1.Введение
Алюминиевые сплавы средней прочности обладают благоприятными технологическими характеристиками, чувствительностью к закалке, ударной вязкостью и коррозионной стойкостью. Они широко используются в различных отраслях промышленности, таких как электроника и судоходство, для производства труб, стержней, профилей и проволоки. В настоящее время растет спрос на прутки из алюминиевого сплава 6082. Чтобы удовлетворить потребности рынка и пользователей, мы провели эксперименты по различным процессам экструзионного нагрева и процессам окончательной термообработки слитков 6082-T6. Нашей целью было определить режим термообработки, который удовлетворял бы требованиям к механическим характеристикам этих прутков.
2.Экспериментальные материалы и производственный процесс.
2.1 Экспериментальные материалы
Литейные слитки размером Ф162×500 были изготовлены методом полунепрерывного литья и подвергнуты неоднородной обработке. Металлургическое качество слитков соответствовало техническим стандартам внутреннего контроля компании. Химический состав сплава 6082 приведен в таблице 1.
2.2 Схема производственного процесса
Экспериментальные стержни 6082 имели размер Ф14 мм. Экструзионный контейнер имел диаметр Ф170 мм, конструкцию экструзии с 4 отверстиями и коэффициентом экструзии 18,5. Конкретный технологический процесс включал нагрев слитка, экструзию, закалку, вытяжку, выпрямление и отбор проб, роликовую правку, окончательную резку, искусственное старение, контроль качества и доставку.
3.Цели эксперимента
Целью данного исследования было определение параметров процесса экструзионной термообработки и параметров окончательной термообработки, которые влияют на характеристики прутков 6082-T6, в конечном итоге обеспечивая достижение стандартных требований к производительности. По стандартам продольные механические свойства сплава 6082 должны соответствовать характеристикам, указанным в таблице 2.
4. Экспериментальный подход
4.1 Исследование экструзионной термообработки
Исследование экструзионной термообработки в первую очередь было сосредоточено на влиянии температуры экструзии литейного слитка и температуры экструзионного контейнера на механические свойства. Выбор конкретных параметров подробно описан в Таблице 3.
4.2 Исследование твердого раствора и термообработки старением
Ортогональная экспериментальная схема была использована для процесса термообработки твердого раствора и старения. Выбранные уровни факторов представлены в таблице 4, а таблица ортогонального расчета обозначена как IJ9(34).
5.Результаты и анализ
5.1 Результаты и анализ экспериментов 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 термообработки: закалка при 520°С – 40 минут и старение при 165°С – 12 часов. Из Таблицы 5 и Рисунка 1 можно заметить, что по мере увеличения температуры экструзии литейного слитка и температуры экструзионного контейнера постепенно увеличивались как предел прочности, так и предел текучести. Наилучшие результаты были получены при температурах экструзии 450-500°С и температуре экструзионного контейнера 450°С, что соответствовало стандартным требованиям. Это произошло из-за эффекта наклепа при более низких температурах экструзии, вызывающего трещины на границах зерен и усиленного разложения твердого раствора между A1 и Mn во время нагрева перед закалкой, что приводит к рекристаллизации. По мере повышения температуры экструзии предел прочности Rm продукта значительно улучшался. Когда температура экструзионного контейнера приближалась к температуре слитка или превышала ее, неравномерность деформации уменьшалась, уменьшалась глубина крупнозернистых колец и увеличивался предел текучести Rm. Таким образом, разумными параметрами экструзионно-термической обработки являются: температура экструзии слитка 450-500°С и температура экструзионного контейнера 430-450°С.
5.2 Твердый раствор и старение ортогональных экспериментальных результатов и анализа
Таблица 6 показывает, что оптимальными уровнями являются A3B1C2D3 с закалкой при 520°C, температурой искусственного старения 165-170°C и продолжительностью старения 12 часов, что приводит к высокой прочности и пластичности прутков. В процессе закалки образуется пересыщенный твердый раствор. При более низких температурах закалки концентрация пересыщенного твердого раствора снижается, что влияет на прочность. Температура закалки около 520°С существенно усиливает эффект упрочнения твердого раствора при закалке. Интервал между закалкой и искусственным старением, т. е. хранением при комнатной температуре, существенно влияет на механические свойства. Особенно это выражено для стержней, не растянутых после закалки. Когда интервал между закалкой и старением превышает 1 час, прочность, особенно предел текучести, значительно снижается.
5.3 Металлографический анализ микроструктуры
Анализы при большом увеличении и поляризационный анализ проводились на стержнях 6082-T6 при температурах твердого раствора 520°C и 530°C. Фотографии с большим увеличением показали однородное осаждение соединений с обильными и равномерно распределенными частицами фазы осадка. Анализ поляризационного света с использованием оборудования Axiovert200 показал явные различия в фотографиях зернистой структуры. В центральной области наблюдались мелкие и однородные зерна, а по краям наблюдалась некоторая рекристаллизация с удлиненными зернами. Это связано с ростом кристаллических зародышей при высоких температурах, образующих крупные игольчатые выделения.
6. Оценка производственной практики
В реальном производстве статистика механических характеристик проводилась на 20 партиях прутков и 20 партиях профилей. Результаты показаны в таблицах 7 и 8. В реальном производстве наш процесс экструзии проводился при температурах, приводящих к получению образцов в состоянии Т6, и механические характеристики соответствовали целевым значениям.
7. Заключение
(1) Параметры термообработки экструзии: температура экструзии слитков 450-500°C; Температура экструзионного контейнера 430-450°С.
(2) Конечные параметры термообработки: оптимальная температура твердого раствора 520-530°C; температура старения 165±5°С, продолжительность старения 12 часов; интервал между закалкой и старением не должен превышать 1 часа.
(3) Согласно практической оценке, жизнеспособный процесс термообработки включает: температуру экструзии 450-530°C, температуру экструзионного контейнера 400-450°C; температура твердого раствора 510-520°С; режим выдержки 155-170°С в течение 12 часов; нет конкретного ограничения на интервал между закалкой и старением. Это может быть включено в инструкции по эксплуатации процесса.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminium
Время публикации: 15 марта 2024 г.
