1.Introduzione
Le leghe di alluminio con resistenza media presentano caratteristiche di lavorazione favorevoli, sensibilità al raffreddamento, tenacità agli urti e resistenza alla corrosione. Sono ampiamente utilizzati in vari settori, come quello elettronico e quello marittimo, per la produzione di tubi, barre, profili e fili. Attualmente esiste una domanda crescente di barre in lega di alluminio 6082. Per soddisfare le richieste del mercato e le esigenze degli utenti, abbiamo condotto esperimenti su diversi processi di riscaldamento dell'estrusione e processi di trattamento termico finale per le barre 6082-T6. Il nostro obiettivo era identificare un regime di trattamento termico che soddisfacesse i requisiti di prestazione meccanica per queste barre.
2.Materiali sperimentali e flusso del processo produttivo
2.1 Materiali sperimentali
I lingotti di colata di dimensione Ф162×500 sono stati prodotti utilizzando un metodo di colata semicontinua e sottoposti a trattamento non uniforme. La qualità metallurgica dei lingotti rispettava le norme tecniche di controllo interno dell'azienda. La composizione chimica della lega 6082 è mostrata nella Tabella 1.
2.2 Flusso del processo produttivo
Le barre sperimentali 6082 avevano una specifica di Ф14mm. Il contenitore di estrusione aveva un diametro di Ф170 mm con un design di estrusione a 4 fori e un coefficiente di estrusione di 18,5. Il flusso di processo specifico comprendeva il riscaldamento del lingotto, l'estrusione, la tempra, lo stiramento, la raddrizzatura e il campionamento, la raddrizzatura a rulli, il taglio finale, l'invecchiamento artificiale, l'ispezione della qualità e la consegna.
3.Obiettivi sperimentali
Lo scopo di questo studio era identificare i parametri del processo di trattamento termico di estrusione e i parametri del trattamento termico finale che influenzano le prestazioni delle barre 6082-T6, raggiungendo infine i requisiti prestazionali standard. Secondo gli standard, le proprietà meccaniche longitudinali della lega 6082 dovrebbero soddisfare le specifiche elencate nella Tabella 2.
4.Approccio sperimentale
4.1 Indagine sul trattamento termico di estrusione
L'indagine sul trattamento termico di estrusione si è concentrata principalmente sugli effetti della temperatura di estrusione del lingotto fuso e della temperatura del contenitore di estrusione sulle proprietà meccaniche. Le selezioni dei parametri specifici sono dettagliate nella Tabella 3.
4.2 Indagine sulla soluzione solida e sul trattamento termico dell'invecchiamento
Per la soluzione solida e il processo di trattamento termico di invecchiamento è stato utilizzato un disegno sperimentale ortogonale. I livelli di fattore scelti sono forniti nella Tabella 4, con la tabella di progettazione ortogonale indicata come IJ9(34).
5.Risultati e analisi
5.1 Risultati e analisi dell'esperimento di trattamento termico di estrusione
I risultati degli esperimenti di trattamento termico di estrusione sono presentati nella Tabella 5 e nella Figura 1. Sono stati prelevati nove campioni per ciascun gruppo e sono state determinate le loro prestazioni meccaniche medie. Sulla base dell'analisi metallografica e della composizione chimica, è stato stabilito un regime di trattamento termico: tempra a 520°C per 40 minuti e invecchiamento a 165°C per 12 ore. Dalla Tabella 5 e dalla Figura 1, si può osservare che all'aumentare della temperatura di estrusione del lingotto fuso e della temperatura del contenitore di estrusione, sia la resistenza alla trazione che la resistenza allo snervamento aumentavano gradualmente. I migliori risultati sono stati ottenuti a temperature di estrusione di 450-500°C e ad una temperatura del contenitore di estrusione di 450°C, che soddisfacevano i requisiti standard. Ciò era dovuto all'effetto dell'incrudimento a freddo a temperature di estrusione più basse, che causava fratture ai bordi del grano e una maggiore decomposizione della soluzione solida tra A1 e Mn durante il riscaldamento prima della tempra, portando alla ricristallizzazione. All'aumentare della temperatura di estrusione, la resistenza alla rottura Rm del prodotto è notevolmente migliorata. Quando la temperatura del contenitore di estrusione si avvicinava o superava la temperatura del lingotto, la deformazione irregolare diminuiva, riducendo la profondità degli anelli a grana grossa e aumentando la resistenza allo snervamento Rm. Pertanto, i parametri ragionevoli per il trattamento termico di estrusione sono: temperatura di estrusione del lingotto di 450-500°C e temperatura del contenitore di estrusione di 430-450°C.
5.2 Soluzione solida e risultati sperimentali ortogonali di invecchiamento e analisi
La Tabella 6 rivela che i livelli ottimali sono A3B1C2D3, con tempra a 520°C, temperatura di invecchiamento artificiale compresa tra 165-170°C e durata di invecchiamento di 12 ore, con conseguente elevata resistenza e plasticità delle barre. Il processo di tempra forma una soluzione solida sovrasatura. A temperature di raffreddamento più basse, la concentrazione della soluzione solida sovrasatura diminuisce, influenzando la resistenza. Una temperatura di raffreddamento di circa 520°C aumenta significativamente l'effetto di rafforzamento della soluzione solida indotta dalla tempra. L'intervallo tra il raffreddamento e l'invecchiamento artificiale, ovvero la conservazione a temperatura ambiente, influenza notevolmente le proprietà meccaniche. Ciò è particolarmente evidente per le bacchette che non vengono allungate dopo la tempra. Quando l'intervallo tra la tempra e l'invecchiamento supera 1 ora, la resistenza, in particolare il limite di snervamento, diminuisce significativamente.
5.3 Analisi della microstruttura metallografica
Sono state condotte analisi ad alto ingrandimento e polarizzate su barre 6082-T6 a temperature della soluzione solida di 520°C e 530°C. Le foto ad alto ingrandimento hanno rivelato una precipitazione composta uniforme con abbondanti particelle di fase precipitata distribuite uniformemente. L'analisi della luce polarizzata utilizzando l'apparecchiatura Axiovert200 ha mostrato differenze nette nelle foto della struttura dei grani. La zona centrale presentava grani piccoli ed uniformi, mentre i bordi presentavano una certa ricristallizzazione con grani allungati. Ciò è dovuto alla crescita dei nuclei cristallini ad alte temperature, formando precipitati grossolani aghiformi.
6.Valutazione delle pratiche di produzione
Nella produzione effettiva, le statistiche sulle prestazioni meccaniche sono state condotte su 20 lotti di barre e 20 lotti di profili. I risultati sono mostrati nelle Tabelle 7 e 8. Nella produzione effettiva, il nostro processo di estrusione è stato eseguito a temperature che hanno prodotto campioni allo stato T6 e le prestazioni meccaniche hanno soddisfatto i valori target.
7.Conclusione
(1) Parametri del trattamento termico di estrusione: temperatura di estrusione dei lingotti di 450-500°C; temperatura del contenitore di estrusione di 430-450°C.
(2) Parametri del trattamento termico finale: temperatura ottimale della soluzione solida di 520-530°C; temperatura di invecchiamento 165±5°C, durata invecchiamento 12 ore; l'intervallo tra tempra e invecchiamento non deve superare 1 ora.
(3) Sulla base della valutazione pratica, il processo di trattamento termico praticabile comprende: temperatura di estrusione di 450-530°C, temperatura del contenitore di estrusione di 400-450°C; temperatura della soluzione solida di 510-520°C; regime di invecchiamento di 155-170°C per 12 ore; nessun limite specifico all'intervallo tra tempra e invecchiamento. Ciò può essere incorporato nelle linee guida operative del processo.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 15 marzo 2024
