Полегшення автомобілів є спільною метою світової автомобільної промисловості. Збільшення використання алюмінієвих сплавів у автомобільних компонентах є напрямком розвитку сучасних автомобілів нового типу. Алюмінієвий сплав 6082 — це термооброблюваний, зміцнений алюмінієвий сплав з помірною міцністю, відмінною формувальністю, зварюваністю, стійкістю до втоми та корозійною стійкістю. Цей сплав можна екструдувати у труби, стрижні та профілі, і він широко використовується в автомобільних компонентах, зварних конструкційних деталях, транспорті та будівельній галузі.
Наразі в Китаї проводиться обмежена кількість досліджень щодо використання алюмінієвого сплаву 6082 у транспортних засобах на нових джерелах енергії. Тому це експериментальне дослідження досліджує вплив діапазону вмісту елементів у алюмінієвому сплаві 6082, параметрів процесу екструзії, методів гартування тощо на характеристики та мікроструктуру профілю сплаву. Метою цього дослідження є оптимізація складу сплаву та параметрів процесу для виробництва матеріалів зі сплаву 6082, придатних для транспортних засобів на нових джерелах енергії.
1. Матеріали та методи дослідження
Експериментальний процес: Співвідношення складу сплаву – Плавлення злитків – Гомогенізація злитків – Розпилювання злитків на заготовки – Екструзія профілів – Гартування профілів на лінії – Штучне старіння – Підготовка зразків для випробувань.
1.1 Підготовка злитків
У міжнародному діапазоні складів алюмінієвого сплаву 6082 було обрано три склади з вужчими діапазонами контролю, позначені як 6082-/6082″, 6082-Z, з однаковим вмістом елемента Si. Вміст елемента Mg, y > z; вміст елемента Mn, x > y > z; вміст елемента Cr, Ti, x > y = z. Конкретні цільові значення складу сплаву наведено в таблиці 1. Лиття злитків проводилося методом напівбезперервного лиття з водяним охолодженням з подальшою гомогенізацією. Всі три злитки гомогенізували за допомогою встановленої на заводі системи при 560°C протягом 2 годин з охолодженням водяним туманом.
1.2 Екструзія профілів
Параметри процесу екструзії були скориговані відповідно до температури нагрівання заготовки та швидкості охолодження під час гартування. Поперечний переріз екструдованих профілів показано на рисунку 1. Параметри процесу екструзії наведено в таблиці 2. Стан формування екструдованих профілів показано на рисунку 2.
2. Результати випробувань та аналіз
Питомий хімічний склад профілів алюмінієвого сплаву 6082 у трьох діапазонах складу було визначено за допомогою швейцарського спектрометра прямого зчитування ARL, як показано в таблиці 3.
2.1 Тестування продуктивності
Для порівняння було досліджено характеристики профілів сплавів трьох складових діапазонів з різними методами гартування, ідентичними параметрами екструзії та процесами старіння.
2.1.1 Механічні характеристики
Після штучного старіння при температурі 175°C протягом 8 годин, стандартні зразки були відібрані з напрямку екструзії профілів для випробувань на розтяг за допомогою універсальної електронної випробувальної машини Shimadzu AG-X100. Механічні характеристики після штучного старіння для різних складів та методів гартування наведено в таблиці 4.
З таблиці 4 видно, що механічні характеристики всіх профілів перевищують значення національних стандартів. Профілі, виготовлені із заготовок сплаву 6082-Z, мали менше видовження після розриву. Профілі, виготовлені із заготовок сплаву 6082-7, мали найвищі механічні характеристики. Профілі зі сплаву 6082-X, виготовлені з використанням різних методів твердого розчину, продемонстрували вищі характеристики при швидкому охолодженні та гартуванні.
2.1.2 Випробування на міцність на згин
За допомогою універсальної електронної випробувальної машини було проведено випробування зразків на триточковий згин, результати згинання показані на рисунку 3. На рисунку 3 видно, що вироби, виготовлені із заготовок зі сплаву 6082-Z, мали сильну «апельсинову кірку» на поверхні та тріщини на зворотному боці зігнутих зразків. Вироби, виготовлені із заготовок зі сплаву 6082-X, мали кращі характеристики згинання, гладкі поверхні без «апельсинової кірки» та лише невеликі тріщини в місцях, обмежених геометричними умовами, на зворотному боці зігнутих зразків.
2.1.3 Огляд із великим збільшенням
Зразки досліджували під оптичним мікроскопом Carl Zeiss AX10 для аналізу мікроструктури. Результати аналізу мікроструктури для профілів сплавів трьох діапазонів складів показано на рисунку 4. Рисунок 4 показує, що розмір зерна виробів, виготовлених зі стрижня 6082-X та заготовок зі сплаву 6082-K, був подібним, з дещо кращим розміром зерна у сплаві 6082-X порівняно зі сплавом 6082-y. Вироби, виготовлені із заготовок зі сплаву 6082-Z, мали більший розмір зерна та товстіші шари кори, що легше призводило до утворення поверхневої «апельсинової кірки» та послаблення внутрішнього зв'язку металу.
2.2 Аналіз результатів
На основі вищезазначених результатів випробувань можна зробити висновок, що вибір діапазону складів сплавів суттєво впливає на мікроструктуру, експлуатаційні характеристики та формуваність екструдованих профілів. Підвищений вміст елемента Mg знижує пластичність сплаву та призводить до утворення тріщин під час екструзії. Вищий вміст Mn, Cr та Ti позитивно впливає на подрібнення мікроструктури, що, у свою чергу, позитивно впливає на якість поверхні, міцність на згинання та загальні експлуатаційні характеристики.
3. Висновок
Елемент Mg суттєво впливає на механічні характеристики алюмінієвого сплаву 6082. Підвищений вміст Mg знижує пластичність сплаву та призводить до утворення тріщин під час екструзії.
Mn, Cr та Ti позитивно впливають на подрібнення мікроструктури, що призводить до покращення якості поверхні та характеристик вигину екструдованих виробів.
Різна інтенсивність гартування та охолодження має помітний вплив на характеристики профілів з алюмінієвого сплаву 6082. Для автомобільної промисловості застосування процесу гартування водяним туманом з подальшим охолодженням розпиленням води забезпечує кращі механічні характеристики та гарантує точність форми та розмірів профілів.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 26 березня 2024 р.
