L'alleugeriment dels automòbils és un objectiu compartit de la indústria automobilística mundial. Augmentar l'ús de materials d'aliatge d'alumini en components d'automoció és la direcció de desenvolupament dels vehicles moderns de nou tipus. L'aliatge d'alumini 6082 és un aliatge d'alumini reforçat i tractable tèrmicament amb una resistència moderada, excel·lent formabilitat, soldabilitat, resistència a la fatiga i resistència a la corrosió. Aquest aliatge es pot extrudir en canonades, barres i perfils, i s'utilitza àmpliament en components d'automoció, peces estructurals soldades, transport i la indústria de la construcció.
Actualment, hi ha poca recerca sobre l'aliatge d'alumini 6082 per al seu ús en vehicles de nova energia a la Xina. Per tant, aquest estudi experimental investiga els efectes del rang de contingut d'elements de l'aliatge d'alumini 6082, els paràmetres del procés d'extrusió, els mètodes de refredament, etc., sobre el rendiment i la microestructura del perfil de l'aliatge. Aquest estudi té com a objectiu optimitzar la composició de l'aliatge i els paràmetres del procés per produir materials d'aliatge d'alumini 6082 adequats per a vehicles de nova energia.
1. Materials i mètodes de prova
Flux del procés experimental: Relació de composició de l'aliatge – Fusió de lingots – Homogeneïtzació de lingots – Serrat de lingots en lingots – Extrusió de perfils – Tremp en línia de perfils – Envelliment artificial – Preparació de mostres d'assaig.
1.1 Preparació del lingot
Dins del rang internacional de composicions d'aliatge d'alumini 6082, es van seleccionar tres composicions amb rangs de control més estrets, etiquetades com a 6082-/6082″, 6082-Z, amb el mateix contingut d'elements Si. Contingut d'elements Mg, y > z; contingut d'elements Mn, x > y > z; contingut d'elements Cr, Ti, x > y = z. Els valors objectiu específics de la composició d'aliatge es mostren a la Taula 1. La colada de lingots es va realitzar mitjançant un mètode de colada amb refredament semicontinu per aigua, seguit d'un tractament d'homogeneïtzació. Els tres lingots es van homogeneïtzar mitjançant el sistema establert de la fàbrica a 560 °C durant 2 hores amb refredament amb boira d'aigua.
1.2 Extrusió de perfils
Els paràmetres del procés d'extrusió es van ajustar adequadament per a la temperatura d'escalfament del lingot i la velocitat de refredament per tremp. La secció transversal dels perfils extrudits es mostra a la Figura 1. Els paràmetres del procés d'extrusió es mostren a la Taula 2. L'estat de conformació dels perfils extrudits es mostra a la Figura 2.
2. Resultats i anàlisi de les proves
La composició química específica dels perfils d'aliatge d'alumini 6082 dins dels tres rangs de composició es va determinar mitjançant un espectròmetre de lectura directa ARL suís, tal com es mostra a la Taula 3.
2.1 Proves de rendiment
Per comparar, es va examinar el rendiment dels tres perfils d'aliatge de gamma de composició amb diferents mètodes de tremp, paràmetres d'extrusió idèntics i processos d'envelliment.
2.1.1 Rendiment mecànic
Després de l'envelliment artificial a 175 °C durant 8 hores, es van prendre mostres estàndard des de la direcció d'extrusió dels perfils per a les proves de tracció utilitzant una màquina d'assaigs universal electrònica Shimadzu AG-X100. El rendiment mecànic després de l'envelliment artificial per a diferents composicions i mètodes de refredament es mostra a la Taula 4.
A la Taula 4, es pot veure que el rendiment mecànic de tots els perfils supera els valors estàndard nacionals. Els perfils produïts a partir de lingots d'aliatge 6082-Z van tenir un allargament més baix després de la fractura. Els perfils produïts a partir de lingots d'aliatge 6082-7 van tenir el rendiment mecànic més alt. Els perfils d'aliatge 6082-X, amb diferents mètodes de solució sòlida, van mostrar un rendiment més alt amb mètodes de refredament ràpid.
2.1.2 Proves de rendiment de flexió
Utilitzant una màquina d'assaig universal electrònica, es van dur a terme proves de flexió de tres punts en mostres, i els resultats de la flexió es mostren a la Figura 3. La Figura 3 mostra que els productes produïts a partir de lingots d'aliatge 6082-Z presentaven una forta pell de taronja a la superfície i esquerdes a la part posterior de les mostres doblegades. Els productes produïts a partir de lingots d'aliatge 6082-X tenien un millor rendiment de flexió, superfícies llises sense pell de taronja i només petites esquerdes en posicions limitades per condicions geomètriques a la part posterior de les mostres doblegades.
2.1.3 Inspecció d'alt augment
Es van observar mostres amb un microscopi òptic Carl Zeiss AX10 per a l'anàlisi de la microestructura. Els resultats de l'anàlisi de la microestructura per als tres perfils d'aliatge de rang de composició es mostren a la Figura 4. La Figura 4 indica que la mida de gra dels productes produïts a partir de varetes d'aliatge 6082-X i lingots d'aliatge 6082-K era similar, amb una mida de gra lleugerament millor en l'aliatge 6082-X en comparació amb l'aliatge 6082-y. Els productes produïts a partir de lingots d'aliatge 6082-Z tenien mides de gra més grans i capes de còrtex més gruixudes, cosa que va provocar més fàcilment la pell de taronja superficial i l'afebliment de la unió metàl·lica interna.
2.2 Anàlisi de resultats
A partir dels resultats de les proves anteriors, es pot concloure que el disseny del rang de composició de l'aliatge afecta significativament la microestructura, el rendiment i la conformabilitat dels perfils extrudits. Un contingut més elevat d'elements de Mg redueix la plasticitat de l'aliatge i condueix a la formació d'esquerdes durant l'extrusió. Un contingut més alt de Mn, Cr i Ti té un efecte positiu en el refinament de la microestructura, que al seu torn repercuteix positivament en la qualitat de la superfície, el rendiment de flexió i el rendiment general.
3. Conclusió
L'element Mg afecta significativament el rendiment mecànic de l'aliatge d'alumini 6082. Un contingut elevat de Mg redueix la plasticitat de l'aliatge i provoca la formació d'esquerdes durant l'extrusió.
El Mn, el Cr i el Ti tenen un efecte positiu en el refinament de la microestructura, la qual cosa millora la qualitat superficial i el rendiment de flexió dels productes extrudits.
Les diferents intensitats de refredament per tremp tenen un impacte notable en el rendiment dels perfils d'aliatge d'alumini 6082. Per a ús en automoció, l'adopció d'un procés de tremp amb boira d'aigua seguida de refredament per polvorització d'aigua proporciona un millor rendiment mecànic i garanteix la forma i la precisió dimensional dels perfils.
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 26 de març de 2024
