Снижение веса автомобилей — общая цель мировой автомобильной промышленности. Расширение использования алюминиевых сплавов в автомобильных компонентах — одно из направлений развития современных автомобилей нового типа. Алюминиевый сплав 6082 — это термообрабатываемый упрочнённый алюминиевый сплав средней прочности, обладающий отличной формуемостью, свариваемостью, усталостной прочностью и коррозионной стойкостью. Этот сплав может быть подвергнут экструзии в трубы, прутки и профили и широко используется в автомобильных компонентах, сварных конструкционных деталях, транспортной и строительной отраслях.
В настоящее время в Китае проведено ограниченное количество исследований алюминиевого сплава 6082 для использования в транспортных средствах на новых источниках энергии. В связи с этим в данном экспериментальном исследовании изучается влияние состава алюминиевого сплава 6082, параметров процесса экструзии, методов закалки и т. д. на характеристики и микроструктуру сплава. Целью данного исследования является оптимизация состава сплава и параметров процесса для получения материалов из алюминиевого сплава 6082, подходящих для транспортных средств на новых источниках энергии.
1. Материалы и методы испытаний
Экспериментальная технологическая схема: Соотношение состава сплава – Плавка слитка – Гомогенизация слитка – Распиловка слитка на заготовки – Прессование профилей – Поточная закалка профилей – Искусственное старение – Подготовка образцов для испытаний.
1.1 Подготовка слитка
В международном ассортименте составов алюминиевого сплава 6082 были выбраны три состава с более узкими диапазонами регулирования, обозначенные как 6082-/6082″, 6082-Z, с одинаковым содержанием элемента Si. Содержание элемента Mg, y > z; Содержание элемента Mn, x > y > z; Содержание элемента Cr, Ti, x > y = z. Конкретные целевые значения состава сплава приведены в таблице 1. Литье слитков осуществлялось методом полунепрерывного литья с водяным охлаждением с последующей гомогенизацией. Все три слитка были гомогенизированы с использованием установленной на заводе системы при температуре 560 °C в течение 2 часов с охлаждением водяным туманом.
1.2 Прессование профилей
Параметры процесса прессования были соответствующим образом скорректированы по температуре нагрева заготовки и скорости охлаждения при закалке. Поперечное сечение прессованных профилей показано на рисунке 1. Параметры процесса прессования представлены в таблице 2. Состояние формовки прессованных профилей показано на рисунке 2.
2.Результаты испытаний и анализ
Конкретный химический состав профилей алюминиевого сплава 6082 в трех диапазонах состава был определен с помощью швейцарского спектрометра прямого считывания ARL, как показано в таблице 3.
2.1 Тестирование производительности
Для сравнения были исследованы эксплуатационные характеристики профилей из трех составов сплавов с различными методами закалки, идентичными параметрами экструзии и процессами старения.
2.1.1 Механические характеристики
После искусственного старения при температуре 175°С в течение 8 часов из направления прессования профилей были отобраны стандартные образцы для испытания на растяжение на универсальной электронной испытательной машине Shimadzu AG-X100. Механические характеристики после искусственного старения для различных составов и способов закалки представлены в таблице 4.
Из таблицы 4 видно, что механические характеристики всех профилей превышают значения, установленные национальным стандартом. Профили, изготовленные из заготовок сплава 6082-Z, имели меньшее удлинение после разрыва. Профили, изготовленные из заготовок сплава 6082-7, имели самые высокие механические характеристики. Профили из сплава 6082-X, изготовленные различными методами закалки с быстрым охлаждением, продемонстрировали более высокие эксплуатационные характеристики.
2.1.2 Испытание на изгиб
С помощью электронной универсальной испытательной машины были проведены испытания образцов на трёхточечный изгиб. Результаты испытаний представлены на рисунке 3. На рисунке 3 показано, что изделия, изготовленные из заготовок из сплава 6082-Z, имели выраженную апельсиновую корку на поверхности и трещины на обратной стороне изогнутых образцов. Изделия, изготовленные из заготовок из сплава 6082-X, имели более высокие показатели изгиба, гладкую поверхность без апельсиновой корки и лишь небольшие трещины в местах, ограниченных геометрическими условиями на обратной стороне изогнутых образцов.
2.1.3 Осмотр с большим увеличением
Образцы исследовались под оптическим микроскопом Carl Zeiss AX10 для анализа микроструктуры. Результаты анализа микроструктуры сплавов трёх составов представлены на рисунке 4. Из рисунка 4 видно, что размер зерна в изделиях, изготовленных из прутка 6082-X и заготовок из сплава 6082-K, был схожим, при этом размер зерна в сплаве 6082-X был несколько больше, чем в сплаве 6082-Y. Изделия, изготовленные из заготовок из сплава 6082-Z, имели более крупное зерно и более толстый корковый слой, что чаще приводило к образованию «апельсиновой корки» на поверхности и ослаблению внутренних связей металла.
2.2 Анализ результатов
На основании вышеприведенных результатов испытаний можно сделать вывод, что выбор состава сплава существенно влияет на микроструктуру, эксплуатационные характеристики и формуемость прессованных профилей. Повышенное содержание Mg снижает пластичность сплава и приводит к образованию трещин при прессовании. Более высокое содержание Mn, Cr и Ti положительно влияет на измельчение микроструктуры, что, в свою очередь, положительно влияет на качество поверхности, гибочные характеристики и общие эксплуатационные характеристики.
3.Заключение
Элемент Mg существенно влияет на механические свойства алюминиевого сплава 6082. Повышенное содержание Mg снижает пластичность сплава и приводит к образованию трещин при экструзии.
Mn, Cr и Ti оказывают положительное влияние на измельчение микроструктуры, что приводит к улучшению качества поверхности и характеристик гибки экструдированных изделий.
Различная интенсивность охлаждения при закалке оказывает заметное влияние на эксплуатационные характеристики профилей из алюминиевого сплава 6082. В автомобильной промышленности применение процесса закалки водяным туманом с последующим охлаждением распылением воды обеспечивает улучшенные механические характеристики и гарантирует точность формы и размеров профилей.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 26 марта 2024 г.
