يُعدّ تخفيف وزن السيارات هدفًا مشتركًا لصناعة السيارات العالمية. ويمثل زيادة استخدام مواد سبائك الألومنيوم في مكونات السيارات اتجاهًا لتطوير المركبات الحديثة من الطراز الجديد. سبيكة الألومنيوم 6082 هي سبيكة ألومنيوم مُقوّاة وقابلة للمعالجة حراريًا، وتتميز بقوة متوسطة، وقابلية ممتازة للتشكيل، وقابلية لحام، ومقاومة للتعب، ومقاومة للتآكل. يمكن تشكيل هذه السبائك بالبثق إلى أنابيب وقضبان ومقاطع، وتُستخدم على نطاق واسع في مكونات السيارات، والأجزاء الهيكلية الملحومة، والنقل، وصناعة البناء.
حاليًا، لا توجد أبحاث تُجرى على سبائك الألومنيوم 6082 للاستخدام في مركبات الطاقة الجديدة في الصين إلا بشكل محدود. لذلك، تبحث هذه الدراسة التجريبية في تأثير محتوى عناصر سبائك الألومنيوم 6082، ومعايير عملية البثق، وطرق الإخماد، وغيرها، على أداء هيكل السبائك وبنيتها الدقيقة. تهدف هذه الدراسة إلى تحسين تركيب السبائك ومعايير عملية التصنيع لإنتاج مواد سبائك الألومنيوم 6082 المناسبة لمركبات الطاقة الجديدة.
1. مواد وطرق الاختبار
سير العملية التجريبية: نسبة تركيب السبائك - صهر السبائك - تجانس السبائك - تقطيع السبائك إلى قطع - بثق المقاطع - إخماد المقاطع على الخط - الشيخوخة الاصطناعية - تحضير عينات الاختبار.
1.1 تحضير السبائك
ضمن النطاق الدولي لتركيبات سبائك الألومنيوم 6082، تم اختيار ثلاثة تركيبات بنطاقات تحكم أضيق، مُسمّاة بـ 6082-/6082″، 6082-Z، بنفس محتوى عنصر السيليكون. محتوى عنصر المغنيسيوم، y > z؛ محتوى عنصر المنغنيز، x > y > z؛ محتوى عنصر الكروم والتيتانيوم، x > y = z. القيم المستهدفة لتركيبات السبائك المحددة موضحة في الجدول 1. أُجري صب السبائك باستخدام طريقة صب شبه مستمر بالتبريد المائي، تلتها معالجة تجانس. تم تجانس السبائك الثلاثة باستخدام نظام المصنع المُعتمد عند درجة حرارة 560 درجة مئوية لمدة ساعتين مع التبريد برذاذ الماء.
1.2 بثق المقاطع
تم ضبط معلمات عملية البثق بما يتناسب مع درجة حرارة تسخين السبيكة ومعدل تبريد الإخماد. يوضح الشكل 1 المقطع العرضي للمقاطع المبثوقة. توضح الجدول 2 معلمات عملية البثق. يوضح الشكل 2 حالة تشكيل المقاطع المبثوقة.
2. نتائج الاختبار والتحليل
تم تحديد التركيب الكيميائي المحدد لمقاطع سبائك الألومنيوم 6082 ضمن نطاقات التركيب الثلاثة باستخدام مطياف القراءة المباشرة السويسري ARL، كما هو موضح في الجدول 3.
2.1 اختبار الأداء
للمقارنة، تم فحص أداء ملفات تعريف السبائك ذات النطاق التركيبي الثلاثة مع طرق إخماد مختلفة، ومعلمات بثق متطابقة، وعمليات الشيخوخة.
2.1.1 الأداء الميكانيكي
بعد التعتيق الاصطناعي عند درجة حرارة 175 درجة مئوية لمدة 8 ساعات، أُخذت عينات قياسية من اتجاه بثق المقاطع لاختبار الشد باستخدام آلة اختبار إلكترونية عالمية من طراز Shimadzu AG-X100. يوضح الجدول 4 الأداء الميكانيكي بعد التعتيق الاصطناعي لمختلف التركيبات وطرق الإخماد.
يتضح من الجدول 4 أن الأداء الميكانيكي لجميع المقاطع يتجاوز القيم القياسية الوطنية. أظهرت المقاطع المصنوعة من سبائك 6082-Z استطالة أقل بعد الكسر. بينما أظهرت المقاطع المصنوعة من سبائك 6082-7 أعلى أداء ميكانيكي. أما مقاطع سبائك 6082-X، باستخدام طرق مختلفة للحلول الصلبة، فقد أظهرت أداءً أعلى مع طرق التبريد السريع.
2.1.2 اختبار أداء الانحناء
باستخدام آلة اختبار إلكترونية عالمية، أُجريت اختبارات انحناء ثلاثية النقاط على عينات، وتظهر نتائج الانحناء في الشكل 3. يوضح الشكل 3 أن المنتجات المصنوعة من سبائك 6082-Z أظهرت سطحًا شديد التقشر وتشققًا على ظهر العينات المثنية. أما المنتجات المصنوعة من سبائك 6082-X، فقد تميزت بأداء انحناء أفضل، وأسطحًا ناعمة خالية من التقشر، وشقوقًا صغيرة فقط في مواضع محدودة بالظروف الهندسية على ظهر العينات المثنية.
2.1.3 فحص التكبير العالي
رُصدت العينات تحت مجهر كارل زايس AX10 الضوئي لتحليل البنية الدقيقة. وتُظهر الشكل 4 نتائج تحليل البنية الدقيقة لثلاثة أنواع من السبائك. يشير الشكل 4 إلى أن حجم حبيبات المنتجات المصنوعة من قضبان 6082-X وسبائك 6082-K كان متشابهًا، مع حجم حبيبات أفضل قليلاً في سبيكة 6082-X مقارنةً بسبيكة 6082-y. اتسمت المنتجات المصنوعة من سبائك 6082-Z بأحجام حبيبات أكبر وطبقات قشرة أكثر سمكًا، مما أدى بسهولة إلى تقشير السطح وإضعاف الترابط المعدني الداخلي.
2.2 تحليل النتائج
بناءً على نتائج الاختبار المذكورة أعلاه، يمكن الاستنتاج أن تصميم نطاق تركيب السبائك يؤثر بشكل كبير على البنية الدقيقة والأداء وقابلية تشكيل المقاطع المبثوقة. تؤدي زيادة محتوى عنصر المغنيسيوم إلى تقليل لدونة السبائك، مما يؤدي إلى تشققها أثناء عملية البثق. كما أن ارتفاع محتوى المنجنيز والكروم والتيتانيوم له تأثير إيجابي على تحسين البنية الدقيقة، مما يؤثر بدوره إيجابًا على جودة السطح، وأداء الانحناء، والأداء العام.
3.الخاتمة
يؤثر عنصر المغنيسيوم بشكل كبير على الأداء الميكانيكي لسبائك الألومنيوم 6082. يؤدي ارتفاع محتوى المغنيسيوم إلى تقليل مرونة السبائك، مما يؤدي إلى تكوّن الشقوق أثناء عملية البثق.
يتمتع كل من المنغنيز والكروم والتيتانيوم بتأثير إيجابي على تحسين البنية الدقيقة، مما يؤدي إلى تحسين جودة السطح وأداء الانحناء للمنتجات المبثوقة.
يؤثر اختلاف شدة التبريد بالإخماد بشكل ملحوظ على أداء مقاطع سبائك الألومنيوم 6082. في السيارات، يُحسّن استخدام عملية التبريد برذاذ الماء، متبوعًا بالتبريد برذاذ الماء، من أداء الميكانيكا ويضمن دقة شكل المقاطع وأبعادها.
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ٢٦ مارس ٢٠٢٤
