Reducerea greutății automobilelor este un obiectiv comun al industriei auto globale. Creșterea utilizării materialelor din aliaje de aluminiu în componentele auto este direcția de dezvoltare pentru vehiculele moderne de tip nou. Aliajul de aluminiu 6082 este un aliaj de aluminiu tratabil termic, ranforsat, cu rezistență moderată, formabilitate excelentă, sudabilitate, rezistență la oboseală și rezistență la coroziune. Acest aliaj poate fi extrudat în țevi, tije și profile și este utilizat pe scară largă în componente auto, piese structurale sudate, transporturi și industria construcțiilor.
În prezent, există cercetări limitate privind utilizarea aliajului de aluminiu 6082 în vehiculele cu energie nouă în China. Prin urmare, acest studiu experimental investighează efectele intervalului de conținut de elemente din aliajul de aluminiu 6082, parametrilor procesului de extrudare, metodelor de călire etc., asupra performanței și microstructurii profilului aliajului. Acest studiu își propune să optimizeze compoziția aliajului și parametrii procesului pentru a produce materiale din aliaj de aluminiu 6082 potrivite pentru vehiculele cu energie nouă.
1. Materiale și metode de testare
Fluxul procesului experimental: Raportul compoziției aliajului – Topirea lingourilor – Omogenizarea lingourilor – Tăierea lingourilor în țagle – Extrudarea profilelor – Călirea în linie a profilelor – Îmbătrânirea artificială – Pregătirea epruvetelor.
1.1 Pregătirea lingourilor
În cadrul gamei internaționale de compoziții ale aliajului de aluminiu 6082, au fost selectate trei compoziții cu intervale de control mai restrânse, etichetate ca 6082-/6082″, 6082-Z, cu același conținut de elemente Si. Conținut de elemente Mg, y > z; conținut de elemente Mn, x > y > z; conținut de elemente Cr, Ti, x > y = z. Valorile țintă pentru compoziția specifică a aliajului sunt prezentate în Tabelul 1. Turnarea lingourilor a fost efectuată utilizând o metodă de turnare cu răcire semicontinuă cu apă, urmată de un tratament de omogenizare. Toate cele trei lingouri au fost omogenizate utilizând sistemul stabilit de fabrică la 560°C timp de 2 ore cu răcire cu ceață de apă.
1.2 Extrudarea profilelor
Parametrii procesului de extrudare au fost ajustați corespunzător pentru temperatura de încălzire a țaglei și viteza de răcire prin călire. Secțiunea transversală a profilelor extrudate este prezentată în Figura 1. Parametrii procesului de extrudare sunt prezentați în Tabelul 2. Starea de formare a profilelor extrudate este prezentată în Figura 2.
2. Rezultatele testelor și analiza
Compoziția chimică specifică a profilelor din aliaj de aluminiu 6082 în cele trei intervale de compoziție a fost determinată utilizând un spectrometru cu citire directă Swiss ARL, așa cum se arată în Tabelul 3.
2.1 Testarea performanței
Pentru comparație, a fost examinată performanța celor trei profile de aliaje cu o gamă de compoziții diferite, cu metode de călire diferite, parametri de extrudare identici și procese de îmbătrânire identice.
2.1.1 Performanță mecanică
După îmbătrânirea artificială la 175°C timp de 8 ore, s-au prelevat epruvete standard din direcția de extrudare a profilelor pentru testarea la tracțiune utilizând o mașină electronică universală de testare Shimadzu AG-X100. Performanța mecanică după îmbătrânirea artificială pentru diferite compoziții și metode de călire este prezentată în Tabelul 4.
Din Tabelul 4, se poate observa că performanța mecanică a tuturor profilelor depășește valorile standardelor naționale. Profilele produse din țagle din aliaj 6082-Z au avut o alungire după fractură mai mică. Profilele produse din țagle din aliaj 6082-7 au avut cea mai mare performanță mecanică. Profilele din aliaj 6082-X, cu diferite metode de soluție solidă, au prezentat performanțe mai mari cu metode de răcire rapidă.
2.1.2 Testarea performanței la încovoiere
Folosind o mașină electronică universală de testare, s-au efectuat teste de încovoiere în trei puncte pe probe, iar rezultatele la încovoiere sunt prezentate în Figura 3. Figura 3 arată că produsele fabricate din țagle din aliaj 6082-Z au prezentat o coajă de portocală severă la suprafață și crăpături pe spatele probelor îndoite. Produsele fabricate din țagle din aliaj 6082-X au avut performanțe mai bune la încovoiere, suprafețe netede fără coajă de portocală și doar fisuri mici în pozițiile limitate de condițiile geometrice de pe spatele probelor îndoite.
2.1.3 Inspecție cu mărire mare
Probele au fost observate la un microscop optic Carl Zeiss AX10 pentru analiza microstructurii. Rezultatele analizei microstructurii pentru cele trei profile de aliaje din gama de compoziții sunt prezentate în Figura 4. Figura 4 indică faptul că dimensiunea granulelor produselor obținute din tije din aliaj 6082-X și țagle din aliaj 6082-K a fost similară, cu o dimensiune a granulelor ușor mai bună în aliajul 6082-X comparativ cu aliajul 6082-y. Produsele obținute din țagle din aliaj 6082-Z au avut dimensiuni ale granulelor mai mari și straturi de cortex mai groase, ceea ce a dus mai ușor la formarea cojii de portocală la suprafață și la slăbirea legăturilor metalice interne.
2.2 Analiza rezultatelor
Pe baza rezultatelor testelor de mai sus, se poate concluziona că gama de compoziții ale aliajelor de proiectare afectează semnificativ microstructura, performanța și formabilitatea profilelor extrudate. Un conținut crescut de elemente Mg reduce plasticitatea aliajului și duce la formarea fisurilor în timpul extrudării. Un conținut mai mare de Mn, Cr și Ti are un efect pozitiv asupra rafinării microstructurii, ceea ce, la rândul său, are un impact pozitiv asupra calității suprafeței, performanței la încovoiere și performanței generale.
3. Concluzie
Elementul Mg afectează semnificativ performanța mecanică a aliajului de aluminiu 6082. Un conținut crescut de Mg reduce plasticitatea aliajului și duce la formarea fisurilor în timpul extrudării.
Mn, Cr și Ti au un efect pozitiv asupra rafinării microstructurii, ducând la îmbunătățirea calității suprafeței și a performanței la îndoire a produselor extrudate.
Diferitele intensități de răcire și călire au un impact vizibil asupra performanței profilelor din aliaj de aluminiu 6082. Pentru uz auto, adoptarea unui proces de călire cu ceață de apă urmat de răcire prin pulverizare cu apă oferă performanțe mecanice mai bune și asigură precizia formei și dimensionale a profilelor.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminum
Data publicării: 26 martie 2024
