1. Wprowadzenie
Stopy aluminium o średniej wytrzymałości charakteryzują się korzystnymi właściwościami przetwórczymi, wrażliwością na hartowanie, udarnością i odpornością na korozję. Są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, takich jak elektronika i przemysł morski, do produkcji rur, prętów, profili i drutów. Obecnie obserwuje się rosnące zapotrzebowanie na pręty ze stopu aluminium 6082. Aby sprostać wymaganiom rynku i użytkownikom, przeprowadziliśmy eksperymenty z różnymi procesami nagrzewania ekstruzyjnego i obróbki cieplnej prętów 6082-T6. Naszym celem było opracowanie schematu obróbki cieplnej, który spełnia wymagania dotyczące właściwości mechanicznych tych prętów.
2. Materiały eksperymentalne i przepływ procesu produkcyjnego
2.1 Materiały eksperymentalne
Wlewki odlewnicze o wymiarach Ф162×500 wyprodukowano metodą odlewania półciągłego i poddano obróbce nierównomiernej. Jakość metalurgiczna wlewków była zgodna z wewnętrznymi standardami kontroli technicznej firmy. Skład chemiczny stopu 6082 przedstawiono w tabeli 1.
2.2 Przepływ procesu produkcyjnego
Eksperymentalne pręty 6082 miały specyfikację Ф14 mm. Pojemnik do wytłaczania miał średnicę Ф170 mm, 4-otworową konstrukcję i współczynnik wytłaczania 18,5. Szczegółowy przebieg procesu obejmował nagrzewanie wlewka, wytłaczanie, hartowanie, prostowanie z rozciąganiem i pobieranie próbek, prostowanie rolkowe, cięcie końcowe, sztuczne starzenie, kontrolę jakości i dostawę.
3. Cele eksperymentalne
Celem niniejszego badania było określenie parametrów procesu wytłaczania i obróbki cieplnej końcowej, które wpływają na parametry użytkowe prętów 6082-T6, ostatecznie spełniając wymagania normowe. Zgodnie z normami, właściwości mechaniczne wzdłużne stopu 6082 powinny spełniać specyfikacje podane w tabeli 2.
4. Podejście eksperymentalne
4.1 Badanie obróbki cieplnej metodą wytłaczania
Badania obróbki cieplnej metodą wytłaczania koncentrowały się głównie na wpływie temperatury wytłaczania wlewka odlewniczego i temperatury pojemnika wytłaczającego na właściwości mechaniczne. Szczegółowe dobory parametrów przedstawiono w tabeli 3.
4.2 Badanie obróbki cieplnej w roztworze stałym i starzeniu
Do procesu obróbki cieplnej w roztworze stałym i starzeniu zastosowano ortogonalny układ eksperymentalny. Wybrane poziomy współczynników przedstawiono w tabeli 4, a tabelę układu ortogonalnego oznaczono jako IJ9(34).
5.Wyniki i analiza
5.1 Wyniki eksperymentów i analiza obróbki cieplnej metodą wytłaczania
Wyniki eksperymentów obróbki cieplnej wytłaczania przedstawiono w Tabeli 5 i Rysunku 1. Pobrano dziewięć próbek dla każdej grupy 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 Rysunku 1 można zaobserwować, że wraz ze wzrostem temperatury wytłaczania wlewka odlewniczego i temperatury pojemnika wytłaczarki, zarówno wytrzymałość na rozciąganie, jak i granica plastyczności stopniowo wzrastały. Najlepsze wyniki uzyskano przy temperaturach wytłaczania 450-500°C i temperaturze pojemnika wytłaczarki 450°C, co spełniało wymagania normy. Było to spowodowane wpływem utwardzania na zimno w niższych temperaturach wytłaczania, powodującym pęknięcia granic ziaren i zwiększony rozkład roztworu stałego między A1 i Mn podczas nagrzewania przed hartowaniem, co prowadziło do rekrystalizacji. Wraz ze wzrostem temperatury wytłaczania, wytrzymałość graniczna Rm produktu uległa znacznej poprawie. Gdy temperatura pojemnika wytłaczarki zbliżyła się lub przekroczyła temperaturę wlewka, nierównomierne odkształcenie zmniejszyło się, zmniejszając głębokość pierścieni gruboziarnistych i zwiększając granicę plastyczności Rm. Zatem, racjonalne parametry obróbki cieplnej wytłaczania to: temperatura wytłaczania wlewka 450-500°C i temperatura pojemnika wytłaczarki 430-450°C.
5.2 Roztwór stały i starzenie – wyniki eksperymentów ortogonalnych i analiza
Tabela 6 pokazuje, że optymalne poziomy to A3B1C2D3, przy hartowaniu w temperaturze 520°C, sztucznym starzeniu w temperaturze 165-170°C i czasie starzenia 12 godzin, co skutkuje wysoką wytrzymałością i plastycznością prętów. Proces hartowania tworzy przesycony roztwór stały. W niższych temperaturach hartowania stężenie przesyconego roztworu stałego maleje, co wpływa na wytrzymałość. Temperatura hartowania około 520°C znacząco wzmacnia efekt wzmocnienia w roztworze stałym indukowanego hartowaniem. Czas między hartowaniem a sztucznym starzeniem, tj. przechowywanie w temperaturze pokojowej, znacząco wpływa na właściwości mechaniczne. Jest to szczególnie widoczne w przypadku prętów, które nie są rozciągane po hartowaniu. Gdy czas między hartowaniem a starzeniem przekracza 1 godzinę, wytrzymałość, a zwłaszcza granica plastyczności, znacznie spada.
5.3 Analiza mikrostruktury metalograficznej
Analizy w dużym powiększeniu i w warunkach polaryzacji przeprowadzono na prętach 6082-T6 w temperaturach roztworu stałego wynoszących 520°C i 530°C. Zdjęcia w dużym powiększeniu ujawniły równomierne wytrącanie związków chemicznych z licznymi, równomiernie rozłożonymi cząsteczkami fazy osadu. Analiza w świetle spolaryzowanym z użyciem aparatu Axiovert200 wykazała wyraźne różnice w zdjęciach struktury ziaren. W obszarze centralnym widoczne były małe i jednorodne ziarna, natomiast na krawędziach widoczna była pewna rekrystalizacja z ziarnami wydłużonymi. Wynika to ze wzrostu zarodków krystalizacji w wysokich temperaturach, tworzących gruboziarniste, igłowate osady.
6. Ocena praktyki produkcyjnej
W rzeczywistej produkcji przeprowadzono statystyki wydajności mechanicznej dla 20 partii prętów i 20 partii profili. Wyniki przedstawiono w tabelach 7 i 8. W rzeczywistej produkcji nasz proces wytłaczania przeprowadzono w temperaturach odpowiadających wynikom próbek w stanie T6, a wydajność mechaniczna osiągnęła wartości docelowe.
7.Wnioski
(1) Parametry obróbki cieplnej wytłaczania: temperatura wytłaczania wlewków 450-500°C; temperatura pojemnika wytłaczającego 430-450°C.
(2) Parametry końcowej obróbki cieplnej: optymalna temperatura roztworu stałego 520–530°C; temperatura starzenia 165±5°C, czas starzenia 12 godzin; odstęp między hartowaniem a starzeniem nie powinien przekraczać 1 godziny.
(3) W oparciu o ocenę praktyczną, wykonalny proces obróbki cieplnej obejmuje: temperaturę wytłaczania 450–530°C, temperaturę pojemnika wytłaczającego 400–450°C; temperaturę roztworu stałego 510–520°C; reżim starzenia 155–170°C przez 12 godzin; brak konkretnego ograniczenia odstępu między hartowaniem a starzeniem. Można to uwzględnić w wytycznych dotyczących operacji procesu.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 15 marca 2024 r.
