Siccomu i paesi di u mondu sanu attribuiscenu una grande impurtanza à a cunservazione di l'energia è à a riduzione di l'emissioni, u sviluppu di veiculi à nova energia puramente elettrica hè diventatu una tendenza. Oltre à e prestazioni di a batteria, a qualità di a carrozzeria hè ancu un fattore cruciale chì influenza l'autonomia di i veiculi à nova energia. A prumuzione di u sviluppu di strutture di carrozzeria ligera per l'automobile è di cunnessione di alta qualità pò migliurà l'autonomia cumpleta di i veiculi elettrici riducendu u pesu di tuttu u veiculu u più pussibule, assicurendu à tempu a prestazione di forza è di sicurezza di u veiculu. In termini di alleggerimentu di l'automobile, a carrozzeria ibrida acciaio-aluminiu tene contu sia di a forza sia di a riduzione di u pesu di a carrozzeria, diventendu un mezzu impurtante per ottene l'alleggerimentu di a carrozzeria.
U metudu di cunnessione tradiziunale per cunnette e leghe d'aluminiu hà una scarsa prestazione di cunnessione è una bassa affidabilità. A rivettatura autoperforante, cum'è una nova tecnulugia di cunnessione, hè stata largamente aduprata in l'industria automobilistica è in l'industria aerospaziale per via di u so vantaghju assolutu in a cunnessione di leghe leggere è materiali cumposti. In l'ultimi anni, i studiosi naziunali cinesi anu realizatu ricerche pertinenti nantu à a tecnulugia di rivettatura autoperforante è anu studiatu l'effetti di diversi metudi di trattamentu termicu nantu à e prestazioni di i giunti rivettati autoperforanti in titaniu puru industriale TA1. Hè statu trovu chì i metudi di trattamentu termicu di ricottura è tempra anu migliuratu a resistenza statica di i giunti rivettati autoperforanti in titaniu puru industriale TA1. U mecanismu di furmazione di i giunti hè statu osservatu è analizatu da a perspettiva di u flussu di materiale, è a qualità di u giuntu hè stata valutata in basa à questu. Attraversu testi metallografici, hè statu trovu chì a grande area di deformazione plastica hè stata raffinata in una struttura di fibre cù una certa tendenza, chì hà prumuvutu u miglioramentu di a tensione di snervamentu è di a resistenza à a fatica di u giuntu.
A ricerca sopra si cuncentra principalmente nantu à e proprietà meccaniche di i giunti dopu a rivettatura di piastre in lega d'aluminiu. In a pruduzzione attuale di rivettatura di carrozzerie, e crepe di i giunti rivettati di profili estrusi in lega d'aluminiu, in particulare leghe d'aluminiu à alta resistenza cù un altu cuntenutu di elementi di lega, cum'è a lega d'aluminiu 6082, sò i fattori chjave chì limitanu l'applicazione di stu prucessu nantu à a carrozzeria. À u listessu tempu, e tolleranze di forma è di pusizione di i profili estrusi utilizati nantu à a carrozzeria, cum'è a piegatura è a torsione, influenzanu direttamente l'assemblea è l'usu di i profili, è determinanu ancu a precisione dimensionale di a carrozzeria successiva. Per cuntrullà a piegatura è a torsione di i profili è assicurà a precisione dimensionale di i profili, in più di a struttura di u stampo, a temperatura di uscita di i profili è a velocità di tempra in linea sò i fattori d'influenza più impurtanti. Più alta hè a temperatura di uscita è più rapida hè a velocità di tempra, più grande hè u gradu di piegatura è di torsione di i profili. Per i profili in lega d'aluminiu per carrozzerie, hè necessariu assicurà a precisione dimensionale di i profili è assicurà chì a rivettatura di a lega ùn si crepi. U modu u più simplice per ottimizà a precisione dimensionale è e prestazioni di frattura di rivettatura di a lega hè di cuntrullà a frattura ottimizendu a temperatura di riscaldamentu è u prucessu di invecchiamentu di e barre estruse, mantenendu invariate a cumpusizione di u materiale, a struttura di a matrice, a velocità di estrusione è a velocità di tempra. Per a lega d'aluminiu 6082, sottu a premessa chì l'altre cundizioni di prucessu restanu invariate, più alta hè a temperatura di estrusione, menu prufondu hè u stratu à grana grossa, ma più grande hè a deformazione di u prufilu dopu a tempra.
Stu articulu piglia una lega d'aluminiu 6082 cù a listessa cumpusizione chè l'ughjettu di ricerca, usa diverse temperature d'estrusione è diversi prucessi d'invecchiamentu per preparà campioni in diversi stati, è valuta l'effetti di a temperatura d'estrusione è di u statu d'invecchiamentu nantu à a prova di rivettatura per mezu di prove di rivettatura. Basatu annantu à i risultati preliminari, u prucessu d'invecchiamentu ottimale hè determinatu ulteriormente per furnisce una guida per a pruduzzione successiva di profili d'estrusione di corpi in lega d'aluminiu 6082.
1 Materiali è metudi sperimentali
Cum'è mostratu in a Tavula 1, a lega d'aluminiu 6082 hè stata fusa è preparata in un lingotto tondu per colata semi-continua. Dopu, dopu u trattamentu termicu di omogeneizazione, u lingotto hè statu riscaldatu à diverse temperature è estrusu in un prufilu nantu à un estrusore di 2200 t. U spessore di a parete di u prufilu era di 2,5 mm, a temperatura di u barile di estrusione era di 440 ± 10 ℃, a temperatura di a matrice di estrusione era di 470 ± 10 ℃, a velocità di estrusione era di 2,3 ± 0,2 mm / s, è u metudu di tempra di u prufilu era un forte raffreddamentu à u ventu. Sicondu a temperatura di riscaldamentu, i campioni sò stati numerati da 1 à 3, frà i quali u campione 1 avia a temperatura di riscaldamentu più bassa, è a temperatura di a billetta currispondente era di 470 ± 5 ℃, a temperatura di a billetta currispondente di u campione 2 era di 485 ± 5 ℃, è a temperatura di u campione 3 era a più alta, è a temperatura di a billetta currispondente era di 500 ± 5 ℃.
Tavula 1 Cumposizione chimica misurata di a lega di prova (frazione di massa/%)
Sottu a cundizione chì altri parametri di prucessu cum'è a cumpusizione di u materiale, a struttura di a matrice, a velocità di estrusione, a velocità di tempra fermanu invariati, i campioni n. 1 à 3 sopra citati ottenuti aghjustendu a temperatura di riscaldamentu di l'estrusione sò invechjati in un fornu di resistenza di tipu scatula, è u sistema di invechjamentu hè 180 ℃/6 h è 190 ℃/6 h. Dopu l'insulazione, sò raffreddati à l'aria, è dopu rivettati per valutà l'influenza di diverse temperature di estrusione è stati di invechjamentu nantu à a prova di rivettatura. A prova di rivettatura usa una lega 6082 di 2,5 mm di spessore cù diverse temperature di estrusione è diversi sistemi di invechjamentu cum'è piastra inferiore, è una lega 5754-O di 1,4 mm di spessore cum'è piastra superiore per a prova di rivettatura SPR. A matrice di rivettatura hè M260238, è u rivettu hè C5.3 × 6.0 H0. Inoltre, per determinà ulteriormente u prucessu di invecchiamento ottimale, secondu l'influenza di a temperatura di estrusione è di u statu di invecchiamento nantu à a frattura di rivettatura, a piastra à a temperatura di estrusione ottimale hè selezziunata, è poi trattata cù diverse temperature è diversi tempi di invecchiamento per studià l'influenza di u sistema di invecchiamento nantu à a frattura di rivettatura, in modu da cunfirmà infine u sistema di invecchiamento ottimale. Un microscopiu di alta putenza hè statu utilizatu per osservà a microstruttura di u materiale à diverse temperature di estrusione, una macchina di prova universale elettronica cuntrullata da microcomputer di a serie MTS-SANS CMT5000 hè stata utilizata per testà e proprietà meccaniche, è un microscopiu di bassa putenza hè statu utilizatu per osservà i giunti rivettati dopu a rivettatura in diversi stati.
2 Risultati sperimentali è discussione
2.1 Effettu di a temperatura di estrusione è di u statu di invecchiamentu nantu à a frattura di rivettatura
U campionamentu hè statu pigliatu longu a sezione trasversale di u prufilu estrusu. Dopu a macinazione grossolana, a macinazione fina è a lucidatura cù carta vetrata, u campione hè statu currusu cù 10% NaOH per 8 minuti, è u pruduttu di currusione neru hè statu pulitu cù l'acidu nitricu. U stratu di granu grossu di u campione hè statu osservatu cù un microscopiu d'alta putenza, chì era situatu nantu à a superficia fora di a fibbia di u rivettu in a pusizione di rivettatura prevista, cum'è mostratu in a Figura 1. A prufundità media di u stratu di granu grossu di u campione n. 1 era di 352 μm, a prufundità media di u stratu di granu grossu di u campione n. 2 era di 135 μm, è a prufundità media di u stratu di granu grossu di u campione n. 3 era di 31 μm. A differenza in a prufundità di u stratu di granu grossu hè principalmente dovuta à e diverse temperature di estrusione. Più alta hè a temperatura di estrusione, più bassa hè a resistenza à a deformazione di a lega 6082, più chjuca hè l'accumulazione di energia di deformazione generata da l'attritu trà a lega è a matrice di estrusione (in particulare a cintura di travagliu di a matrice), è più chjuca hè a forza motrice di ricristallizazione. Dunque, u stratu di granu grossu di a superficia hè menu prufondu; più bassa hè a temperatura di estrusione, più grande hè a resistenza à a deformazione, più grande hè l'accumulazione di energia di deformazione, più faciule hè di ricristallizà, è più prufondu hè u stratu di granu grossu. Per a lega 6082, u mecanismu di ricristallizazione di granu grossu hè a ricristallizazione secundaria.
(a) Modellu 1
(b) Modellu 2
(c) Modellu 3
Figura 1 Spessore di u stratu di grana grossa di profili estrusi da diversi prucessi
I campioni da 1 à 3 preparati à diverse temperature di estrusione sò stati invechjati rispettivamente à 180 ℃/6 h è 190 ℃/6 h. E proprietà meccaniche di u campione 2 dopu i dui prucessi d'invecchiamentu sò mostrate in a Tabella 2. Sottu i dui sistemi d'invecchiamentu, a resistenza à u snervamentu è a resistenza à a trazione di u campione à 180 ℃/6 h sò significativamente più alte di quelle à 190 ℃/6 h, mentre chì l'allungamentu di i dui ùn hè micca assai differente, ciò chì indica chì 190 ℃/6 h hè un trattamentu di sovrainvecchiamentu. Siccomu e proprietà meccaniche di a lega d'aluminiu di a serie 6 fluttuanu assai cù u cambiamentu di u prucessu d'invecchiamentu in u statu di sottoinvecchiamentu, ùn hè micca favurevule à a stabilità di u prucessu di pruduzzione di i profili è à u cuntrollu di a qualità di rivettatura. Dunque, ùn hè micca adattatu aduprà u statu di sottoinvecchiamentu per pruduce profili di u corpu.
Tavula 2 Proprietà meccaniche di u campione n. 2 sottu à dui sistemi d'invecchiamentu
L'aspettu di u pezzu di prova dopu a rivettatura hè mostratu in a Figura 2. Quandu u campione n. 1 cù un stratu à grana grossa più prufondu hè statu rivettatu in u statu di invechjamentu massimu, a superficia inferiore di u rivettu avia una buccia d'aranciu evidente è crepe visibili à ochju nudu, cum'è mostratu in a Figura 2a. A causa di l'orientazione inconsistente in i grani, u gradu di deformazione serà irregulare durante a deformazione, furmendu una superficia irregulare. Quandu i grani sò grossi, l'irregularità di a superficia diventa più grande, furmendu un fenomenu di buccia d'aranciu visibile à ochju nudu. Quandu u campione n. 3 cù un stratu à grana grossa menu prufondu preparatu aumentendu a temperatura di estrusione hè statu rivettatu in u statu di invechjamentu massimu, a superficia inferiore di u rivettu era relativamente liscia, è a crepa hè stata soppressa finu à un certu puntu, chì era visibile solu sottu à l'ingrandimentu di u microscopiu, cum'è mostratu in a Figura 2b. Quandu u campione n. 3 era in u statu di sovra-invechjamentu, ùn hè stata osservata alcuna crepa sottu à l'ingrandimentu di u microscopiu, cum'è mostratu in a Figura 2c.
(a) Crepe visibili à l'ochju nudu
(b) Crepe leggere visibili à u microscopiu
(c) Nisuna crepa
Figura 2 Diversi gradi di crepatura dopu a rivettatura
A superficia dopu a rivettatura hè principalmente in trè stati, vale à dì, crepe visibili à ochju nudu (marcate "×"), crepe leggere visibili sottu ingrandimentu di microscopiu (marcate "△"), è senza crepe (marcate "○"). I risultati di a morfologia di rivettatura di i trè campioni di stati sopra citati sottu à dui sistemi di invecchiamento sò mostrati in a Tabella 3. Si pò vede chì quandu u prucessu di invecchiamento hè costante, a prestazione di crepatura di rivettatura di u campione cù una temperatura di estrusione più alta è un stratu di granu grossu più sottile hè megliu cà quella di u campione cù un stratu di granu grossu più prufondu; quandu u stratu di granu grossu hè costante, a prestazione di crepatura di rivettatura di u statu di sovrainvecchiamento hè megliu cà quella di u statu di piccu di invecchiamento.
Tavula 3 Aspettu di rivettatura di i campioni da 1 à 3 sottu dui sistemi di prucessu
L'effetti di a morfologia di i grani è di u statu d'invecchiamentu nantu à u cumpurtamentu di frattura per compressione assiale di i profili sò stati studiati. U statu di tensione di u materiale durante a compressione assiale era coerente cù quellu di a rivettatura autoperforante. U studiu hà trovu chì e frattura sò uriginarie di i limiti di i grani, è u mecanismu di frattura di a lega Al-Mg-Si hè statu spiegatu da a formula.
σapp hè a tensione applicata à u cristallu. Quandu si rompe, σapp hè uguale à u veru valore di tensione currispondente à a resistenza à a trazione; σa0 hè a resistenza di i precipitati durante u scorrimentu intracristallinu; Φ hè u coefficientu di cuncentrazione di tensione, chì hè ligatu à a dimensione di u granu d è à a larghezza di scorrimentu p.
In paragone cù a ricristallizazione, a struttura di i grani fibrosi hè più favurevule à l'inibizione di a frattura. A ragione principale hè chì a dimensione di u granu d hè significativamente ridutta per via di u raffinamentu di u granu, chì pò riduce efficacemente u fattore di cuncentrazione di stress Φ à u cunfine di u granu, inibendu cusì a frattura. In paragone cù a struttura fibrosa, u fattore di cuncentrazione di stress Φ di a lega ricristallizzata cù grani grossi hè circa 10 volte quellu di a prima.
In paragone cù l'invecchiamentu di piccu, u statu di sovrainvecchiamentu hè più favurevule à l'inibizione di a frattura, chì hè determinata da i diversi stati di fase di precipitazione in a lega. Durante l'invecchiamentu di piccu, e fasi 'β (Mg5Si6) di 20-50 nm sò precipitate in a lega 6082, cù un gran numeru di precipitati è dimensioni chjuche; quandu a lega hè in sovrainvecchiamentu, u numeru di precipitati in a lega diminuisce è a dimensione diventa più grande. I precipitati generati durante u prucessu d'invecchiamentu ponu inibisce efficacemente u muvimentu di dislocazioni in a lega. A so forza di fissaggio nantu à e dislocazioni hè ligata à a dimensione è a frazione di volume di a fase di precipitatu. A formula empirica hè:
f hè a frazione di vulume di a fase precipitata; r hè a dimensione di a fase; σa hè l'energia d'interfaccia trà a fase è a matrice. A formula mostra chì più grande hè a dimensione di a fase precipitata è più chjuca hè a frazione di vulume, più chjuca hè a so forza di fissaggio nantu à e dislocazioni, più faciule hè per e dislocazioni in a lega di cumincià, è u σa0 in a lega diminuirà da u piccu di l'invecchiamentu à u statu di sovrainvecchiamentu. Ancu s'è σa0 diminuisce, quandu a lega passa da u piccu di l'invecchiamentu à u statu di sovrainvecchiamentu, u valore σapp à u mumentu di a frattura di a lega diminuisce di più, risultendu in una diminuzione significativa di a tensione effettiva à u cunfine di u granu (σapp-σa0). A tensione effettiva à u cunfine di u granu di sovrainvecchiamentu hè circa 1/5 di quella à u piccu di l'invecchiamentu, vale à dì, hè menu prubabile chì si crepi à u cunfine di u granu in u statu di sovrainvecchiamentu, risultendu in una migliore prestazione di rivettatura di a lega.
2.2 Ottimizazione di a temperatura di estrusione è di u sistema di prucessu di invechjamentu
Sicondu i risultati sopra, l'aumentu di a temperatura di estrusione pò riduce a prufundità di u stratu à grana grossa, inibendu cusì a frattura di u materiale durante u prucessu di rivettatura. Tuttavia, sottu à a premessa di una certa cumpusizione di lega, struttura di a matrice di estrusione è prucessu di estrusione, se a temperatura di estrusione hè troppu alta, da una parte, u gradu di piegatura è torsione di u prufilu serà aggravatu durante u prucessu di tempra successiva, rendendu a tolleranza di dimensione di u prufilu micca risponde à i requisiti, è da l'altra parte, farà chì a lega sia facilmente brusgiata durante u prucessu di estrusione, aumentendu u risicu di rottami di materiale. Cunsiderendu u statu di rivettatura, u prucessu di dimensione di u prufilu, a finestra di u prucessu di pruduzzione è altri fattori, a temperatura di estrusione più adatta per sta lega ùn hè micca menu di 485 ℃, vale à dì, u campione n. 2. Per cunfirmà u sistema di prucessu di invecchiamento ottimale, u prucessu di invecchiamento hè statu ottimizatu basatu annantu à u campione n. 2.
E proprietà meccaniche di u campione n. 2 à diversi tempi di invecchiamento à 180 ℃, 185 ℃ è 190 ℃ sò mostrate in a Figura 3, chì sò a resistenza à u snervamentu, a resistenza à a trazione è l'allungamentu. Cum'è mostratu in a Figura 3a, sottu à 180 ℃, u tempu di invecchiamento aumenta da 6 ore à 12 ore, è a resistenza à u snervamentu di u materiale ùn diminuisce micca significativamente. Sottu à 185 ℃, mentre u tempu di invecchiamento aumenta da 4 ore à 12 ore, a resistenza à u snervamentu prima aumenta è poi diminuisce, è u tempu di invecchiamento currispondente à u valore di resistenza più altu hè 5-6 ore. Sottu à 190 ℃, mentre u tempu di invecchiamento aumenta, a resistenza à u snervamentu diminuisce gradualmente. In generale, à e trè temperature di invecchiamento, più bassa hè a temperatura di invecchiamento, più alta hè a resistenza massima di u materiale. E caratteristiche di a resistenza à a trazione in a Figura 3b sò coerenti cù a resistenza à u snervamentu in a Figura 3a. L'allungamentu à diverse temperature di invecchiamento mostrate in a Figura 3c hè trà 14% è 17%, senza un mudellu di cambiamentu evidente. Questu esperimentu verifica u piccu di l'invecchiamentu à u stadiu di sovrainvecchiamentu, è per via di e piccule differenze sperimentali, l'errore di prova face chì u mudellu di cambiamentu ùn sia micca chjaru.
Fig.3 Proprietà meccaniche di i materiali à diverse temperature è tempi di invecchiamento
Dopu à u trattamentu d'invecchiamentu sopra, a frattura di i giunti rivettati hè riassunta in a Tavula 4. Si pò vede da a Tavula 4 chì cù l'aumentu di u tempu, a frattura di i giunti rivettati hè supressa finu à un certu puntu. Sottu à a cundizione di 180 ℃, quandu u tempu d'invecchiamentu supera e 10 ore, l'aspettu di u giuntu rivettatu hè in un statu accettabile, ma instabile. Sottu à a cundizione di 185 ℃, dopu à l'invecchiamentu per 7 ore, l'aspettu di u giuntu rivettatu ùn hà micca crepe è u statu hè relativamente stabile. Sottu à a cundizione di 190 ℃, l'aspettu di u giuntu rivettatu ùn hà micca crepe è u statu hè stabile. Da i risultati di a prova di rivettatura, si pò vede chì a prestazione di rivettatura hè megliu è più stabile quandu a lega hè in un statu sovrainvecchiatu. Cumbinatu cù l'usu di u prufilu di u corpu, a rivettatura à 180 ℃ / 10 ~ 12 ore ùn hè micca favurevule à a stabilità di qualità di u prucessu di pruduzzione cuntrullatu da l'OEM. Per assicurà a stabilità di a giunzione rivettata, u tempu d'invecchiamentu deve esse allargatu ulteriormente, ma a verificazione di u tempu d'invecchiamentu porterà à una riduzione di l'efficienza di pruduzzione di u prufilu è à un aumentu di i costi. Sottu à a cundizione di 190 ℃, tutti i campioni ponu risponde à i requisiti di frattura di rivettatura, ma a resistenza di u materiale hè significativamente ridutta. Sicondu i requisiti di cuncepimentu di u veiculu, a resistenza di snervamentu di a lega 6082 deve esse garantita per esse più grande di 270 MPa. Dunque, a temperatura d'invecchiamentu di 190 ℃ ùn risponde micca à i requisiti di resistenza di u materiale. À u listessu tempu, se a resistenza di u materiale hè troppu bassa, u spessore residuale di a piastra inferiore di a giunzione rivettata serà troppu chjucu. Dopu l'invecchiamentu à 190 ℃ / 8 h, e caratteristiche di a sezione trasversale rivettata mostranu chì u spessore residuale hè 0,26 mm, chì ùn risponde micca à u requisitu di l'indice di ≥0,3 mm, cum'è mostratu in a Figura 4a. Cunsiderendu cumpletamente, a temperatura d'invecchiamentu ottima hè 185 ℃. Dopu à 7 ore d'invecchiamentu, u materiale pò risponde stabilmente à i requisiti di rivettatura, è a resistenza risponde à i requisiti di prestazione. Cunsiderendu a stabilità di pruduzzione di u prucessu di rivettatura in l'attellu di saldatura, si propone di determinà u tempu d'invecchiamentu ottimale à 8 ore. E caratteristiche di a sezione trasversale sottu à questu sistema di prucessu sò mostrate in a Figura 4b, chì risponde à i requisiti di l'indice d'interbloccamentu. L'interbloccamenti sinistro è destro sò 0,90 mm è 0,75 mm, chì rispondenu à i requisiti di l'indice di ≥0,4 mm, è u spessore residuale inferiore hè 0,38 mm.
Tavula 4 Frattura di u campione n. 2 à diverse temperature è diversi tempi di invecchiamento
Fig.4 Caratteristiche trasversali di i giunti rivettati di e piastre di fondu 6082 in diversi stati di invecchiamento
3 Cunclusione
Più alta hè a temperatura d'estrusione di i profili in lega d'aluminiu 6082, più superficiale hè u stratu à grana grossa di a superficia dopu l'estrusione. U spessore di u stratu à grana grossa menu prufondu pò riduce efficacemente u fattore di cuncentrazione di stress à u cunfine di u granu, inibendu cusì a frattura di rivettatura. A ricerca sperimentale hà determinatu chì a temperatura d'estrusione ottima ùn hè micca inferiore à 485 ℃.
Quandu u spessore di u stratu à grana grossa di u prufilu di lega d'aluminiu 6082 hè u listessu, a tensione effettiva di u cunfine di granu di a lega in u statu di sovrainvecchiamentu hè inferiore à quella in u statu di piccu d'invecchiamentu, u risicu di crepe durante a rivettatura hè più chjucu, è a prestazione di rivettatura di a lega hè megliu. Tenendu contu di i trè fattori di stabilità di rivettatura, valore di interbloccamentu di u giuntu rivettatu, efficienza di pruduzzione di trattamentu termicu è benefici ecunomichi, u sistema d'invecchiamentu ottimale per a lega hè determinatu à 185 ℃ / 8 ore.
Data di publicazione: 05 d'aprile 2025
