1.Εισαγωγή
Τα κράματα αλουμινίου μεσαίας αντοχής παρουσιάζουν ευνοϊκά χαρακτηριστικά επεξεργασίας, ευαισθησία στην απόσβεση, αντοχή στην κρούση και αντοχή στη διάβρωση. Χρησιμοποιούνται εκτενώς σε διάφορες βιομηχανίες, όπως η ηλεκτρονική και η ναυτιλία, για την κατασκευή σωλήνων, ράβδων, προφίλ και συρμάτων. Επί του παρόντος, υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για ράβδους κράματος αλουμινίου 6082. Για να καλύψουμε τις απαιτήσεις της αγοράς και τις απαιτήσεις των χρηστών, πραγματοποιήσαμε πειράματα σε διαφορετικές διαδικασίες θέρμανσης εξώθησης και διαδικασίες τελικής θερμικής επεξεργασίας για ράβδους 6082-T6. Στόχος μας ήταν να προσδιορίσουμε ένα σχήμα θερμικής επεξεργασίας που να ικανοποιεί τις απαιτήσεις μηχανικής απόδοσης για αυτές τις ράβδους.
2. Πειραματικά Υλικά και Ροή Διαδικασίας Παραγωγής
2.1 Πειραματικά Υλικά
Τα πλινθώματα χύτευσης μεγέθους Ф162×500 κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας μια ημισυνεχή μέθοδο χύτευσης και υποβλήθηκαν σε μη ομοιόμορφη επεξεργασία. Η μεταλλουργική ποιότητα των πλινθωμάτων συμμορφωνόταν με τα τεχνικά πρότυπα εσωτερικού ελέγχου της εταιρείας. Η χημική σύνθεση του κράματος 6082 παρουσιάζεται στον Πίνακα 1.
2.2 Ροή Διαδικασίας Παραγωγής
Οι πειραματικές ράβδοι 6082 είχαν προδιαγραφές Φ14 mm. Το δοχείο εξώθησης είχε διάμετρο Φ170 mm με σχεδιασμό εξώθησης 4 οπών και συντελεστή εξώθησης 18,5. Η συγκεκριμένη ροή διεργασίας περιελάμβανε θέρμανση του πλινθώματος, εξώθηση, σβέση, τέντωμα, ίσιωμα και δειγματοληψία, ίσιωμα με κυλίνδρους, τελική κοπή, τεχνητή γήρανση, ποιοτικό έλεγχο και παράδοση.
3. Πειραματικοί Στόχοι
Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν ο προσδιορισμός των παραμέτρων της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας εξώθησης και των τελικών παραμέτρων θερμικής επεξεργασίας που επηρεάζουν την απόδοση των ράβδων 6082-T6, επιτυγχάνοντας τελικά τις τυπικές απαιτήσεις απόδοσης. Σύμφωνα με τα πρότυπα, οι διαμήκεις μηχανικές ιδιότητες του κράματος 6082 θα πρέπει να πληρούν τις προδιαγραφές που αναφέρονται στον Πίνακα 2.
4. Πειραματική Προσέγγιση
4.1 Διερεύνηση Θερμικής Επεξεργασίας με Εξώθηση
Η έρευνα θερμικής επεξεργασίας εξώθησης επικεντρώθηκε κυρίως στις επιδράσεις της θερμοκρασίας εξώθησης του χυτευμένου πλινθώματος και της θερμοκρασίας του δοχείου εξώθησης στις μηχανικές ιδιότητες. Οι συγκεκριμένες επιλογές παραμέτρων παρουσιάζονται λεπτομερώς στον Πίνακα 3.
4.2 Διερεύνηση Στερεού Διαλύματος και Θερμικής Επεξεργασίας Γήρανσης
Για τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας στερεού διαλύματος και γήρανσης χρησιμοποιήθηκε ορθογώνιος πειραματικός σχεδιασμός. Τα επιλεγμένα επίπεδα συντελεστών παρέχονται στον Πίνακα 4, με τον ορθογώνιο πίνακα σχεδιασμού να συμβολίζεται ως IJ9(34).
5. Αποτελέσματα και Ανάλυση
5.1 Αποτελέσματα και Ανάλυση Πειράματος Θερμικής Επεξεργασίας με Εξώθηση
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων θερμικής επεξεργασίας εξώθησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 5 και στο Σχήμα 1. Ελήφθησαν εννέα δείγματα για κάθε ομάδα και προσδιορίστηκαν οι μέσοι όροι μηχανικής τους απόδοσης. Με βάση τη μεταλλογραφική ανάλυση και τη χημική σύνθεση, καθορίστηκε ένα σχήμα θερμικής επεξεργασίας: σβέση στους 520°C για 40 λεπτά και γήρανση στους 165°C για 12 ώρες. Από τον Πίνακα 5 και το Σχήμα 1, μπορεί να παρατηρηθεί ότι καθώς αυξανόταν η θερμοκρασία εξώθησης του χυτευμένου πλινθώματος και η θερμοκρασία του δοχείου εξώθησης, τόσο η αντοχή σε εφελκυσμό όσο και το όριο διαρροής αυξάνονταν σταδιακά. Τα καλύτερα αποτελέσματα ελήφθησαν σε θερμοκρασίες εξώθησης 450-500°C και θερμοκρασία δοχείου εξώθησης 450°C, η οποία πληρούσε τις τυπικές απαιτήσεις. Αυτό οφειλόταν στην επίδραση της σκλήρυνσης εν ψυχρώ σε χαμηλότερες θερμοκρασίες εξώθησης, προκαλώντας ρωγμές στα όρια των κόκκων και αυξημένη αποσύνθεση στερεού διαλύματος μεταξύ A1 και Mn κατά τη θέρμανση πριν από την σβέση, οδηγώντας σε ανακρυστάλλωση. Καθώς αυξανόταν η θερμοκρασία εξώθησης, η τελική αντοχή Rm του προϊόντος βελτιώθηκε σημαντικά. Όταν η θερμοκρασία του δοχείου εξώθησης πλησίαζε ή υπερέβαινε τη θερμοκρασία του πλινθώματος, η ανομοιόμορφη παραμόρφωση μειώθηκε, μειώνοντας το βάθος των δακτυλίων χονδρόκοκκων και αυξάνοντας το όριο διαρροής Rm. Έτσι, οι λογικές παράμετροι για τη θερμική επεξεργασία εξώθησης είναι: θερμοκρασία εξώθησης πλινθώματος 450-500°C και θερμοκρασία δοχείου εξώθησης 430-450°C.
5.2 Αποτελέσματα και Ανάλυση Ορθογώνιων Πειραμάτων Στερεού Διαλύματος και Γήρανσης
Ο Πίνακας 6 αποκαλύπτει ότι τα βέλτιστα επίπεδα είναι το A3B1C2D3, με απόσβεση στους 520°C, τεχνητή θερμοκρασία γήρανσης μεταξύ 165-170°C και διάρκεια γήρανσης 12 ωρών, με αποτέλεσμα υψηλή αντοχή και πλαστικότητα των ράβδων. Η διαδικασία απόσβεσης σχηματίζει υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες απόσβεσης, η συγκέντρωση του υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος μειώνεται, επηρεάζοντας την αντοχή. Μια θερμοκρασία απόσβεσης περίπου 520°C ενισχύει σημαντικά την επίδραση της ενίσχυσης του στερεού διαλύματος που προκαλείται από την απόσβεση. Το διάστημα μεταξύ απόσβεσης και τεχνητής γήρανσης, δηλαδή η αποθήκευση σε θερμοκρασία δωματίου, επηρεάζει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες. Αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο για ράβδους που δεν τεντώνονται μετά την απόσβεση. Όταν το διάστημα μεταξύ απόσβεσης και γήρανσης υπερβαίνει την 1 ώρα, η αντοχή, ειδικά το όριο διαρροής, μειώνεται σημαντικά.
5.3 Μεταλλογραφική Μικροδομική Ανάλυση
Διεξήχθησαν αναλύσεις υψηλής μεγέθυνσης και πόλωσης σε ράβδους 6082-T6 σε θερμοκρασίες στερεού διαλύματος 520°C και 530°C. Οι φωτογραφίες υψηλής μεγέθυνσης αποκάλυψαν ομοιόμορφη καθίζηση ένωσης με άφθονα σωματίδια φάσης ιζήματος ομοιόμορφα κατανεμημένα. Η ανάλυση πολωμένου φωτός χρησιμοποιώντας τον εξοπλισμό Axiovert200 έδειξε σαφείς διαφορές στις φωτογραφίες δομής κόκκων. Η κεντρική περιοχή εμφάνισε μικρούς και ομοιόμορφους κόκκους, ενώ οι άκρες εμφάνισαν κάποια ανακρυστάλλωση με επιμήκεις κόκκους. Αυτό οφείλεται στην ανάπτυξη κρυσταλλικών πυρήνων σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας χονδροειδή ιζήματα που μοιάζουν με βελόνες.
6. Αξιολόγηση Πρακτικών Παραγωγής
Στην πραγματική παραγωγή, διεξήχθησαν στατιστικά στοιχεία μηχανικής απόδοσης σε 20 παρτίδες ράβδων και 20 παρτίδες προφίλ. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στους Πίνακες 7 και 8. Στην πραγματική παραγωγή, η διαδικασία εξώθησης πραγματοποιήθηκε σε θερμοκρασίες που οδήγησαν σε δείγματα κατάστασης T6 και η μηχανική απόδοση πέτυχε τις τιμές-στόχους.
7. Συμπέρασμα
(1) Παράμετροι θερμικής επεξεργασίας εξώθησης: Θερμοκρασία εξώθησης πλινθωμάτων 450-500°C· θερμοκρασία δοχείου εξώθησης 430-450°C.
(2) Τελικές παράμετροι θερμικής επεξεργασίας: Βέλτιστη θερμοκρασία στερεού διαλύματος 520-530°C· θερμοκρασία γήρανσης στους 165±5°C, διάρκεια γήρανσης 12 ώρες· το διάστημα μεταξύ της απόσβεσης και της γήρανσης δεν πρέπει να υπερβαίνει την 1 ώρα.
(3) Με βάση την πρακτική αξιολόγηση, η βιώσιμη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας περιλαμβάνει: θερμοκρασία εξώθησης 450-530°C, θερμοκρασία δοχείου εξώθησης 400-450°C· θερμοκρασία στερεού διαλύματος 510-520°C· καθεστώς γήρανσης 155-170°C για 12 ώρες· κανένα συγκεκριμένο όριο στο διάστημα μεταξύ της απόσβεσης και της γήρανσης. Αυτό μπορεί να ενσωματωθεί στις οδηγίες λειτουργίας της διαδικασίας.
Επιμέλεια: May Jiang από το MAT Aluminum
Ώρα δημοσίευσης: 15 Μαρτίου 2024
