1. Вступ
Алюмінієві сплави середньої міцності демонструють сприятливі характеристики обробки, чутливість до гартування, ударну в'язкість та корозійну стійкість. Вони широко використовуються в різних галузях промисловості, таких як електроніка та суднобудування, для виготовлення труб, прутків, профілів та дротів. Наразі спостерігається зростаючий попит на прутки з алюмінієвого сплаву 6082. Щоб задовольнити потреби ринку та вимоги користувачів, ми провели експерименти з різними процесами екструзійного нагрівання та процесами остаточної термічної обробки для прутків 6082-T6. Нашою метою було визначити режим термічної обробки, який задовольняє вимоги до механічних характеристик цих прутків.
2. Експериментальні матеріали та процес виробництва
2.1 Експериментальні матеріали
Ливарні злитки розміром Ф162×500 були виготовлені методом напівбезперервного лиття та піддані нерівномірній обробці. Металургійна якість злитків відповідала внутрішнім технічним стандартам контролю компанії. Хімічний склад сплаву 6082 наведено в таблиці 1.
2.2 Потік виробничого процесу
Експериментальні 6082 прутки мали специфікацію Ф14 мм. Екструзійний контейнер мав діаметр Ф170 мм з 4-отвірною екструзійною конструкцією та коефіцієнтом екструзії 18,5. Конкретний технологічний процес включав нагрівання злитка, екструзію, гартування, розтягування, вирівнювання та відбір проб, вирівнювання валками, остаточне різання, штучне старіння, контроль якості та доставку.
3. Експериментальні цілі
Метою цього дослідження було визначити параметри процесу екструзійної термічної обробки та параметри кінцевої термічної обробки, які впливають на експлуатаційні характеристики прутків 6082-T6, зрештою досягаючи вимог стандарту щодо експлуатаційних характеристик. Згідно зі стандартами, поздовжні механічні властивості сплаву 6082 повинні відповідати специфікаціям, наведеним у таблиці 2.
4. Експериментальний підхід
4.1 Дослідження екструзійної термічної обробки
Дослідження екструзійної термічної обробки було зосереджено головним чином на впливі температури екструзії ливарних злитків та температури екструзійного контейнера на механічні властивості. Вибір конкретних параметрів детально описано в таблиці 3.
4.2 Дослідження твердих розчинів та термічної обробки старінням
Для процесу термічної обробки твердого розчину та старіння було застосовано ортогональну експериментальну схему. Вибрані рівні коефіцієнтів наведено в таблиці 4, де таблиця ортогональної схеми позначена як IJ9(34).
5. Результати та аналіз
5.1 Результати експерименту та аналіз термічної обробки екструзією
Результати експериментів з термічної обробки екструзією представлені в Таблиці 5 та на Рисунку 1. Для кожної групи було відібрано дев'ять зразків, і було визначено їхні середні показники механічних характеристик. На основі металографічного аналізу та хімічного складу було встановлено режим термічної обробки: гартування при 520°C протягом 40 хвилин та витримування при 165°C протягом 12 годин. З Таблиці 5 та Рисунку 1 видно, що зі збільшенням температури екструзії ливарного злитка та температури екструзійного контейнера поступово зростали як міцність на розтяг, так і межа текучості. Найкращі результати були отримані при температурах екструзії 450-500°C та температурі екструзійного контейнера 450°C, що відповідало вимогам стандарту. Це було пов'язано з впливом холодного наклепу при нижчих температурах екструзії, що спричиняло тріщини по межах зерен та посилений розклад твердого розчину між A1 та Mn під час нагрівання перед гартуванням, що призводило до рекристалізації. Зі збільшенням температури екструзії гранична міцність Rm виробу значно покращувалася. Коли температура екструзійного контейнера наближалася до температури злитка або перевищувала її, нерівномірність деформації зменшувалася, зменшуючи глибину кілець грубого зерна та збільшуючи межу текучості Rm. Таким чином, доцільними параметрами для екструзійної термічної обробки є: температура екструзії злитків 450-500°C та температура екструзійного контейнера 430-450°C.
5.2 Результати експериментів та аналіз твердих розчинів та ортогонального старіння
У таблиці 6 показано, що оптимальними рівнями є A3B1C2D3, з гартуванням при 520°C, температурою штучного старіння від 165 до 170°C та тривалістю старіння 12 годин, що призводить до високої міцності та пластичності прутків. Процес гартування утворює перенасичений твердий розчин. При нижчих температурах гартування концентрація перенасиченого твердого розчину зменшується, що впливає на міцність. Температура гартування близько 520°C значно посилює ефект зміцнення твердого розчину, індукованого гартуванням. Інтервал між гартуванням та штучним старінням, тобто зберігання при кімнатній температурі, значно впливає на механічні властивості. Це особливо помітно для прутків, які не розтягуються після гартування. Коли інтервал між гартуванням та старінням перевищує 1 годину, міцність, особливо межа текучості, значно знижується.
5.3 Металографічний мікроструктурний аналіз
Аналізи з великим збільшенням та поляризацією проводилися на стрижнях 6082-T6 за температур твердого розчину 520°C та 530°C. Фотографії з великим збільшенням показали рівномірне осадження сполуки з великою кількістю частинок преципітаційної фази, рівномірно розподілених. Аналіз поляризованого світла з використанням обладнання Axiovert200 показав чіткі відмінності на фотографіях структури зерен. У центральній області спостерігалися дрібні та однорідні зерна, тоді як по краях спостерігалася деяка перекристалізація з видовженими зернами. Це пов'язано з ростом кристалічних ядер за високих температур, що утворюють грубі голкоподібні осади.
6. Оцінювання виробничої практики
У фактичному виробництві було проведено статистику механічних характеристик 20 партій прутків та 20 партій профілів. Результати наведено в таблицях 7 та 8. У фактичному виробництві наш процес екструзії проводився за температур, що призвело до отримання зразків у стані T6, і механічні характеристики відповідали цільовим значенням.
7. Висновок
(1) Параметри термічної обробки екструзією: температура екструзії злитків 450-500°C; температура екструзійного контейнера 430-450°C.
(2) Параметри кінцевої термічної обробки: оптимальна температура твердого розчину 520-530°C; температура старіння 165±5°C, тривалість старіння 12 годин; інтервал між гартуванням та старінням не повинен перевищувати 1 години.
(3) На основі практичної оцінки, життєздатний процес термічної обробки включає: температуру екструзії 450-530°C, температуру екструзійного контейнера 400-450°C; температуру твердого розчину 510-520°C; режим витримки 155-170°C протягом 12 годин; відсутність конкретних обмежень щодо інтервалу між гартуванням та витримкою. Це може бути включено до інструкцій з експлуатації процесу.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 15 березня 2024 р.
