaniu efektu skórki pomarańczowej na powierzchni i osłabiało wewnętrzne wiązania metalu.
2.2 Analiza wyników
Na podstawie powyższych wyników badań można stwierdzić, że dobór składu stopu ma istotny wpływ na mikrostrukturę, parametry i podatność na odkształcanie profili wytłaczanych. Zwiększona zawartość pierwiastka Mg zmniejsza plastyczność stopu i prowadzi do powstawania pęknięć podczas wytłaczania. Wyższa zawartość Mn, Cr i Ti ma pozytywny wpływ na uszlachetnienie mikrostruktury, co z kolei korzystnie wpływa na jakość powierzchni, odporność na gięcie i ogólną wydajność.
3.Wnioski
Dodatek magnezu znacząco wpływa na właściwości mechaniczne stopu aluminium 6082. Zwiększona zawartość magnezu zmniejsza plastyczność stopu i prowadzi do powstawania pęknięć podczas wytłaczania.
Mn, Cr i Ti mają pozytywny wpływ na rafinację mikrostruktury, co prowadzi do poprawy jakości powierzchni i odporności na gięcie wytłaczanych produktów.
Różne intensywności chłodzenia hartowniczego mają zauważalny wpływ na parametry użytkowe profili ze stopu aluminium 6082. W zastosowaniach motoryzacyjnych zastosowanie procesu hartowania mgłą wodną, a następnie chłodzenia natryskowego, zapewnia lepsze parametry mechaniczne oraz dokładność kształtu i wymiarów profili.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 26 marca 2024 r.
