Бидејќи земјите ширум светот придаваат големо значење на заштедата на енергија и намалувањето на емисиите, развојот на чисто електрични возила со нова енергија стана тренд. Покрај перформансите на батериите, квалитетот на каросеријата е исто така клучен фактор што влијае на опсегот на возење на возилата со нова енергија. Промовирањето на развојот на лесни структури на каросеријата на автомобилите и висококвалитетните врски може да го подобри сеопфатниот опсег на возење на електричните возила со намалување на тежината на целото возило колку што е можно повеќе, а воедно да се обезбедат цврстината и безбедносните перформанси на возилото. Во однос на олеснувањето на автомобилите, хибридната каросерија од челик и алуминиум ги зема предвид и цврстината и намалувањето на тежината на каросеријата, станувајќи важно средство за постигнување олеснување на каросеријата.
Традиционалниот метод на поврзување за поврзување на алуминиумски легури има слаби перформанси на поврзување и ниска сигурност. Самопрободувањето со заковки, како нова технологија за поврзување, е широко користено во автомобилската индустрија и воздухопловната индустрија поради неговата апсолутна предност во поврзувањето на лесни легури и композитни материјали. Во последниве години, домашните кинески научници спроведоа релевантни истражувања за технологијата на самопрободување со заковки и ги проучуваа ефектите од различните методи на термичка обработка врз перформансите на самопрободувачки заковки од чист титаниум TA1 индустриски. Беше откриено дека методите на термичка обработка со жарење и гаснење ја подобруваат статичката цврстина на самопрободувачки заковки од чист титаниум TA1 индустриски. Механизмот на формирање на спојот беше набљудуван и анализиран од перспектива на протокот на материјалот, а квалитетот на спојот беше оценет врз основа на ова. Преку металографски тестови, беше откриено дека големата површина на пластична деформација е рафинирана во структура на влакна со одредена тенденција, што го промовира подобрувањето на напонот на истегнување и цврстината на замор на спојот.
Горенаведеното истражување главно се фокусира на механичките својства на споевите по заковувањето на плочите од алуминиумски легури. Во вистинското производство на заковување на каросерии на автомобили, пукнатините на закованите споеви на екструдирани профили од алуминиумски легури, особено алуминиумски легури со висока цврстина со висока содржина на легирачки елементи, како што е алуминиумската легура 6082, се клучните фактори што ја ограничуваат примената на овој процес на каросеријата на автомобилот. Во исто време, толеранциите на обликот и положбата на екструдираните профили што се користат на каросеријата на автомобилот, како што се свиткување и извиткување, директно влијаат на склопувањето и употребата на профилите, а исто така ја одредуваат и димензионалната точност на последователната каросерија на автомобилот. За да се контролира свиткувањето и извиткувањето на профилите и да се обезбеди димензионална точност на профилите, покрај структурата на калапот, температурата на излезот на профилите и брзината на гаснење на интернет се најважните фактори на влијание. Колку е поголема температурата на излезот и колку е поголема брзината на гаснење, толку е поголем степенот на свиткување и извиткување на профилите. За профили од алуминиумски легури за каросерии на автомобили, потребно е да се обезбеди димензионална точност на профилите и да се осигура дека заковувањето на легурата нема да пукне. Наједноставниот начин за оптимизирање на димензионалната точност и перформансите на заниткување на легурата е да се контролира пукањето со оптимизирање на температурата на загревање и процесот на стареење на екструдираните прачки, додека составот на материјалот, структурата на калапот, брзината на екструдирање и брзината на гаснење остануваат непроменети. За алуминиумска легура 6082, под претпоставка дека другите услови на процесот остануваат непроменети, колку е повисока температурата на екструдирање, толку е поплиток грубиот слој, но толку е поголема деформацијата на профилот по гаснењето.
Овој труд зема алуминиумска легура 6082 со ист состав како и предметот на истражување, користи различни температури на екструдирање и различни процеси на стареење за да подготви примероци во различни состојби и ги проценува ефектите од температурата на екструдирање и состојбата на стареење врз тестот за заковување преку тестови за заковување. Врз основа на прелиминарните резултати, оптималниот процес на стареење е дополнително определен за да се обезбеди насока за последователното производство на профили за екструдирање на каросеријата од алуминиумска легура 6082.
1 Експериментални материјали и методи
Како што е прикажано во Табела 1, алуминиумската легура 6082 беше стопена и подготвена во кружна ингота со полуконтинуирано леење. Потоа, по хомогенизацискиот термички третман, инготата беше загреана на различни температури и екструдирана во профил на екструдер од 2200 t. Дебелината на ѕидот на профилот беше 2,5 mm, температурата на цевката за екструдирање беше 440±10 ℃, температурата на калапот за екструдирање беше 470±10 ℃, брзината на екструдирање беше 2,3±0,2 mm/s, а методот на гаснење на профилот беше ладење со силен ветер. Според температурата на загревање, примероците беа нумерирани од 1 до 3, меѓу кои примерокот 1 имаше најниска температура на загревање, а соодветната температура на готовата материја беше 470±5 ℃, соодветната температура на готовата материја од примерокот 2 беше 485±5 ℃, а температурата на примерокот 3 беше највисока, а соодветната температура на готовата материја беше 500±5 ℃.
Табела 1 Измерен хемиски состав на испитуваната легура (масен удел/%)
Под услов другите параметри на процесот, како што се составот на материјалот, структурата на калапот, брзината на екструдирање, брзината на гаснење, да останат непроменети, горенаведените примероци бр. 1 до 3 добиени со прилагодување на температурата на загревање на екструдирањето се стареат во кутиена отпорна печка, а системот за стареење е 180 ℃/6 часа и 190 ℃/6 часа. По изолацијата, тие се ладат со воздух, а потоа се заковуваат за да се процени влијанието на различните температури на екструдирање и состојбите на стареење врз тестот за заковување. Тестот за заковување користи легура 6082 со дебелина од 2,5 mm со различни температури на екструдирање и различни системи на стареење како долна плоча, и легура 5754-O со дебелина од 1,4 mm како горна плоча за SPR тест за заковување. Матрицата за заковување е M260238, а заковката е C5.3×6.0 H2O. Дополнително, со цел дополнително да се утврди оптималниот процес на стареење, според влијанието на температурата на екструзија и состојбата на стареење врз напрскувањето на заковките, се избира плочата на оптимална температура на екструзија, а потоа се третира со различни температури и различно време на стареење за да се проучи влијанието на системот на стареење врз напрскувањето на заковките, со цел конечно да се потврди оптималниот систем на стареење. За набљудување на микроструктурата на материјалот на различни температури на екструзија беше користен микроскоп со висока моќност, за тестирање на механичките својства беше користена електронска универзална машина за тестирање од серијата MTS-SANS CMT5000 со микрокомпјутер, а за набљудување на напрскувањата на споевите по напрскувањето во различни состојби беше користен микроскоп со ниска моќност.
2Експериментални резултати и дискусија
2.1 Влијание на температурата на екструдирање и состојбата на стареење врз напукнувањето со заковување
Примерокот беше земен по пресекот на екструдираниот профил. По грубо брусење, фино брусење и полирање со шмиргла, примерокот беше кородиран со 10% NaOH во тек на 8 минути, а црниот производ од корозија беше избришан со азотна киселина. Слојот од груби зрна на примерокот беше набљудуван со микроскоп со голема моќност, кој се наоѓаше на површината надвор од копчата на заковката во предвидената позиција за заковување, како што е прикажано на Слика 1. Просечната длабочина на слојот од груби зрна на примерокот бр. 1 беше 352 μm, просечната длабочина на слојот од груби зрна на примерокот бр. 2 беше 135 μm, а просечната длабочина на слојот од груби зрна на примерокот бр. 3 беше 31 μm. Разликата во длабочината на слојот од груби зрна главно се должи на различните температури на екструдирање. Колку е повисока температурата на екструдирање, толку е помала отпорноста на деформација на легурата 6082, толку е помало складирањето на енергија на деформација генерирано од триењето помеѓу легурата и калапот за екструдирање (особено работниот ремен на калапот) и толку е помала движечката сила на рекристализација. Затоа, површинскиот слој од груби зрна е поплиток; Колку е пониска температурата на екструдирање, толку е поголема отпорноста на деформација, толку е поголемо складирањето на енергијата на деформација, толку е полесно да се рекристализира и толку е подлабок слојот од груби зрна. За легурата 6082, механизмот на рекристализација од груби зрна е секундарна рекристализација.
(а) Модел 1
(б) Модел 2
(в) Модел 3
Слика 1 Дебелина на грубо зрнест слој на екструдирани профили со различни процеси
Примероците од 1 до 3 подготвени на различни температури на екструдирање беа зреени на 180 ℃/6 часа и 190 ℃/6 часа, соодветно. Механичките својства на примерокот 2 по двата процеса на стареење се прикажани во Табела 2. Според двата системи на стареење, цврстината на истегнување и цврстината на истегнување на примерокот на 180 ℃/6 часа се значително повисоки од оние на 190 ℃/6 часа, додека издолжувањето на двата не е многу различно, што укажува дека 190 ℃/6 часа е третман со прекумерно стареење. Бидејќи механичките својства на алуминиумската легура од серијата 6 значително варираат со промената на процесот на стареење во состојбата на под-стареење, тоа не е погодно за стабилноста на процесот на производство на профили и контролата на квалитетот на заковување. Затоа, не е погодно да се користи состојбата на под-стареење за производство на профили на каросерија.
Табела 2 Механички својства на примерокот бр. 2 под два системи на стареење
Изгледот на тест парчето по заковувањето е прикажан на Слика 2. Кога примерокот бр. 1 со подлабок груб слој беше закован во состојба на врвно стареење, долната површина на заковката имаше очигледна кора од портокал и пукнатини видливи со голо око, како што е прикажано на Слика 2а. Поради неконзистентната ориентација во зрната, степенот на деформација ќе биде нерамномерен за време на деформацијата, формирајќи нерамна површина. Кога зрната се груби, нерамномерноста на површината станува поголема, формирајќи феномен на кора од портокал видлив со голо око. Кога примерокот бр. 3 со поплиток груб слој подготвен со зголемување на температурата на екструзија беше закован во состојба на врвно стареење, долната површина на заковката беше релативно мазна, а пукањето беше потиснато до одреден степен, што беше видливо само под зголемување на микроскоп, како што е прикажано на Слика 2б. Кога примерокот бр. 3 беше во состојба на прекумерно стареење, не беше забележано пукање под зголемување на микроскоп, како што е прикажано на Слика 2в.
(а) Пукнатини видливи со голо око
(б) Мали пукнатини видливи под микроскоп
(в) Без пукнатини
Слика 2 Различни степени на пукање по заковување
Површината по заковувањето е главно во три состојби, имено, пукнатини видливи со голо око (означени со „×“), мали пукнатини видливи под зголемување на микроскоп (означени со „△“) и без пукнатини (означени со „○“). Резултатите од морфологијата на заковувањето на горенаведените примероци од три состојби под два системи на стареење се прикажани во Табела 3. Може да се види дека кога процесот на стареење е константен, перформансите на заковување на пукање на примерокот со повисока температура на екструзија и потенок слој од груби зрна се подобри од оние на примерокот со подлабок слој од груби зрна; кога слојот од груби зрна е константен, перформансите на заковување на пукање во состојбата на прекумерно стареење се подобри од оние во состојбата на врвно стареење.
Табела 3 Занитувачки изглед на примероците од 1 до 3 под два процесни системи
Беа проучени ефектите од морфологијата на зрната и состојбата на стареење врз однесувањето на профилите при пукање при аксијална компресија. Состојбата на напрегање на материјалот за време на аксијална компресија беше во согласност со онаа на самопробивното заковување. Студијата покажа дека пукнатините потекнуваат од границите на зрната, а механизмот на пукање на легурата Al-Mg-Si беше објаснет со формулата.
σapp е напрегањето применето на кристалот. При пукање, σapp е еднакво на вистинската вредност на напрегањето што одговара на затезната цврстина; σa0 е отпорноста на талозите за време на интракристалното лизгање; Φ е коефициентот на концентрација на напрегање, кој е поврзан со големината на зрното d и ширината на лизгање p.
Во споредба со рекристализацијата, структурата на влакнестите зрна е попогодна за инхибиција на пукање. Главната причина е што големината на зрното d е значително намалена поради рафинирањето на зрната, што може ефикасно да го намали факторот на концентрација на стрес Φ на границата на зрното, со што се инхибира пукањето. Во споредба со влакнестата структура, факторот на концентрација на стрес Φ на рекристализираната легура со груби зрна е околу 10 пати поголем од првата.
Во споредба со врвното стареење, состојбата на прекумерно стареење е поповолна за инхибиција на пукање, што е определено од различните состојби на фазата на таложење во легурата. За време на врвното стареење, фази од 20-50 nm 'β (Mg5Si6) се таложат во легурата 6082, со голем број на талози и мали димензии; кога легурата е во фаза на прекумерно стареење, бројот на талози во легурата се намалува, а големината станува поголема. Талогите генерирани за време на процесот на стареење можат ефикасно да го инхибираат движењето на дислокациите во легурата. Неговата сила на прицврстување на дислокациите е поврзана со големината и волуменскиот удел на фазата на талог. Емпириската формула е:
f е волуменскиот удел на фазата на талог; r е големината на фазата; σa е енергијата на интерфејсот помеѓу фазата и матрицата. Формулата покажува дека колку е поголема големината на фазата на талог и колку е помал волуменскиот удел, колку е помала нејзината сила на прицврстување на дислокациите, толку е полесно да започнат дислокациите во легурата, а σa0 во легурата ќе се намали од состојба на врвно стареење до состојба на прекумерно стареење. Дури и ако σa0 се намали, кога легурата преминува од состојба на врвно стареење во состојба на прекумерно стареење, вредноста σapp во моментот на пукање на легурата се намалува повеќе, што резултира со значително намалување на ефективното напрегање на границата на зрната (σapp-σa0). Ефективното напрегање на границата на зрната при прекумерно стареење е околу 1/5 од она при врвно стареење, односно е помала веројатноста да се пука на границата на зрната во состојба на прекумерно стареење, што резултира со подобри перформанси на заковување на легурата.
2.2 Оптимизација на температурата на екструдирање и системот за процес на стареење
Според горенаведените резултати, зголемувањето на температурата на екструдирање може да ја намали длабочината на грубо зрнестиот слој, со што се спречува пукањето на материјалот за време на процесот на заковување. Меѓутоа, под претпоставка на одреден состав на легурата, структура на калапот за екструдирање и процес на екструдирање, ако температурата на екструдирање е превисока, од една страна, степенот на свиткување и извртување на профилот ќе се влоши за време на последователниот процес на гаснење, со што толеранцијата на големината на профилот нема да ги исполни барањата, а од друга страна, ќе предизвика легурата лесно да се прегори за време на процесот на екструдирање, зголемувајќи го ризикот од кинење на материјалот. Земајќи ги предвид состојбата на заковување, процесот на големината на профилот, прозорецот на процесот на производство и други фактори, посоодветната температура на екструдирање за оваа легура не е помала од 485 ℃, односно примерокот бр. 2. За да се потврди оптималниот систем на процесот на стареење, процесот на стареење беше оптимизиран врз основа на примерокот бр. 2.
Механичките својства на примерокот бр. 2 при различни периоди на стареење на 180 ℃, 185 ℃ и 190 ℃ се прикажани на Слика 3, а тоа се цврстина на истегнување, цврстина на затегнување и издолжување. Како што е прикажано на Слика 3а, под 180 ℃, времето на стареење се зголемува од 6 часа на 12 часа, а цврстината на истегнување на материјалот не се намалува значително. Под 185 ℃, како што времето на стареење се зголемува од 4 часа на 12 часа, цврстината на истегнување прво се зголемува, а потоа се намалува, а времето на стареење што одговара на највисоката вредност на цврстината е 5-6 часа. Под 190 ℃, како што времето на стареење се зголемува, цврстината на истегнување постепено се намалува. Генерално, на трите температури на стареење, колку е пониска температурата на стареење, толку е поголема максималната цврстина на материјалот. Карактеристиките на цврстината на истегнување на Слика 3б се во согласност со цврстината на истегнување на Слика 3а. Издолжувањето при различни температури на стареење прикажано на Слика 3в е помеѓу 14% и 17%, без очигледен модел на промена. Овој експеримент го тестира врвот на стареење до фазата на прекумерно стареење, а поради малите експериментални разлики, грешката во тестот предизвикува моделот на промена да биде нејасен.
Сл. 3 Механички својства на материјалите при различни температури и времиња на стареење
По горенаведениот третман на стареење, пукањето на закованите споеви е сумирано во Табела 4. Од Табела 4 може да се види дека со зголемување на времето, пукањето на закованите споеви е потиснато до одреден степен. Под услов од 180 ℃, кога времето на стареење надминува 10 часа, изгледот на закованиот спој е во прифатлива состојба, но нестабилен. Под услов од 185 ℃, по стареење од 7 часа, изгледот на закованиот спој нема пукнатини и состојбата е релативно стабилна. Под услов од 190 ℃, изгледот на закованиот спој нема пукнатини и состојбата е стабилна. Од резултатите од тестот за заковување, може да се види дека перформансите на заковување се подобри и постабилни кога легурата е во престарена состојба. Во комбинација со употребата на профилот на телото, заковувањето на 180 ℃/10~12 часа не е погодно за стабилноста на квалитетот на процесот на производство контролиран од OEM. За да се обезбеди стабилноста на закованиот спој, времето на стареење треба дополнително да се продолжи, но проверката на времето на стареење ќе доведе до намалена ефикасност на производството на профили и зголемени трошоци. Под услов од 190 ℃, сите примероци можат да ги исполнат барањата за пукање на закованиот спој, но цврстината на материјалот е значително намалена. Според барањата на дизајнот на возилото, границата на истегнување на легурата 6082 мора да биде загарантирана поголема од 270 MPa. Затоа, температурата на стареење од 190 ℃ не ги исполнува барањата за цврстина на материјалот. Во исто време, ако цврстината на материјалот е прениска, преостанатата дебелина на долната плоча на закованиот спој ќе биде премала. По стареењето на 190 ℃/8 часа, карактеристиките на напречниот пресек на закованиот спој покажуваат дека преостанатата дебелина е 0,26 mm, што не го исполнува индексниот услов од ≥0,3 mm, како што е прикажано на Слика 4а. Гледано сеопфатно, оптималната температура на стареење е 185 ℃. По стареење од 7 часа, материјалот може стабилно да ги исполни барањата за заковување, а цврстината ги исполнува барањата за перформанси. Со оглед на стабилноста на производството на процесот на заковување во работилницата за заварување, се предлага оптималното време на стареење да се одреди на 8 часа. Карактеристиките на пресекот под овој процесен систем се прикажани на Слика 4б, која ги исполнува барањата за индекс на меѓуслојување. Левите и десните меѓуслојни отвори се 0,90 mm и 0,75 mm, што ги исполнува барањата за индекс од ≥0,4 mm, а дебелината на преостанатиот дел од дното е 0,38 mm.
Табела 4 Пукнатини на примерок бр. 2 на различни температури и различно време на стареење
Сл.4 Карактеристики на попречниот пресек на заковани споеви на долни плочи 6082 во различни состојби на стареење
3 Заклучок
Колку е повисока температурата на екструдирање на профилите од алуминиумска легура 6082, толку е поплиток грубозрнестиот слој на површината по екструдирањето. Поплитката дебелина на грубозрнестиот слој може ефикасно да го намали факторот на концентрација на стрес на границата на зрната, со што се спречува пукањето на занитливите влакна. Експерименталните истражувања утврдија дека оптималната температура на екструдирање не е помала од 485 ℃.
Кога дебелината на грубо зрнестиот слој од профилот на алуминиумска легура 6082 е иста, ефективното напрегање на границата на зрната на легурата во состојба на прекумерно стареење е помало отколку во состојба на врвно стареење, ризикот од пукање за време на заковувањето е помал, а перформансите на заковување на легурата се подобри. Земајќи ги предвид трите фактори: стабилност на заковувањето, вредност на меѓусебно заклучување на закованиот спој, ефикасност на производството при термичка обработка и економски придобивки, оптималниот систем на стареење за легурата е определен на 185℃/8h.
Време на објавување: 05 април 2025 година
