1. Wprowadzenie
Stopy aluminium o średniej wytrzymałości wykazują korzystne właściwości przetwórstwa, wrażliwość na hartowanie, udarność i odporność na korozję. Są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, takich jak elektronika i przemysł morski, do produkcji rur, prętów, profili i drutów. Obecnie rośnie zapotrzebowanie na pręty ze stopu aluminium 6082. Aby sprostać wymaganiom rynku i wymaganiom użytkowników, przeprowadziliśmy eksperymenty dotyczące różnych procesów ogrzewania przez wytłaczanie i procesów końcowej obróbki cieplnej dla prętów 6082-T6. Naszym celem było zidentyfikowanie schematu obróbki cieplnej, który spełnia wymagania dotyczące właściwości mechanicznych tych prętów.
2.Materiały eksperymentalne i przebieg procesu produkcyjnego
2.1 Materiały eksperymentalne
Wlewki odlewnicze o wymiarach Ф162×500 wytworzono metodą odlewania półciągłego i poddano nierównomiernej obróbce. Jakość metalurgiczna wlewków była zgodna ze standardami technicznymi kontroli wewnętrznej firmy. Skład chemiczny stopu 6082 przedstawiono w tabeli 1.
2.2 Przebieg procesu produkcyjnego
Eksperymentalne pręty 6082 miały specyfikację Ф14mm. Pojemnik do wytłaczania miał średnicę Ф170 mm, był 4-otworowy i miał współczynnik wytłaczania 18,5. Specyficzny przebieg procesu obejmował ogrzewanie wlewka, wytłaczanie, hartowanie, rozciąganie, prostowanie i pobieranie próbek, prostowanie na walcach, cięcie końcowe, sztuczne starzenie, kontrolę jakości i dostawę.
3. Cele eksperymentalne
Celem tego badania była identyfikacja parametrów procesu obróbki cieplnej wytłaczania oraz parametrów końcowej obróbki cieplnej, które wpływają na wydajność prętów 6082-T6, ostatecznie osiągając standardowe wymagania użytkowe. Zgodnie z normami właściwości mechaniczne wzdłużne stopu 6082 powinny odpowiadać specyfikacjom podanym w tabeli 2.
4.Podejście eksperymentalne
4.1 Badanie obróbki cieplnej przez wytłaczanie
Badania obróbki cieplnej przy wytłaczaniu skupiały się przede wszystkim na wpływie temperatury wytłaczania wlewka odlewniczego i temperatury pojemnika do wytłaczania na właściwości mechaniczne. Konkretny wybór parametrów opisano szczegółowo w tabeli 3.
4.2 Badanie obróbki cieplnej w roztworze stałym i starzeniu
Zastosowano ortogonalny projekt eksperymentu dla procesu obróbki cieplnej w roztworze stałym i starzeniu. Wybrane poziomy współczynników przedstawiono w tabeli 4, przy czym tabela obliczeń ortogonalnych jest oznaczona jako IJ9(34).
5.Wyniki i analiza
5.1 Wyniki i analiza eksperymentów obróbki cieplnej przez wytłaczanie
Wyniki eksperymentów obróbki cieplnej przez wytłaczanie przedstawiono w tabeli 5 i na rysunku 1. Z każdej grupy pobrano po dziewięć próbek i określono ich średnie właściwości mechaniczne. Na podstawie analizy metalograficznej i składu chemicznego ustalono schemat obróbki cieplnej: hartowanie w temperaturze 520°C przez 40 minut i starzenie w temperaturze 165°C przez 12 godzin. Z Tabeli 5 i Figury 1 można zaobserwować, że wraz ze wzrostem temperatury wytłaczania wlewka odlewniczego i temperatury pojemnika do wytłaczania stopniowo zwiększa się zarówno wytrzymałość na rozciąganie, jak i granica plastyczności. Najlepsze wyniki uzyskano przy temperaturach wytłaczania 450-500°C i temperaturze pojemnika do wytłaczania 450°C, co spełniało wymagania normy. Było to spowodowane efektem hartowania na zimno w niższych temperaturach wytłaczania, powodującym pęknięcia na granicach ziaren i zwiększonym rozkładem roztworu stałego pomiędzy A1 i Mn podczas ogrzewania przed hartowaniem, co prowadziło do rekrystalizacji. Wraz ze wzrostem temperatury wytłaczania wytrzymałość końcowa Rm produktu znacznie się poprawiła. Gdy temperatura pojemnika do wytłaczania zbliżała się lub przekraczała temperaturę wlewka, nierównomierne odkształcenie zmniejszało się, zmniejszając głębokość słojów gruboziarnistych i zwiększając granicę plastyczności Rm. Zatem rozsądnymi parametrami obróbki cieplnej przez wytłaczanie są: temperatura wytłaczania wlewków 450-500°C i temperatura pojemnika do wytłaczania 430-450°C.
5.2 Roztwory stałe i wyniki eksperymentów ortogonalnych starzenia oraz analiza
Tabela 6 pokazuje, że optymalne poziomy to A3B1C2D3, przy hartowaniu w temperaturze 520°C, temperaturze sztucznego starzenia w zakresie 165-170°C i czasie starzenia wynoszącym 12 godzin, co skutkuje wysoką wytrzymałością i plastycznością prętów. W procesie hartowania powstaje przesycony roztwór stały. W niższych temperaturach hartowania stężenie przesyconego roztworu stałego zmniejsza się, wpływając na wytrzymałość. Temperatura hartowania wynosząca około 520°C znacząco wzmacnia efekt wzmocnienia roztworu stałego wywołanego hartowaniem. Odstęp pomiędzy hartowaniem a sztucznym starzeniem, tj. przechowywaniem w temperaturze pokojowej, ma ogromny wpływ na właściwości mechaniczne. Jest to szczególnie widoczne w przypadku prętów, które nie są rozciągane po hartowaniu. Gdy przerwa między hartowaniem a starzeniem przekracza 1 godzinę, wytrzymałość, zwłaszcza granica plastyczności, znacznie maleje.
5.3 Analiza mikrostruktury metalograficznej
Analizy przy dużym powiększeniu i polaryzacji przeprowadzono na sztabkach 6082-T6 w temperaturach roztworu stałego wynoszących 520°C i 530°C. Zdjęcia wykonane przy dużym powiększeniu ujawniły równomierne wytrącanie związków z równomiernie rozmieszczonymi licznymi cząstkami fazy osadu. Analiza światła spolaryzowanego przy użyciu sprzętu Axiovert200 wykazała wyraźne różnice w zdjęciach struktury ziaren. W obszarze centralnym widoczne były drobne i jednolite ziarna, natomiast na krawędziach widoczna była rekrystalizacja z wydłużonymi ziarnami. Dzieje się tak na skutek wzrostu jąder kryształów w wysokich temperaturach, tworząc gruboziarniste osady przypominające igły.
6. Ocena praktyki produkcyjnej
W rzeczywistej produkcji przeprowadzono statystyki wytrzymałości mechanicznej 20 partii prętów i 20 partii profili. Wyniki przedstawiono w tabelach 7 i 8. W rzeczywistej produkcji proces wytłaczania przeprowadzono w temperaturach, w wyniku których otrzymano próbki w stanie T6, a parametry mechaniczne osiągnęły wartości docelowe.
7.Wniosek
(1) Parametry obróbki cieplnej przez wytłaczanie: Temperatura wytłaczania wlewków 450-500°C; temperatura pojemnika do wytłaczania 430-450°C.
(2) Końcowe parametry obróbki cieplnej: Optymalna temperatura roztworu stałego 520-530°C; temperatura starzenia 165±5°C, czas starzenia 12 godzin; przerwa między hartowaniem a starzeniem nie powinna przekraczać 1 godziny.
(3) W oparciu o ocenę praktyczną, wykonalny proces obróbki cieplnej obejmuje: temperaturę wytłaczania 450-530°C, temperaturę pojemnika do wytłaczania 400-450°C; temperatura roztworu stałego 510-520°C; schemat starzenia 155-170°C przez 12 godzin; brak określonego limitu czasu pomiędzy hartowaniem a starzeniem. Można to włączyć do wytycznych dotyczących przebiegu procesu.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 15 marca 2024 r
