1.Einleitung
Aluminiumlegierungen mittlerer Festigkeit zeichnen sich durch günstige Verarbeitungseigenschaften, hohe Abschreckempfindlichkeit, Schlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden in verschiedenen Branchen, wie beispielsweise der Elektronik- und Schifffahrtsindustrie, häufig zur Herstellung von Rohren, Stangen, Profilen und Drähten eingesetzt. Derzeit steigt die Nachfrage nach Stangen aus Aluminiumlegierung 6082. Um den Marktanforderungen und Anwenderanforderungen gerecht zu werden, haben wir verschiedene Extrusionserwärmungsverfahren und abschließende Wärmebehandlungsverfahren für Stangen aus 6082-T6 getestet. Unser Ziel war es, ein Wärmebehandlungsverfahren zu entwickeln, das die mechanischen Leistungsanforderungen dieser Stangen erfüllt.
2.Experimentelle Materialien und Produktionsablauf
2.1 Experimentelle Materialien
Gussblöcke der Größe Ф162×500 wurden im halbkontinuierlichen Gießverfahren hergestellt und einer ungleichmäßigen Behandlung unterzogen. Die metallurgische Qualität der Blöcke entsprach den technischen Standards der internen Kontrolle des Unternehmens. Die chemische Zusammensetzung der Legierung 6082 ist in Tabelle 1 dargestellt.
2.2 Produktionsablauf
Die experimentellen 6082-Stangen hatten eine Spezifikation von Ф14 mm. Der Extrusionsbehälter hatte einen Durchmesser von Ф170 mm mit einem 4-Loch-Extrusionsdesign und einem Extrusionskoeffizienten von 18,5. Der spezifische Prozessablauf umfasste das Erhitzen des Barrens, das Extrudieren, das Abschrecken, das Strecken, Richten und Probenehmen, das Walzenrichten, das abschließende Schneiden, die künstliche Alterung, die Qualitätskontrolle und die Auslieferung.
3.Experimentelle Ziele
Ziel dieser Studie war es, die Parameter der Extrusionswärmebehandlung und der abschließenden Wärmebehandlung zu identifizieren, die die Leistung von 6082-T6-Stangen beeinflussen, um letztendlich die Standardleistungsanforderungen zu erfüllen. Gemäß den Normen sollten die longitudinalen mechanischen Eigenschaften der 6082-Legierung die in Tabelle 2 aufgeführten Spezifikationen erfüllen.
4.Experimenteller Ansatz
4.1 Untersuchung der Wärmebehandlung beim Strangpressen
Die Untersuchung der Wärmebehandlung des Strangpressens konzentrierte sich hauptsächlich auf die Auswirkungen der Strangpresstemperatur des Gussblocks und der Strangpressbehältertemperatur auf die mechanischen Eigenschaften. Die spezifischen Parameterauswahlen sind in Tabelle 3 aufgeführt.
4.2 Untersuchung von Festlösungs- und Alterungswärmebehandlungen
Für die Mischkristallbildung und die Aushärtung wurde ein orthogonales Versuchsdesign verwendet. Die gewählten Faktorstufen sind in Tabelle 4 aufgeführt. Das orthogonale Versuchsdesign trägt die Bezeichnung IJ9(34).
5.Ergebnisse und Analyse
5.1 Ergebnisse und Analyse des Extrusionswärmebehandlungsexperiments
Die Ergebnisse der Wärmebehandlungsexperimente durch Strangpressen sind in Tabelle 5 und Abbildung 1 dargestellt. Für jede Gruppe wurden neun Proben entnommen und ihre durchschnittlichen mechanischen Leistungen bestimmt. Basierend auf der metallografischen Analyse und der chemischen Zusammensetzung wurde ein Wärmebehandlungsschema festgelegt: Abschrecken bei 520 °C für 40 Minuten und Altern bei 165 °C für 12 Stunden. Aus Tabelle 5 und Abbildung 1 lässt sich erkennen, dass sowohl die Zugfestigkeit als auch die Streckgrenze allmählich anstiegen, wenn die Strangpresstemperatur des Gussblocks und die Temperatur des Strangpressbehälters erhöht wurden. Die besten Ergebnisse wurden bei Strangpresstemperaturen von 450–500 °C und einer Strangpressbehältertemperatur von 450 °C erzielt, was den Standardanforderungen entsprach. Dies war auf den Effekt der Kaltverfestigung bei niedrigeren Strangpresstemperaturen zurückzuführen, die während des Erhitzens vor dem Abschrecken Korngrenzenbrüche und eine verstärkte Zersetzung der festen Lösung zwischen Al und Mn verursachte, was zur Rekristallisation führte. Mit steigender Strangpresstemperatur verbesserte sich die Zugfestigkeit Rm des Produkts deutlich. Wenn die Temperatur des Extrusionsbehälters die Barrentemperatur erreichte oder überschritt, verringerte sich die ungleichmäßige Verformung, wodurch die Tiefe der Grobkornringe reduziert und die Streckgrenze Rm erhöht wurde. Daher lauten die angemessenen Parameter für die Wärmebehandlung beim Extrusionsvorgang: Barren-Extrusionstemperatur 450–500 °C und Extrusionsbehältertemperatur 430–450 °C.
5.2 Orthogonale experimentelle Ergebnisse und Analyse zu Feststofflösungen und Alterung
Aus Tabelle 6 geht hervor, dass die optimalen Werte A3B1C2D3 sind, mit Abschrecken bei 520 °C, künstlicher Alterungstemperatur zwischen 165 und 170 °C und einer Alterungsdauer von 12 Stunden, was zu hoher Festigkeit und Plastizität der Stäbe führt. Beim Abschrecken entsteht ein übersättigter Mischkristall. Bei niedrigeren Abschrecktemperaturen nimmt die Konzentration des übersättigten Mischkristalls ab, was die Festigkeit beeinträchtigt. Eine Abschrecktemperatur von etwa 520 °C verstärkt den Effekt der durch Abschrecken induzierten Mischkristallverfestigung erheblich. Das Intervall zwischen Abschrecken und künstlicher Alterung, d. h. Lagerung bei Raumtemperatur, beeinflusst die mechanischen Eigenschaften stark. Dies ist besonders ausgeprägt bei Stäben, die nach dem Abschrecken nicht gestreckt werden. Wenn das Intervall zwischen Abschrecken und Altern 1 Stunde überschreitet, nimmt die Festigkeit, insbesondere die Streckgrenze, erheblich ab.
5.3 Metallographische Mikrostrukturanalyse
An 6082-T6-Stäben wurden bei Mischkristalltemperaturen von 520 °C und 530 °C hochvergrößerte und polarisierte Analysen durchgeführt. Die hochvergrößerten Fotos zeigten eine gleichmäßige Ausfällung der Verbindungen mit reichlich verteilten Partikeln der Niederschlagsphase. Die Polarisationslichtanalyse mit dem Axiovert200-Gerät zeigte deutliche Unterschiede in den Kornstrukturfotos. Der zentrale Bereich wies kleine und gleichmäßige Körner auf, während die Ränder eine gewisse Rekristallisation mit länglichen Körnern aufwiesen. Dies ist auf das Wachstum von Kristallkeimen bei hohen Temperaturen zurückzuführen, die grobe, nadelartige Ausscheidungen bilden.
6. Bewertung der Produktionspraxis
In der Praxisproduktion wurden mechanische Leistungsmessungen an 20 Stangen- und 20 Profilchargen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 dargestellt. In der Praxisproduktion wurde unser Extrusionsprozess bei Temperaturen durchgeführt, die zu Proben im Zustand T6 führten. Die mechanische Leistung erreichte die Zielwerte.
7. Schlussfolgerung
(1) Parameter der Wärmebehandlung beim Extrudieren: Extrusionstemperatur der Barren 450–500 °C; Temperatur des Extrusionsbehälters 430–450 °C.
(2) Parameter der abschließenden Wärmebehandlung: Optimale Mischkristalltemperatur von 520–530 °C; Alterungstemperatur bei 165 ± 5 °C, Alterungsdauer von 12 Stunden; das Intervall zwischen Abschrecken und Altern sollte 1 Stunde nicht überschreiten.
(3) Basierend auf praktischen Bewertungen umfasst das praktikable Wärmebehandlungsverfahren: Extrusionstemperatur von 450–530 °C, Extrusionsbehältertemperatur von 400–450 °C; Mischkristalltemperatur von 510–520 °C; Alterungsprozedur von 155–170 °C für 12 Stunden; keine spezifische Begrenzung des Intervalls zwischen Abschrecken und Altern. Dies kann in die Verfahrensrichtlinien aufgenommen werden.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Veröffentlichungszeit: 15. März 2024
