Zmniejszanie masy samochodów jest wspólnym celem światowego przemysłu motoryzacyjnego. Kierunkiem rozwoju nowoczesnych pojazdów nowego typu jest zwiększanie wykorzystania materiałów ze stopów aluminium w elementach samochodowych. Stop aluminium 6082 to poddający się obróbce cieplnej, wzmocniony stop aluminium o umiarkowanej wytrzymałości, doskonałej odkształcalności, spawalności, odporności na zmęczenie i odporności na korozję. Stop ten można wytłaczać na rury, pręty i profile i jest szeroko stosowany w elementach samochodowych, spawanych częściach konstrukcyjnych, transporcie i przemyśle budowlanym.
Obecnie w Chinach prowadzone są ograniczone badania nad stopem aluminium 6082 do zastosowania w nowych pojazdach energetycznych. Dlatego też w niniejszym badaniu eksperymentalnym zbadano wpływ zakresu zawartości pierwiastków ze stopu aluminium 6082, parametrów procesu wytłaczania, metod hartowania itp. na właściwości użytkowe i mikrostrukturę profilu stopu. Celem tego badania jest optymalizacja składu stopu i parametrów procesu w celu wytworzenia materiałów ze stopu aluminium 6082 nadających się do pojazdów nowych źródeł energii.
1. Materiały i metody badawcze
Przebieg procesu eksperymentalnego: Stosunek składu stopu – Topienie wlewka – Homogenizacja wlewka – Cięcie wlewka na kęsy – Wytłaczanie profili – Hartowanie profili w linii – Sztuczne starzenie – Przygotowanie próbek do badań.
1.1 Przygotowanie wlewków
Z międzynarodowej gamy 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 elementu Mn, x > y > z; Cr, zawartość pierwiastka Ti, x > y = z. Docelowe wartości konkretnego składu stopu przedstawiono w tabeli 1. Odlewanie wlewków przeprowadzono metodą półciągłego odlewania z chłodzeniem wodą, a następnie poddano obróbce homogenizacyjnej. Wszystkie trzy wlewki homogenizowano przy użyciu ustalonego fabrycznie systemu w temperaturze 560°C przez 2 godziny z chłodzeniem mgłą wodną.
1.2 Wytłaczanie profili
Parametry procesu wytłaczania dostosowano odpowiednio do temperatury nagrzewania kęsa i szybkości chłodzenia hartowniczego. Przekrój wytłaczanych profili przedstawiono na rysunku 1. Parametry procesu wytłaczania przedstawiono w tabeli 2. Stan formowania profili wytłaczanych przedstawiono na rysunku 2.
2. Wyniki testów i analiza
Specyficzny skład chemiczny profili ze stopu aluminium 6082 w trzech zakresach składu określono za pomocą szwajcarskiego spektrometru bezpośredniego odczytu ARL, jak pokazano w tabeli 3.
2.1 Testowanie wydajności
Dla porównania zbadano zachowanie profili stopowych o trzech zakresach 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 wzorcowe od kierunku wytłaczania profili do próby rozciągania przy użyciu elektronicznej uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej Shimadzu AG-X100. Parametry mechaniczne po sztucznym starzeniu dla różnych składów i metod hartowania przedstawiono w tabeli 4.
Z Tabeli 4 widać, że właściwości mechaniczne wszystkich profili przekraczają wartości norm krajowych. Profile wykonane z wlewków stopu 6082-Z charakteryzowały się mniejszym wydłużeniem po zerwaniu. Największą wytrzymałością mechaniczną charakteryzowały się profile wykonane z wlewków stopu 6082-7. Profile ze stopu 6082-X, z różnymi metodami rozpuszczania stałego, wykazywały wyższą wydajność przy metodach szybkiego hartowania w chłodzeniu.
2.1.2 Badanie wytrzymałości na zginanie
Za pomocą elektronicznej uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej przeprowadzono trzypunktowe testy zginania próbek, a wyniki zginania przedstawiono na rysunku 3. Rysunek 3 pokazuje, że produkty wytworzone z kęsów stopu 6082-Z miały silną skórkę pomarańczową na powierzchni i pęknięcia na powierzchni tył wygiętych próbek. Wyroby wytwarzane z kęsów stopu 6082-X charakteryzowały się lepszą wytrzymałością na zginanie, gładkimi powierzchniami bez skórki pomarańczowej oraz jedynie niewielkimi pęknięciami w miejscach ograniczonych warunkami geometrycznymi na tylnej stronie giętych próbek.
2.1.3 Kontrola przy dużym powiększeniu
Próbki obserwowano pod mikroskopem optycznym Carl Zeiss AX10 w celu analizy mikrostruktury. Wyniki analizy mikrostruktury dla trzech zakresów składu profili stopowych przedstawiono na rysunku 4. Z rysunku 4 wynika, że wielkość ziaren wyrobów wytworzonych z pręta 6082-X i wlewków ze stopu 6082-K była podobna, przy nieco większym uziarnieniu w przypadku 6082-X stopu w porównaniu do stopu 6082-y. Produkty wytwarzane z kęsów stopu 6082-Z miały większe ziarna i grubsze warstwy korowe, co łatwiej powodowało powstawanie skórki pomarańczowej na powierzchni i osłabienie wewnętrznych wiązań metali.
2.2 Analiza wyników
Na podstawie powyższych wyników badań można stwierdzić, że dobór składu stopu w istotny sposób wpływa na mikrostrukturę, wydajność i odkształcalność 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 udoskonalenie mikrostruktury, co z kolei pozytywnie wpływa na jakość powierzchni, wytrzymałość na zginanie i ogólną wydajność.
3.Wniosek
Pierwiastek Mg znacząco wpływa na właściwości mechaniczne stopu aluminium 6082. Zwiększona zawartość Mg zmniejsza plastyczność stopu i prowadzi do powstawania pęknięć podczas wytłaczania.
Mn, Cr i Ti mają pozytywny wpływ na udoskonalenie mikrostruktury, prowadząc do poprawy jakości powierzchni i wytrzymałości na zginanie 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 natryskiem wody zapewnia lepszą wydajność mechaniczną i zapewnia kształt i dokładność wymiarową profili.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 26 marca 2024 r
