Þar sem lönd um allan heim leggja mikla áherslu á orkusparnað og minnkun losunar hefur þróun á hreinum rafknúnum nýjum orkutækjum orðið vinsæl. Auk afkösts rafhlöðunnar er gæði yfirbyggingarinnar einnig mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á akstursdrægi nýrra orkutækja. Með því að efla þróun léttra yfirbygginga og hágæða tenginga er hægt að bæta heildar akstursdrægi rafknúinna ökutækja með því að draga úr þyngd alls ökutækisins eins mikið og mögulegt er, en um leið tryggja styrk og öryggisafköst ökutækisins. Hvað varðar léttari bíla tekur stál-ál blendingur bæði tillit til styrks og þyngdarlækkunar yfirbyggingarinnar og verður mikilvæg leið til að ná fram léttari yfirbyggingu.
Hefðbundnar tengiaðferðir til að tengja ál málmblöndur hafa lélega tengigetu og litla áreiðanleika. Sjálfgötnun nítingar, sem ný tengitækni, hefur verið mikið notuð í bílaiðnaði og flug- og geimferðaiðnaði vegna mikilla kosta hennar við að tengja létt málmblöndur og samsett efni. Á undanförnum árum hafa kínverskir fræðimenn framkvæmt viðeigandi rannsóknir á sjálfgötnun nítingartækni og rannsakað áhrif mismunandi hitameðferðaraðferða á afköst TA1 iðnaðar hreins títan sjálfgötnunar nítingarsamskeyta. Kom í ljós að glæðing og kæling hitameðferðaraðferðir bættu stöðugleika TA1 iðnaðar hreins títan sjálfgötnunar nítingarsamskeyta. Myndunarferlið fyrir samskeytin var skoðað og greint frá sjónarhóli efnisflæðis og gæði samskeytisins metin út frá þessu. Með málmfræðilegum prófunum kom í ljós að stórt plastaflögunarsvæði var fínpússað í trefjabyggingu með ákveðinni tilhneigingu, sem stuðlaði að bættri sveigjanleika og þreytuþol samskeytisins.
Ofangreind rannsókn beinist aðallega að vélrænum eiginleikum samskeyta eftir nítun á álplötum. Í raunverulegri nítunarframleiðslu á bílyfirbyggingum eru sprungur í nítuðum samskeytum á pressuðum álprófílum, sérstaklega hástyrktum álblöndum með miklu álfelguefni, eins og 6082 álblöndu, lykilþættir sem takmarka notkun þessa ferlis á bílyfirbyggingu. Á sama tíma hafa lögun og staðsetningarvikmörk pressuðu prófílanna sem notaðir eru á bílyfirbyggingu, svo sem beygja og snúningur, bein áhrif á samsetningu og notkun prófílanna og ákvarða einnig víddarnákvæmni síðari bílyfirbyggingar. Til að stjórna beygju og snúningi prófílanna og tryggja víddarnákvæmni prófílanna, auk mótbyggingarinnar, eru úttakshitastig prófílanna og netkælingarhraði mikilvægustu áhrifaþættirnir. Því hærra sem úttakshitastigið er og því hraðar sem kælingarhraðinn er, því meiri er beygju- og snúningsstig prófílanna. Fyrir álprófíla fyrir bílyfirbyggingar er nauðsynlegt að tryggja víddarnákvæmni prófílanna og tryggja að nítingin í álfelgunni springi ekki. Einfaldasta leiðin til að hámarka víddarnákvæmni og sprungueiginleika málmblöndunnar er að stjórna sprungumyndun með því að hámarka hitunarhita og öldrunarferli pressuðu stanganna, en halda efnissamsetningu, mótbyggingu, pressunarhraða og kælingarhraða óbreyttum. Fyrir 6082 álblöndu, miðað við að aðrar vinnsluaðstæður haldist óbreyttar, því hærra sem pressunarhitastigið er, því grunnara verður grófkornalagið, en því meiri verður aflögun sniðsins eftir kælingu.
Þessi grein notar 6082 álblöndu með sömu samsetningu og rannsóknarefnið, notar mismunandi útpressunarhita og mismunandi öldrunarferli til að útbúa sýni í mismunandi ástandi og metur áhrif útpressunarhita og öldrunarástands á nítingarprófið með nítingarprófunum. Byggt á bráðabirgðaniðurstöðum er kjöröldrunarferlið ákvarðað frekar til að veita leiðbeiningar fyrir síðari framleiðslu á útpressunarprófílum úr 6082 álblöndu.
1 Tilraunaefni og aðferðir
Eins og sést í töflu 1 var 6082 álfelgan brædd og útbúin í kringlótta stálstöng með hálf-samfelldri steypu. Síðan, eftir einsleitni hitameðferð, var stálstöngin hituð í mismunandi hitastig og pressuð út í snið á 2200 t pressuvél. Veggþykkt sniðsins var 2,5 mm, hitastig pressunarrörsins var 440 ± 10 ℃, hitastig pressunarmótsins var 470 ± 10 ℃, pressunarhraðinn var 2,3 ± 0,2 mm/s og sniðkælingaraðferðin var sterk vindkæling. Samkvæmt hitunarhitastigi voru sýnin númeruð 1 til 3, þar af hafði sýni 1 lægsta hitunarhitastigið og samsvarandi efnishitastig var 470 ± 5 ℃, samsvarandi efnishitastig sýnis 2 var 485 ± 5 ℃ og hitastig sýnis 3 var hæst og samsvarandi efnishitastig var 500 ± 5 ℃.
Tafla 1 Mæld efnasamsetning prófunarmálmblöndunnar (massahlutfall/%)
Með þeim skilyrðum að aðrir ferlisþættir eins og efnissamsetning, formbygging, útpressunarhraði og kælingarhraði haldist óbreyttir, eru ofangreind sýni nr. 1 til 3, sem fengust með því að stilla útpressunarhitastigið, öldruð í kassalaga viðnámsofni og öldrunarkerfið er 180 ℃/6 klst. og 190 ℃/6 klst. Eftir einangrun eru þau loftkæld og síðan nítuð til að meta áhrif mismunandi útpressunarhitastigs og öldrunarástands á nítingarprófið. Í nítingarprófinu er notað 2,5 mm þykkt 6082 málmblöndu með mismunandi útpressunarhitastigum og mismunandi öldrunarkerfum sem botnplata og 1,4 mm þykkt 5754-O málmblöndu sem efri plata fyrir SPR nítingarprófið. Nítingarformið er M260238 og nítan er C5.3 × 6.0 H0. Að auki, til að ákvarða frekar bestu öldrunarferlið, í samræmi við áhrif útpressunarhitastigs og öldrunarástands á nítingarsprungur, er platan valin við bestu útpressunarhitastigið og síðan meðhöndluð við mismunandi hitastig og mismunandi öldrunartíma til að kanna áhrif öldrunarkerfisins á nítingarsprungur, til að staðfesta að lokum bestu öldrunarkerfið. Öflug smásjá var notuð til að fylgjast með örbyggingu efnisins við mismunandi útpressunarhitastig, MTS-SANS CMT5000 serían örtölvustýrð rafeindaprófunarvél var notuð til að prófa vélræna eiginleika og lágafls smásjá var notuð til að fylgjast með nítingarsamskeytum eftir nítingar í ýmsum áföngum.
2Tilraunaniðurstöður og umræða
2.1 Áhrif útpressunarhitastigs og öldrunarástands á nítingarsprungur
Sýni voru tekin eftir þversniði pressaðs prófílsins. Eftir grófslípun, fínslípun og pússun með sandpappír var sýnið tært með 10% NaOH í 8 mínútur og svarta tæringarefnið hreinsað með saltpéturssýru. Grófa kornalagið í sýninu var skoðað með öflugri smásjá, sem var staðsett á yfirborðinu utan nítspennunnar á fyrirhugaðri nítingarstöðu, eins og sýnt er á mynd 1. Meðaldýpt grófa kornalagsins í sýni nr. 1 var 352 μm, meðaldýpt grófa kornalagsins í sýni nr. 2 var 135 μm og meðaldýpt grófa kornalagsins í sýni nr. 3 var 31 μm. Mismunurinn á dýpt grófa kornalagsins stafar aðallega af mismunandi útpressunarhitastigi. Því hærra sem útpressunarhitastigið er, því lægra er aflögunarviðnám 6082 málmblöndunnar, því minni er aflögunarorkugeymslan sem myndast vegna núnings milli málmblöndunnar og útpressunarformsins (sérstaklega formvinnslubeltisins) og því minni er drifkrafturinn við endurkristöllunina. Þess vegna er grófkornalagið á yfirborðinu grunnara; því lægra sem útpressunarhitastigið er, því meiri er aflögunarviðnámið, því meiri er geymsla orkunnar fyrir aflögunina, því auðveldara er að endurkristölla og því dýpra er grófkornalagið. Fyrir 6082 málmblönduna er endurkristöllun grófkorna annars stigs endurkristöllun.
(a) Fyrirmynd 1
(b) Fyrirmynd 2
(c) Fyrirmynd 3
Mynd 1 Þykkt grófkornalags úr útpressuðum prófílum með mismunandi aðferðum
Sýni 1 til 3, sem voru útbúin við mismunandi útpressunarhitastig, voru þroskuð við 180 ℃/6 klst. og 190 ℃/6 klst., talið í sömu röð. Vélrænir eiginleikar sýnis 2 eftir öldrunarferlin tvö eru sýndir í töflu 2. Með öldrunarkerfunum tveimur eru sveigjanleiki og togstyrkur sýnisins við 180 ℃/6 klst. marktækt hærri en við 190 ℃/6 klst., en lengingin á milli þeirra er ekki mikill munur, sem bendir til þess að 190 ℃/6 klst. sé oföldrunarmeðferð. Þar sem vélrænir eiginleikar 6-seríu álblöndunnar sveiflast mikið með breytingum á öldrunarferlinu í undiröldrunarástandi, er það ekki stuðlað að stöðugleika framleiðsluferlisins á prófílnum og stjórnun á nítingargæðum. Þess vegna er ekki hentugt að nota undiröldrunarástandið til að framleiða prófíla.
Tafla 2 Vélrænir eiginleikar sýnis nr. 2 undir tveimur öldrunarkerfum
Útlit prófunarstykkisins eftir nítingu er sýnt á mynd 2. Þegar sýni nr. 1 með dýpra grófkorna lagi var nítað í hámarksöldrunarástandi, var augljós appelsínuhýði og sprungur á botni nítunnar sem sjást berum augum, eins og sést á mynd 2a. Vegna ósamræmis í stefnu innan kornanna verður aflögunarstigið ójafnt við aflögunina og myndar ójafnt yfirborð. Þegar kornin eru gróf verða ójöfnur á yfirborðinu stærri og myndar appelsínuhýði sem sést berum augum. Þegar sýni nr. 3 með grunnara grófkorna lagi, sem var búið til með því að auka útpressunarhitastigið, var nítað í hámarksöldrunarástandi, var botn nítunnar tiltölulega slétt og sprungurnar voru að vissu leyti minnkaðar, sem sást aðeins við smásjárstækkun, eins og sést á mynd 2b. Þegar sýni nr. 3 var í oföldrunarástandi sáust engar sprungur við smásjárstækkun, eins og sést á mynd 2c.
(a) Sprungur sem sjást berum augum
(b) Lítilsháttar sprungur sjáanlegar í smásjá
(c) Engar sprungur
Mynd 2 Mismunandi sprungustig eftir nítun
Yfirborðið eftir níting er aðallega í þremur ástöndum, þ.e. sprungur sem sjást berum augum (merkt „ד), lítilsháttar sprungur sem sjást undir smásjárstækkun (merkt „△“) og engar sprungur (merkt „○“). Niðurstöður nítingarformgerðar ofangreindra þriggja ástönda sýnanna undir tveimur öldrunarkerfum eru sýndar í töflu 3. Þar má sjá að þegar öldrunarferlið er stöðugt er nítingsprunguárangur sýnisins með hærra útpressunarhitastig og þynnra grófkornalag betri en sýnisins með dýpra grófkornalag; þegar grófkornalagið er stöðugt er nítingsprunguárangur í oföldrunarástandi betri en í hámarksöldrunarástandi.
Tafla 3. Útlit sýnanna 1 til 3 með tveimur vinnslukerfum.
Áhrif kornaformgerðar og öldrunarástands á sprunguhegðun prófíla við ásþjöppun voru rannsökuð. Spennuástand efnisins við ásþjöppun var í samræmi við sjálfgegnandi nítingu. Rannsóknin leiddi í ljós að sprungurnar áttu upptök sín í kornamörkum og sprunguferli Al-Mg-Si málmblöndunnar var útskýrt með formúlunni.
σapp er spennan sem beitt er á kristalinn. Við sprungur er σapp jafnt raunverulegu spennugildi sem samsvarar togstyrk; σa0 er viðnám útfellinganna við innankristallaða rennsli; Φ er spennuþéttnistuðullinn, sem tengist kornastærð d og rennivídd p.
Í samanburði við endurkristöllun er trefjakennd kornbygging betur studd við sprunguhömlun. Helsta ástæðan er sú að kornastærðin d minnkar verulega vegna kornhreinsunar, sem getur á áhrifaríkan hátt dregið úr spennuþéttniþáttinum Φ við kornamörk og þar með hindrað sprungumyndun. Í samanburði við trefjakennda uppbyggingu er spennuþéttniþátturinn Φ í endurkristölluðu málmblöndu með grófum kornum um 10 sinnum meiri en í fyrrnefndri.
Í samanburði við hámarksöldrun er oföldrunarástandið stuðlað að sprunguhömlun, sem er ákvarðað af mismunandi útfellingarfasaástandi inni í málmblöndunni. Við hámarksöldrun myndast 20-50 nm 'β (Mg5Si6) fasar í 6082 málmblöndunni, með miklum fjölda útfellinga og litlum stærðum; þegar málmblöndunni er oföldrað minnkar fjöldi útfellinga í málmblöndunni og stærðin stækkar. Útfellingarnar sem myndast við öldrunarferlið geta á áhrifaríkan hátt hindrað hreyfingu úrfellinga inni í málmblöndunni. Festingarkraftur þess á úrfellingar er tengdur stærð og rúmmálshlutfalli útfellingarfasans. Reynsluformúlan er:
f er rúmmálshlutfall úrfellingarfasans; r er stærð fasans; σa er tengifletisorka milli fasans og fylliefnisins. Formúlan sýnir að því stærri sem úrfellingarfasinn er og því minni sem rúmmálshlutfallið er, því minni er festingarkraftur hans á tilfærslur, því auðveldara er fyrir tilfærslur í málmblöndunni að hefjast og σa0 í málmblöndunni mun minnka frá hámarksöldrun í oföldrunarástand. Jafnvel þótt σa0 minnki, þegar málmblöndunni fer frá hámarksöldrun í oföldrunarástand, lækkar σapp gildið við sprungumyndun málmblöndunnar meira, sem leiðir til verulegrar lækkunar á virku spennunni við kornamörk (σapp-σa0). Virku spennan við kornamörk við oföldrun er um það bil 1/5 af þeirri við hámarksöldrun, það er að segja, það er minni líkur á að springa við kornamörk í oföldrunarástandi, sem leiðir til betri nítingargetu málmblöndunnar.
2.2 Hagnýting á hitastigi útdráttar og öldrunarferliskerfis
Samkvæmt ofangreindum niðurstöðum getur aukning á útpressunarhitastigi minnkað dýpt grófkorna lagsins og þar með komið í veg fyrir sprungur í efninu við nítinguna. Hins vegar, miðað við ákveðna málmblöndusamsetningu, útpressunarmótbyggingu og útpressunarferli, ef útpressunarhitastigið er of hátt, annars vegar mun beygja og snúningur prófílsins aukast við síðari slökkvunarferli, sem gerir það að verkum að stærðarþol prófílsins uppfyllir ekki kröfur, og hins vegar mun það valda því að málmblöndunni ofbrennist auðveldlega við útpressunarferlið, sem eykur hættuna á brotnun efnisins. Með hliðsjón af nítingarástandi, stærðarferli prófílsins, framleiðsluferlisglugga og öðrum þáttum, er hentugri útpressunarhitastig fyrir þessa málmblöndu ekki lægra en 485 ℃, það er sýni nr. 2. Til að staðfesta bestu öldrunarferlið var öldrunarferlið fínstillt út frá sýni nr. 2.
Vélrænir eiginleikar sýnis nr. 2 við mismunandi öldrunartíma við 180 ℃, 185 ℃ og 190 ℃ eru sýndir á mynd 3, þ.e. teygjustyrkur, togstyrkur og teygjustyrkur. Eins og sést á mynd 3a, eykst öldrunartíminn við 180 ℃ úr 6 klst. í 12 klst. og teygjustyrkur efnisins minnkar ekki marktækt. Við 185 ℃, þegar öldrunartíminn eykst úr 4 klst. í 12 klst., eykst teygjustyrkurinn fyrst og minnkar síðan, og öldrunartíminn sem samsvarar hæsta styrkgildi er 5-6 klst. Undir 190 ℃, þegar öldrunartíminn eykst, minnkar teygjustyrkurinn smám saman. Almennt séð, við þrjú öldrunarhitastig, því lægra sem öldrunarhitastigið er, því hærri er hámarksstyrkur efnisins. Eiginleikar togstyrksins á mynd 3b eru í samræmi við teygjustyrkinn á mynd 3a. Teygjan við mismunandi öldrunarhitastig sem sýnd er á mynd 3c er á milli 14% og 17%, án augljósra breytingamynstra. Þessi tilraun prófar hámarksöldrun upp í oföldrunarstig og vegna lítilla tilraunamismunar veldur prófunarvillan því að breytingarmynstrið er óljóst.
Mynd 3. Vélrænir eiginleikar efna við mismunandi öldrunarhita og öldrunartíma
Eftir ofangreinda öldrunarmeðferð er sprungur í nítuðu samskeytunum teknar saman í töflu 4. Af töflu 4 má sjá að með tímanum minnkar sprungur í nítuðu samskeytunum að vissu marki. Við 180 ℃, þegar öldrunartíminn er lengri en 10 klst., er útlit nítuðu samskeytisins ásættanlegt en óstöðugt. Við 185 ℃, eftir 7 klst. öldrun, eru engar sprungur í útliti nítuðu samskeytisins og ástandið er tiltölulega stöðugt. Við 190 ℃ eru engar sprungur í útliti nítuðu samskeytisins og ástandið er stöðugt. Af niðurstöðum nítingarprófanna má sjá að nítingarárangurinn er betri og stöðugri þegar málmblandan er í ofeldruðu ástandi. Í tengslum við notkun á líkamsprófíl er níting við 180 ℃/10~12 klst. ekki stuðlandi að gæðastöðugleika framleiðsluferlisins sem framleiðandinn stýrir. Til að tryggja stöðugleika nítuðu samskeytanna þarf að lengja öldrunartímann enn frekar, en staðfesting á öldrunartímanum mun leiða til minnkaðrar framleiðsluhagkvæmni prófílsins og aukins kostnaðar. Við 190 ℃ geta öll sýnin uppfyllt kröfur um nítingarsprungur en styrkur efnisins minnkar verulega. Samkvæmt kröfum um hönnun ökutækja verður að tryggja að sveigjanleiki 6082 málmblöndunnar sé meiri en 270 MPa. Þess vegna uppfyllir öldrunarhitastigið 190 ℃ ekki kröfur um styrk efnisins. Á sama tíma, ef styrkur efnisins er of lágur, verður afgangsþykkt botnplötu nítuðu samskeytanna of lítil. Eftir öldrun við 190 ℃/8 klst. sýna eiginleikar nítuðu þversniðsins að afgangsþykktin er 0,26 mm, sem uppfyllir ekki vísitölukröfuna ≥0,3 mm, eins og sýnt er á mynd 4a. Í heild sinni er kjörinn öldrunarhitastig 185 ℃. Eftir 7 klst. öldrun getur efnið stöðugt uppfyllt kröfur um níting og styrkurinn uppfyllir kröfur um afköst. Miðað við framleiðslustöðugleika nítingferlisins í suðuverkstæðinu er lagt til að kjöröldrunartími sé ákvarðaður sem 8 klst. Þversniðseiginleikarnir samkvæmt þessu ferli eru sýndir á mynd 4b, sem uppfyllir kröfur um samlæsingarvísitölu. Vinstri og hægri samlæsingarnar eru 0,90 mm og 0,75 mm, sem uppfylla vísitölukröfur ≥0,4 mm, og neðri leifarþykktin er 0,38 mm.
Tafla 4 Sprungumyndun sýnis nr. 2 við mismunandi hitastig og mismunandi öldrunartíma
Mynd 4. Þversniðseiginleikar nítaðra samskeyta í botnplötum úr 6082 við mismunandi öldrunarstig.
3 Niðurstaða
Því hærra sem útpressunarhitastig 6082 álprófíla er, því grunnara verður grófkornalagið á yfirborðinu eftir útpressun. Minni þykkt grófkornalagsins getur á áhrifaríkan hátt dregið úr spennuþéttni við kornamörk og þar með komið í veg fyrir nítingarsprungur. Tilraunir hafa leitt í ljós að kjörhitastig útpressunar er ekki lægra en 485 ℃.
Þegar þykkt grófkorna lagsins í 6082 álprófílnum er sú sama, er virkt spenna á kornamörkum málmblöndunnar í oföldrunarástandi minni en í hámarksöldrunarástandi, hætta á sprungum við nítingu er minni og nítingarárangur málmblöndunnar er betri. Með hliðsjón af þremur þáttum nítingarstöðugleika, samtengingargildi nítingarsamskeyta, framleiðsluhagkvæmni hitameðferðar og efnahagslegum ávinningi, er ákjósanlegt öldrunarkerfi fyrir málmblönduna ákvarðað sem 185℃/8 klst.
Birtingartími: 5. apríl 2025
