1. Introducción
Las aleaciones de aluminio de resistencia media presentan características de procesamiento favorables, sensibilidad al temple, tenacidad al impacto y resistencia a la corrosión. Se emplean ampliamente en diversas industrias, como la electrónica y la marina, para la fabricación de tuberías, varillas, perfiles y alambres. Actualmente, existe una creciente demanda de barras de aleación de aluminio 6082. Para satisfacer la demanda del mercado y los requisitos de los usuarios, realizamos experimentos con diferentes procesos de calentamiento por extrusión y tratamientos térmicos finales para barras 6082-T6. Nuestro objetivo fue identificar un régimen de tratamiento térmico que satisfaga los requisitos de rendimiento mecánico de estas barras.
2. Materiales experimentales y flujo del proceso de producción
2.1 Materiales experimentales
Los lingotes de fundición de tamaño Ф162×500 se fabricaron mediante un método de colada semicontinua y se sometieron a un tratamiento no uniforme. La calidad metalúrgica de los lingotes cumplió con las normas técnicas de control interno de la empresa. La composición química de la aleación 6082 se muestra en la Tabla 1.
2.2 Flujo del proceso de producción
Las barras experimentales 6082 tenían una especificación de Ф14 mm. El contenedor de extrusión tenía un diámetro de Ф170 mm, un diseño de extrusión de 4 orificios y un coeficiente de extrusión de 18,5. El flujo del proceso específico incluyó el calentamiento del lingote, la extrusión, el temple, el estirado, el enderezamiento y el muestreo, el enderezamiento de los rodillos, el corte final, el envejecimiento artificial, la inspección de calidad y la entrega.
3.Objetivos experimentales
El objetivo de este estudio fue identificar los parámetros del proceso de tratamiento térmico de extrusión y los parámetros del tratamiento térmico final que influyen en el rendimiento de las barras de 6082-T6, logrando así los requisitos de rendimiento estándar. Según las normas, las propiedades mecánicas longitudinales de la aleación 6082 deben cumplir las especificaciones de la Tabla 2.
4. Enfoque experimental
4.1 Investigación del tratamiento térmico de extrusión
La investigación del tratamiento térmico de extrusión se centró principalmente en los efectos de la temperatura de extrusión del lingote de fundición y la temperatura del contenedor de extrusión sobre las propiedades mecánicas. La selección de parámetros específicos se detalla en la Tabla 3.
4.2 Investigación sobre tratamiento térmico de envejecimiento y solución sólida
Se empleó un diseño experimental ortogonal para el proceso de tratamiento térmico de solución sólida y envejecimiento. Los niveles de los factores seleccionados se presentan en la Tabla 4, donde la tabla de diseño ortogonal se identifica como IJ9(34).
5. Resultados y análisis
5.1 Resultados y análisis del experimento de tratamiento térmico de extrusión
Los resultados de los experimentos de tratamiento térmico de extrusión se presentan en la Tabla 5 y la Figura 1. Se tomaron nueve muestras de cada grupo y se determinaron sus promedios de rendimiento mecánico. Con base en el análisis metalográfico y la composición química, se estableció un régimen de tratamiento térmico: temple a 520 °C durante 40 minutos y envejecimiento a 165 °C durante 12 horas. De la Tabla 5 y la Figura 1, se puede observar que a medida que aumentaban la temperatura de extrusión del lingote de fundición y la temperatura del contenedor de extrusión, tanto la resistencia a la tracción como el límite elástico aumentaban gradualmente. Los mejores resultados se obtuvieron a temperaturas de extrusión de 450-500 °C y una temperatura del contenedor de extrusión de 450 °C, que cumplieron con los requisitos estándar. Esto se debió al efecto del endurecimiento por trabajo en frío a temperaturas de extrusión más bajas, que causó fracturas en los límites de grano y una mayor descomposición de la solución sólida entre A1 y Mn durante el calentamiento antes del temple, lo que llevó a la recristalización. A medida que aumentaba la temperatura de extrusión, la resistencia última Rm del producto mejoraba significativamente. Cuando la temperatura del contenedor de extrusión se acercó o superó la temperatura del lingote, la deformación desigual disminuyó, lo que redujo la profundidad de los anillos de grano grueso y aumentó el límite elástico Rm. Por lo tanto, los parámetros razonables para el tratamiento térmico de extrusión son: temperatura de extrusión del lingote de 450-500 °C y temperatura del contenedor de extrusión de 430-450 °C.
5.2 Solución sólida y envejecimiento Resultados experimentales y análisis ortogonales
La Tabla 6 revela que los niveles óptimos son A3B1C2D3, con temple a 520 °C, temperatura de envejecimiento artificial entre 165-170 °C y duración del envejecimiento de 12 horas, lo que resulta en una alta resistencia y plasticidad de las barras. El proceso de temple forma una solución sólida sobresaturada. A temperaturas de temple más bajas, la concentración de solución sólida sobresaturada disminuye, lo que afecta la resistencia. Una temperatura de temple de alrededor de 520 °C mejora significativamente el efecto del fortalecimiento de la solución sólida inducido por el temple. El intervalo entre el temple y el envejecimiento artificial, es decir, el almacenamiento a temperatura ambiente, influye en gran medida en las propiedades mecánicas. Esto es particularmente pronunciado para las barras que no se estiran después del temple. Cuando el intervalo entre el temple y el envejecimiento excede 1 hora, la resistencia, especialmente el límite elástico, disminuye significativamente.
5.3 Análisis de microestructura metalográfica
Se realizaron análisis de alta magnificación y polarizados en barras de 6082-T6 a temperaturas de solución sólida de 520 °C y 530 °C. Las fotos de alta magnificación revelaron una precipitación uniforme del compuesto con abundantes partículas de la fase precipitada distribuidas uniformemente. El análisis de luz polarizada con el equipo Axiovert200 mostró diferencias significativas en las fotos de la estructura de grano. La zona central mostró granos pequeños y uniformes, mientras que los bordes mostraron cierta recristalización con granos alargados. Esto se debe al crecimiento de los núcleos cristalinos a altas temperaturas, que forman precipitados aciculares gruesos.
6. Evaluación de las prácticas de producción
En producción real, se realizaron estadísticas de rendimiento mecánico en 20 lotes de barras y 20 lotes de perfiles. Los resultados se muestran en las Tablas 7 y 8. En producción real, nuestro proceso de extrusión se realizó a temperaturas que dieron como resultado muestras en estado T6, y el rendimiento mecánico cumplió con los valores objetivo.
7. Conclusión
(1) Parámetros del tratamiento térmico de extrusión: Temperatura de extrusión de lingotes de 450-500 °C; temperatura del contenedor de extrusión de 430-450 °C.
(2) Parámetros finales del tratamiento térmico: Temperatura óptima de la solución sólida de 520-530 °C; temperatura de envejecimiento a 165 ± 5 °C, duración del envejecimiento de 12 horas; el intervalo entre el enfriamiento y el envejecimiento no debe exceder 1 hora.
(3) Según una evaluación práctica, el proceso viable de tratamiento térmico incluye: temperatura de extrusión de 450-530 °C, temperatura del contenedor de extrusión de 400-450 °C; temperatura de la solución sólida de 510-520 °C; régimen de envejecimiento de 155-170 °C durante 12 horas; sin límite específico para el intervalo entre el enfriamiento y el envejecimiento. Esto puede incorporarse en las directrices de operación del proceso.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 15 de marzo de 2024
