Om't lannen oer de hiele wrâld grut belang hechtsje oan enerzjybesparring en útstjitreduksje, is de ûntwikkeling fan suver elektryske nije enerzjyauto's in trend wurden. Neist batterijprestaasjes is de kwaliteit fan 'e karrosserie ek in krúsjale faktor dy't ynfloed hat op it rydberik fan nije enerzjyauto's. It befoarderjen fan 'e ûntwikkeling fan lichtgewicht autokarrosseriestrukturen en ferbiningen fan hege kwaliteit kin it wiidweidige rydberik fan elektryske auto's ferbetterje troch it gewicht fan it heule auto safolle mooglik te ferminderjen, wylst de sterkte en feiligensprestaasjes fan it auto wurde garandearre. Wat it lichter meitsjen fan auto's oanbelanget, hâldt de hybride stiel-aluminium-karrosserie rekken mei sawol de sterkte as de gewichtsreduksje fan 'e karrosserie, en wurdt in wichtich middel om it lichter meitsjen fan 'e karrosserie te berikken.
De tradisjonele ferbiningsmetoade foar it ferbinen fan aluminiumlegeringen hat minne ferbiningsprestaasjes en lege betrouberens. Self-piercing riveting, as in nije ferbiningstechnology, is in soad brûkt yn 'e auto-yndustry en loftfeartproduksje-yndustry fanwegen syn absolute foardiel by it ferbinen fan ljochte legeringen en gearstalde materialen. Yn 'e ôfrûne jierren hawwe Sineeske ynlânske wittenskippers relevant ûndersyk dien nei self-piercing rivetingtechnology en de effekten fan ferskate waarmtebehannelingmetoaden bestudearre op 'e prestaasjes fan TA1 yndustriële suvere titanium sels-piercing rived connections. It waard fûn dat gloeien en blussen fan waarmtebehannelingmetoaden de statyske sterkte fan TA1 yndustriële suvere titanium sels-piercing rived connections ferbetteren. It ferbiningsfoarmingsmeganisme waard waarnommen en analysearre út it perspektyf fan materiaalstream, en de kwaliteit fan 'e ferbining waard hjirfan evaluearre. Troch metallografyske testen waard fûn dat it grutte plestike deformaasjegebiet mei in bepaalde oanstriid ferfine waard ta in glêstriedstruktuer, wat de ferbettering fan 'e rekspanning en wurgenssterkte fan' e ferbining befoardere.
It boppesteande ûndersyk rjochtet him benammen op 'e meganyske eigenskippen fan 'e ferbiningen nei it klinken fan aluminiumlegeringplaten. By de werklike klinkproduksje fan autokarossen binne de skuorren fan 'e klinkende ferbiningen fan ekstrudearre profilen fan aluminiumlegering, benammen hege sterkte aluminiumlegeringen mei in hege ynhâld fan legearingseleminten, lykas 6082 aluminiumlegering, de kaaifaktoren dy't de tapassing fan dit proses op 'e autokarossery beheine. Tagelyk beynfloedzje de foarm- en posysjetolerânsjes fan 'e ekstrudearre profilen dy't op 'e autokarossery brûkt wurde, lykas bûgen en draaien, direkt de gearstalling en it gebrûk fan 'e profilen, en bepale se ek de dimensjonele krektens fan 'e folgjende autokarossery. Om it bûgen en draaien fan 'e profilen te kontrolearjen en de dimensjonele krektens fan 'e profilen te garandearjen, binne neist de matrijsstruktuer, de útgongstemperatuer fan 'e profilen en de online blussnelheid de wichtichste ynfloedrike faktoaren. Hoe heger de útgongstemperatuer en hoe rapper de blussnelheid, hoe grutter de bûgings- en draaigraad fan 'e profilen. Foar aluminiumlegeringprofilen foar autokarossen is it needsaaklik om de dimensjonele krektens fan 'e profilen te garandearjen en te soargjen dat de klinken fan 'e legearing net barst. De ienfâldichste manier om de dimensjonele krektens en klinknagel-barstprestaasjes fan 'e legearing te optimalisearjen is om barsten te kontrolearjen troch de ferwaarmingstemperatuer en it ferâlderingsproses fan 'e ekstrudearre stangen te optimalisearjen, wylst de materiaalsamenstelling, matrijsstruktuer, ekstrusjesnelheid en blussnelheid net feroare wurde. Foar 6082 aluminiumlegering, ûnder de útgongspunt dat oare prosesbetingsten net feroare bliuwe, hoe heger de ekstrusjetemperatuer, hoe ûndjipper de grofkorrelige laach, mar hoe grutter de deformaasje fan it profyl nei it blussen.
Dit artikel brûkt 6082 aluminiumlegering mei deselde gearstalling as it ûndersyksobjekt, brûkt ferskate ekstruzjetemperatueren en ferskate ferâlderingsprosessen om samples yn ferskate steaten ta te rieden, en evaluearret de effekten fan ekstruzjetemperatuer en ferâlderingstastân op 'e klinktest troch klinktests. Op basis fan 'e foarriedige resultaten wurdt it optimale ferâlderingsproses fierder bepaald om begelieding te jaan foar de folgjende produksje fan 6082 aluminiumlegering lichemsekstruzjeprofilen.
1 Eksperimintele materialen en metoaden
Lykas te sjen is yn tabel 1, waard de 6082 aluminiumlegering smolten en ta in rûne ingot ta brocht troch semi-kontinu jitten. Dêrnei, nei homogenisaasje-waarmtebehanneling, waard de ingot ferwaarme ta ferskate temperatueren en op in 2200 t extruder ta in profyl ekstrudearre. De profylwanddikte wie 2,5 mm, de ekstrusjevattemperatuer wie 440 ± 10 ℃, de ekstrusjematrijstemperatuer wie 470 ± 10 ℃, de ekstrusjesnelheid wie 2,3 ± 0,2 mm/s, en de profylblusmetoade wie sterke wynkoeling. Neffens de ferwaarmingstemperatuer waarden de samples nûmere fan 1 oant 3, wêrfan sample 1 de leechste ferwaarmingstemperatuer hie, en de oerienkommende billettemperatuer wie 470 ± 5 ℃, de oerienkommende billettemperatuer fan sample 2 wie 485 ± 5 ℃, en de temperatuer fan sample 3 wie de heechste, en de oerienkommende billettemperatuer wie 500 ± 5 ℃.
Tabel 1 Meten gemyske gearstalling fan 'e testlegering (massafraksje/%)
Under de betingst dat oare prosesparameters lykas materiaalkomposysje, matrijsstruktuer, ekstruzjesnelheid, blussnelheid net feroare wurde, wurde de boppesteande nûmers 1 oant 3 samples dy't krigen binne troch it oanpassen fan 'e ekstruzjeferwaarmingstemperatuer ferâldere yn in doaze-type wjerstânsoven, en it ferâlderingssysteem is 180 ℃/6 oeren en 190 ℃/6 oeren. Nei de isolaasje wurde se loftkuolle en dan klinknagele om de ynfloed fan ferskate ekstruzjetemperatueren en ferâlderingsstaten op 'e klinktest te evaluearjen. De klinktest brûkt in 2,5 mm dikke 6082-legering mei ferskate ekstruzjetemperatueren en ferskate ferâlderingssystemen as de ûnderplaat, en in 1,4 mm dikke 5754-O-legering as de boppeste plaat foar de SPR-klinktest. De klinkmatrijs is M260238, en de klinknagel is C5.3 × 6.0 H0. Derneist, om it optimale ferâlderingsproses fierder te bepalen, wurdt de plaat by de optimale ferâlderingstemperatuer selektearre neffens de ynfloed fan ekstrusjetemperatuer en ferâlderingstastân op klinknagelskeuring, en dan behannele mei ferskate temperatueren en ferskillende ferâlderingstiden om de ynfloed fan it ferâlderingssysteem op klinknagelskeuring te bestudearjen, om úteinlik it optimale ferâlderingssysteem te befêstigjen. In krêftige mikroskoop waard brûkt om de mikrostruktuer fan it materiaal by ferskate ekstrusjetemperatueren te observearjen, in MTS-SANS CMT5000-searje mikrokompjûter-kontroleare elektroanyske universele testmasine waard brûkt om de meganyske eigenskippen te testen, en in leechfermogen mikroskoop waard brûkt om de klinknagels nei it klinken yn ferskate steaten te observearjen.
2 Eksperimintele resultaten en diskusje
2.1 Effekt fan ekstrusjetemperatuer en ferâlderingstastân op klinknagelbarsten
Stekproef waard nommen lâns de dwersdoorsnede fan it ekstrudearre profyl. Nei rûch slypjen, fyn slypjen en polijsten mei skuurpapier, waard it stekproef 8 minuten korrodearre mei 10% NaOH, en it swarte korrosjeprodukt waard skjinwiske mei salpetersoer. De grove kerrellaach fan it stekproef waard waarnommen mei in krêftige mikroskoop, dy't op it oerflak bûten de klinknagel op 'e bedoelde klinkposysje pleatst waard, lykas te sjen is yn figuer 1. De gemiddelde djipte fan 'e grove kerrellaach fan stekproef nr. 1 wie 352 μm, de gemiddelde djipte fan 'e grove kerrellaach fan stekproef nr. 2 wie 135 μm, en de gemiddelde djipte fan 'e grove kerrellaach fan stekproef nr. 3 wie 31 μm. It ferskil yn 'e djipte fan' e grove kerrellaach is benammen te tankjen oan 'e ferskillende ekstrusjetemperatueren. Hoe heger de ekstrusjetemperatuer, hoe leger de deformaasjewjerstân fan 'e 6082-legering, hoe lytser de deformaasje-enerzjyopslach dy't generearre wurdt troch de wriuwing tusken de legearing en de ekstrusjematrise (benammen de matrisewurkriem), en hoe lytser de driuwende krêft fan rekristallisaasje. Dêrom is de oerflakte laach fan grove kerrels ûndjipper; hoe leger de ekstrusjetemperatuer, hoe grutter de deformaasjewjerstân, hoe grutter de opslach fan deformaasje-enerzjy, hoe makliker it is om te rekristallisearjen, en hoe djipper de laach fan grove kerrels. Foar de 6082-legering is it meganisme fan rekristallisaasje fan grove kerrels sekundêre rekristallisaasje.
(a) Model 1
(b) Model 2
(c) Model 3
Figuer 1 Dikte fan 'e grove nôtlaach fan ekstrudearre profilen troch ferskate prosessen
Samples 1 oant 3, taret by ferskillende ekstrusjetemperatueren, waarden ferâldere by respektivelik 180 ℃/6 oeren en 190 ℃/6 oeren. De meganyske eigenskippen fan sample 2 nei de twa ferâlderingsprosessen wurde werjûn yn tabel 2. Under de twa ferâlderingssystemen binne de reksterkte en treksterkte fan 'e sample by 180 ℃/6 oeren signifikant heger as dy by 190 ℃/6 oeren, wylst de ferlinging fan 'e twa net folle oars is, wat oanjout dat 190 ℃/6 oeren in oerferâlderingsbehanneling is. Om't de meganyske eigenskippen fan 'e 6-searje aluminiumlegering sterk fluktuearje mei de feroaring fan it ferâlderingsproses yn 'e ûnderferâlderingssteat, is it net geunstich foar de stabiliteit fan it profylproduksjeproses en de kontrôle fan 'e klinkkwaliteit. Dêrom is it net geskikt om de ûnderferâlderingssteat te brûken om lichemsprofilen te produsearjen.
Tabel 2 Mechanyske eigenskippen fan stekproef nr. 2 ûnder twa ferâlderingssystemen
It uterlik fan it teststik nei it klinken wurdt werjûn yn figuer 2. Doe't it nûmer 1-monster mei in djippere grofkorrelige laach yn 'e peak-ferâlderingssteat klinken waard, hie it ûnderste oerflak fan 'e klinknagel dúdlike sinaasappelskil en skuorren dy't sichtber wiene mei it bleate each, lykas te sjen is yn figuer 2a. Troch de ynkonsistente oriïntaasje binnen de kerrels sil de deformaasjegraad ûngeliken wêze tidens de deformaasje, wêrtroch in ûngelikense oerflak ûntstiet. As de kerrels grof binne, wurdt de ûngelikensens fan it oerflak grutter, wêrtroch in sinaasappelskilferskynsel ûntstiet dat sichtber is mei it bleate each. Doe't it nûmer 3-monster mei in ûndjippere grofkorrelige laach, taret troch it ferheegjen fan 'e ekstrusjetemperatuer, yn 'e peak-ferâlderingssteat klinken waard, wie it ûnderste oerflak fan 'e klinknagel relatyf glêd, en waarden de skuorren oant in beskate mjitte ûnderdrukt, wat allinich sichtber wie ûnder mikroskoopfergrutting, lykas te sjen is yn figuer 2b. Doe't it nûmer 3-monster yn 'e oerferâlderingssteat wie, waarden gjin skuorren waarnommen ûnder mikroskoopfergrutting, lykas te sjen is yn figuer 2c.
(a) Skuorren dy't mei it bleate each sichtber binne
(b) Lytse barsten sichtber ûnder mikroskoop
(c) Gjin barsten
Figuer 2 Ferskillende graden fan barsten nei klinken
It oerflak nei it klinken is benammen yn trije steaten, nammentlik skuorren dy't sichtber binne mei it bleate each (markearre mei "×"), lichte skuorren dy't sichtber binne ûnder mikroskoopfergrutting (markearre mei "△"), en gjin skuorren (markearre mei "○"). De resultaten fan 'e klinkmorfology fan' e boppesteande trije steatsmonsters ûnder twa ferâlderingssystemen wurde werjûn yn Tabel 3. It kin sjoen wurde dat as it ferâlderingsproses konstant is, de klinkskeurprestaasje fan it stekproef mei hegere ekstrusjetemperatuer en tinner grove nôtlaach better is as dy fan it stekproef mei djippere grove nôtlaach; as de grove nôtlaach konstant is, binne de klinkskeurprestaasjes fan 'e oerferâlderingssteat better as dy fan' e peakferâlderingssteat.
Tabel 3 Klinkende uterlik fan samples 1 oant 3 ûnder twa prosessystemen
De effekten fan nôtmorfology en ferâlderingstastân op it aksiale kompresjeskeurgedrach fan profilen waarden bestudearre. De spanningstastân fan it materiaal tidens aksiale kompresje wie yn oerienstimming mei dy fan sels-piercing klinknageljen. De stúdzje fûn dat de skuorren ûntstienen út 'e nôtgrinzen, en it skuormeganisme fan Al-Mg-Si-legering waard ferklearre troch de formule.
σapp is de spanning dy't op it kristal tapast wurdt. By it barsten is σapp gelyk oan de wiere spanningswearde dy't oerienkomt mei de treksterkte; σa0 is de wjerstân fan 'e delslach tidens intrakristallijne glide; Φ is de spanningskonsintraasjekoëffisjint, dy't relatearre is oan de korrelgrutte d en de slipbreedte p.
Yn ferliking mei rekristallisaasje is de fezelrige kerrelstruktuer mear geunstich foar it ynhibearjen fan barsten. De wichtichste reden is dat de kerrelgrutte d signifikant fermindere wurdt troch de ferfining fan 'e kerrel, wat de spanningskonsintraasjefaktor Φ oan 'e kerrelgrins effektyf ferminderje kin, wêrtroch barsten remd wurdt. Yn ferliking mei de fezelrige struktuer is de spanningskonsintraasjefaktor Φ fan rekristallisearre legearing mei rûge kerrels sawat 10 kear sa heech as dy fan 'e eardere.
Yn ferliking mei peakferâldering is de oerferâlderingstastân mear geunstich foar it ynhibearjen fan barsten, wat bepaald wurdt troch de ferskillende delslachfazetastannen yn 'e legearing. Tidens peakferâldering wurde 20-50 nm 'β (Mg5Si6) fazen delslach yn 'e 6082-legering, mei in grut oantal delslach en lytse grutte; as de legearing yn oerferâldering is, nimt it oantal delslach yn 'e legearing ôf en wurdt de grutte grutter. De delslach dy't ûntstiet tidens it ferâlderingsproses kin de beweging fan dislokaasjes yn 'e legearing effektyf remme. De pinningkrêft op dislokaasjes is relatearre oan de grutte en folumefraksje fan 'e delslachfaze. De empiryske formule is:
f is de folumefraksje fan 'e delslachfaze; r is de grutte fan 'e faze; σa is de ynterface-enerzjy tusken de faze en de matriks. De formule lit sjen dat hoe grutter de grutte fan 'e delslachfaze en hoe lytser de folumefraksje, hoe lytser de pinningkrêft op dislokaasjes, hoe makliker it is foar dislokaasjes yn 'e legearing om te begjinnen, en de σa0 yn 'e legearing sil ôfnimme fan 'e peakferâldering nei de oerferâlderingssteat. Sels as σa0 ôfnimt, as de legearing fan 'e peakferâldering nei de oerferâlderingssteat giet, nimt de σapp-wearde op it momint fan barsten fan 'e legearing mear ôf, wat resulteart yn in wichtige ôfname fan 'e effektive spanning oan 'e nôtgrins (σapp-σa0). De effektive spanning oan 'e nôtgrins fan oerferâldering is sawat 1/5 fan dy by de peakferâldering, dat is, it is minder wierskynlik om te barsten oan 'e nôtgrins yn 'e oerferâlderingssteat, wat resulteart yn bettere klinkprestaasjes fan 'e legearing.
2.2 Optimalisaasje fan ekstrusjetemperatuer en ferâlderingsprosessysteem
Neffens de boppesteande resultaten kin it ferheegjen fan 'e ekstrusjetemperatuer de djipte fan 'e grofkorrelige laach ferminderje, wêrtroch't it barsten fan it materiaal tidens it klinkproses hindere wurdt. Under it útgongspunt fan in bepaalde legearingskomposysje, ekstrusjematrijsstruktuer en ekstrusjeproses, as de ekstrusjetemperatuer lykwols te heech is, sil oan 'e iene kant de bûgings- en draaigraad fan it profyl fergrutte wurde tidens it neifolgjende blusproses, wêrtroch't de tolerânsje fan 'e profylgrutte net oan 'e easken foldocht, en oan 'e oare kant sil it feroarsaakje dat de legearing maklik oerbrând wurdt tidens it ekstrusjeproses, wêrtroch it risiko op materiaalskraping tanimt. Mei it each op 'e klinktastân, it profylgrutteproses, it produksjeprosesfinster en oare faktoaren, is de geskiktere ekstrusjetemperatuer foar dizze legearing net minder as 485 ℃, dat is, stekproef nr. 2. Om it optimale ferâlderingsprosessysteem te befêstigjen, waard it ferâlderingsproses optimalisearre op basis fan stekproef nr. 2.
De meganyske eigenskippen fan eksimplaar nû. 2 by ferskate ferâlderingstiden by 180 ℃, 185 ℃ en 190 ℃ wurde werjûn yn figuer 3, nammentlik reksterkte, treksterkte en ferlinging. Lykas te sjen is yn figuer 3a, nimt de ferâlderingstiid ûnder 180 ℃ ta fan 6 oeren nei 12 oeren, en nimt de reksterkte fan it materiaal net signifikant ôf. Under 185 ℃, as de ferâlderingstiid tanimt fan 4 oeren nei 12 oeren, nimt de reksterkte earst ta en nimt dan ôf, en de ferâlderingstiid dy't oerienkomt mei de heechste sterktewearde is 5-6 oeren. Under 190 ℃, as de ferâlderingstiid tanimt, nimt de reksterkte stadichoan ôf. Oer it algemien, by de trije ferâlderingstemperatueren, hoe leger de ferâlderingstemperatuer, hoe heger de pyksterkte fan it materiaal. De skaaimerken fan 'e treksterkte yn figuer 3b binne yn oerienstimming mei de reksterkte yn figuer 3a. De ferlinging by ferskate ferâlderingstemperatueren werjûn yn figuer 3c leit tusken 14% en 17%, sûnder dúdlik feroaringspatroan. Dit eksperimint testet de pykferâldering oant it oerferâlderingsstadium, en fanwegen de lytse eksperimintele ferskillen feroarsaket de testflater dat it feroaringspatroan ûndúdlik is.
Fig.3 Mechanyske eigenskippen fan materialen by ferskate ferâlderingstemperatueren en ferâlderingstiden
Nei de boppesteande ferâlderingsbehanneling wurdt it barsten fan 'e klinknagelferbiningen gearfette yn Tabel 4. Ut Tabel 4 kin sjoen wurde dat mei it tanimmen fan 'e tiid it barsten fan 'e klinknagelferbiningen oant in beskate mjitte ûnderdrukt wurdt. Under de betingst fan 180 ℃, as de ferâlderingstiid mear as 10 oeren duorret, is it uterlik fan 'e klinknagelferbining yn in akseptabele steat, mar ynstabyl. Under de betingst fan 185 ℃, nei 7 oeren ferâldering, hat it uterlik fan 'e klinknagelferbining gjin barsten en is de steat relatyf stabyl. Under de betingst fan 190 ℃ hat it uterlik fan 'e klinknagelferbining gjin barsten en is de steat stabyl. Ut 'e resultaten fan 'e klinktest kin sjoen wurde dat de klinkprestaasjes better en stabiler binne as de legearing yn in oerferâldere steat is. Yn kombinaasje mei it gebrûk fan it lichemsprofyl is klinken by 180 ℃/10~12 oeren net geunstich foar de kwaliteitsstabiliteit fan it produksjeproses dat troch de OEM kontrolearre wurdt. Om de stabiliteit fan 'e klinknagelferbining te garandearjen, moat de ferâlderingstiid fierder ferlingd wurde, mar de ferifikaasje fan 'e ferâlderingstiid sil liede ta fermindere profylproduksje-effisjinsje en ferhege kosten. Under de betingst fan 190 ℃ kinne alle samples foldwaan oan 'e easken foar klinknagelbarsten, mar de sterkte fan it materiaal wurdt signifikant fermindere. Neffens de easken fan it ûntwerp fan auto's moat de rekgrens fan 6082-legering garandearre wurde grutter te wêzen as 270 MPa. Dêrom foldocht de ferâlderingstemperatuer fan 190 ℃ net oan 'e easken foar materiaalsterkte. Tagelyk, as de materiaalsterkte te leech is, sil de oerbleaune dikte fan 'e boaiemplaat fan 'e klinknagelferbining te lyts wêze. Nei ferâldering by 190 ℃/8 oeren litte de klinknagel-dwersdoorsnede-eigenskippen sjen dat de oerbleaune dikte 0,26 mm is, wat net foldocht oan 'e yndekseasken fan ≥0,3 mm, lykas werjûn yn figuer 4a. As wy it folslein beskôgje, is de optimale ferâlderingstemperatuer 185 ℃. Nei 7 oeren ferâldering kin it materiaal stabyl foldwaan oan de easken foar klinken, en de sterkte foldocht oan de prestaasje-easken. Mei it each op de produksjestabiliteit fan it klinkproses yn 'e laswurkpleats, wurdt foarsteld om de optimale ferâlderingstiid te bepalen as 8 oeren. De dwerstrochsneedkarakteristiken ûnder dit prosessysteem wurde werjûn yn figuer 4b, dat foldocht oan de easken foar de ynterlocking-yndeks. De linker- en rjochter ynterlocks binne 0,90 mm en 0,75 mm, dy't foldogge oan de yndekseasken fan ≥0,4 mm, en de ûnderste restdikte is 0,38 mm.
Tabel 4 Barsten fan stekproef nr. 2 by ferskillende temperatueren en ferskillende ferâlderingstiden
Fig.4 Dwarsdoorsnede-eigenskippen fan klinknagelferbiningen fan 6082 boaiemplaten by ferskate ferâlderingsstaten
3 Konklúzje
Hoe heger de ekstrusjetemperatuer fan 6082 aluminiumlegeringprofilen, hoe ûndjipper de grove laach oan it oerflak nei ekstrusje. De ûndjippere dikte fan 'e grove laach kin de spanningskonsintraasjefaktor oan 'e nôtgrins effektyf ferminderje, wêrtroch klinknagelbreuken wurde remme. Eksperiminteel ûndersyk hat oantoand dat de optimale ekstrusjetemperatuer net minder is as 485 ℃.
As de dikte fan 'e grofkorrelige laach fan it 6082 aluminiumlegearingsprofyl itselde is, is de effektive spanning fan 'e kerrelgrins fan 'e legearing yn 'e oerferâlderingssteat minder as dy yn 'e peakferâlderingssteat, is it risiko op barsten by it klinken lytser, en binne de klinkprestaasjes fan 'e legearing better. Rekken hâldend mei de trije faktoaren fan klinkstabiliteit, klinkferbiningswearde, produksjeeffisjinsje fan waarmtebehanneling en ekonomyske foardielen, wurdt it optimale ferâlderingssysteem foar de legearing bepaald op 185 ℃/8o.
Pleatsingstiid: 5 april 2025
