1. Johdanto
Keskilujuilla alumiiniseoksilla on suotuisat prosessointiominaisuudet, sammutusherkkyys, iskunkestävyys ja korroosionkestävyys. Niitä käytetään laajasti useilla teollisuudenaloilla, kuten elektroniikka- ja meriteollisuudessa, putkien, tankojen, profiilien ja lankojen valmistukseen. Tällä hetkellä 6082-alumiiniseostankojen kysyntä kasvaa. Vastataksemme markkinoiden ja käyttäjien vaatimuksiin teimme kokeita erilaisilla suulakepuristuslämmitysprosesseilla ja lopullisilla lämpökäsittelyprosesseilla 6082-T6-tangoille. Tavoitteenamme oli tunnistaa lämpökäsittelyohjelma, joka täyttää näiden tankojen mekaaniset suorituskykyvaatimukset.
2. Kokeelliset materiaalit ja tuotantoprosessin kulku
2.1 Kokeelliset materiaalit
Valuharkot, joiden koko oli Ф162×500, valmistettiin puolijatkuvalla valumenetelmällä ja käsiteltiin epätasaisesti. Harkkojen metallurginen laatu täytti yrityksen sisäiset valvontastandardit. 6082-seoksen kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 1.
2.2 Tuotantoprosessin kulku
Kokeellisten 6082-tankojen spesifikaatio oli Ф14 mm. Ekstruusiosäiliön halkaisija oli Ф170 mm, siinä oli 4-reikäinen ekstruusiorakenne ja ekstruusiokerroin 18,5. Tarkka prosessikulku sisälsi harkon lämmityksen, ekstruusion, sammutuksen, venytyksen, oikaisun ja näytteenoton, valssioikaisun, lopullisen leikkauksen, keinotekoisen vanhentamisen, laaduntarkastuksen ja toimituksen.
3. Kokeelliset tavoitteet
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa suulakepuristuslämpökäsittelyprosessin parametrit ja lopulliset lämpökäsittelyparametrit, jotka vaikuttavat 6082-T6-tankojen suorituskykyyn ja siten standardien mukaisten suorituskykyvaatimusten saavuttamiseen. Standardien mukaan 6082-seoksen pitkittäissuuntaisten mekaanisten ominaisuuksien tulisi täyttää taulukossa 2 luetellut vaatimukset.
4. Kokeellinen lähestymistapa
4.1 Ekstruusiolämpökäsittelyn tutkimus
Ekstruusiolämpökäsittelytutkimuksessa keskityttiin pääasiassa valuharkon ekstruusiolämpötilan ja ekstruusiosäiliön lämpötilan vaikutuksiin mekaanisiin ominaisuuksiin. Tarkat parametrivalinnat on esitetty taulukossa 3.
4.2 Kiinteän liuoksen ja vanhenemisen lämpökäsittelyn tutkimus
Kiinteän liuoksen ja vanhentamisen lämpökäsittelyprosessissa käytettiin ortogonaalista kokeellista suunnittelua. Valitut tekijätasot on esitetty taulukossa 4, jossa ortogonaalinen suunnittelutaulukko on merkitty IJ9(34).
5. Tulokset ja analyysi
5.1 Ekstruusiolämpökäsittelykokeen tulokset ja analyysi
Ekstruusiolämpökäsittelykokeiden tulokset on esitetty taulukossa 5 ja kuvassa 1. Jokaisesta ryhmästä otettiin yhdeksän näytettä, ja niiden mekaaniset suorituskykykeskiarvot määritettiin. Metallografisen analyysin ja kemiallisen koostumuksen perusteella määritettiin lämpökäsittelyohjelma: sammutus 520 °C:ssa 40 minuuttia ja vanhennus 165 °C:ssa 12 tuntia. Taulukosta 5 ja kuvasta 1 voidaan havaita, että valuharkon ekstruusiolämpötilan ja ekstruusiosäiliön lämpötilan noustessa sekä vetolujuus että myötölujuus kasvoivat vähitellen. Parhaat tulokset saatiin 450–500 °C:n ekstruusiolämpötiloissa ja 450 °C:n ekstruusiosäiliön lämpötilassa, mikä täytti standardivaatimukset. Tämä johtui kylmämuokkauslujittumisesta alemmissa ekstruusiolämpötiloissa, mikä aiheutti raerajan murtumia ja lisääntynyttä kiinteän liuoksen hajoamista A1:n ja Mn:n välillä ennen sammutusta tapahtuvan kuumennuksen aikana, mikä johti uudelleenkiteytymiseen. Ekstruusiolämpötilan noustessa tuotteen murtolujuus Rm parani merkittävästi. Kun ekstruusiosäiliön lämpötila lähestyi tai ylitti harkon lämpötilan, epätasainen muodonmuutos väheni, mikä vähensi karkeiden raerenkaiden syvyyttä ja lisäsi myötölujuutta Rm. Näin ollen kohtuulliset parametrit ekstruusiolämpökäsittelylle ovat: harkon ekstruusiolämpötila 450–500 °C ja ekstruusiosäiliön lämpötila 430–450 °C.
5.2 Kiinteän liuoksen ja vanhenemisen ortogonaaliset kokeelliset tulokset ja analyysi
Taulukosta 6 käy ilmi, että optimaaliset tasot ovat A3B1C2D3, sammutuksen ollessa 520 °C, keinotekoisen vanhentamisen lämpötilan ollessa 165–170 °C ja vanhentamisen keston ollessa 12 tuntia, mikä johtaa tankojen korkeaan lujuuteen ja plastisuuteen. Sammutusprosessi muodostaa ylikyllästyneen kiinteän liuoksen. Alhaisemmissa sammutuslämpötiloissa ylikyllästyneen kiinteän liuoksen pitoisuus laskee, mikä vaikuttaa lujuuteen. Noin 520 °C:n sammutuslämpötila tehostaa merkittävästi sammutuksen aiheuttaman kiinteän liuoksen lujittumisen vaikutusta. Sammuttamisen ja keinotekoisen vanhentamisen välinen aika, eli säilytys huoneenlämmössä, vaikuttaa merkittävästi mekaanisiin ominaisuuksiin. Tämä on erityisen voimakasta tangoissa, joita ei venytetä sammutuksen jälkeen. Kun sammutuksen ja vanhentamisen välinen aika ylittää yhden tunnin, lujuus, erityisesti myötölujuus, laskee merkittävästi.
5.3 Metallografinen mikrorakenneanalyysi
6082-T6-tangoilla tehtiin suurennos- ja polarisaatioanalyysejä kiinteän liuoksen lämpötiloissa 520 °C ja 530 °C. Suurennoskuvat paljastivat tasaisen yhdistesaostumisen, jossa runsaasti sakkafaasihiukkasia oli jakautunut tasaisesti. Axiovert200-laitteistolla tehty polarisoituneen valon analyysi osoitti selviä eroja raerakennekuvissa. Keskellä näkyi pieniä ja tasaisia rakeita, kun taas reunoilla näkyi jonkin verran uudelleenkiteytymistä pitkänomaisilla rakeilla. Tämä johtuu kideytimien kasvusta korkeissa lämpötiloissa, jolloin muodostui karkeita neulamaisia saostumia.
6. Tuotantokäytäntöjen arviointi
Todellisessa tuotannossa mekaanisen suorituskyvyn tilastoja tehtiin 20 tanko- ja 20 profiilierälle. Tulokset on esitetty taulukoissa 7 ja 8. Todellisessa tuotannossa suulakepuristusprosessimme suoritettiin lämpötiloissa, jotka johtivat T6-tilanäytteisiin, ja mekaaninen suorituskyky saavutti tavoitearvot.
7. Johtopäätös
(1) Ekstruusiolämpökäsittelyparametrit: Valanteiden ekstruusiolämpötila 450–500 °C; ekstruusiosäiliön lämpötila 430–450 °C.
(2) Lopulliset lämpökäsittelyparametrit: Optimaalinen kiinteän liuoksen lämpötila 520–530 °C; vanhentamislämpötila 165 ± 5 °C, vanhentamisen kesto 12 tuntia; sammutuksen ja vanhentamisen välinen aika ei saa ylittää 1 tuntia.
(3) Käytännön arvion perusteella toteuttamiskelpoinen lämpökäsittelyprosessi sisältää: ekstruusiolämpötilan 450–530 °C, ekstruusiosäiliön lämpötilan 400–450 °C; kiinteän liuoksen lämpötilan 510–520 °C; vanhentamisohjelman 155–170 °C 12 tunnin ajan; ei erityistä rajoitusta sammutuksen ja vanhentamisen väliselle ajalle. Tämä voidaan sisällyttää prosessin toimintaohjeisiin.
Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista
Julkaisun aika: 15.3.2024
