L'alleggerimento delle automobili è un obiettivo condiviso dall'industria automobilistica globale. L'aumento dell'uso di materiali in lega di alluminio nei componenti automobilistici è la direzione di sviluppo per i moderni veicoli di nuova generazione. La lega di alluminio 6082 è una lega di alluminio trattabile termicamente e rinforzata con resistenza moderata, eccellente formabilità, saldabilità, resistenza alla fatica e alla corrosione. Questa lega può essere estrusa in tubi, barre e profili ed è ampiamente utilizzata nei componenti automobilistici, nelle parti strutturali saldate, nei trasporti e nell'industria edile.
Attualmente, in Cina la ricerca sulla lega di alluminio 6082 per l'impiego nei veicoli a nuova energia è limitata. Pertanto, questo studio sperimentale indaga gli effetti dell'intervallo di contenuto di elementi della lega di alluminio 6082, dei parametri del processo di estrusione, dei metodi di tempra, ecc., sulle prestazioni e sulla microstruttura del profilo della lega. Questo studio mira a ottimizzare la composizione della lega e i parametri di processo per produrre materiali in lega di alluminio 6082 adatti ai veicoli a nuova energia.
1. Materiali e metodi di prova
Flusso del processo sperimentale: Rapporto di composizione della lega – Fusione del lingotto – Omogeneizzazione del lingotto – Taglio del lingotto in billette – Estrusione dei profili – Tempra in linea dei profili – Invecchiamento artificiale – Preparazione dei provini.
1.1 Preparazione del lingotto
All'interno della gamma internazionale di composizioni della lega di alluminio 6082, sono state selezionate tre composizioni con intervalli di controllo più ristretti, etichettate come 6082-/6082″, 6082-Z, con lo stesso contenuto di elementi Si. Contenuto di elementi Mg, y > z; contenuto di elementi Mn, x > y > z; contenuto di elementi Cr, Ti, x > y = z. I valori target specifici per la composizione della lega sono riportati nella Tabella 1. La colata dei lingotti è stata eseguita utilizzando un metodo di colata con raffreddamento ad acqua semi-continuo, seguito da un trattamento di omogeneizzazione. Tutti e tre i lingotti sono stati omogeneizzati utilizzando il sistema consolidato dello stabilimento a 560 °C per 2 ore con raffreddamento a nebbia d'acqua.
1.2 Estrusione di profili
I parametri del processo di estrusione sono stati opportunamente adattati alla temperatura di riscaldamento della billetta e alla velocità di raffreddamento. La sezione trasversale dei profili estrusi è mostrata in Figura 1. I parametri del processo di estrusione sono riportati nella Tabella 2. Lo stato di formatura dei profili estrusi è mostrato in Figura 2.
2. Risultati dei test e analisi
La composizione chimica specifica dei profili in lega di alluminio 6082 all'interno dei tre intervalli di composizione è stata determinata utilizzando uno spettrometro a lettura diretta Swiss ARL, come mostrato nella Tabella 3.
2.1 Test delle prestazioni
Per effettuare un confronto, sono state esaminate le prestazioni dei profili di lega con tre intervalli di composizione con diversi metodi di tempra, parametri di estrusione identici e processi di invecchiamento.
2.1.1 Prestazioni meccaniche
Dopo l'invecchiamento artificiale a 175 °C per 8 ore, sono stati prelevati campioni standard dalla direzione di estrusione dei profili per le prove di trazione utilizzando una macchina di prova universale elettronica Shimadzu AG-X100. Le prestazioni meccaniche dopo l'invecchiamento artificiale per diverse composizioni e metodi di tempra sono riportate nella Tabella 4.
Dalla Tabella 4, si può osservare che le prestazioni meccaniche di tutti i profili superano i valori standard nazionali. I profili prodotti da billette in lega 6082-Z hanno mostrato un allungamento dopo frattura inferiore. I profili prodotti da billette in lega 6082-7 hanno mostrato le prestazioni meccaniche più elevate. I profili in lega 6082-X, ottenuti con diversi metodi di tempra in soluzione solida, hanno mostrato prestazioni più elevate con metodi di tempra a raffreddamento rapido.
2.1.2 Test delle prestazioni di flessione
Utilizzando una macchina di prova universale elettronica, sono stati condotti test di flessione a tre punti sui campioni, i cui risultati sono mostrati nella Figura 3. La Figura 3 mostra che i prodotti realizzati con billette in lega 6082-Z presentavano una forte buccia d'arancia sulla superficie e cricche sul retro dei campioni piegati. I prodotti realizzati con billette in lega 6082-X presentavano migliori prestazioni di flessione, superfici lisce senza buccia d'arancia e solo piccole cricche in posizioni limitate dalle condizioni geometriche sul retro dei campioni piegati.
2.1.3 Ispezione ad alto ingrandimento
I campioni sono stati osservati al microscopio ottico Carl Zeiss AX10 per l'analisi microstrutturale. I risultati dell'analisi microstrutturale per i tre profili di lega con intervallo di composizione sono mostrati nella Figura 4. La Figura 4 indica che la granulometria dei prodotti ottenuti da barre in lega 6082-X e billette in lega 6082-K era simile, con una granulometria leggermente migliore nella lega 6082-X rispetto alla lega 6082-Y. I prodotti ottenuti da billette in lega 6082-Z presentavano granulometrie maggiori e strati di corteccia più spessi, che portavano più facilmente alla formazione di buccia d'arancia superficiale e all'indebolimento dei legami metallici interni.
2.2 Analisi dei risultati
Sulla base dei risultati dei test sopra riportati, si può concludere che la progettazione della gamma di composizioni della lega influisce significativamente sulla microstruttura, sulle prestazioni e sulla formabilità dei profili estrusi. Un contenuto maggiore di Mg riduce la plasticità della lega e porta alla formazione di cricche durante l'estrusione. Un contenuto maggiore di Mn, Cr e Ti ha un effetto positivo sulla raffinazione della microstruttura, che a sua volta influisce positivamente sulla qualità superficiale, sulle prestazioni di piegatura e sulle prestazioni complessive.
3. Conclusione
L'elemento Mg influisce significativamente sulle prestazioni meccaniche della lega di alluminio 6082. Un contenuto di Mg elevato riduce la plasticità della lega e porta alla formazione di crepe durante l'estrusione.
Mn, Cr e Ti hanno un effetto positivo sul perfezionamento della microstruttura, con conseguente miglioramento della qualità superficiale e delle prestazioni di flessione dei prodotti estrusi.
Diverse intensità di raffreddamento hanno un impatto notevole sulle prestazioni dei profili in lega di alluminio 6082. Per l'uso automobilistico, l'adozione di un processo di tempra con nebbia d'acqua seguito da raffreddamento a spruzzo d'acqua offre migliori prestazioni meccaniche e garantisce la forma e la precisione dimensionale dei profili.
A cura di May Jiang di MAT Aluminum
Data di pubblicazione: 26-03-2024
