Aangesien lande regoor die wêreld groot belang heg aan energiebesparing en emissiereduksie, het die ontwikkeling van suiwer elektriese nuwe energievoertuie 'n tendens geword. Benewens batteryprestasie, is die kwaliteit van die bakwerk ook 'n deurslaggewende faktor wat die ry-afstand van nuwe energievoertuie beïnvloed. Die bevordering van die ontwikkeling van liggewig motorbakstrukture en hoëgehalte-verbindings kan die omvattende ry-afstand van elektriese voertuie verbeter deur die gewig van die hele voertuig soveel as moontlik te verminder terwyl die sterkte en veiligheidsprestasie van die voertuig verseker word. Wat die liggewig van motors betref, neem die staal-aluminium hibriede bakwerk beide die sterkte en gewigsvermindering van die bakwerk in ag, wat 'n belangrike middel word om liggewig van die bakwerk te bereik.
Die tradisionele verbindingsmetode vir die verbinding van aluminiumlegerings het swak verbindingsprestasie en lae betroubaarheid. Selfdeurboor-klinknaels, as 'n nuwe verbindingstegnologie, word wyd gebruik in die motorbedryf en lugvaartvervaardigingsbedryf vanweë die absolute voordeel daarvan in die verbinding van ligte legerings en saamgestelde materiale. In onlangse jare het Chinese plaaslike geleerdes relevante navorsing gedoen oor selfdeurboor-klinknaeltegnologie en die effekte van verskillende hittebehandelingsmetodes op die werkverrigting van TA1 industriële suiwer titanium selfdeurboor-klinknaels bestudeer. Daar is gevind dat uitgloeiing en blus-hittebehandelingsmetodes die statiese sterkte van TA1 industriële suiwer titanium selfdeurboor-klinknaels verbeter het. Die verbindingsvormingsmeganisme is waargeneem en geanaliseer vanuit die perspektief van materiaalvloei, en die verbindingskwaliteit is op grond hiervan geëvalueer. Deur metallografiese toetse is gevind dat die groot plastiese vervormingsarea met 'n sekere neiging tot 'n veselstruktuur verfyn is, wat die verbetering van die vloeispanning en moegheidssterkte van die verbinding bevorder het.
Bogenoemde navorsing fokus hoofsaaklik op die meganiese eienskappe van die verbindings na die klink van aluminiumlegeringsplate. In die werklike klinkproduksie van motorbakke is die krake van die klinkverbindings van geëxtrudeerde aluminiumlegeringsprofiele, veral hoësterkte aluminiumlegerings met 'n hoë legeringselementinhoud, soos 6082 aluminiumlegering, die sleutelfaktore wat die toepassing van hierdie proses op die motorbak beperk. Terselfdertyd beïnvloed die vorm- en posisietoleransies van die geëxtrudeerde profiele wat op die motorbak gebruik word, soos buiging en draaiing, direk die montering en gebruik van die profiele, en bepaal ook die dimensionele akkuraatheid van die daaropvolgende motorbak. Om die buiging en draaiing van die profiele te beheer en die dimensionele akkuraatheid van die profiele te verseker, is die uitlaattemperatuur van die profiele en die aanlyn blusspoed, benewens die matrysstruktuur, die uitlaattemperatuur van die profiele en die aanlyn blusspoed die belangrikste beïnvloedende faktore. Hoe hoër die uitlaattemperatuur en hoe vinniger die blusspoed, hoe groter is die buig- en draaigraad van die profiele. Vir aluminiumlegeringsprofiele vir motorbakke is dit nodig om die dimensionele akkuraatheid van die profiele te verseker en te verseker dat die legeringklink nie kraak nie. Die eenvoudigste manier om die dimensionele akkuraatheid en klinkkraakprestasie van die legering te optimaliseer, is om krake te beheer deur die verhittingstemperatuur en verouderingsproses van die geëxtrudeerde stawe te optimaliseer terwyl die materiaalsamestelling, matrysstruktuur, ekstrusiespoed en blusspoed onveranderd bly. Vir 6082 aluminiumlegering, onder die uitgangspunt dat ander prosestoestande onveranderd bly, hoe hoër die ekstrusietemperatuur, hoe vlakker die growwe korrelige laag, maar hoe groter die vervorming van die profiel na blus.
Hierdie artikel neem 'n 6082-aluminiumlegering met dieselfde samestelling as die navorsingsvoorwerp, gebruik verskillende ekstrusietemperature en verskillende verouderingsprosesse om monsters in verskillende toestande voor te berei, en evalueer die effekte van ekstrusietemperatuur en verouderingstoestand op die klinktoets deur middel van klinktoetse. Gebaseer op die voorlopige resultate, word die optimale verouderingsproses verder bepaal om leiding te gee vir die daaropvolgende produksie van 6082-aluminiumlegering-liggaam-ekstrusieprofiele.
1 Eksperimentele materiale en metodes
Soos in Tabel 1 getoon, is die 6082 aluminiumlegering gesmelt en deur semi-kontinue gietwerk in 'n ronde staaf voorberei. Daarna, na homogeniseringshittebehandeling, is die staaf tot verskillende temperature verhit en op 'n 2200 t-ekstruder in 'n profiel geëxtrudeer. Die profielwanddikte was 2.5 mm, die ekstrusievattemperatuur was 440±10 ℃, die ekstrusiematrystemperatuur was 470±10 ℃, die ekstrusiespoed was 2.3±0.2 mm/s, en die profielblusmetode was sterk windverkoeling. Volgens die verhittingstemperatuur is die monsters van 1 tot 3 genommer, waaronder monster 1 die laagste verhittingstemperatuur gehad het, en die ooreenstemmende billettemperatuur was 470±5 ℃, die ooreenstemmende billettemperatuur van monster 2 was 485±5 ℃, en die temperatuur van monster 3 was die hoogste, en die ooreenstemmende billettemperatuur was 500±5 ℃.
Tabel 1 Gemete chemiese samestelling van die toetslegering (massafraksie/%)
Onder die voorwaarde dat ander prosesparameters soos materiaalsamestelling, matrysstruktuur, ekstrusiespoed, blusspoed onveranderd bly, word die bogenoemde No. 1 tot 3 monsters wat verkry is deur die ekstrusieverhittingstemperatuur aan te pas, in 'n bokstipe weerstandsoond verouder, en die verouderingstelsel is 180 ℃/6 h en 190 ℃/6 h. Na die isolasie word hulle lugverkoel en dan vasgenael om die invloed van verskillende ekstrusietemperature en verouderingstoestande op die klinktoets te evalueer. Die klinktoets gebruik 'n 2.5 mm dik 6082-legering met verskillende ekstrusietemperature en verskillende verouderingstelsels as die onderplaat, en 'n 1.4 mm dik 5754-O-legering as die boonste plaat vir die SPR-klinktoets. Die klinkmatrys is M260238, en die klinknael is C5.3 × 6.0 H0. Daarbenewens, om die optimale verouderingsproses verder te bepaal, word die plaat by die optimale ekstrusietemperatuur gekies volgens die invloed van ekstrusietemperatuur en verouderingstoestand op klinkkrake, en dan behandel met verskillende temperature en verskillende verouderingstye om die invloed van die verouderingstelsel op klinkkrake te bestudeer, om sodoende die optimale verouderingstelsel finaal te bevestig. 'n Hoëkragmikroskoop is gebruik om die mikrostruktuur van die materiaal by verskillende ekstrusietemperature waar te neem, 'n MTS-SANS CMT5000-reeks mikrorekenaar-beheerde elektroniese universele toetsmasjien is gebruik om die meganiese eienskappe te toets, en 'n laekragmikroskoop is gebruik om die geklinkte verbindings na klink in verskillende toestande waar te neem.
2 Eksperimentele resultate en bespreking
2.1 Effek van ekstrusietemperatuur en verouderingstoestand op klinkkrake
Monsterneming is geneem langs die dwarssnit van die geëxtrudeerde profiel. Na growwe slyp, fyn slyp en polering met skuurpapier, is die monster vir 8 minute met 10% NaOH gekorrodeer, en die swart korrosieproduk is met salpetersuur skoongevee. Die growwe korrellaag van die monster is waargeneem met 'n hoë-krag mikroskoop, wat op die oppervlak buite die klinknagelgesp by die beoogde klinkposisie geleë was, soos getoon in Figuur 1. Die gemiddelde growwe korrellaagdiepte van monster nr. 1 was 352 μm, die gemiddelde growwe korrellaagdiepte van monster nr. 2 was 135 μm, en die gemiddelde growwe korrellaagdiepte van monster nr. 3 was 31 μm. Die verskil in die diepte van die growwe korrellaag is hoofsaaklik te wyte aan die verskillende ekstrusietemperature. Hoe hoër die ekstrusietemperatuur, hoe laer die vervormingsweerstand van die 6082-legering, hoe kleiner die vervormingsenergieberging wat gegenereer word deur die wrywing tussen die legering en die ekstrusiematrys (veral die matryswerkband), en hoe kleiner die herkristallisasie-dryfkrag. Daarom is die oppervlak se growwe korrellaag vlakker; hoe laer die ekstrusietemperatuur, hoe groter die vervormingsweerstand, hoe groter die vervormingsenergieberging, hoe makliker is dit om te herkristalliseer, en hoe dieper die growwe korrellaag. Vir die 6082-legering is die meganisme van growwe korrelherkristallisasie sekondêre herkristallisasie.
(a) Model 1
(b) Model 2
(c) Model 3
Figuur 1 Dikte van growwe korrellaag van geëxtrudeerde profiele deur verskillende prosesse
Monsters 1 tot 3 wat by verskillende ekstrusietemperature voorberei is, is onderskeidelik by 180 ℃/6 uur en 190 ℃/6 uur verouder. Die meganiese eienskappe van monster 2 na die twee verouderingsprosesse word in Tabel 2 getoon. Onder die twee verouderingstelsels is die vloeigrens en treksterkte van die monster by 180 ℃/6 uur aansienlik hoër as dié by 190 ℃/6 uur, terwyl die verlenging van die twee nie veel verskil nie, wat aandui dat 190 ℃/6 uur 'n oorverouderingsbehandeling is. Aangesien die meganiese eienskappe van die 6-reeks aluminiumlegering baie wissel met die verandering van die verouderingsproses in die onderverouderingstoestand, is dit nie bevorderlik vir die stabiliteit van die profielproduksieproses en die beheer van die klinkkwaliteit nie. Daarom is dit nie geskik om die onderverouderingstoestand te gebruik om bakprofiele te produseer nie.
Tabel 2 Meganiese eienskappe van monster nr. 2 onder twee verouderingstelsels
Die voorkoms van die toetsstuk na klinknaels word in Figuur 2 getoon. Toe monster nr. 1 met 'n dieper grofkorrellaag in die piekverouderingstoestand vasgenael is, het die onderoppervlak van die klinknael duidelike lemoenskil en krake gehad wat met die blote oog sigbaar was, soos getoon in Figuur 2a. As gevolg van die inkonsekwente oriëntasie binne die korrels, sal die vervormingsgraad oneweredig wees tydens vervorming, wat 'n oneweredige oppervlak vorm. Wanneer die korrels grof is, word die oneweredigheid van die oppervlak groter, wat 'n lemoenskilverskynsel vorm wat met die blote oog sigbaar is. Toe monster nr. 3 met 'n vlakker grofkorrellaag, wat voorberei is deur die ekstrusietemperatuur te verhoog, in die piekverouderingstoestand vasgenael is, was die onderoppervlak van die klinknael relatief glad, en die krake is tot 'n sekere mate onderdruk, wat slegs onder mikroskoopvergroting sigbaar was, soos getoon in Figuur 2b. Toe monster nr. 3 in die oorverouderingstoestand was, is geen krake onder mikroskoopvergroting waargeneem nie, soos getoon in Figuur 2c.
(a) Krake sigbaar met die blote oog
(b) Ligte krake sigbaar onder 'n mikroskoop
(c) Geen krake nie
Figuur 2 Verskillende grade van krake na klinknaels
Die oppervlak na klinknagel is hoofsaaklik in drie toestande, naamlik krake sigbaar met die blote oog (gemerk "×"), effense krake sigbaar onder mikroskoopvergroting (gemerk "△"), en geen krake nie (gemerk "○"). Die klinkmorfologie-resultate van die bogenoemde drie toestandmonsters onder twee verouderingstelsels word in Tabel 3 getoon. Daar kan gesien word dat wanneer die verouderingsproses konstant is, die klinkkraakprestasie van die monster met 'n hoër ekstrusietemperatuur en dunner growwe korrellaag beter is as dié van die monster met 'n dieper growwe korrellaag; wanneer die growwe korrellaag konstant is, is die klinkkraakprestasie van die oorverouderingstoestand beter as dié van die piekverouderingstoestand.
Tabel 3 Aangrypende voorkoms van monsters 1 tot 3 onder twee prosesstelsels
Die effekte van korrelmorfologie en verouderingstoestand op die aksiale kompressiekraakgedrag van profiele is bestudeer. Die spanningstoestand van die materiaal tydens aksiale kompressie was in ooreenstemming met dié van selfdeurboorende klinknagels. Die studie het bevind dat die krake ontstaan het vanaf die korrelgrense, en die kraakmeganisme van die Al-Mg-Si-legering is deur die formule verklaar.
σapp is die spanning wat op die kristal toegepas word. Tydens krake is σapp gelyk aan die ware spanningswaarde wat ooreenstem met die treksterkte; σa0 is die weerstand van die presipitate tydens intrakristallyne gly; Φ is die spanningskonsentrasiekoëffisiënt, wat verband hou met die korrelgrootte d en die glywydte p.
In vergelyking met herkristallisasie, is die veselagtige korrelstruktuur meer bevorderlik vir kraakinhibisie. Die hoofrede is dat die korrelgrootte d aansienlik verminder word as gevolg van korrelverfyning, wat die spanningskonsentrasiefaktor Φ by die korrelgrens effektief kan verminder en sodoende krake inhibeer. In vergelyking met die veselagtige struktuur, is die spanningskonsentrasiefaktor Φ van herkristalliseerde legering met growwe korrels ongeveer 10 keer dié van eersgenoemde.
In vergelyking met piekveroudering, is die oorverouderingstoestand meer bevorderlik vir kraakinhibisie, wat bepaal word deur die verskillende neerslagfasetoestande binne die legering. Tydens piekveroudering word 20-50 nm 'β (Mg5Si6) fases in die 6082-legering neergeslaan, met 'n groot aantal neerslae en klein groottes; wanneer die legering oorverouder word, neem die aantal neerslae in die legering af en word die grootte groter. Die neerslae wat tydens die verouderingsproses gegenereer word, kan die beweging van ontwrigtings binne die legering effektief inhibeer. Die vaspenkrag op ontwrigtings hou verband met die grootte en volumefraksie van die neerslagfase. Die empiriese formule is:
f is die volumefraksie van die presipitaatfase; r is die grootte van die fase; σa is die koppelvlakenergie tussen die fase en die matriks. Die formule toon dat hoe groter die grootte van die presipitaatfase en hoe kleiner die volumefraksie, hoe kleiner die vaspenkrag op ontwrigtings, hoe makliker is dit vir ontwrigtings in die legering om te begin, en die σa0 in die legering sal afneem van die piekveroudering na die oorverouderingstoestand. Selfs al neem σa0 af, wanneer die legering van die piekveroudering na die oorverouderingstoestand gaan, neem die σapp-waarde ten tyde van die kraking van die legering meer af, wat lei tot 'n beduidende afname in die effektiewe spanning by die korrelgrens (σapp-σa0). Die effektiewe spanning by die korrelgrens van oorveroudering is ongeveer 1/5 van dié by die piekveroudering, dit wil sê, dit is minder geneig om by die korrelgrens in die oorverouderingstoestand te kraak, wat lei tot beter klinkprestasie van die legering.
2.2 Optimalisering van ekstrusietemperatuur en verouderingsprosesstelsel
Volgens die bogenoemde resultate kan die verhoging van die ekstrusietemperatuur die diepte van die growwe korrelige laag verminder, wat die krake van die materiaal tydens die klinkproses inhibeer. Onder die uitgangspunt van sekere legeringsamestellings, ekstrusiematrysstruktuur en ekstrusieproses, as die ekstrusietemperatuur egter te hoog is, sal die buig- en draaigraad van die profiel aan die een kant tydens die daaropvolgende blusproses vererger word, wat veroorsaak dat die profielgroottetoleransie nie aan die vereistes voldoen nie, en aan die ander kant sal dit veroorsaak dat die legering maklik oorbrand tydens die ekstrusieproses, wat die risiko van materiaalskraping verhoog. In ag genome die klinktoestand, profielgrootteproses, produksieprosesvenster en ander faktore, is die meer geskikte ekstrusietemperatuur vir hierdie legering nie minder as 485 ℃ nie, dit wil sê monster nr. 2. Om die optimale verouderingsprosesstelsel te bevestig, is die verouderingsproses geoptimaliseer gebaseer op monster nr. 2.
Die meganiese eienskappe van monster nr. 2 by verskillende verouderingstye by 180 ℃, 185 ℃ en 190 ℃ word in Figuur 3 getoon, naamlik vloeigrens, treksterkte en verlenging. Soos in Figuur 3a getoon, neem die verouderingstyd onder 180 ℃ toe van 6 uur tot 12 uur, en die vloeigrens van die materiaal neem nie noemenswaardig af nie. Onder 185 ℃, soos die verouderingstyd van 4 uur tot 12 uur toeneem, neem die vloeigrens eers toe en neem dan af, en die verouderingstyd wat ooreenstem met die hoogste sterktewaarde is 5-6 uur. Onder 190 ℃, soos die verouderingstyd toeneem, neem die vloeigrens geleidelik af. Oor die algemeen, by die drie verouderingstemperature, hoe laer die verouderingstemperatuur, hoe hoër die pieksterkte van die materiaal. Die eienskappe van die treksterkte in Figuur 3b stem ooreen met die vloeigrens in Figuur 3a. Die verlenging by verskillende verouderingstemperature wat in Figuur 3c getoon word, is tussen 14% en 17%, sonder enige duidelike veranderingspatroon. Hierdie eksperiment toets die piekveroudering tot die oorverouderingstadium, en as gevolg van die klein eksperimentele verskille veroorsaak die toetsfout dat die veranderingspatroon onduidelik is.
Fig.3 Meganiese eienskappe van materiale by verskillende verouderingstemperature en verouderingstye
Na die bogenoemde verouderingsbehandeling word die krake van die geklonte verbindings in Tabel 4 opgesom. Uit Tabel 4 kan gesien word dat met die toename van tyd, die krake van die geklonte verbindings tot 'n sekere mate onderdruk word. Onder die toestand van 180 ℃, wanneer die verouderingstyd 10 uur oorskry, is die voorkoms van die geklonte verbinding in 'n aanvaarbare toestand, maar onstabiel. Onder die toestand van 185 ℃, na 7 uur veroudering, het die voorkoms van die geklonte verbinding geen krake nie en is die toestand relatief stabiel. Onder die toestand van 190 ℃ het die voorkoms van die geklonte verbinding geen krake nie en is die toestand stabiel. Uit die klinktoetsresultate kan gesien word dat die klinkprestasie beter en meer stabiel is wanneer die legering in 'n oorverouderde toestand is. Gekombineer met die gebruik van die liggaamsprofiel, is klink teen 180 ℃/10~12 uur nie bevorderlik vir die kwaliteitstabiliteit van die produksieproses wat deur die OEM beheer word nie. Om die stabiliteit van die geklonte verbinding te verseker, moet die verouderingstyd verder verleng word, maar die verifikasie van die verouderingstyd sal lei tot verminderde profielproduksiedoeltreffendheid en verhoogde koste. Onder die toestand van 190 ℃ kan al die monsters aan die vereistes van klinkkrake voldoen, maar die sterkte van die materiaal word aansienlik verminder. Volgens die vereistes van voertuigontwerp moet die vloeigrens van die 6082-legering gewaarborg word om groter as 270 MPa te wees. Daarom voldoen die verouderingstemperatuur van 190 ℃ nie aan die materiaalsterktevereistes nie. Terselfdertyd, as die materiaalsterkte te laag is, sal die oorblywende dikte van die onderplaat van die geklonte verbinding te klein wees. Na veroudering teen 190 ℃/8 uur, toon die geklonte dwarssnit-eienskappe dat die oorblywende dikte 0.26 mm is, wat nie aan die indeksvereiste van ≥0.3 mm voldoen nie, soos getoon in Figuur 4a. As 'n volledige oorweging geneem word, is die optimale verouderingstemperatuur 185 ℃. Na veroudering vir 7 uur kan die materiaal stabiel aan die klinkvereistes voldoen, en die sterkte voldoen aan die prestasievereistes. In die lig van die produksiestabiliteit van die klinkproses in die sweiswerkswinkel, word voorgestel dat die optimale verouderingstyd as 8 uur bepaal word. Die deursnee-eienskappe onder hierdie prosesstelsel word in Figuur 4b getoon, wat aan die ineenskakelingsindeksvereistes voldoen. Die linker- en regter-ineenskakelings is 0,90 mm en 0,75 mm, wat aan die indeksvereistes van ≥0,4 mm voldoen, en die onderste residuele dikte is 0,38 mm.
Tabel 4 Kraking van monster nr. 2 by verskillende temperature en verskillende verouderingstye
Fig.4 Dwarssnit-eienskappe van geklonte verbindings van 6082-bodemplate in verskillende verouderingstoestande
3 Gevolgtrekking
Hoe hoër die ekstrusietemperatuur van 6082 aluminiumlegeringsprofiele, hoe vlakker die grofkorrelige oppervlaklaag na ekstrusie. Hoe vlakker die grofkorrelige laagdikte, hoe meer spanningskonsentrasiefaktor by die korrelgrens kan die klinkkrake effektief verminder en sodoende klinkkrake inhibeer. Eksperimentele navorsing het bepaal dat die optimale ekstrusietemperatuur nie minder as 485 ℃ is nie.
Wanneer die dikte van die growwe korrellaag van die 6082-aluminiumlegeringsprofiel dieselfde is, is die effektiewe spanning van die korrelgrens van die legering in die oorverouderingstoestand minder as in die piekverouderingstoestand, die risiko van krake tydens klink is kleiner, en die klinkprestasie van die legering is beter. Met inagneming van die drie faktore van klinkstabiliteit, klinklas-insluitwaarde, hittebehandelingsproduksiedoeltreffendheid en ekonomiese voordele, word die optimale verouderingstelsel vir die legering bepaal as 185 ℃/8h.
Plasingstyd: 05 Apr 2025
