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 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 của việc giảm trọng lượng và sự tăng trưởng nhanh chóng của các mẫu xe trung bình 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 tiến bộ, dầm va chạm phía trước bằng hợp kim nhôm và hộp va chạm đang dần trở nên phổ biến hơn. Hiện tại, chúng được sử dụng trong các mẫu xe 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: Bộ phận lắp ráp dầm va đập bằng hợp kim nhôm
Hộp va chạm là hộp kim loại nằm giữa dầm va chạm và hai dầm dọc của xe, về cơ bản đóng vai trò như một hộp hấp thụ năng lượng. Năng lượng này đề cập đến lực va chạm. Khi xe gặp va chạm, dầm va chạm có một mức độ hấp thụ năng lượng nhất định. Tuy nhiên, nếu năng lượng vượt quá khả năng của dầm va chạm, nó sẽ truyền năng lượng đến hộp va chạm. Hộp va chạm hấp thụ toàn bộ lực va chạm và tự biến dạng, đảm bảo rằng các dầm dọc không bị hư hại.
1 Yêu cầu 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 mặt cắt 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 cấu hình là 300 mm. Tại điểm nối của gân gia cố và thành ngoài, các vết nứt phải nhỏ hơn 15 mm để được coi là chấp nhận được. Cần đảm bảo rằng vết nứt được phép không làm giảm khả năng hấp thụ năng lượng nghiền nát của cấu hình và không có vết nứt đáng kể nào ở các khu vực khác sau khi 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 tiến hành 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 490-1 vùng 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 mát trung bình trong vùng làm nguội đạt 300-350°C/phút, nhiệt độ sau khi thoát khỏi vùng làm nguội là 60-180°C. Đối với quá trình làm nguội bằng sương mù + không khí, tốc độ làm mát trung bình trong vùng gia nhiệt đạt 430-480°C/phút, nhiệt độ sau khi thoát khỏi vùng làm nguội là 50-70°C. Đường cong 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/6h đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất cơ học và thử nghiệm nghiền. Xem xét hiệu quả về mặt chi phí, phương pháp làm nguội bằng sương mù + không khí và quy trình lão hóa 210°C/6h được lựa chọn để sản xuất nhằm đáp ứng được yêu cầu của sản phẩm.
3.3 Kiểm tra nghiền
Đối với thanh thứ hai và thứ ba, đầu thanh bị cắt đi 1,5m và đuôi thanh bị cắt đi 1,2m. Mỗi thanh lấy hai mẫu từ phần đầu, giữa và đuôi, có 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 là 70%. Kết quả như sau: đối với quá trình làm nguội bằng sương mù + không khí với các 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 làm nguội bằng không khí biểu hiện nứt đối với 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 đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển thành công của sản phẩm 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 quy 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
