Memandangkan negara-negara di seluruh dunia mementingkan penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan, pembangunan kenderaan tenaga baharu elektrik tulen telah menjadi satu trend. Selain prestasi bateri, kualiti badan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi julat pemanduan kenderaan tenaga baharu. Mempromosikan pembangunan struktur badan kereta ringan dan sambungan berkualiti tinggi boleh meningkatkan julat pemanduan komprehensif kenderaan elektrik dengan mengurangkan berat keseluruhan kenderaan sebanyak mungkin sambil memastikan kekuatan dan prestasi keselamatan kenderaan. Dari segi pemberat ringan kereta, badan hibrid keluli-aluminium mengambil kira kedua-dua kekuatan dan pengurangan berat badan, menjadi cara penting untuk mencapai pemberat ringan badan.
Kaedah sambungan tradisional untuk menyambung aloi aluminium mempunyai prestasi sambungan yang lemah dan kebolehpercayaan yang rendah. Rivet menindik sendiri, sebagai teknologi sambungan baharu, telah digunakan secara meluas dalam industri automotif dan industri pembuatan aeroangkasa kerana kelebihan mutlaknya dalam menyambungkan aloi ringan dan bahan komposit. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, cendekiawan tempatan China telah menjalankan penyelidikan yang relevan mengenai teknologi memukau tusukan diri dan mengkaji kesan kaedah rawatan haba yang berbeza terhadap prestasi sendi rivet tindik diri titanium tulen industri TA1. Didapati kaedah rawatan haba penyepuhlindapan dan pelindapkejutan meningkatkan kekuatan statik sendi rivet tindik diri titanium tulen industri TA1. Mekanisme pembentukan sendi diperhatikan dan dianalisis dari perspektif aliran bahan, dan kualiti sambungan dinilai berdasarkan ini. Melalui ujian metalografik, didapati bahawa kawasan ubah bentuk plastik yang besar telah ditapis menjadi struktur gentian dengan kecenderungan tertentu, yang menggalakkan peningkatan tekanan hasil dan kekuatan keletihan sendi.
Penyelidikan di atas terutamanya memberi tumpuan kepada sifat mekanikal sendi selepas rivet plat aloi aluminium. Dalam pengeluaran memukau sebenar badan kereta, rekahan sambungan rivet profil tersemperit aloi aluminium, terutamanya aloi aluminium berkekuatan tinggi dengan kandungan unsur pengaloian tinggi, seperti aloi aluminium 6082, adalah faktor utama yang menyekat penggunaan proses ini pada badan kereta. Pada masa yang sama, toleransi bentuk dan kedudukan profil tersemperit yang digunakan pada badan kereta, seperti lenturan dan berpusing, secara langsung mempengaruhi pemasangan dan penggunaan profil, dan juga menentukan ketepatan dimensi badan kereta berikutnya. Untuk mengawal lenturan dan pemusingan profil dan memastikan ketepatan dimensi profil, sebagai tambahan kepada struktur acuan, suhu alur keluar profil dan kelajuan pelindapkejutan dalam talian adalah faktor yang mempengaruhi yang paling penting. Semakin tinggi suhu alur keluar dan semakin cepat kelajuan pelindapkejutan, semakin besar tahap lenturan dan pemusingan profil. Untuk profil aloi aluminium untuk badan kereta, adalah perlu untuk memastikan ketepatan dimensi profil dan memastikan bahawa rivet aloi tidak retak. Cara paling mudah untuk mengoptimumkan ketepatan dimensi dan prestasi rekahan memukau aloi ialah mengawal keretakan dengan mengoptimumkan suhu pemanasan dan proses penuaan rod tersemperit sambil mengekalkan komposisi bahan, struktur cetakan, kelajuan penyemperitan dan kelajuan pelindapkejutan tidak berubah. Untuk aloi aluminium 6082, di bawah premis bahawa keadaan proses lain kekal tidak berubah, semakin tinggi suhu penyemperitan, semakin cetek lapisan berbutir kasar, tetapi semakin besar ubah bentuk profil selepas pelindapkejutan.
Kertas ini mengambil 6082 aloi aluminium dengan komposisi yang sama seperti objek penyelidikan, menggunakan suhu penyemperitan yang berbeza dan proses penuaan yang berbeza untuk menyediakan sampel dalam keadaan yang berbeza, dan menilai kesan suhu penyemperitan dan keadaan penuaan pada ujian memukau melalui ujian memukau. Berdasarkan keputusan awal, proses penuaan optimum ditentukan selanjutnya untuk memberikan panduan untuk pengeluaran seterusnya 6082 profil penyemperitan badan aloi aluminium.
1 Bahan dan kaedah eksperimen
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, aloi aluminium 6082 telah dicairkan dan disediakan menjadi jongkong bulat dengan tuangan separa berterusan. Kemudian, selepas rawatan haba homogenisasi, jongkong dipanaskan pada suhu yang berbeza dan tersemperit ke dalam profil pada penyemperit 2200 t. Ketebalan dinding profil ialah 2.5 mm, suhu tong penyemperitan ialah 440±10 ℃, suhu die penyemperitan ialah 470±10 ℃, kelajuan penyemperitan ialah 2.3±0.2 mm/s, dan kaedah pelindapkejutan profil adalah penyejukan angin yang kuat. Mengikut suhu pemanasan, sampel bernombor 1 hingga 3, antaranya sampel 1 mempunyai suhu pemanasan terendah, dan suhu bilet yang sepadan ialah 470±5 ℃, suhu bilet yang sepadan bagi sampel 2 ialah 485±5 ℃, dan suhu sampel 3 adalah yang tertinggi, dan suhu bilet yang sepadan ialah 500±5 ℃.
Jadual 1 Komposisi kimia yang diukur bagi aloi ujian (pecahan jisim/%)
Di bawah syarat bahawa parameter proses lain seperti komposisi bahan, struktur mati, kelajuan penyemperitan, kelajuan pelindapkejutan kekal tidak berubah, sampel No. 1 hingga 3 di atas diperoleh dengan melaraskan suhu pemanasan penyemperitan berumur dalam relau rintangan jenis kotak, dan sistem penuaan ialah 180 ℃/6 jam dan 190 ℃/6 jam. Selepas penebat, ia disejukkan dengan udara, dan kemudian diikat untuk menilai pengaruh suhu penyemperitan yang berbeza dan keadaan penuaan pada ujian memukau. Ujian memukau menggunakan aloi 6082 setebal 2.5 mm dengan suhu penyemperitan berbeza dan sistem penuaan berbeza sebagai plat bawah, dan aloi 5754-O setebal 1.4 mm sebagai plat atas untuk ujian memukau SPR. Die rivet ialah M260238, dan rivet ialah C5.3×6.0 H0. Di samping itu, untuk menentukan lagi proses penuaan yang optimum, mengikut pengaruh suhu penyemperitan dan keadaan penuaan pada keretakan riveting, plat pada suhu penyemperitan optimum dipilih, dan kemudian dirawat dengan suhu yang berbeza dan masa penuaan yang berbeza untuk mengkaji pengaruh sistem penuaan pada keretakan riveting, supaya akhirnya mengesahkan sistem penuaan optimum. Mikroskop berkuasa tinggi digunakan untuk memerhatikan struktur mikro bahan pada suhu penyemperitan yang berbeza, mesin ujian universal elektronik kawalan mikrokomputer MTS-SANS CMT5000 siri digunakan untuk menguji sifat mekanikal, dan mikroskop berkuasa rendah digunakan untuk memerhati sendi rivet selepas memukau di pelbagai negeri.
2Hasil eksperimen dan perbincangan
2.1 Kesan suhu penyemperitan dan keadaan penuaan pada keretakan rivet
Persampelan diambil di sepanjang keratan rentas profil tersemperit. Selepas pengisaran kasar, pengisaran halus dan penggilap dengan kertas pasir, sampel telah terhakis dengan 10% NaOH selama 8 minit, dan produk kakisan hitam disapu bersih dengan asid nitrik. Lapisan butiran kasar sampel diperhatikan dengan mikroskop berkuasa tinggi, yang terletak pada permukaan di luar gesper rivet pada kedudukan memukau yang dimaksudkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Purata kedalaman lapisan butiran kasar sampel No. 1 ialah 352 μm , purata kedalaman lapisan butiran kasar bagi sampel No. 5 μarm1 ialah purata kedalaman lapisan butiran kasar No. sampel No. 3 ialah 31 μm. Perbezaan dalam kedalaman lapisan butiran kasar adalah disebabkan oleh suhu penyemperitan yang berbeza. Semakin tinggi suhu penyemperitan, semakin rendah rintangan ubah bentuk aloi 6082, semakin kecil simpanan tenaga ubah bentuk yang dihasilkan oleh geseran antara aloi dan die penyemperitan (terutamanya tali pinggang kerja die), dan semakin kecil daya penggerak penghabluran semula. Oleh itu, lapisan butiran kasar permukaan adalah lebih cetek; semakin rendah suhu penyemperitan, semakin besar rintangan ubah bentuk, semakin besar storan tenaga ubah bentuk, semakin mudah untuk mengkristalkan semula, dan semakin dalam lapisan butiran kasar. Untuk aloi 6082, mekanisme penghabluran semula butiran kasar ialah penghabluran semula sekunder.
(a) Model 1
(b) Model 2
(c) Model 3
Rajah 1 Ketebalan lapisan butiran kasar profil tersemperit oleh proses yang berbeza
Sampel 1 hingga 3 yang disediakan pada suhu penyemperitan berbeza berumur pada 180 ℃/6 jam dan 190 ℃/6 jam, masing-masing. Sifat mekanikal sampel 2 selepas dua proses penuaan ditunjukkan dalam Jadual 2. Di bawah kedua-dua sistem penuaan, kekuatan hasil dan kekuatan tegangan sampel pada 180 ℃/6 jam adalah jauh lebih tinggi daripada yang pada 190 ℃/6 jam, manakala pemanjangan kedua-duanya tidak jauh berbeza, menunjukkan bahawa 190 ℃/6 jam adalah rawatan penuaan lebih. Oleh kerana sifat mekanikal aloi aluminium 6 siri berubah-ubah dengan banyaknya dengan perubahan proses penuaan dalam keadaan di bawah penuaan, ia tidak kondusif kepada kestabilan proses pengeluaran profil dan kawalan kualiti rivet. Oleh itu, adalah tidak sesuai untuk menggunakan keadaan di bawah umur untuk menghasilkan profil badan.
Jadual 2 Sifat mekanikal sampel No. 2 di bawah dua sistem penuaan
Penampilan kepingan ujian selepas rivet ditunjukkan dalam Rajah 2. Apabila sampel No. 1 dengan lapisan berbutir kasar yang lebih dalam diikat dalam keadaan penuaan puncak, permukaan bawah rivet mempunyai kulit oren yang jelas dan rekahan yang boleh dilihat dengan mata kasar, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a. Disebabkan oleh orientasi yang tidak konsisten di dalam butiran, tahap ubah bentuk akan menjadi tidak sekata semasa ubah bentuk, membentuk permukaan yang tidak rata. Apabila bijirin kasar, ketidaksamaan permukaan menjadi lebih besar, membentuk fenomena kulit oren yang boleh dilihat dengan mata kasar. Apabila sampel No. 3 dengan lapisan berbutir kasar yang lebih cetek yang disediakan dengan meningkatkan suhu penyemperitan diikat dalam keadaan penuaan puncak, permukaan bawah rivet adalah agak licin, dan keretakan itu ditindas pada tahap tertentu, yang hanya boleh dilihat di bawah pembesaran mikroskop, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2b. Apabila sampel No. 3 berada dalam keadaan terlalu tua, tiada keretakan diperhatikan di bawah pembesaran mikroskop, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2c.
(a) Keretakan boleh dilihat dengan mata kasar
(b) Retakan sedikit kelihatan di bawah mikroskop
(c) Tiada keretakan
Rajah 2 Tahap rekahan yang berbeza selepas memukau
Permukaan selepas rivet terutamanya dalam tiga keadaan, iaitu, rekahan yang boleh dilihat dengan mata kasar (ditandakan “×”), sedikit retakan kelihatan di bawah pembesaran mikroskop (ditanda “△”), dan tiada retakan (ditanda “○”). Keputusan morfologi memukau bagi ketiga-tiga sampel keadaan di atas di bawah dua sistem penuaan ditunjukkan dalam Jadual 3. Dapat dilihat bahawa apabila proses penuaan adalah malar, prestasi rekahan memukau spesimen dengan suhu penyemperitan yang lebih tinggi dan lapisan butiran kasar yang lebih nipis adalah lebih baik daripada spesimen dengan lapisan butiran kasar yang lebih dalam; apabila lapisan butiran kasar adalah malar, prestasi rekahan memukau bagi keadaan terlalu tua adalah lebih baik daripada keadaan puncak penuaan.
Jadual 3 Penampilan memukau sampel 1 hingga 3 di bawah dua sistem proses
Kesan morfologi bijian dan keadaan penuaan pada kelakuan keretakan mampatan paksi profil telah dikaji. Keadaan tegasan bahan semasa pemampatan paksi adalah konsisten dengan keadaan memukau tusuk sendiri. Kajian mendapati bahawa retakan berasal dari sempadan butiran, dan mekanisme keretakan aloi Al-Mg-Si dijelaskan oleh formula.
σapp ialah tegasan yang dikenakan pada kristal. Apabila retak, σapp adalah sama dengan nilai tegasan sebenar sepadan dengan kekuatan tegangan; σa0 ialah rintangan mendakan semasa gelongsor intrahabluran; Φ ialah pekali kepekatan tegasan, yang berkaitan dengan saiz butiran d dan lebar gelinciran p.
Berbanding dengan penghabluran semula, struktur butiran berserabut adalah lebih kondusif untuk perencatan keretakan. Sebab utama ialah saiz butiran d dikurangkan dengan ketara disebabkan oleh penghalusan bijirin, yang boleh mengurangkan faktor kepekatan tegasan Φ pada sempadan butiran secara berkesan, dengan itu menghalang keretakan. Berbanding dengan struktur berserabut, faktor kepekatan tegasan Φ aloi terhablur semula dengan butiran kasar adalah kira-kira 10 kali ganda daripada bekas.
Berbanding dengan penuaan puncak, keadaan lebihan penuaan adalah lebih kondusif untuk perencatan keretakan, yang ditentukan oleh keadaan fasa pemendakan yang berbeza di dalam aloi. Semasa penuaan puncak, fasa 20-50 nm 'β (Mg5Si6) dimendakkan dalam aloi 6082, dengan sejumlah besar mendakan dan saiz kecil; apabila aloi mengalami penuaan yang berlebihan, bilangan mendakan dalam aloi berkurangan dan saiznya menjadi lebih besar. Mendakan yang dihasilkan semasa proses penuaan boleh menghalang pergerakan kehelan di dalam aloi dengan berkesan. Daya penyematannya pada kehelan adalah berkaitan dengan saiz dan pecahan isipadu fasa mendakan. Formula empiriknya ialah:
f ialah pecahan isipadu fasa mendakan; r ialah saiz fasa; σa ialah tenaga antara muka antara fasa dan matriks. Formula menunjukkan bahawa lebih besar saiz fasa mendakan dan lebih kecil pecahan isipadu, lebih kecil daya penyepitnya pada kehelan, lebih mudah untuk kehelan dalam aloi untuk bermula, dan σa0 dalam aloi akan berkurangan daripada penuaan puncak kepada keadaan terlalu tua. Walaupun σa0 berkurangan, apabila aloi beralih daripada penuaan puncak kepada keadaan terlalu tua, nilai σapp pada masa keretakan aloi semakin berkurangan, mengakibatkan penurunan ketara dalam tegasan berkesan pada sempadan butiran (σapp-σa0). Tegasan berkesan pada sempadan butiran penuaan berlebihan adalah kira-kira 1/5 daripada itu pada penuaan puncak, iaitu, ia kurang berkemungkinan retak pada sempadan butiran dalam keadaan terlalu tua, menghasilkan prestasi memukau aloi yang lebih baik.
2.2 Pengoptimuman suhu penyemperitan dan sistem proses penuaan
Mengikut keputusan di atas, meningkatkan suhu penyemperitan boleh mengurangkan kedalaman lapisan berbutir kasar, dengan itu menghalang keretakan bahan semasa proses rivet. Walau bagaimanapun, di bawah premis komposisi aloi tertentu, struktur mati penyemperitan dan proses penyemperitan, jika suhu penyemperitan terlalu tinggi, dalam satu tangan, tahap lenturan dan pemusingan profil akan menjadi lebih teruk semasa proses pelindapkejutan berikutnya, menjadikan toleransi saiz profil tidak memenuhi keperluan, dan sebaliknya, ia akan menyebabkan aloi mudah terbakar terlampau semasa proses penyemperitan. Memandangkan keadaan memukau, proses saiz profil, tetingkap proses pengeluaran dan faktor lain, suhu penyemperitan yang lebih sesuai untuk aloi ini adalah tidak kurang daripada 485 ℃, iaitu sampel No. 2. Untuk mengesahkan sistem proses penuaan yang optimum, proses penuaan telah dioptimumkan berdasarkan sampel No. 2.
Sifat mekanikal spesimen No. 2 pada masa penuaan yang berbeza pada 180 ℃, 185 ℃ dan 190 ℃ ditunjukkan dalam Rajah 3, iaitu kekuatan alah, kekuatan tegangan dan pemanjangan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3a, di bawah 180 ℃, masa penuaan meningkat daripada 6 jam kepada 12 jam, dan kekuatan hasil bahan tidak berkurangan dengan ketara. Di bawah 185 ℃, apabila masa penuaan meningkat dari 4 jam hingga 12 jam, kekuatan hasil mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan, dan masa penuaan sepadan dengan nilai kekuatan tertinggi ialah 5-6 jam. Di bawah 190 ℃, apabila masa penuaan meningkat, kekuatan hasil secara beransur-ansur berkurangan. Secara keseluruhan, pada tiga suhu penuaan, semakin rendah suhu penuaan, semakin tinggi kekuatan puncak bahan. Ciri-ciri kekuatan tegangan dalam Rajah 3b adalah konsisten dengan kekuatan alah dalam Rajah 3a. Pemanjangan pada suhu penuaan berbeza yang ditunjukkan dalam Rajah 3c adalah antara 14% dan 17%, tanpa corak perubahan yang jelas. Percubaan ini menguji tahap penuaan puncak kepada tahap penuaan yang berlebihan, dan disebabkan perbezaan percubaan yang kecil, ralat ujian menyebabkan corak perubahan menjadi tidak jelas.
Rajah.3 Sifat mekanikal bahan pada suhu penuaan dan masa penuaan yang berbeza
Selepas rawatan penuaan di atas, keretakan sendi rivet diringkaskan dalam Jadual 4. Dapat dilihat dari Jadual 4 bahawa dengan peningkatan masa, keretakan sendi rivet ditindas pada tahap tertentu. Di bawah keadaan 180 ℃, apabila masa penuaan melebihi 10 jam, penampilan sendi rivet berada dalam keadaan yang boleh diterima, tetapi tidak stabil. Di bawah keadaan 185 ℃, selepas penuaan selama 7 jam, penampilan sendi rivet tidak retak dan keadaannya agak stabil. Di bawah keadaan 190 ℃, penampilan sendi rivet tidak mempunyai retak dan keadaan stabil. Daripada keputusan ujian rivet, dapat dilihat bahawa prestasi rivet adalah lebih baik dan lebih stabil apabila aloi berada dalam keadaan terlalu tua. Digabungkan dengan penggunaan profil badan, rivet pada 180 ℃/10~12 h tidak kondusif kepada kestabilan kualiti proses pengeluaran yang dikawal oleh OEM. Untuk memastikan kestabilan sendi rivet, masa penuaan perlu dilanjutkan lagi, tetapi pengesahan masa penuaan akan membawa kepada pengurangan kecekapan pengeluaran profil dan peningkatan kos. Di bawah keadaan 190 ℃, semua sampel boleh memenuhi keperluan keretakan rivet, tetapi kekuatan bahan berkurangan dengan ketara. Mengikut keperluan reka bentuk kenderaan, kekuatan hasil aloi 6082 mesti dijamin lebih besar daripada 270 MPa. Oleh itu, suhu penuaan 190 ℃ tidak memenuhi keperluan kekuatan bahan. Pada masa yang sama, jika kekuatan bahan terlalu rendah, ketebalan baki plat bawah sendi rivet akan menjadi terlalu kecil. Selepas penuaan pada 190 ℃/8 jam, ciri keratan rentas rivet menunjukkan bahawa ketebalan baki ialah 0.26 mm, yang tidak memenuhi keperluan indeks ≥0.3 mm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4a. Memandangkan secara menyeluruh, suhu penuaan optimum ialah 185 ℃. Selepas penuaan selama 7 jam, bahan boleh stabil memenuhi keperluan rivet, dan kekuatan memenuhi keperluan prestasi. Memandangkan kestabilan pengeluaran proses rivet di bengkel kimpalan, masa penuaan optimum dicadangkan untuk ditentukan sebagai 8 jam. Ciri-ciri keratan rentas di bawah sistem proses ini ditunjukkan dalam Rajah 4b, yang memenuhi keperluan indeks saling mengunci. Interlock kiri dan kanan ialah 0.90 mm dan 0.75 mm, yang memenuhi keperluan indeks ≥0.4 mm, dan ketebalan baki bawah ialah 0.38 mm.
Jadual 4 Keretakan sampel No. 2 pada suhu yang berbeza dan masa penuaan yang berbeza
Rajah.4 Ciri-ciri keratan rentas sambungan rivet 6082 plat bawah pada keadaan penuaan yang berbeza
3 Kesimpulan
Semakin tinggi suhu penyemperitan 6082 profil aloi aluminium, semakin cetek lapisan berbutir kasar permukaan selepas penyemperitan. Ketebalan lapisan berbutir kasar yang lebih cetek boleh mengurangkan faktor kepekatan tegasan pada sempadan butiran dengan berkesan, dengan itu menghalang rekahan rivet. Penyelidikan eksperimen telah menentukan bahawa suhu penyemperitan optimum tidak kurang daripada 485 ℃.
Apabila ketebalan lapisan berbutir kasar profil aloi aluminium 6082 adalah sama, tegasan berkesan sempadan butiran aloi dalam keadaan terlalu tua adalah kurang daripada itu dalam keadaan penuaan puncak, risiko keretakan semasa rivet adalah lebih kecil, dan prestasi rivet aloi adalah lebih baik. Dengan mengambil kira tiga faktor kestabilan rivet, nilai interlocking sendi rivet, kecekapan pengeluaran rawatan haba dan faedah ekonomi, sistem penuaan optimum untuk aloi ditentukan sebagai 185℃/8j.
Masa siaran: Apr-05-2025
