Giới thiệu
Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, thị trường dầm va chạm hợp kim nhôm cũng đang tăng trưởng nhanh chóng, mặc dù vẫn còn tương đối nhỏ về quy mô tổng thể. Theo dự báo của Liên minh đổi mới công nghệ nhẹ ô tô cho thị trường dầm va chạm hợp kim nhôm của Trung Quốc, đến năm 2025, nhu cầu thị trường ước tính vào khoảng 140.000 tấn, với quy mô thị trường dự kiến đạt 4,8 tỷ RMB. Đến năm 2030, nhu cầu thị trường dự kiến sẽ đạt khoảng 220.000 tấn, với quy mô thị trường ước tính là 7,7 tỷ RMB và tốc độ tăng trưởng kép hàng năm khoảng 13%. Xu hướng phát triển trọng lượng nhẹ và sự tăng trưởng nhanh chóng của các mẫu xe từ trung đến cao cấp là những yếu tố thúc đẩy quan trọng cho sự phát triển của dầm va chạm hợp kim nhôm tại Trung Quốc. Triển vọng thị trường cho hộp va chạm dầm va chạm ô tô rất hứa hẹn.
Khi chi phí giảm và công nghệ phát triển, thanh giằng va chạm phía trước và hộp giảm chấn bằng hợp kim nhôm đang dần trở nên phổ biến hơn. Hiện tại, chúng được sử dụng trên các mẫu xe từ trung bình đến cao cấp như Audi A3, Audi A4L, BMW 3 series, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal và Buick LaCrosse.
Dầm chống va đập bằng hợp kim nhôm chủ yếu bao gồm các thanh ngang chống va đập, hộp chống va đập, tấm đế lắp và ống móc kéo, như thể hiện trong Hình 1.
Hình 1: Cụm dầm va đập hợp kim nhôm
Hộp va chạm là một hộp kim loại nằm giữa thanh chịu lực và hai thanh dọc của xe, về cơ bản đóng vai trò như một hộp hấp thụ năng lượng. Năng lượng này chính là lực va chạm. Khi xe gặp va chạm, thanh chịu lực có một mức độ hấp thụ năng lượng nhất định. Tuy nhiên, nếu năng lượng vượt quá khả năng chịu đựng của thanh chịu lực, nó sẽ truyền năng lượng sang hộp va chạm. Hộp va chạm hấp thụ toàn bộ lực va chạm và tự biến dạng, đảm bảo các thanh dọc không bị hư hại.
1 Yêu cầu về sản phẩm
1.1 Kích thước phải tuân thủ theo yêu cầu về dung sai của bản vẽ, như thể hiện trong Hình 2.
1.3 Yêu cầu về hiệu suất cơ học:
Độ bền kéo: ≥215 MPa
Giới hạn chảy: ≥205 MPa
Độ giãn dài A50: ≥10%
1.4 Hiệu suất nghiền hộp va chạm:
Dọc theo trục X của xe, sử dụng bề mặt va chạm lớn hơn tiết diện ngang của sản phẩm, tải với tốc độ 100 mm/phút cho đến khi bị nghiền nát, với lượng nén là 70%. Chiều dài ban đầu của thanh profile là 300 mm. Tại điểm nối giữa gân gia cường và thành ngoài, các vết nứt phải nhỏ hơn 15 mm mới được coi là chấp nhận được. Cần đảm bảo rằng vết nứt cho phép không làm giảm khả năng hấp thụ năng lượng nghiền nát của thanh profile, và không có vết nứt đáng kể nào ở các khu vực khác sau khi bị nghiền nát.
2 Phương pháp phát triển
Để đáp ứng đồng thời các yêu cầu về hiệu suất cơ học và hiệu suất nghiền, phương pháp phát triển như sau:
Sử dụng thanh 6063B có thành phần hợp kim chính là Si 0,38-0,41% và Mg 0,53-0,60%.
Thực hiện làm nguội bằng không khí và lão hóa nhân tạo để đạt được điều kiện T6.
Sử dụng phương pháp phun sương + làm nguội bằng không khí và xử lý lão hóa để đạt được trạng thái T7.
3 Sản xuất thí điểm
3.1 Điều kiện đùn
Sản xuất được thực hiện trên máy ép đùn 2000T với tỷ lệ đùn là 36. Vật liệu được sử dụng là thanh nhôm đồng nhất 6063B. Nhiệt độ gia nhiệt của thanh nhôm như sau: Vùng IV 450-Vùng III 470-Vùng II 490-Vùng 1 500. Áp suất đột phá của xi lanh chính là khoảng 210 bar, với pha đùn ổn định có áp suất đùn gần 180 bar. Tốc độ trục đùn là 2,5 mm/giây và tốc độ đùn biên dạng là 5,3 m/phút. Nhiệt độ tại đầu ra đùn là 500-540°C. Quá trình làm nguội được thực hiện bằng cách làm mát bằng không khí với công suất quạt bên trái là 100%, công suất quạt giữa là 100% và công suất quạt bên phải là 50%. Tốc độ làm nguội trung bình trong vùng tôi đạt 300-350°C/phút, và nhiệt độ sau khi ra khỏi vùng tôi là 60-180°C. Đối với phương pháp làm nguội bằng sương mù + không khí, tốc độ làm nguội trung bình trong vùng gia nhiệt đạt 430-480°C/phút, và nhiệt độ sau khi ra khỏi vùng tôi là 50-70°C. Biên dạng không bị uốn cong đáng kể.
3.2 Lão hóa
Sau quá trình lão hóa T6 ở nhiệt độ 185°C trong 6 giờ, độ cứng và tính chất cơ học của vật liệu như sau:
Theo quy trình lão hóa T7 ở nhiệt độ 210°C trong 6 giờ và 8 giờ, độ cứng và tính chất cơ học của vật liệu như sau:
Dựa trên dữ liệu thử nghiệm, phương pháp làm nguội bằng sương mù + không khí, kết hợp với quy trình lão hóa 210°C/6 giờ, đáp ứng các yêu cầu về cả hiệu suất cơ học và thử nghiệm nghiền. Xét về hiệu quả chi phí, phương pháp làm nguội bằng sương mù + không khí và quy trình lão hóa 210°C/6 giờ đã được lựa chọn để sản xuất nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản phẩm.
3.3 Thử nghiệm nghiền
Đối với thanh thứ hai và thứ ba, phần đầu được cắt 1,5m và phần đuôi được cắt 1,2m. Mỗi thanh được lấy hai mẫu từ phần đầu, phần giữa và phần đuôi, với chiều dài 300mm. Các thử nghiệm nghiền được tiến hành sau khi lão hóa ở 185°C/6h và 210°C/6h và 8h (dữ liệu hiệu suất cơ học như đã đề cập ở trên) trên máy thử vật liệu đa năng. Các thử nghiệm được tiến hành ở tốc độ tải 100 mm/phút với lượng nén 70%. Kết quả như sau: đối với quá trình tôi bằng sương mù + không khí với quy trình lão hóa 210°C/6h và 8h, các thử nghiệm nghiền đáp ứng các yêu cầu, như thể hiện trong Hình 3-2, trong khi các mẫu được tôi bằng không khí cho thấy vết nứt trong tất cả các quy trình lão hóa.
Dựa trên kết quả thử nghiệm nghiền, quá trình làm nguội bằng sương mù + không khí với quy trình lão hóa 210°C/6h và 8h đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.
4 Kết luận
Việc tối ưu hóa quá trình làm nguội và lão hóa là rất quan trọng để phát triển sản phẩm thành công và cung cấp giải pháp quy trình lý tưởng cho sản phẩm hộp va chạm.
Qua quá trình thử nghiệm rộng rãi, người ta đã xác định rằng trạng thái vật liệu cho sản phẩm hộp va chạm phải là 6063-T7, phương pháp làm nguội là làm mát bằng sương mù + không khí và quá trình lão hóa ở 210°C/6h là lựa chọn tốt nhất để đùn thanh nhôm có nhiệt độ từ 480-500°C, tốc độ trục đùn là 2,5 mm/giây, nhiệt độ khuôn đùn là 480°C và nhiệt độ đầu ra đùn là 500-540°C.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 07-05-2024
