Giảm trọng lượng ô tô là mục tiêu chung của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu. Tăng cường sử dụng vật liệu hợp kim nhôm trong các thành phần ô tô là hướng phát triển cho các loại xe hiện đại mới. Hợp kim nhôm 6082 là hợp kim nhôm có thể xử lý nhiệt, được gia cường với độ bền vừa phải, khả năng tạo hình tuyệt vời, khả năng hàn, khả năng chống mỏi và chống ăn mòn. Hợp kim này có thể được đùn thành ống, thanh và hình dạng, và được sử dụng rộng rãi trong các thành phần ô tô, các bộ phận kết cấu hàn, vận tải và ngành xây dựng.
Hiện nay, nghiên cứu về hợp kim nhôm 6082 để sử dụng trong xe năng lượng mới ở Trung Quốc còn hạn chế. Do đó, nghiên cứu thực nghiệm này điều tra tác động của phạm vi hàm lượng nguyên tố hợp kim nhôm 6082, thông số quy trình đùn, phương pháp làm nguội, v.v., đối với hiệu suất và cấu trúc vi mô của cấu hình hợp kim. Nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa thành phần hợp kim và thông số quy trình để sản xuất vật liệu hợp kim nhôm 6082 phù hợp cho xe năng lượng mới.
1. Vật liệu và phương pháp thử nghiệm
Quy trình thực nghiệm: Tỷ lệ thành phần hợp kim – Nấu chảy thỏi – Đồng nhất thỏi – Cưa thỏi thành phôi – Đùn các thanh định hình – Làm nguội trực tiếp các thanh định hình – Làm già nhân tạo – Chuẩn bị mẫu thử.
1.1 Chuẩn bị thỏi
Trong phạm vi quốc tế của các thành phần hợp kim nhôm 6082, ba thành phần đã được chọn với phạm vi kiểm soát hẹp hơn, được dán nhãn là 6082-/6082″, 6082-Z, với cùng hàm lượng nguyên tố Si. Hàm lượng nguyên tố Mg, y > z; Hàm lượng nguyên tố Mn, x > y > z; Hàm lượng nguyên tố Cr, Ti, x > y = z. Các giá trị mục tiêu thành phần hợp kim cụ thể được thể hiện trong Bảng 1. Đúc thỏi được thực hiện bằng phương pháp đúc làm mát bằng nước bán liên tục, sau đó là xử lý đồng nhất hóa. Cả ba thỏi đều được đồng nhất hóa bằng hệ thống đã thiết lập của nhà máy ở 560°C trong 2 giờ với làm mát bằng sương nước.
1.2 Đùn các thanh định hình
Các thông số quy trình đùn được điều chỉnh phù hợp với nhiệt độ gia nhiệt phôi và tốc độ làm nguội tôi. Mặt cắt ngang của các cấu hình đùn được thể hiện trong Hình 1. Các thông số quy trình đùn được thể hiện trong Bảng 2. Trạng thái tạo hình của các cấu hình đùn được thể hiện trong Hình 2.
2. Kết quả thử nghiệm và phân tích
Thành phần hóa học cụ thể của các cấu hình hợp kim nhôm 6082 trong ba phạm vi thành phần được xác định bằng máy quang phổ đọc trực tiếp ARL của Thụy Sĩ, như thể hiện trong Bảng 3.
2.1 Kiểm tra hiệu suất
Để so sánh, hiệu suất của ba loại hợp kim có thành phần khác nhau với các phương pháp làm nguội khác nhau, các thông số đùn giống hệt nhau và quy trình lão hóa đã được kiểm tra.
2.1.1 Hiệu suất cơ học
Sau khi lão hóa nhân tạo ở 175°C trong 8 giờ, các mẫu chuẩn được lấy từ hướng đùn của các cấu hình để thử nghiệm kéo bằng máy thử nghiệm điện tử vạn năng Shimadzu AG-X100. Hiệu suất cơ học sau khi lão hóa nhân tạo cho các thành phần và phương pháp làm nguội khác nhau được thể hiện trong Bảng 4.
Từ Bảng 4, có thể thấy rằng hiệu suất cơ học của tất cả các cấu hình đều vượt quá các giá trị tiêu chuẩn quốc gia. Các cấu hình được sản xuất từ phôi hợp kim 6082-Z có độ giãn dài thấp hơn sau khi gãy. Các cấu hình được sản xuất từ phôi hợp kim 6082-7 có hiệu suất cơ học cao nhất. Các cấu hình hợp kim 6082-X, với các phương pháp dung dịch rắn khác nhau, thể hiện hiệu suất cao hơn với các phương pháp làm nguội nhanh.
2.1.2 Kiểm tra hiệu suất uốn
Sử dụng máy thử nghiệm vạn năng điện tử, các thử nghiệm uốn ba điểm đã được tiến hành trên các mẫu và kết quả uốn được thể hiện trong Hình 3. Hình 3 cho thấy các sản phẩm được sản xuất từ phôi hợp kim 6082-Z có lớp vỏ cam nghiêm trọng trên bề mặt và nứt ở mặt sau của các mẫu uốn. Các sản phẩm được sản xuất từ phôi hợp kim 6082-X có hiệu suất uốn tốt hơn, bề mặt nhẵn không có lớp vỏ cam và chỉ có các vết nứt nhỏ ở các vị trí bị giới hạn bởi các điều kiện hình học ở mặt sau của các mẫu uốn.
2.1.3 Kiểm tra độ phóng đại cao
Các mẫu được quan sát dưới kính hiển vi quang học Carl Zeiss AX10 để phân tích cấu trúc vi mô. Kết quả phân tích cấu trúc vi mô cho ba cấu hình hợp kim trong phạm vi thành phần được thể hiện trong Hình 4. Hình 4 chỉ ra rằng kích thước hạt của các sản phẩm được sản xuất từ thanh 6082-X và phôi hợp kim 6082-K là tương tự nhau, với kích thước hạt tốt hơn một chút trong hợp kim 6082-X so với hợp kim 6082-y. Các sản phẩm được sản xuất từ phôi hợp kim 6082-Z có kích thước hạt lớn hơn và lớp vỏ dày hơn, dễ dẫn đến hiện tượng bong tróc bề mặt và liên kết kim loại bên trong yếu hơn.
2.2 Phân tích kết quả
Dựa trên kết quả thử nghiệm trên, có thể kết luận rằng thiết kế phạm vi thành phần hợp kim ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô, hiệu suất và khả năng tạo hình của các cấu hình đùn. Hàm lượng nguyên tố Mg tăng làm giảm độ dẻo của hợp kim và dẫn đến hình thành vết nứt trong quá trình đùn. Hàm lượng Mn, Cr và Ti cao hơn có tác động tích cực đến việc tinh chỉnh cấu trúc vi mô, từ đó tác động tích cực đến chất lượng bề mặt, hiệu suất uốn và hiệu suất tổng thể.
3.Kết luận
Nguyên tố Mg ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất cơ học của hợp kim nhôm 6082. Hàm lượng Mg tăng làm giảm độ dẻo của hợp kim và dẫn đến hình thành vết nứt trong quá trình đùn.
Mn, Cr và Ti có tác động tích cực đến quá trình tinh chỉnh cấu trúc vi mô, giúp cải thiện chất lượng bề mặt và hiệu suất uốn của các sản phẩm đùn.
Cường độ làm nguội khác nhau có tác động đáng kể đến hiệu suất của các thanh hợp kim nhôm 6082. Đối với mục đích sử dụng trong ô tô, việc áp dụng quy trình làm nguội bằng sương nước sau đó làm mát bằng phun nước mang lại hiệu suất cơ học tốt hơn và đảm bảo độ chính xác về hình dạng và kích thước của các thanh.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 26-03-2024
