1.Введение
Алюминиевые сплавы средней прочности обладают благоприятными технологическими характеристиками, чувствительностью к закалке, ударной вязкостью и коррозионной стойкостью. Они широко применяются в различных отраслях промышленности, таких как электроника и судостроение, для производства труб, прутков, профилей и проволоки. В настоящее время наблюдается растущий спрос на прутки из алюминиевого сплава 6082. Чтобы удовлетворить потребности рынка и требования потребителей, мы провели эксперименты с различными процессами нагрева при экструзии и окончательной термообработки прутков из сплава 6082-T6. Нашей целью было определить режим термообработки, отвечающий требованиям к механическим свойствам этих прутков.
2. Экспериментальные материалы и технологический процесс производства
2.1 Экспериментальные материалы
Слитки размером Ф162×500 были получены методом полунепрерывного литья и подвергнуты неравномерной обработке. Металлургическое качество слитков соответствовало требованиям технического контроля предприятия. Химический состав сплава 6082 представлен в таблице 1.
2.2 Технологический процесс производства
Экспериментальные прутки 6082 имели диаметр 14 мм. Контейнер для экструзии имел диаметр 170 мм, конструкцию с четырьмя отверстиями и коэффициентом экструзии 18,5. Технологический процесс включал нагрев слитка, экструзию, закалку, рихтовку и отбор проб, валковую правку, окончательную резку, искусственное старение, контроль качества и доставку.
3.Экспериментальные цели
Целью данного исследования было определение параметров процесса экструзионной и окончательной термообработки, влияющих на эксплуатационные характеристики прутков из стали 6082-Т6, что в конечном итоге позволит достичь стандартных эксплуатационных характеристик. Согласно стандартам, продольные механические свойства сплава 6082 должны соответствовать характеристикам, указанным в таблице 2.
4. Экспериментальный подход
4.1 Исследование экструзионной термообработки
Исследование термообработки методом экструзии было в первую очередь сосредоточено на влиянии температуры экструзии отливки и температуры контейнера для экструзии на механические свойства. Конкретные параметры приведены в таблице 3.
4.2 Исследование термической обработки твердых растворов и старения
Для процесса термообработки на твёрдый раствор и старения использовался ортогональный экспериментальный план. Выбранные уровни факторов представлены в таблице 4, а таблица ортогонального плана обозначена как IJ9(34).
5.Результаты и анализ
5.1 Результаты и анализ эксперимента по экструзионной термообработке
Результаты экспериментов по экструзионной термообработке представлены в таблице 5 и на рисунке 1. Для каждой группы было отобрано девять образцов, и определены их средние механические характеристики. На основании металлографического анализа и химического состава был установлен режим термической обработки: закалка при 520 °C в течение 40 минут и старение при 165 °C в течение 12 часов. Из таблицы 5 и рисунка 1 можно наблюдать, что с повышением температуры экструзии литого слитка и температуры контейнера экструзии, как предел прочности на растяжение, так и предел текучести постепенно увеличивались. Наилучшие результаты были получены при температурах экструзии 450-500 °C и температуре контейнера экструзии 450 °C, что соответствовало стандартным требованиям. Это было связано с эффектом наклепа при более низких температурах экструзии, вызывающим разрушение границ зерен и усиленным распадом твердого раствора между A1 и Mn во время нагрева перед закалкой, что приводит к рекристаллизации. С повышением температуры экструзии предел прочности Rm изделия значительно улучшался. При достижении температуры контейнера для прессования, близкой или превышающей температуру слитка, неравномерность деформации снижается, что приводит к уменьшению глубины крупнозернистых колец и повышению предела текучести Rm. Таким образом, оптимальными параметрами термообработки при прессовании являются: температура слитка 450–500 °C, температура контейнера 430–450 °C.
5.2 Твердый раствор и старение. Ортогональные экспериментальные результаты и анализ
Таблица 6 показывает, что оптимальными уровнями являются A3B1C2D3, закалка при 520 °C, температура искусственного старения от 165 до 170 °C и продолжительность старения 12 часов, что приводит к высокой прочности и пластичности прутков. Процесс закалки образует пересыщенный твердый раствор. При более низких температурах закалки концентрация пересыщенного твердого раствора уменьшается, что влияет на прочность. Температура закалки около 520 °C значительно усиливает эффект упрочнения твердого раствора закалкой. Интервал между закалкой и искусственным старением, т. е. хранение при комнатной температуре, сильно влияет на механические свойства. Это особенно заметно для прутков, которые не растягиваются после закалки. Если интервал между закалкой и старением превышает 1 час, прочность, особенно предел текучести, значительно снижается.
5.3 Металлографический микроструктурный анализ
Анализы с большим увеличением и поляризацией проводились на прутках 6082-T6 при температурах твердого раствора 520 °C и 530 °C. Фотографии с большим увеличением выявили равномерное осаждение соединений с обильным и равномерно распределенным количеством частиц осадка. Анализ в поляризованном свете с использованием прибора Axiovert200 выявил выраженные различия в фотографиях структуры зерен. В центральной области наблюдались мелкие и однородные зерна, в то время как по краям наблюдалась некоторая рекристаллизация с удлиненными зернами. Это связано с ростом зародышей кристаллов при высоких температурах, образующих крупные игольчатые выделения.
6.Оценка производственной практики
В условиях реального производства были проведены статистические исследования механических характеристик 20 партий прутков и 20 партий профилей. Результаты представлены в таблицах 7 и 8. В условиях реального производства процесс экструзии проводился при температурах, обеспечивающих получение образцов в состоянии T6, и механические характеристики соответствовали целевым значениям.
7.Заключение
(1) Параметры термообработки при экструзии: температура экструзии слитков 450-500°С; температура контейнера для экструзии 430-450°С.
(2) Параметры окончательной термической обработки: оптимальная температура твердого раствора 520-530 °С; температура старения 165±5 °С, продолжительность старения 12 часов; интервал между закалкой и старением не должен превышать 1 часа.
(3) На основании практической оценки, целесообразный процесс термообработки включает: температуру экструзии 450–530 °C, температуру контейнера экструзии 400–450 °C; температуру твердого раствора 510–520 °C; режим старения 155–170 °C в течение 12 часов; конкретных ограничений по интервалу между закалкой и старением нет. Это может быть включено в руководство по технологическому процессу.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 15 марта 2024 г.
