Der Leichtbau von Automobilen ist ein gemeinsames Ziel der globalen Automobilindustrie. Die zunehmende Verwendung von Aluminiumlegierungsmaterialien in Automobilkomponenten ist die Entwicklungsrichtung für moderne Fahrzeuge neuen Typs. Die Aluminiumlegierung 6082 ist eine wärmebehandelbare, verstärkte Aluminiumlegierung mit mäßiger Festigkeit, ausgezeichneter Formbarkeit, Schweißbarkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierung kann zu Rohren, Stangen und Profilen extrudiert werden und wird häufig in Automobilkomponenten, geschweißten Strukturteilen, im Transportwesen und in der Bauindustrie verwendet.
Derzeit gibt es nur begrenzte Forschungsergebnisse zur 6082-Aluminiumlegierung für den Einsatz in Fahrzeugen mit neuer Energie in China. Daher untersucht diese experimentelle Studie die Auswirkungen des Elementgehaltsbereichs der Aluminiumlegierung 6082, der Parameter des Extrusionsprozesses, der Abschreckmethoden usw. auf die Leistung und Mikrostruktur des Legierungsprofils. Diese Studie zielt darauf ab, die Legierungszusammensetzung und Prozessparameter zu optimieren, um 6082-Aluminiumlegierungsmaterialien herzustellen, die für Fahrzeuge mit neuer Energie geeignet sind.
1. Testmaterialien und -methoden
Experimenteller Prozessablauf: Legierungszusammensetzungsverhältnis – Blockschmelzen – Blockhomogenisierung – Blocksägen in Knüppel – Strangpressen von Profilen – Inline-Abschrecken von Profilen – Künstliche Alterung – Vorbereitung von Testproben.
1.1 Barrenvorbereitung
Innerhalb des internationalen Bereichs der 6082-Aluminiumlegierungszusammensetzungen wurden drei Zusammensetzungen mit engeren Kontrollbereichen ausgewählt, die als 6082-/6082″, 6082-Z und mit demselben Si-Elementgehalt gekennzeichnet sind. Mg-Elementgehalt, y > z; Mn-Elementgehalt, x > y > z; Cr-, Ti-Elementgehalt, x > y = z. Die spezifischen Zielwerte für die Legierungszusammensetzung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der Barrenguss wurde mit einem halbkontinuierlichen Wasserkühlungsgussverfahren durchgeführt, gefolgt von einer Homogenisierungsbehandlung. Alle drei Barren wurden mit dem etablierten System der Fabrik bei 560 °C für 2 Stunden und Wassernebelkühlung homogenisiert.
1.2 Extrusion von Profilen
Die Parameter des Extrusionsprozesses wurden entsprechend der Heiztemperatur des Knüppels und der Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken angepasst. Der Querschnitt der extrudierten Profile ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Parameter des Extrusionsprozesses sind in Tabelle 2 dargestellt. Der Umformstatus der extrudierten Profile ist in Abbildung 2 dargestellt.
2.Testergebnisse und Analyse
Die spezifische chemische Zusammensetzung der 6082-Aluminiumlegierungsprofile innerhalb der drei Zusammensetzungsbereiche wurde mit einem Swiss ARL-Direktablesungsspektrometer bestimmt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
2.1 Leistungstests
Zum Vergleich wurde die Leistung der Legierungsprofile der drei Zusammensetzungsbereiche mit unterschiedlichen Abschreckmethoden, identischen Extrusionsparametern und Alterungsprozessen untersucht.
2.1.1 Mechanische Leistung
Nach einer künstlichen Alterung bei 175 °C für 8 Stunden wurden Standardproben aus der Extrusionsrichtung der Profile zur Zugprüfung mit einer elektronischen Universalprüfmaschine Shimadzu AG-X100 entnommen. Die mechanische Leistung nach künstlicher Alterung für verschiedene Zusammensetzungen und Abschreckmethoden ist in Tabelle 4 dargestellt.
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die mechanische Leistung aller Profile über den nationalen Normwerten liegt. Aus 6082-Z-Legierungsknüppeln hergestellte Profile hatten eine geringere Bruchdehnung. Aus 6082-7-Legierungsknüppeln hergestellte Profile wiesen die höchste mechanische Leistung auf. 6082-X-Legierungsprofile zeigten mit verschiedenen Mischkristallverfahren eine höhere Leistung bei Schnellabkühlungs-Abschreckmethoden.
2.1.2 Prüfung der Biegeleistung
Mit einer elektronischen Universalprüfmaschine wurden Dreipunkt-Biegetests an Proben durchgeführt. Die Biegeergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3 zeigt, dass aus 6082-Z-Legierungsknüppeln hergestellte Produkte starke Orangenhaut auf der Oberfläche und Risse aufwiesen Rückseite der gebogenen Proben. Aus 6082-X-Legierungsblöcken hergestellte Produkte wiesen eine bessere Biegeleistung, glatte Oberflächen ohne Orangenhaut und nur kleine Risse an Positionen auf, die durch geometrische Bedingungen auf der Rückseite der gebogenen Proben begrenzt waren.
2.1.3 Inspektion mit hoher Vergrößerung
Die Proben wurden zur Mikrostrukturanalyse unter einem optischen Carl Zeiss AX10-Mikroskop beobachtet. Die Ergebnisse der Mikrostrukturanalyse für die Legierungsprofile mit drei Zusammensetzungsbereichen sind in Abbildung 4 dargestellt. Abbildung 4 zeigt, dass die Korngröße der aus 6082-X-Stäben und 6082-K-Legierungsbarren hergestellten Produkte ähnlich war, wobei die Korngröße bei 6082-X etwas besser war Legierung im Vergleich zur 6082-y-Legierung. Aus 6082-Z-Legierungsknüppeln hergestellte Produkte hatten größere Korngrößen und dickere Cortexschichten, was leichter zu Orangenhaut an der Oberfläche und einer geschwächten inneren Metallbindung führte.
2.2 Ergebnisanalyse
Basierend auf den oben genannten Testergebnissen kann der Schluss gezogen werden, dass die Gestaltung des Legierungszusammensetzungsbereichs die Mikrostruktur, Leistung und Formbarkeit von Strangpressprofilen erheblich beeinflusst. Ein erhöhter Mg-Elementgehalt verringert die Plastizität der Legierung und führt zur Rissbildung beim Strangpressen. Höhere Mn-, Cr- und Ti-Gehalte wirken sich positiv auf die Verfeinerung der Mikrostruktur aus, was sich wiederum positiv auf die Oberflächenqualität, die Biegeleistung und die Gesamtleistung auswirkt.
3. Fazit
Das Mg-Element beeinflusst die mechanische Leistung der 6082-Aluminiumlegierung erheblich. Ein erhöhter Mg-Gehalt verringert die Plastizität der Legierung und führt zur Rissbildung beim Strangpressen.
Mn, Cr und Ti wirken sich positiv auf die Verfeinerung der Mikrostruktur aus und führen zu einer verbesserten Oberflächenqualität und Biegeleistung extrudierter Produkte.
Unterschiedliche Abkühlintensitäten haben einen spürbaren Einfluss auf die Leistung von Profilen aus 6082-Aluminiumlegierungen. Im Automobilbereich sorgt die Anwendung eines Abschreckprozesses mit Wassernebel und anschließender Wassersprühkühlung für eine bessere mechanische Leistung und stellt die Form- und Maßgenauigkeit der Profile sicher.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26. März 2024
