1. Introduzione
Le leghe di alluminio a media resistenza presentano caratteristiche di lavorazione favorevoli, sensibilità alla tempra, tenacità all'impatto e resistenza alla corrosione. Sono ampiamente utilizzate in vari settori, come l'elettronica e la nautica, per la produzione di tubi, barre, profilati e fili. Attualmente, la domanda di barre in lega di alluminio 6082 è in crescita. Per soddisfare la domanda del mercato e le esigenze degli utenti, abbiamo condotto esperimenti su diversi processi di riscaldamento per estrusione e processi di trattamento termico finale per barre 6082-T6. Il nostro obiettivo era identificare un regime di trattamento termico che soddisfacesse i requisiti di prestazioni meccaniche per queste barre.
2. Materiali sperimentali e flusso del processo di produzione
2.1 Materiali sperimentali
Lingotti di fusione di dimensioni Ф162×500 sono stati prodotti con metodo di colata semicontinua e sottoposti a trattamento non uniforme. La qualità metallurgica dei lingotti è stata conforme agli standard tecnici di controllo interno dell'azienda. La composizione chimica della lega 6082 è riportata nella Tabella 1.
2.2 Flusso del processo di produzione
Le barre sperimentali 6082 avevano una specifica di Ф14 mm. Il contenitore di estrusione aveva un diametro di Ф170 mm, un design di estrusione a 4 fori e un coefficiente di estrusione di 18,5. Il flusso di processo specifico includeva il riscaldamento del lingotto, l'estrusione, la tempra, la stiratura, la raddrizzatura e il campionamento, la raddrizzatura a rulli, il taglio finale, l'invecchiamento artificiale, il controllo qualità e la consegna.
3. Obiettivi sperimentali
L'obiettivo 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, al fine di raggiungere i requisiti prestazionali standard. Secondo gli standard, le proprietà meccaniche longitudinali della lega 6082 devono 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 di colata e della temperatura del contenitore di estrusione sulle proprietà meccaniche. La selezione dei parametri specifici è dettagliata nella Tabella 3.
4.2 Indagine sul trattamento termico di soluzione solida e invecchiamento
Per il processo di trattamento termico di soluzione solida e di invecchiamento è stato utilizzato un disegno sperimentale ortogonale. I livelli di fattore scelti sono riportati nella Tabella 4, con la tabella del disegno ortogonale indicata con IJ9(34).
5. Risultati e analisi
5.1 Risultati e analisi degli esperimenti sul 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 ne sono state determinate le medie delle prestazioni meccaniche. 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 di colata e della temperatura del contenitore di estrusione, sia la resistenza a trazione che lo snervamento sono gradualmente aumentati. I risultati migliori sono stati ottenuti a temperature di estrusione di 450-500 °C e a una temperatura del contenitore di estrusione di 450 °C, che soddisfacevano i requisiti standard. Ciò è dovuto all'effetto dell'incrudimento a freddo a temperature di estrusione inferiori, che ha causato fratture ai bordi dei grani e una maggiore decomposizione della soluzione solida tra A1 e Mn durante il riscaldamento prima della tempra, con conseguente ricristallizzazione. All'aumentare della temperatura di estrusione, la resistenza ultima Rm del prodotto è migliorata significativamente. Quando la temperatura del contenitore di estrusione si avvicinava o superava quella del lingotto, la deformazione irregolare diminuiva, riducendo la profondità degli anelli a grano grosso e aumentando il limite di 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 Risultati sperimentali e analisi ortogonali di soluzioni solide e invecchiamento
La Tabella 6 mostra che i livelli ottimali sono A3B1C2D3, con tempra a 520 °C, temperatura di invecchiamento artificiale compresa tra 165 e 170 °C e durata dell'invecchiamento di 12 ore, con conseguente elevata resistenza e plasticità delle barre. Il processo di tempra forma una soluzione solida sovrasatura. A temperature di tempra inferiori, la concentrazione della soluzione solida sovrasatura diminuisce, influenzando la resistenza. Una temperatura di tempra di circa 520 °C aumenta significativamente l'effetto del rinforzo della soluzione solida indotto dalla tempra. L'intervallo tra tempra e invecchiamento artificiale, ovvero lo stoccaggio a temperatura ambiente, influenza notevolmente le proprietà meccaniche. Ciò è particolarmente pronunciato per le barre che non vengono sottoposte a stiramento dopo la tempra. Quando l'intervallo tra tempra e invecchiamento supera 1 ora, la resistenza, in particolare il limite di snervamento, diminuisce significativamente.
5.3 Analisi della microstruttura metallografica
Analisi ad alto ingrandimento e in luce polarizzata sono state condotte su barre 6082-T6 a temperature di soluzione solida di 520 °C e 530 °C. Le foto ad alto ingrandimento hanno rivelato una precipitazione uniforme del composto con abbondanti particelle di fase precipitata distribuite uniformemente. L'analisi in luce polarizzata con l'apparecchiatura Axiovert200 ha mostrato nette differenze nelle foto della struttura dei grani. L'area centrale mostrava grani piccoli e uniformi, mentre i bordi mostravano una certa ricristallizzazione con grani allungati. Ciò è dovuto alla crescita dei nuclei cristallini ad alte temperature, che forma precipitati grossolani aghiformi.
6. Valutazione della pratica di produzione
Durante la produzione effettiva, sono state condotte statistiche sulle prestazioni meccaniche su 20 lotti di barre e 20 lotti di profili. I risultati sono riportati nelle Tabelle 7 e 8. Durante la produzione effettiva, il nostro processo di estrusione è stato eseguito a temperature che hanno portato a campioni allo stato T6 e le prestazioni meccaniche hanno raggiunto i valori target.
7.Conclusion
(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 a 165±5°C, durata dell'invecchiamento di 12 ore; l'intervallo tra tempra e invecchiamento non deve superare 1 ora.
(3) Sulla base di una valutazione pratica, il processo di trattamento termico praticabile include: 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. Questo può essere integrato nelle linee guida operative del processo.
A cura di May Jiang di MAT Aluminum
Data di pubblicazione: 15-03-2024
