Καθώς χώρες σε όλο τον κόσμο αποδίδουν μεγάλη σημασία στην εξοικονόμηση ενέργειας και τη μείωση των εκπομπών, η ανάπτυξη αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων νέας ενέργειας έχει γίνει τάση. Εκτός από την απόδοση της μπαταρίας, η ποιότητα του αμαξώματος είναι επίσης ένας κρίσιμος παράγοντας που επηρεάζει την αυτονομία οδήγησης των οχημάτων νέας ενέργειας. Η προώθηση της ανάπτυξης ελαφρών δομών αμαξώματος αυτοκινήτων και συνδέσεων υψηλής ποιότητας μπορεί να βελτιώσει την ολοκληρωμένη αυτονομία οδήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων μειώνοντας το βάρος ολόκληρου του οχήματος όσο το δυνατόν περισσότερο, διασφαλίζοντας παράλληλα την αντοχή και την ασφάλεια του οχήματος. Όσον αφορά το ελαφρύτερο βάρος των αυτοκινήτων, το υβριδικό αμάξωμα χάλυβα-αλουμινίου λαμβάνει υπόψη τόσο την αντοχή όσο και τη μείωση του βάρους του αμαξώματος, καθιστώντας το ένα σημαντικό μέσο για την επίτευξη ελαφρότητας του αμαξώματος.
Η παραδοσιακή μέθοδος σύνδεσης για τη σύνδεση κραμάτων αλουμινίου έχει χαμηλή απόδοση σύνδεσης και χαμηλή αξιοπιστία. Η αυτοδιάτρηση με πριτσίνια, ως νέα τεχνολογία σύνδεσης, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροδιαστημική βιομηχανία λόγω του απόλυτου πλεονεκτήματός της στη σύνδεση ελαφρών κραμάτων και σύνθετων υλικών. Τα τελευταία χρόνια, οι εγχώριοι Κινέζοι μελετητές έχουν διεξάγει σχετική έρευνα σχετικά με την τεχνολογία αυτοδιάτρησης με πριτσίνια και έχουν μελετήσει τις επιπτώσεις διαφορετικών μεθόδων θερμικής επεξεργασίας στην απόδοση των αυτοδιάτρητων πριτσινωτών αρμών TA1 βιομηχανικού καθαρού τιτανίου. Διαπιστώθηκε ότι οι μέθοδοι θερμικής επεξεργασίας με ανόπτηση και απόσβεση βελτίωσαν τη στατική αντοχή των αυτοδιάτρητων πριτσινωτών αρμών TA1 βιομηχανικού καθαρού τιτανίου. Ο μηχανισμός σχηματισμού της σύνδεσης παρατηρήθηκε και αναλύθηκε από την οπτική γωνία της ροής του υλικού και η ποιότητα της σύνδεσης αξιολογήθηκε με βάση αυτό. Μέσω μεταλλογραφικών δοκιμών, διαπιστώθηκε ότι η μεγάλη περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης βελτιώθηκε σε μια δομή ινών με μια ορισμένη τάση, η οποία προώθησε τη βελτίωση της τάσης διαρροής και της αντοχής σε κόπωση της σύνδεσης.
Η παραπάνω έρευνα επικεντρώνεται κυρίως στις μηχανικές ιδιότητες των συνδέσεων μετά την πριτσίνωση πλακών κράματος αλουμινίου. Στην πραγματική παραγωγή πριτσινιών αμαξωμάτων αυτοκινήτων, οι ρωγμές των πριτσινιών των προφίλ εξώθησης από κράμα αλουμινίου, ειδικά των κραμάτων αλουμινίου υψηλής αντοχής με υψηλή περιεκτικότητα σε στοιχεία κράματος, όπως το κράμα αλουμινίου 6082, είναι οι βασικοί παράγοντες που περιορίζουν την εφαρμογή αυτής της διαδικασίας στο αμάξωμα του αυτοκινήτου. Ταυτόχρονα, οι ανοχές σχήματος και θέσης των προφίλ εξώθησης που χρησιμοποιούνται στο αμάξωμα του αυτοκινήτου, όπως η κάμψη και η συστροφή, επηρεάζουν άμεσα τη συναρμολόγηση και τη χρήση των προφίλ και καθορίζουν επίσης την ακρίβεια διαστάσεων του επόμενου αμαξώματος του αυτοκινήτου. Προκειμένου να ελεγχθεί η κάμψη και η συστροφή των προφίλ και να διασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων των προφίλ, εκτός από τη δομή της μήτρας, η θερμοκρασία εξόδου των προφίλ και η ταχύτητα σβέσης σε πραγματικό χρόνο είναι οι σημαντικότεροι παράγοντες επιρροής. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία εξόδου και όσο ταχύτερη είναι η ταχύτητα σβέσης, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός κάμψης και συστροφής των προφίλ. Για τα προφίλ κράματος αλουμινίου για αμαξώματα αυτοκινήτων, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η ακρίβεια διαστάσεων των προφίλ και να διασφαλιστεί ότι η πριτσίνωση από κράμα δεν θα ραγίσει. Ο απλούστερος τρόπος βελτιστοποίησης της ακρίβειας διαστάσεων και της απόδοσης ρωγμάτωσης με πριτσίνια του κράματος είναι ο έλεγχος της ρωγμάτωσης βελτιστοποιώντας τη θερμοκρασία θέρμανσης και τη διαδικασία γήρανσης των εξωθημένων ράβδων, διατηρώντας παράλληλα αμετάβλητη τη σύνθεση του υλικού, τη δομή της μήτρας, την ταχύτητα εξώθησης και την ταχύτητα σβέσης. Για το κράμα αλουμινίου 6082, υπό την προϋπόθεση ότι οι άλλες συνθήκες διεργασίας παραμένουν αμετάβλητες, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία εξώθησης, τόσο πιο ρηχό είναι το χονδρόκοκκο στρώμα, αλλά τόσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση του προφίλ μετά την σβέση.
Αυτή η εργασία λαμβάνει κράμα αλουμινίου 6082 με την ίδια σύνθεση με το ερευνητικό αντικείμενο, χρησιμοποιεί διαφορετικές θερμοκρασίες εξώθησης και διαφορετικές διαδικασίες γήρανσης για την προετοιμασία δειγμάτων σε διαφορετικές καταστάσεις και αξιολογεί τις επιδράσεις της θερμοκρασίας εξώθησης και της κατάστασης γήρανσης στη δοκιμή πριτσίνισης μέσω δοκιμών πριτσίνισης. Με βάση τα προκαταρκτικά αποτελέσματα, προσδιορίζεται περαιτέρω η βέλτιστη διαδικασία γήρανσης για να παρέχει καθοδήγηση για την επακόλουθη παραγωγή προφίλ εξώθησης αμαξώματος από κράμα αλουμινίου 6082.
1 Πειραματικά υλικά και μέθοδοι
Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1, το κράμα αλουμινίου 6082 τήχθηκε και παρασκευάστηκε σε στρογγυλό ιμάντα με ημισυνεχή χύτευση. Στη συνέχεια, μετά από θερμική επεξεργασία ομογενοποίησης, ο ιμάντας θερμάνθηκε σε διαφορετικές θερμοκρασίες και εξωθήθηκε σε προφίλ σε εξωθητήρα 2200 t. Το πάχος τοιχώματος του προφίλ ήταν 2,5 mm, η θερμοκρασία του κυλίνδρου εξώθησης ήταν 440±10 ℃, η θερμοκρασία της μήτρας εξώθησης ήταν 470±10 ℃, η ταχύτητα εξώθησης ήταν 2,3±0,2 mm/s και η μέθοδος απόσβεσης του προφίλ ήταν ψύξη με ισχυρό άνεμο. Ανάλογα με τη θερμοκρασία θέρμανσης, τα δείγματα αριθμήθηκαν από το 1 έως το 3, μεταξύ των οποίων το δείγμα 1 είχε τη χαμηλότερη θερμοκρασία θέρμανσης και η αντίστοιχη θερμοκρασία μπιγιέτας ήταν 470±5 ℃, η αντίστοιχη θερμοκρασία μπιγιέτας του δείγματος 2 ήταν 485±5 ℃ και η θερμοκρασία του δείγματος 3 ήταν η υψηλότερη και η αντίστοιχη θερμοκρασία μπιγιέτας ήταν 500±5 ℃.
Πίνακας 1 Μετρούμενη χημική σύνθεση του υπό δοκιμή κράματος (κλάσμα μάζας/%)
Υπό την προϋπόθεση ότι άλλες παράμετροι της διεργασίας, όπως η σύνθεση του υλικού, η δομή της μήτρας, η ταχύτητα εξώθησης, η ταχύτητα απόσβεσης, παραμένουν αμετάβλητες, τα παραπάνω δείγματα Νο. 1 έως 3 που λαμβάνονται με ρύθμιση της θερμοκρασίας θέρμανσης της εξώθησης παλαιώνονται σε φούρνο αντίστασης τύπου κουτιού και το σύστημα γήρανσης είναι 180 ℃/6 ώρες και 190 ℃/6 ώρες. Μετά τη μόνωση, ψύχονται με αέρα και στη συνέχεια πριτσινώνονται για να αξιολογηθεί η επίδραση διαφορετικών θερμοκρασιών εξώθησης και καταστάσεων γήρανσης στη δοκιμή πριτσινώματος. Η δοκιμή πριτσινώματος χρησιμοποιεί κράμα 6082 πάχους 2,5 mm με διαφορετικές θερμοκρασίες εξώθησης και διαφορετικά συστήματα γήρανσης ως κάτω πλάκα και κράμα 5754-O πάχους 1,4 mm ως άνω πλάκα για τη δοκιμή πριτσινώματος SPR. Η μήτρα πριτσινώματος είναι M260238 και το πριτσίνι είναι C5.3×6.0 H2O. Επιπλέον, προκειμένου να προσδιοριστεί περαιτέρω η βέλτιστη διαδικασία γήρανσης, ανάλογα με την επίδραση της θερμοκρασίας εξώθησης και της κατάστασης γήρανσης στη ρωγμάτωση με πριτσίνια, επιλέγεται η πλάκα στη βέλτιστη θερμοκρασία εξώθησης και στη συνέχεια υποβάλλεται σε επεξεργασία με διαφορετικές θερμοκρασίες και διαφορετικούς χρόνους γήρανσης για να μελετηθεί η επίδραση του συστήματος γήρανσης στη ρωγμάτωση με πριτσίνια, έτσι ώστε να επιβεβαιωθεί τελικά το βέλτιστο σύστημα γήρανσης. Χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο υψηλής ισχύος για την παρατήρηση της μικροδομής του υλικού σε διαφορετικές θερμοκρασίες εξώθησης, χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονική μηχανή δοκιμών γενικής χρήσης ελεγχόμενη από μικροϋπολογιστή της σειράς MTS-SANS CMT5000 για τη δοκιμή των μηχανικών ιδιοτήτων και χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο χαμηλής ισχύος για την παρατήρηση των πριτσινωμένων αρμών μετά την πριτσίνωση σε διάφορες καταστάσεις.
2Πειραματικά αποτελέσματα και συζήτηση
2.1 Επίδραση της θερμοκρασίας εξώθησης και της κατάστασης γήρανσης στη ρηγμάτωση με πριτσίνια
Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε κατά μήκος της διατομής του εξωθημένου προφίλ. Μετά από τραχιά λείανση, λεπτή λείανση και στίλβωση με γυαλόχαρτο, το δείγμα διαβρώθηκε με 10% NaOH για 8 λεπτά και το μαύρο προϊόν διάβρωσης σκουπίστηκε με νιτρικό οξύ. Το στρώμα χονδρόκοκκων του δείγματος παρατηρήθηκε με μικροσκόπιο υψηλής ισχύος, το οποίο βρισκόταν στην επιφάνεια έξω από την πόρπη του πριτσινιού στην προβλεπόμενη θέση πριτσινώματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Το μέσο βάθος στρώματος χονδρόκοκκων του δείγματος Νο. 1 ήταν 352 μm, το μέσο βάθος στρώματος χονδρόκοκκων του δείγματος Νο. 2 ήταν 135 μm και το μέσο βάθος στρώματος χονδρόκοκκων του δείγματος Νο. 3 ήταν 31 μm. Η διαφορά στο βάθος του στρώματος χονδρόκοκκων οφείλεται κυρίως στις διαφορετικές θερμοκρασίες εξώθησης. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία εξώθησης, τόσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση παραμόρφωσης του κράματος 6082, τόσο μικρότερη είναι η αποθήκευση ενέργειας παραμόρφωσης που παράγεται από την τριβή μεταξύ του κράματος και της μήτρας εξώθησης (ειδικά του ιμάντα εργασίας της μήτρας) και τόσο μικρότερη είναι η κινητήρια δύναμη ανακρυστάλλωσης. Επομένως, το επιφανειακό στρώμα χονδρόκοκκων είναι πιο ρηχό. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία εξώθησης, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στην παραμόρφωση, τόσο μεγαλύτερη είναι η αποθήκευση ενέργειας παραμόρφωσης, τόσο ευκολότερη είναι η ανακρυστάλλωση και τόσο βαθύτερο είναι το στρώμα χονδρόκοκκων. Για το κράμα 6082, ο μηχανισμός ανακρυστάλλωσης χονδρόκοκκων είναι η δευτερογενής ανακρυστάλλωση.
(α) Μοντέλο 1
(β) Μοντέλο 2
(γ) Μοντέλο 3
Σχήμα 1 Πάχος στρώματος χονδρόκοκκων εξωθημένων προφίλ με διαφορετικές διεργασίες
Τα δείγματα 1 έως 3 που παρασκευάστηκαν σε διαφορετικές θερμοκρασίες εξώθησης παλαιώθηκαν στους 180 ℃/6 ώρες και 190 ℃/6 ώρες, αντίστοιχα. Οι μηχανικές ιδιότητες του δείγματος 2 μετά τις δύο διαδικασίες γήρανσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Στα δύο συστήματα γήρανσης, το όριο διαρροής και η αντοχή σε εφελκυσμό του δείγματος στους 180 ℃/6 ώρες είναι σημαντικά υψηλότερα από αυτά στους 190 ℃/6 ώρες, ενώ η επιμήκυνση των δύο δεν είναι πολύ διαφορετική, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι 190 ℃/6 ώρες αποτελούν επεξεργασία υπερβολικής γήρανσης. Δεδομένου ότι οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος αλουμινίου σειράς 6 κυμαίνονται σημαντικά με την αλλαγή της διαδικασίας γήρανσης στην κατάσταση υπογήρανσης, αυτό δεν ευνοεί τη σταθερότητα της διαδικασίας παραγωγής προφίλ και τον έλεγχο της ποιότητας πριτσίνια. Επομένως, δεν είναι κατάλληλο να χρησιμοποιηθεί η κατάσταση υπογήρανσης για την παραγωγή προφίλ αμαξώματος.
Πίνακας 2 Μηχανικές ιδιότητες του δείγματος αρ. 2 υπό δύο συστήματα γήρανσης
Η εμφάνιση του δοκιμίου μετά την πριτσίνια φαίνεται στο Σχήμα 2. Όταν το δείγμα Νο. 1 με ένα βαθύτερο χονδρόκοκκο στρώμα πριτσινίστηκε στην κατάσταση μέγιστης γήρανσης, η κάτω επιφάνεια του πριτσινιού είχε εμφανή φλούδα πορτοκαλιού και ρωγμές ορατές με γυμνό μάτι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2α. Λόγω του ασυνεπούς προσανατολισμού στο εσωτερικό των κόκκων, ο βαθμός παραμόρφωσης θα είναι ανομοιόμορφος κατά την παραμόρφωση, σχηματίζοντας μια ανώμαλη επιφάνεια. Όταν οι κόκκοι είναι χονδρόκοκκοι, η ανομοιομορφία της επιφάνειας γίνεται μεγαλύτερη, σχηματίζοντας ένα φαινόμενο φλούδας πορτοκαλιού ορατό με γυμνό μάτι. Όταν το δείγμα Νο. 3 με ένα πιο ρηχό χονδρόκοκκο στρώμα που παρασκευάστηκε με αύξηση της θερμοκρασίας εξώθησης πριτσινίστηκε στην κατάσταση μέγιστης γήρανσης, η κάτω επιφάνεια του πριτσινιού ήταν σχετικά λεία και η ρωγμή καταστάλθηκε σε κάποιο βαθμό, κάτι που ήταν ορατό μόνο υπό μεγέθυνση μικροσκοπίου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2β. Όταν το δείγμα Νο. 3 ήταν σε κατάσταση υπεργήρανσης, δεν παρατηρήθηκε ρωγμή υπό μεγέθυνση μικροσκοπίου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2γ.
(α) Ρωγμές ορατές με γυμνό μάτι
(β) Ελαφριές ρωγμές ορατές στο μικροσκόπιο
(γ) Χωρίς ρωγμές
Σχήμα 2 Διαφορετικοί βαθμοί ρωγμής μετά την πριτσίνωση
Η επιφάνεια μετά την πριτσίνωση βρίσκεται κυρίως σε τρεις καταστάσεις, δηλαδή, ρωγμές ορατές με γυμνό μάτι (σημειωμένες με "×"), μικρές ρωγμές ορατές με μεγέθυνση μικροσκοπίου (σημειωμένες με "△") και καθόλου ρωγμές (σημειωμένες με "○"). Τα αποτελέσματα μορφολογίας πριτσίνωσης των παραπάνω δειγμάτων τριών καταστάσεων υπό δύο συστήματα γήρανσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 3. Μπορεί να φανεί ότι όταν η διαδικασία γήρανσης είναι σταθερή, η απόδοση ρωγμάτωσης με πριτσίνια του δείγματος με υψηλότερη θερμοκρασία εξώθησης και λεπτότερο στρώμα χονδρόκοκκων κόκκων είναι καλύτερη από αυτή του δείγματος με βαθύτερο στρώμα χονδρόκοκκων κόκκων. όταν το στρώμα χονδρόκοκκων είναι σταθερό, η απόδοση ρωγμάτωσης με πριτσίνια στην κατάσταση υπεργήρανσης είναι καλύτερη από αυτή της κατάστασης μέγιστης γήρανσης.
Πίνακας 3 Εμφάνιση πριτσινώματος των δειγμάτων 1 έως 3 σε δύο συστήματα διεργασίας
Μελετήθηκαν οι επιδράσεις της μορφολογίας των κόκκων και της κατάστασης γήρανσης στη συμπεριφορά ρωγμών υπό αξονική συμπίεση των προφίλ. Η κατάσταση τάσης του υλικού κατά την αξονική συμπίεση ήταν σύμφωνη με αυτήν της αυτοδιάτρησης με πριτσίνια. Η μελέτη διαπίστωσε ότι οι ρωγμές προέρχονταν από τα όρια των κόκκων και ο μηχανισμός ρωγμών του κράματος Al-Mg-Si εξηγήθηκε από τον τύπο.
σapp είναι η τάση που ασκείται στον κρύσταλλο. Κατά τη ρωγμάτωση, η σapp ισούται με την πραγματική τιμή τάσης που αντιστοιχεί στην εφελκυστική αντοχή. σa0 είναι η αντίσταση των ιζημάτων κατά την ενδοκρυσταλλική ολίσθηση. Φ είναι ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσης, ο οποίος σχετίζεται με το μέγεθος κόκκων d και το πλάτος ολίσθησης p.
Σε σύγκριση με την ανακρυστάλλωση, η ινώδης δομή των κόκκων ευνοεί περισσότερο την αναστολή της ρωγμάτωσης. Ο κύριος λόγος είναι ότι το μέγεθος των κόκκων d μειώνεται σημαντικά λόγω της βελτίωσης των κόκκων, η οποία μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τον συντελεστή συγκέντρωσης τάσης Φ στα όρια των κόκκων, αναστέλλοντας έτσι τη ρωγμάτωση. Σε σύγκριση με την ινώδη δομή, ο συντελεστής συγκέντρωσης τάσης Φ του ανακρυσταλλωμένου κράματος με χονδρόκοκκους κόκκους είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερος από τον πρώτο.
Σε σύγκριση με τη μέγιστη γήρανση, η κατάσταση υπεργήρανσης ευνοεί περισσότερο την αναστολή ρωγμών, η οποία καθορίζεται από τις διαφορετικές καταστάσεις φάσης καθίζησης μέσα στο κράμα. Κατά τη μέγιστη γήρανση, φάσεις 20-50 nm 'β (Mg5Si6) καθιζάνουν στο κράμα 6082, με μεγάλο αριθμό ιζημάτων και μικρά μεγέθη. Όταν το κράμα βρίσκεται σε υπεργήρανση, ο αριθμός των ιζημάτων στο κράμα μειώνεται και το μέγεθος γίνεται μεγαλύτερο. Τα ιζήματα που παράγονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης μπορούν να αναστείλουν αποτελεσματικά την κίνηση των εξαρθρώσεων μέσα στο κράμα. Η δύναμη πρόσφυσης στις εξαρθρώσεις σχετίζεται με το μέγεθος και το κλάσμα όγκου της φάσης ιζήματος. Ο εμπειρικός τύπος είναι:
f είναι το κλάσμα όγκου της φάσης ιζήματος· r είναι το μέγεθος της φάσης· σa είναι η ενέργεια διεπιφάνειας μεταξύ της φάσης και της μήτρας. Ο τύπος δείχνει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος της φάσης ιζήματος και όσο μικρότερο είναι το κλάσμα όγκου, όσο μικρότερη είναι η δύναμη πρόσδεσης στις εξάρσεις, τόσο πιο εύκολο είναι να ξεκινήσουν οι εξάρσεις στο κράμα, και το σa0 στο κράμα θα μειωθεί από την κατάσταση μέγιστης γήρανσης στην κατάσταση υπεργήρανσης. Ακόμα κι αν το σa0 μειωθεί, όταν το κράμα μεταβαίνει από την κατάσταση μέγιστης γήρανσης στην κατάσταση υπεργήρανσης, η τιμή σapp κατά τη στιγμή της ρωγμάτωσης του κράματος μειώνεται περισσότερο, με αποτέλεσμα μια σημαντική μείωση της ενεργού τάσης στο όριο των κόκκων (σapp-σa0). Η ενεργός τάση στο όριο των κόκκων της υπεργήρανσης είναι περίπου το 1/5 αυτής κατά τη διάρκεια της μέγιστης γήρανσης, δηλαδή, είναι λιγότερο πιθανό να ραγίσει στο όριο των κόκκων στην κατάσταση υπεργήρανσης, με αποτέλεσμα την καλύτερη απόδοση πριτσίνισης του κράματος.
2.2 Βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας εξώθησης και του συστήματος διεργασίας γήρανσης
Σύμφωνα με τα παραπάνω αποτελέσματα, η αύξηση της θερμοκρασίας εξώθησης μπορεί να μειώσει το βάθος του χονδρόκοκκου στρώματος, εμποδίζοντας έτσι τη ρωγμάτωση του υλικού κατά τη διαδικασία πριτσίνισης. Ωστόσο, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχει συγκεκριμένη σύνθεση κράματος, δομή μήτρας εξώθησης και διαδικασία εξώθησης, εάν η θερμοκρασία εξώθησης είναι πολύ υψηλή, αφενός, ο βαθμός κάμψης και στρέψης του προφίλ θα επιδεινωθεί κατά την επακόλουθη διαδικασία σβέσης, με αποτέλεσμα η ανοχή μεγέθους προφίλ να μην πληροί τις απαιτήσεις, και αφετέρου, θα προκαλέσει εύκολη υπερκαύση του κράματος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξώθησης, αυξάνοντας τον κίνδυνο απόρριψης του υλικού. Λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση πριτσίνισης, τη διαδικασία μεγέθους προφίλ, το παράθυρο της διαδικασίας παραγωγής και άλλους παράγοντες, η καταλληλότερη θερμοκρασία εξώθησης για αυτό το κράμα δεν είναι μικρότερη από 485 ℃, δηλαδή το δείγμα αρ. 2. Προκειμένου να επιβεβαιωθεί το βέλτιστο σύστημα διαδικασίας γήρανσης, η διαδικασία γήρανσης βελτιστοποιήθηκε με βάση το δείγμα αρ. 2.
Οι μηχανικές ιδιότητες του δείγματος Νο. 2 σε διαφορετικούς χρόνους γήρανσης στους 180 ℃, 185 ℃ και 190 ℃ φαίνονται στο Σχήμα 3, οι οποίες είναι το όριο διαρροής, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3α, κάτω από τους 180 ℃, ο χρόνος γήρανσης αυξάνεται από 6 ώρες σε 12 ώρες και το όριο διαρροής του υλικού δεν μειώνεται σημαντικά. Κάτω από τους 185 ℃, καθώς ο χρόνος γήρανσης αυξάνεται από 4 ώρες σε 12 ώρες, το όριο διαρροής πρώτα αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται, και ο χρόνος γήρανσης που αντιστοιχεί στην υψηλότερη τιμή αντοχής είναι 5-6 ώρες. Κάτω από τους 190 ℃, καθώς αυξάνεται ο χρόνος γήρανσης, το όριο διαρροής μειώνεται σταδιακά. Συνολικά, στις τρεις θερμοκρασίες γήρανσης, όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία γήρανσης, τόσο υψηλότερη είναι η μέγιστη αντοχή του υλικού. Τα χαρακτηριστικά της αντοχής σε εφελκυσμό στο Σχήμα 3β είναι σύμφωνα με το όριο διαρροής στο Σχήμα 3α. Η επιμήκυνση σε διαφορετικές θερμοκρασίες γήρανσης που φαίνεται στο Σχήμα 3γ είναι μεταξύ 14% και 17%, χωρίς εμφανές μοτίβο αλλαγής. Αυτό το πείραμα ελέγχει το στάδιο της μέγιστης γήρανσης έως το στάδιο της υπερβολικής γήρανσης και, λόγω των μικρών πειραματικών διαφορών, το σφάλμα δοκιμής καθιστά το πρότυπο αλλαγής ασαφές.
Σχήμα 3 Μηχανικές ιδιότητες υλικών σε διαφορετικές θερμοκρασίες και χρόνους γήρανσης
Μετά την παραπάνω επεξεργασία γήρανσης, η ρωγμάτωση των πριτσινωμένων αρμών συνοψίζεται στον Πίνακα 4. Από τον Πίνακα 4 φαίνεται ότι με την αύξηση του χρόνου, η ρωγμάτωση των πριτσινωμένων αρμών καταστέλλεται σε κάποιο βαθμό. Υπό συνθήκες 180 ℃, όταν ο χρόνος γήρανσης υπερβαίνει τις 10 ώρες, η εμφάνιση της πριτσινωμένης σύνδεσης είναι σε αποδεκτή κατάσταση, αλλά ασταθής. Υπό συνθήκες 185 ℃, μετά από γήρανση για 7 ώρες, η εμφάνιση της πριτσινωμένης σύνδεσης δεν έχει ρωγμές και η κατάσταση είναι σχετικά σταθερή. Υπό συνθήκες 190 ℃, η εμφάνιση της πριτσινωμένης σύνδεσης δεν έχει ρωγμές και η κατάσταση είναι σταθερή. Από τα αποτελέσματα των δοκιμών πριτσινώματος, φαίνεται ότι η απόδοση πριτσινώματος είναι καλύτερη και πιο σταθερή όταν το κράμα βρίσκεται σε κατάσταση υπερ-γήρανσης. Σε συνδυασμό με τη χρήση του προφίλ σώματος, η πριτσίνωμα στους 180 ℃/10~12 ώρες δεν ευνοεί τη σταθερότητα της ποιότητας της διαδικασίας παραγωγής που ελέγχεται από τον κατασκευαστή πρωτότυπου εξοπλισμού (OEM). Προκειμένου να διασφαλιστεί η σταθερότητα της πριτσινωτής σύνδεσης, ο χρόνος γήρανσης πρέπει να παραταθεί περαιτέρω, αλλά η επαλήθευση του χρόνου γήρανσης θα οδηγήσει σε μειωμένη αποδοτικότητα παραγωγής προφίλ και αυξημένο κόστος. Υπό συνθήκες 190 ℃, όλα τα δείγματα μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ρωγμάτωσης με πριτσίνια, αλλά η αντοχή του υλικού μειώνεται σημαντικά. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού οχημάτων, το όριο διαρροής του κράματος 6082 πρέπει να είναι εγγυημένο ότι είναι μεγαλύτερο από 270 MPa. Επομένως, η θερμοκρασία γήρανσης των 190 ℃ δεν πληροί τις απαιτήσεις αντοχής του υλικού. Ταυτόχρονα, εάν η αντοχή του υλικού είναι πολύ χαμηλή, το υπολειμματικό πάχος της κάτω πλάκας της πριτσινωτής σύνδεσης θα είναι πολύ μικρό. Μετά τη γήρανση στους 190 ℃/8 ώρες, τα χαρακτηριστικά της πριτσινωτής διατομής δείχνουν ότι το υπολειμματικό πάχος είναι 0,26 mm, το οποίο δεν πληροί την απαίτηση δείκτη ≥0,3 mm, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4α. Λαμβάνοντας συνολικά υπόψη, η βέλτιστη θερμοκρασία γήρανσης είναι 185 ℃. Μετά από γήρανση 7 ωρών, το υλικό μπορεί να πληροί σταθερά τις απαιτήσεις πριτσινώματος και η αντοχή πληροί τις απαιτήσεις απόδοσης. Λαμβάνοντας υπόψη τη σταθερότητα παραγωγής της διαδικασίας πριτσινώματος στο εργαστήριο συγκόλλησης, προτείνεται ο βέλτιστος χρόνος γήρανσης να καθοριστεί στις 8 ώρες. Τα χαρακτηριστικά διατομής σε αυτό το σύστημα διεργασίας φαίνονται στο Σχήμα 4β, το οποίο πληροί τις απαιτήσεις δείκτη αλληλοσύνδεσης. Οι αριστερές και δεξιές αλληλοσυνδέσεις είναι 0,90 mm και 0,75 mm, οι οποίες πληρούν τις απαιτήσεις δείκτη ≥0,4 mm, και το υπολειμματικό πάχος του πυθμένα είναι 0,38 mm.
Πίνακας 4 Ρωγμάτωση του δείγματος αρ. 2 σε διαφορετικές θερμοκρασίες και διαφορετικούς χρόνους γήρανσης
Σχήμα 4 Χαρακτηριστικά διατομής των πριτσινωμένων αρμών των κάτω πλακών 6082 σε διαφορετικές καταστάσεις γήρανσης
3 Συμπέρασμα
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία εξώθησης των προφίλ κράματος αλουμινίου 6082, τόσο πιο ρηχή είναι η χονδρόκοκκη στρώση της επιφάνειας μετά την εξώθηση. Το ρηχότερο πάχος της χονδρόκοκκης στρώσης μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τον παράγοντα συγκέντρωσης τάσης στα όρια των κόκκων, εμποδίζοντας έτσι τη δημιουργία ρωγμών με πριτσίνια. Η πειραματική έρευνα έχει διαπιστώσει ότι η βέλτιστη θερμοκρασία εξώθησης δεν είναι μικρότερη από 485 ℃.
Όταν το πάχος του χονδρόκοκκου στρώματος του προφίλ κράματος αλουμινίου 6082 είναι το ίδιο, η αποτελεσματική τάση των ορίων των κόκκων του κράματος στην κατάσταση υπεργήρανσης είναι μικρότερη από ό,τι στην κατάσταση μέγιστης γήρανσης, ο κίνδυνος ρωγμών κατά τη διάρκεια της πριτσίνισης είναι μικρότερος και η απόδοση πριτσίνισης του κράματος είναι καλύτερη. Λαμβάνοντας υπόψη τους τρεις παράγοντες: σταθερότητα πριτσινώματος, τιμή αλληλοσύνδεσης πριτσινωμένης σύνδεσης, αποδοτικότητα παραγωγής θερμικής επεξεργασίας και οικονομικά οφέλη, το βέλτιστο σύστημα γήρανσης για το κράμα καθορίζεται στους 185℃/8h.
Ώρα δημοσίευσης: 05 Απριλίου 2025
