1.Einleitung
Aluminiumlegierungen mit mittlerer Festigkeit weisen günstige Verarbeitungseigenschaften, Abschreckempfindlichkeit, Schlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Sie werden in verschiedenen Branchen wie der Elektronik- und Schifffahrtsbranche häufig zur Herstellung von Rohren, Stangen, Profilen und Drähten eingesetzt. Derzeit besteht eine steigende Nachfrage nach Stangen aus 6082-Aluminiumlegierungen. Um den Marktanforderungen und Benutzeranforderungen gerecht zu werden, haben wir Experimente zu verschiedenen Extrusionserwärmungsprozessen und abschließenden Wärmebehandlungsprozessen für 6082-T6-Stangen durchgeführt. Unser Ziel war es, ein Wärmebehandlungsprogramm zu finden, das die mechanischen Leistungsanforderungen dieser Stäbe erfüllt.
2.Experimentelle Materialien und Produktionsprozessablauf
2.1 Experimentelle Materialien
Gussbarren der Größe Ф162×500 wurden im halbkontinuierlichen Gussverfahren hergestellt und einer ungleichmäßigen Behandlung unterzogen. Die metallurgische Qualität der Barren entsprach den technischen Standards der unternehmensinternen Kontrolle. Die chemische Zusammensetzung der 6082-Legierung ist in Tabelle 1 dargestellt.
2.2 Ablauf des Produktionsprozesses
Die experimentellen 6082-Stäbe hatten eine Spezifikation von 14 mm. Der Extrusionsbehälter hatte einen Durchmesser von 170 mm, ein 4-Loch-Extrusionsdesign und einen Extrusionskoeffizienten von 18,5. Der spezifische Prozessablauf umfasste das Erhitzen des Barrens, das Extrudieren, das Abschrecken, das Streckrichten und die Probenahme, das Richten durch Walzen, das Endschneiden, die künstliche Alterung, die Qualitätsprüfung und die Lieferung.
3.Experimentelle Ziele
Das Ziel dieser Studie bestand darin, die Parameter des Extrusionswärmebehandlungsprozesses und die Parameter der abschließenden Wärmebehandlung zu identifizieren, die die Leistung von 6082-T6-Stäben beeinflussen und letztendlich die Standardleistungsanforderungen erfüllen. Gemäß den Normen sollten die mechanischen Längseigenschaften der 6082-Legierung den in Tabelle 2 aufgeführten Spezifikationen entsprechen.
4.Experimenteller Ansatz
4.1 Untersuchung der Extrusionswärmebehandlung
Die Untersuchung der Extrusionswärmebehandlung konzentrierte sich hauptsächlich auf die Auswirkungen der Extrusionstemperatur des Gussblocks und der Extrusionsbehältertemperatur auf die mechanischen Eigenschaften. Die spezifischen Parameterauswahlen sind in Tabelle 3 aufgeführt.
4.2 Untersuchung fester Lösungen und Alterungswärmebehandlung
Für den Prozess der Festlösungs- und Alterungswärmebehandlung wurde ein orthogonales Versuchsdesign verwendet. Die gewählten Faktorstufen sind in Tabelle 4 aufgeführt, wobei die orthogonale Designtabelle als IJ9(34) bezeichnet wird.
5.Ergebnisse und Analyse
5.1 Ergebnisse und Analyse des Extrusionswärmebehandlungsexperiments
Die Ergebnisse der Extrusionswärmebehandlungsexperimente sind in Tabelle 5 und Abbildung 1 dargestellt. Für jede Gruppe wurden neun Proben entnommen und deren mechanische Leistungsmittelwerte ermittelt. Basierend auf der metallografischen Analyse und der chemischen Zusammensetzung wurde ein Wärmebehandlungsplan 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 mit zunehmender Extrusionstemperatur des Gussblocks und der Temperatur des Extrusionsbehälters sowohl die Zugfestigkeit als auch die Streckgrenze allmählich anstiegen. Die besten Ergebnisse wurden bei Extrusionstemperaturen von 450–500 °C und einer Extrusionsbehältertemperatur von 450 °C erzielt, was den Standardanforderungen entsprach. Dies war auf den Effekt der Kaltverfestigung bei niedrigeren Extrusionstemperaturen zurückzuführen, die zu Korngrenzenbrüchen und einer erhöhten Zersetzung der festen Lösung zwischen A1 und Mn während des Erhitzens vor dem Abschrecken führte, was zu einer Rekristallisation führte. Mit steigender Extrusionstemperatur verbesserte sich die Endfestigkeit Rm des Produkts deutlich. Wenn sich die Temperatur des Extrusionsbehälters der Barrentemperatur näherte oder diese überstieg, nahm die ungleichmäßige Verformung ab, wodurch die Tiefe der Grobkornringe verringert und die Streckgrenze Rm erhöht wurde. Daher sind die sinnvollen Parameter für die Extrusionswärmebehandlung: Barrenextrusionstemperatur von 450–500 °C und Extrusionsbehältertemperatur von 430–450 °C.
5.2 Feste Lösung und alternde orthogonale experimentelle Ergebnisse und Analyse
Tabelle 6 zeigt, dass die optimalen Werte A3B1C2D3 sind, mit Abschreckung bei 520 °C, künstlicher Alterungstemperatur zwischen 165–170 °C und einer Alterungsdauer von 12 Stunden, was zu einer hohen Festigkeit und Plastizität der Stäbe führt. Durch den Abschreckvorgang entsteht eine übersättigte feste Lösung. Bei niedrigeren Abschrecktemperaturen nimmt die Konzentration der übersättigten festen Lösung ab, was sich auf die Festigkeit auswirkt. Eine Abschrecktemperatur von etwa 520 °C verstärkt den Effekt der abschreckinduzierten Mischkristallverfestigung deutlich. Der Zeitraum zwischen Abschrecken und künstlicher Alterung, also der Lagerung bei Raumtemperatur, hat großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Dies ist besonders ausgeprägt bei Stäben, die nach dem Abschrecken nicht gedehnt werden. Wenn der Zeitraum zwischen Abschrecken und Altern mehr als eine Stunde beträgt, nimmt die Festigkeit, insbesondere die Streckgrenze, deutlich ab.
5.3 Metallografische Mikrostrukturanalyse
Hochvergrößerungs- und Polarisationsanalysen wurden an 6082-T6-Stäben bei Temperaturen der festen Lösung von 520 °C und 530 °C durchgeführt. Fotos mit hoher Vergrößerung zeigten einen gleichmäßigen Verbundniederschlag mit zahlreichen, gleichmäßig verteilten Niederschlagsphasenpartikeln. Die Polarisationslichtanalyse mit Axiovert200-Geräten 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 Niederschläge bilden.
6. Bewertung der Produktionspraxis
In der tatsächlichen Produktion wurden mechanische Leistungsstatistiken an 20 Chargen Stangen und 20 Chargen Profilen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 aufgeführt. In der tatsächlichen Produktion wurde unser Extrusionsprozess bei Temperaturen durchgeführt, die zu Proben im T6-Zustand führten, und die mechanische Leistung entsprach den Zielwerten.
7. Fazit
(1) Extrusionswärmebehandlungsparameter: Extrusionstemperatur der Barren von 450–500 °C; Extrusionsbehältertemperatur von 430–450 °C.
(2) Endgültige Wärmebehandlungsparameter: Optimale Temperatur der festen Lösung von 520–530 °C; Alterungstemperatur bei 165 ± 5 °C, Alterungsdauer 12 Stunden; Der Zeitraum zwischen Abschrecken und Altern sollte 1 Stunde nicht überschreiten.
(3) Basierend auf praktischer Bewertung umfasst der praktikable Wärmebehandlungsprozess: Extrusionstemperatur von 450–530 °C, Extrusionsbehältertemperatur von 400–450 °C; Temperatur der festen Lösung von 510–520 °C; Alterungsregime von 155–170 °C für 12 Stunden; Es gibt keine spezifische Grenze für den Zeitraum zwischen Abschrecken und Altern. Dies kann in die Prozessführungsrichtlinien eingearbeitet werden.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. März 2024
