La reducción del peso de los automóviles es un objetivo común de la industria automotriz mundial. El aumento del uso de aleaciones de aluminio en componentes automotrices es la dirección del desarrollo de los nuevos vehículos modernos. La aleación de aluminio 6082 es una aleación de aluminio termotratable y reforzada con resistencia moderada, excelente conformabilidad, soldabilidad, resistencia a la fatiga y a la corrosión. Esta aleación se puede extruir en tubos, varillas y perfiles, y se utiliza ampliamente en componentes automotrices, piezas estructurales soldadas, transporte y la industria de la construcción.
Actualmente, la investigación sobre la aleación de aluminio 6082 para su uso en vehículos de nuevas energías en China es limitada. Por lo tanto, este estudio experimental investiga los efectos del rango de contenido de elementos de la aleación de aluminio 6082, los parámetros del proceso de extrusión, los métodos de temple, etc., en el rendimiento y la microestructura del perfil de la aleación. Este estudio tiene como objetivo optimizar la composición de la aleación y los parámetros del proceso para producir materiales de aleación de aluminio 6082 adecuados para vehículos de nuevas energías.
1. Materiales y métodos de prueba
Flujo del proceso experimental: Relación de composición de aleación – Fusión de lingotes – Homogeneización de lingotes – Aserrado de lingotes en palanquillas – Extrusión de perfiles – Temple en línea de perfiles – Envejecimiento artificial – Preparación de probetas.
1.1 Preparación del lingote
Dentro del rango internacional de composiciones de aleación de aluminio 6082, se seleccionaron tres composiciones con rangos de control más estrechos, denominadas 6082-/6082″ y 6082-Z, con el mismo contenido de Si. Contenido de Mg, y > z; Contenido de Mn, x > y > z; Contenido de Cr, Ti, x > y = z. Los valores objetivo de la composición de la aleación se muestran en la Tabla 1. La colada de lingotes se realizó mediante un método de colada semicontinua con refrigeración por agua, seguido de un tratamiento de homogeneización. Los tres lingotes se homogeneizaron utilizando el sistema establecido en la fábrica a 560 °C durante 2 horas con refrigeración por agua nebulizada.
1.2 Extrusión de perfiles
Los parámetros del proceso de extrusión se ajustaron adecuadamente para la temperatura de calentamiento de la palanquilla y la velocidad de enfriamiento. La sección transversal de los perfiles extruidos se muestra en la Figura 1. Los parámetros del proceso de extrusión se muestran en la Tabla 2. El estado de conformado de los perfiles extruidos se muestra en la Figura 2.
2. Resultados de pruebas y análisis
La composición química específica de los perfiles de aleación de aluminio 6082 dentro de los tres rangos de composición se determinó utilizando un espectrómetro de lectura directa ARL suizo, como se muestra en la Tabla 3.
2.1 Pruebas de rendimiento
Para comparar, se examinó el rendimiento de los tres perfiles de aleación de rango de composición con diferentes métodos de temple, parámetros de extrusión idénticos y procesos de envejecimiento.
2.1.1 Rendimiento mecánico
Tras el envejecimiento artificial a 175 °C durante 8 horas, se tomaron muestras estándar de la dirección de extrusión de los perfiles para ensayos de tracción con una máquina de ensayos universal electrónica Shimadzu AG-X100. El rendimiento mecánico tras el envejecimiento artificial para diferentes composiciones y métodos de temple se muestra en la Tabla 4.
La Tabla 4 muestra que el rendimiento mecánico de todos los perfiles supera los valores de la norma nacional. Los perfiles fabricados a partir de palanquillas de aleación 6082-Z presentaron un menor alargamiento tras la fractura. Los perfiles fabricados a partir de palanquillas de aleación 6082-7 presentaron el mayor rendimiento mecánico. Los perfiles de aleación 6082-X, con diferentes métodos de solución sólida, mostraron un mayor rendimiento con métodos de temple por enfriamiento rápido.
2.1.2 Prueba de rendimiento de flexión
Utilizando una máquina electrónica universal de ensayos, se realizaron ensayos de flexión de tres puntos en muestras. Los resultados se muestran en la Figura 3. La Figura 3 muestra que los productos fabricados con palanquillas de aleación 6082-Z presentaron una marcada cáscara de naranja en la superficie y grietas en la parte posterior de las muestras dobladas. Los productos fabricados con palanquillas de aleación 6082-X presentaron un mejor rendimiento de flexión, superficies lisas sin cáscara de naranja y solo pequeñas grietas en posiciones limitadas por las condiciones geométricas en la parte posterior de las muestras dobladas.
2.1.3 Inspección de alto aumento
Las muestras se observaron con un microscopio óptico Carl Zeiss AX10 para el análisis microestructural. Los resultados del análisis microestructural para los tres perfiles de aleación de rango de composición se muestran en la Figura 4. La Figura 4 indica que el tamaño de grano de los productos fabricados con varillas de 6082-X y palanquillas de aleación 6082-K fue similar, con un tamaño de grano ligeramente mejor en la aleación 6082-X que en la aleación 6082-Y. Los productos fabricados con palanquillas de aleación 6082-Z presentaron tamaños de grano mayores y capas de corteza más gruesas, lo que favoreció la formación de cáscara de naranja superficial y debilitó la unión interna del metal.
2.2 Análisis de resultados
Con base en los resultados de las pruebas anteriores, se puede concluir que el diseño del rango de composición de la aleación afecta significativamente la microestructura, el rendimiento y la conformabilidad de los perfiles extruidos. Un mayor contenido de Mg reduce la plasticidad de la aleación y provoca la formación de grietas durante la extrusión. Un mayor contenido de Mn, Cr y Ti tiene un efecto positivo en el refinamiento de la microestructura, lo que a su vez repercute positivamente en la calidad superficial, el rendimiento de flexión y el rendimiento general.
3. Conclusión
El elemento Mg afecta significativamente el rendimiento mecánico de la aleación de aluminio 6082. Un mayor contenido de Mg reduce la plasticidad de la aleación y provoca la formación de grietas durante la extrusión.
Mn, Cr y Ti tienen un efecto positivo en el refinamiento de la microestructura, lo que conduce a una mejor calidad de la superficie y al rendimiento de flexión de los productos extruidos.
Las diferentes intensidades de enfriamiento tienen un impacto notable en el rendimiento de los perfiles de aleación de aluminio 6082. Para uso automotriz, la adopción de un proceso de enfriamiento por nebulización de agua seguido de un enfriamiento por aspersión de agua proporciona un mejor rendimiento mecánico y garantiza la precisión dimensional y de forma de los perfiles.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 26 de marzo de 2024
