Die Leichtbauweise von Automobilen ist ein gemeinsames Ziel der globalen Automobilindustrie. Die zunehmende Verwendung von Aluminiumlegierungen in Automobilkomponenten ist die Entwicklungsrichtung für moderne Fahrzeuge neuen Typs. Die Aluminiumlegierung 6082 ist eine wärmebehandelbare, verstärkte Aluminiumlegierung mit mittlerer Festigkeit, ausgezeichneter Formbarkeit, Schweißbarkeit, Dauerfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierung kann zu Rohren, Stäben und Profilen extrudiert werden und findet breite Anwendung in Automobilkomponenten, geschweißten Strukturteilen, im Transportwesen und in der Bauindustrie.
Derzeit gibt es in China nur begrenzte Forschung zur Aluminiumlegierung 6082 für den Einsatz in Fahrzeugen mit alternativem Antrieb. Daher untersucht diese experimentelle Studie die Auswirkungen des Elementgehalts der Aluminiumlegierung 6082, der Extrusionsprozessparameter, der Abschreckverfahren usw. auf die Leistung und Mikrostruktur des Legierungsprofils. Ziel dieser Studie ist die Optimierung der Legierungszusammensetzung und der Prozessparameter zur Herstellung von für Fahrzeuge mit alternativem Antrieb geeigneten Aluminiumlegierungen 6082.
1. Testmaterialien und -methoden
Experimenteller Prozessablauf: Legierungszusammensetzungsverhältnis – Schmelzen der Barren – Homogenisieren der Barren – Sägen der Barren in Knüppel – Extrusion von Profilen – Inline-Abschrecken der Profile – Künstliches Altern – Vorbereitung der Prüfkörper.
1.1 Barrenherstellung
Aus dem internationalen Sortiment der Aluminiumlegierungen 6082 wurden drei Zusammensetzungen mit engeren Regelbereichen ausgewählt, die als 6082-/6082″ und 6082-Z bezeichnet werden und denselben Si-Gehalt aufweisen. Mg-Gehalt: y > z; Mn-Gehalt: x > y > z; Cr-, Ti-Gehalt: x > y = z. Die Zielwerte für die Legierungszusammensetzung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der Barrenguss erfolgte im halbkontinuierlichen Wasserkühlungsverfahren, gefolgt von einer Homogenisierungsbehandlung. Alle drei Barren wurden im werkseigenen System bei 560 °C 2 Stunden lang mit Wassernebelkühlung homogenisiert.
1.2 Extrusion von Profilen
Die Parameter des Extrusionsprozesses wurden entsprechend der Heiztemperatur des Blocks und der Abschreckgeschwindigkeit angepasst. Der Querschnitt der extrudierten Profile ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Parameter des Extrusionsprozesses sind in Tabelle 2 aufgeführt. Der Umformungszustand der extrudierten Profile ist in Abbildung 2 dargestellt.
2.Testergebnisse und Analyse
Die spezifische chemische Zusammensetzung der Profile aus Aluminiumlegierung 6082 innerhalb der drei Zusammensetzungsbereiche wurde mit einem Swiss ARL-Direktmessspektrometer bestimmt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
2.1 Leistungstests
Zum Vergleich wurde die Leistung der drei Legierungsprofile mit unterschiedlichen Zusammensetzungsbereichen bei unterschiedlichen Abschreckmethoden, identischen Extrusionsparametern und Alterungsprozessen untersucht.
2.1.1 Mechanische Leistung
Nach 8-stündiger künstlicher Alterung bei 175 °C wurden Standardproben aus der Extrusionsrichtung der Profile entnommen und mit einer elektronischen Universalprüfmaschine Shimadzu AG-X100 einer Zugprüfung unterzogen. Die mechanischen Eigenschaften nach künstlicher Alterung für verschiedene Zusammensetzungen und Abschreckverfahren sind in Tabelle 4 dargestellt.
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass die mechanische Leistung aller Profile die nationalen Standardwerte übertrifft. Profile aus 6082-Z-Legierungsblöcken wiesen eine geringere Bruchdehnung auf. Profile aus 6082-7-Legierungsblöcken wiesen die höchste mechanische Leistung auf. Profile aus 6082-X-Legierung, die mit verschiedenen Mischkristallverfahren hergestellt wurden, zeigten eine höhere Leistung bei Schnellabkühlungs- und Abschreckverfahren.
2.1.2 Biegeverhaltensprüfung
Mithilfe einer elektronischen Universalprüfmaschine wurden Dreipunkt-Biegeversuche an Proben durchgeführt. Die Biegeergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt. Abbildung 3 zeigt, dass Produkte aus 6082-Z-Legierungsblöcken eine starke Orangenhaut auf der Oberfläche und Risse auf der Rückseite der gebogenen Proben aufwiesen. Produkte aus 6082-X-Legierungsblöcken zeigten eine bessere Biegeleistung, glatte Oberflächen ohne Orangenhaut und nur kleine Risse an geometrisch begrenzten Stellen auf der Rückseite der gebogenen Proben.
2.1.3 Inspektion mit hoher Vergrößerung
Die Proben wurden zur Mikrostrukturanalyse unter einem optischen Mikroskop Carl Zeiss AX10 untersucht. Die Ergebnisse der Mikrostrukturanalyse für die drei Legierungsprofile sind in Abbildung 4 dargestellt. Abbildung 4 zeigt, dass die Korngröße der aus 6082-X-Stangen und 6082-K-Legierungsblöcken hergestellten Produkte ähnlich war, wobei die Korngröße der 6082-X-Legierung im Vergleich zur 6082-Y-Legierung etwas besser war. Produkte aus 6082-Z-Legierungsblöcken wiesen größere Korngrößen und dickere Kortexschichten auf, was leichter zu Orangenhautbildung an der Oberfläche und einer Schwächung der inneren Metallbindung führte.
2.2 Ergebnisanalyse
Basierend auf den obigen Testergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass die Gestaltung des Legierungszusammensetzungsbereichs die Mikrostruktur, die Leistung und die Umformbarkeit von Strangpressprofilen maßgeblich beeinflusst. Ein erhöhter Mg-Gehalt verringert die Plastizität der Legierung und führt zu 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, das Biegeverhalten und die Gesamtleistung auswirkt.
3. Schlussfolgerung
Das Mg-Element beeinflusst die mechanische Leistung der Aluminiumlegierung 6082 erheblich. Ein erhöhter Mg-Gehalt verringert die Plastizität der Legierung und führt beim Extrudieren zur Rissbildung.
Mn, Cr und Ti wirken sich positiv auf die Verfeinerung der Mikrostruktur aus, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität und Biegeleistung extrudierter Produkte führt.
Unterschiedliche Abschreckkühlintensitäten haben einen spürbaren Einfluss auf die Leistung von Profilen aus Aluminiumlegierung 6082. Für den Einsatz im Automobilbereich sorgt ein Abschreckprozess mit Wassernebel und anschließender Wassersprühkühlung für eine bessere mechanische Leistung und gewährleistet die Form- und Maßgenauigkeit der Profile.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Veröffentlichungszeit: 26. März 2024
