Mundu osoko herrialdeek energiaren aurrezpenari eta isurien murrizketari garrantzi handia ematen diotenez, energia elektriko berriko ibilgailu puruen garapena joera bihurtu da. Bateriaren errendimenduaz gain, karrozeriaren kalitatea ere funtsezko faktorea da energia berriko ibilgailuen gidatze-autonomian. Automobilen karrozeria-egitura arinen eta konexioen kalitate handiko garapena sustatzeak ibilgailu elektrikoen gidatze-autonomia osoa hobetu dezake, ibilgailu osoaren pisua ahalik eta gehien murriztuz, ibilgailuaren erresistentzia eta segurtasun-errendimendua bermatuz. Automobilen arintzeari dagokionez, altzairu-aluminiozko karrozeria hibridoak karrozeriaren erresistentzia eta pisu-murrizketa kontuan hartzen ditu, karrozeriaren arintzea lortzeko bide garrantzitsu bihurtuz.
Aluminiozko aleazioak lotzeko konexio-metodo tradizionalak konexio-errendimendu eskasa eta fidagarritasun txikia du. Autozulatzaile errematxatzea, konexio-teknologia berri gisa, asko erabili da automobilgintzan eta aeroespazialean, aleazio arinak eta material konposatuak lotzeko duen abantaila absolutua dela eta. Azken urteotan, Txinako adituek autozulatzaile errematxatze-teknologiari buruzko ikerketa garrantzitsuak egin dituzte eta tratamendu termiko desberdinek TA1 industria-titanio puruzko autozulatzaile errematxatutako junturen errendimenduan dituzten efektuak aztertu dituzte. Ikusi zen erreketa eta hozte tratamendu termiko metodoek TA1 industria-titanio puruzko autozulatzaile errematxatutako junturen erresistentzia estatikoa hobetzen zutela. Junturak sortzeko mekanismoa material-fluxuaren ikuspegitik behatu eta aztertu zen, eta junturaren kalitatea horren arabera ebaluatu zen. Proba metalografikoen bidez, ikusi zen deformazio plastiko handiko eremua joera jakin bateko zuntz-egitura batean findu zela, eta horrek junturaren etekin-tentsioaren eta nekearen erresistentziaren hobekuntza sustatu zuen.
Goiko ikerketak batez ere aluminiozko aleaziozko plakak errematxatu ondoren junturen propietate mekanikoetan jartzen du arreta. Automobil-karrozerien benetako errematxatze-ekoizpenean, aluminiozko aleaziozko estrusio-profilen errematxatze-junturen pitzadurak, batez ere aleazio-elementu asko dituzten erresistentzia handiko aluminiozko aleazioenak, hala nola 6082 aluminiozko aleazioa, dira prozesu hau auto-karrozerian aplikatzea mugatzen duten faktore nagusiak. Aldi berean, auto-karrozerian erabiltzen diren estrusio-profilen forma eta posizio-tolerantziak, hala nola tolesturak eta bihurdurak, zuzenean eragiten dute profilen muntaketa eta erabileran, eta ondorengo auto-karrozeriaren dimentsio-zehaztasuna ere zehazten dute. Profilen tolestura eta bihurdura kontrolatzeko eta profilen dimentsio-zehaztasuna bermatzeko, trokelaren egituraz gain, profilen irteerako tenperatura eta lineako hozte-abiadura dira eragin-faktore garrantzitsuenak. Zenbat eta irteerako tenperatura handiagoa eta zenbat eta azkarrago hozte-abiadura, orduan eta handiagoa izango da profilen tolestura eta bihurdura maila. Auto-karrozerietarako aluminiozko aleaziozko profiletarako, profilen dimentsio-zehaztasuna bermatu behar da eta aleaziozko errematxatzea ez dela pitzatuko ziurtatu. Aleazioaren dimentsio-zehaztasuna eta errematxatze-hausturaren errendimendua optimizatzeko modurik errazena haustura kontrolatzea da, estrusio-hagaxkaren berotze-tenperatura eta zahartze-prozesua optimizatuz, materialaren konposizioa, trokelaren egitura, estrusio-abiadura eta hozte-abiadura aldatu gabe mantenduz. 6082 aluminiozko aleazioarentzat, beste prozesu-baldintzak aldatu gabe mantentzen direla kontuan hartuta, zenbat eta handiagoa izan estrusio-tenperatura, orduan eta sakonagoa izango da ale lodiko geruza, baina orduan eta handiagoa izango da profilaren deformazioa hozte-osteko.
Lan honek ikerketa-objektuaren konposizio berdina duen 6082 aluminiozko aleazioa hartzen du, estrusio-tenperatura desberdinak eta zahartze-prozesu desberdinak erabiltzen ditu egoera desberdinetan laginak prestatzeko, eta estrusio-tenperaturaren eta zahartze-egoeraren eraginak ebaluatzen ditu errematxatze-proben bidez. Aurretiazko emaitzetan oinarrituta, zahartze-prozesu optimoa zehazten da, ondorengo 6082 aluminiozko aleaziozko gorputz-estrusio-profilen ekoizpenerako orientazioa emateko.
1 Material eta metodo esperimentalak
1. taulan erakusten den bezala, 6082 aluminiozko aleazioa urtu eta lingote biribil batean prestatu zen galdaketa erdi-jarraituaren bidez. Ondoren, homogeneizazio tratamendu termikoa egin ondoren, lingotea tenperatura desberdinetara berotu eta 2200 t-ko estrusore batean profil bat osatu zen. Profilaren hormaren lodiera 2,5 mm-koa zen, estrusio upelaren tenperatura 440 ± 10 ℃-koa zen, estrusio matrizearen tenperatura 470 ± 10 ℃-koa zen, estrusio abiadura 2,3 ± 0,2 mm/s-koa zen, eta profilaren hozte metodoa haize-hozte indartsua izan zen. Berotze tenperaturaren arabera, laginak 1etik 3ra zenbakitu ziren, eta horien artean 1. laginak izan zuen berotze tenperatura baxuena, eta dagokion lingotearen tenperatura 470 ± 5 ℃-koa zen, 2. laginaren lingotearen tenperatura 485 ± 5 ℃-koa zen, eta 3. laginaren tenperatura altuena, eta dagokion lingotearen tenperatura 500 ± 5 ℃-koa zen.
1. taula Proba-aleazioaren neurtutako konposizio kimikoa (masa-frakzioa/%)
Baldintza honetan, prozesuko beste parametro batzuk, hala nola materialaren konposizioa, trokelaren egitura, estrusio-abiadura eta hozte-abiadura, aldatu gabe mantentzen direnean, estrusio-berokuntza-tenperatura doitzean lortutako 1etik 3ra bitarteko laginak erresistentzia-labe batean zahartzen dira, eta zahartze-sistema 180 ℃/6 h eta 190 ℃/6 h da. Isolatu ondoren, airez hoztu eta errematxatu egiten dira, estrusio-tenperatura eta zahartze-egoera desberdinek errematxatze-proban duten eragina ebaluatzeko. Errematxatze-probak 2,5 mm-ko lodierako 6082 aleazioa erabiltzen du beheko plaka gisa, eta 1,4 mm-ko lodierako 5754-O aleazioa goiko plaka gisa SPR errematxatze-probarako. Errematxatze-trokelaren erabilera M260238 da, eta errematxatzea C5.3×6.0 H0. Gainera, zahartze-prozesu optimoa hobeto zehazteko, estrusio-tenperaturak eta zahartze-egoerak errematxatze-hausturetan duten eraginaren arabera, estrusio-tenperatura optimoan dagoen plaka hautatzen da, eta ondoren tenperatura eta zahartze-denbora desberdinekin tratatzen da zahartze-sistemak errematxatze-hausturetan duen eragina aztertzeko, eta, azkenik, zahartze-sistema optimoa berresteko. Potentzia handiko mikroskopio bat erabili zen materialaren mikroegitura estrusio-tenperatura desberdinetan behatzeko, MTS-SANS CMT5000 serieko mikroordenagailuz kontrolatutako makina elektroniko unibertsal bat erabili zen propietate mekanikoak probatzeko, eta potentzia txikiko mikroskopio bat erabili zen errematxatutako junturak egoera desberdinetan behatzeko.
2 Esperimentuen emaitzak eta eztabaida
2.1 Estrusio-tenperaturaren eta zahartze-egoeraren eragina errematxatze-hausturetan
Lagina estrusio-profilaren zeharkako sekzioan zehar hartu zen. Ehotze zakarra, ehotze fina eta lixa-paperarekin leundu ondoren, lagina % 10eko NaOH-rekin korroditu zen 8 minutuz, eta korrosio-produktu beltza azido nitrikoarekin garbitu zen. Laginaren ale lodiko geruza potentzia handiko mikroskopio batekin behatu zen, errematxe-hebillaren kanpoko gainazalean kokatuta zegoena, errematxatzeko posizioan, 1. irudian erakusten den bezala. 1. laginaren ale lodiko geruzaren batez besteko sakonera 352 μm-koa zen, 2. laginaren ale lodiko geruzaren batez besteko sakonera 135 μm-koa zen, eta 3. laginaren ale lodiko geruzaren batez besteko sakonera 31 μm-koa zen. Ale lodiko geruzaren sakoneraren aldea batez ere estrusio-tenperatura desberdinen ondorioz gertatzen da. Zenbat eta handiagoa izan estrusio-tenperatura, orduan eta txikiagoa da 6082 aleazioaren deformazio-erresistentzia, orduan eta txikiagoa da aleazioaren eta estrusio-trokelaren (batez ere trokelaren lan-uhalaren) arteko marruskadurak sortutako deformazio-energia-biltegiratzea, eta orduan eta txikiagoa da birkristalizazio-indarra. Beraz, gainazaleko ale lodiko geruza sakonagoa da; zenbat eta baxuagoa izan estrusio-tenperatura, orduan eta handiagoa izango da deformazio-erresistentzia, orduan eta handiagoa izango da deformazio-energia biltegiratzea, orduan eta errazagoa izango da birkristalizatzea eta orduan eta sakonagoa izango da ale lodiko geruza. 6082 aleazioarentzat, ale lodiko birkristalizazio-mekanismoa bigarren mailako birkristalizazioa da.
(a) 1. eredua
(b) 2. eredua
(c) 3. eredua
1. irudia Prozesu ezberdinen bidez estrusio-profilen ale lodiko geruzaren lodiera
1etik 3ra bitarteko laginak, estrusio-tenperatura desberdinetan prestatuak, 180 ℃/6 h eta 190 ℃/6 h-tan zahartu ziren, hurrenez hurren. 2. laginaren propietate mekanikoak bi zahartze-prozesuen ondoren 2. taulan ageri dira. Bi zahartze-sistemetan, laginaren etekin-erresistentzia eta trakzio-erresistentzia 180 ℃/6 h-tan 190 ℃/6 h-tan baino nabarmen handiagoak dira, eta bien luzapena ez da oso desberdina, eta horrek adierazten du 190 ℃/6 h gehiegizko zahartze-tratamendua dela. 6 serieko aluminiozko aleazioaren propietate mekanikoak asko aldatzen direnez zahartze-prozesuaren aldaketarekin zahartze-gutxiegitasun egoeran, ez da lagungarria profilen ekoizpen-prozesuaren egonkortasunerako eta errematxatze-kalitatearen kontrolarako. Beraz, ez da egokia zahartze-gutxiegitasun egoera erabiltzea gorputz-profilak ekoizteko.
2. taula 2. laginaren propietate mekanikoak bi zahartze-sistemen pean
Errematxatu ondoren proba-piezaren itxura 2. irudian ageri da. 1. zenbakiko lagina, ale lodiko geruza sakonagoa zuena, zahartze goreneko egoeran errematxatu zenean, errematxearen beheko gainazalak laranja azal nabarmena eta begi hutsez ikusten ziren pitzadurak zituen, 2a irudian erakusten den bezala. Aleen barruko orientazio ez-konsistentearen ondorioz, deformazio-maila irregularra izango da deformazioan zehar, gainazal irregularra sortuz. Ale lodiak direnean, gainazalaren irregulartasuna handiagoa da, begi hutsez ikusten den laranja azal fenomenoa sortuz. Estrusio-tenperatura handituz prestatutako ale lodiko geruza sakonagoa zuen 3. zenbakiko lagina, zahartze goreneko egoeran errematxatu zenean, errematxearen beheko gainazala nahiko leuna zen, eta pitzadurak neurri batean murriztu ziren, mikroskopioaren handitzean bakarrik ikus zitezkeenak, 2b irudian erakusten den bezala. 3. zenbakiko lagina gehiegi zahartze goreneko egoeran zegoenean, ez zen pitzadurarik ikusi mikroskopioaren handitzean, 2c irudian erakusten den bezala.
(a) Begi hutsez ikusten diren pitzadurak
(b) Mikroskopiopean ikusten diren pitzadura txikiak
(c) Pitzadurarik ez
2. irudia Errematxatu ondoren pitzadura maila desberdinak
Errematxatu ondoren gainazala hiru egoeratan dago batez ere, hots, begi hutsez ikusten diren pitzadurak ("×") markatuta, mikroskopioaren handitzepean ikusten diren pitzadura txikiak ("△") markatuta, eta pitzadurarik gabe ("○") markatuta. Goiko hiru egoerako laginen errematxatze morfologiaren emaitzak bi zahartze sistemetan 3. taulan ageri dira. Ikus daiteke zahartze prozesua konstantea denean, estrusio tenperatura altuagoa eta ale lodi geruza meheagoa duen laginaren errematxatze pitzadura errendimendua ale lodi geruza sakonagoa duen laginarena baino hobea dela; ale lodi geruza konstantea denean, gehiegizko zahartze egoeraren errematxatze pitzadura errendimendua zahartze gailurreko egoerarena baino hobea dela.
3. taula 1etik 3ra bitarteko laginen itxura bi prozesu-sistemen pean
Ale-morfologiaren eta zahartze-egoeraren eraginak profilen ardatzeko konpresio-hausturaren portaeran aztertu ziren. Materialaren tentsio-egoera ardatzeko konpresioan zehar autozulatzailezko errematxaketarenarekin bat zetorren. Ikerketak aurkitu zuen pitzadurak ale-mugetatik sortzen zirela, eta Al-Mg-Si aleazioaren haustura-mekanismoa formula honen bidez azaltzen zela.
σapp kristalari aplikatzen zaion tentsioa da. Pitzatzean, σapp trakzio-erresistentziari dagokion benetako tentsio-balioaren berdina da; σa0 prezipitatuen erresistentzia da kristal barruko irristatzean; Φ tentsio-kontzentrazio koefizientea da, d ale-tamainarekin eta p irristatze-zabalerarekin erlazionatuta dagoena.
Birkristalizazioarekin alderatuta, zuntz-aleen egiturak pitzadurak inhibitzeko aldekoagoa da. Arrazoi nagusia da aleen fintzearen ondorioz d alearen tamaina nabarmen murrizten dela, eta horrek Φ tentsio-kontzentrazio faktorea eraginkortasunez murriztu dezakeela aleen mugan, eta horrela pitzadurak inhibitzen dituela. Zuntz-egiturarekin alderatuta, ale lodiak dituen birkristalizatutako aleazioaren Φ tentsio-kontzentrazio faktorea lehenengoaren 10 aldiz handiagoa da gutxi gorabehera.
Zahartze maximoarekin alderatuta, gehiegizko zahartze egoerak pitzadura inhibitzeko aukera gehiago ematen du, aleazioaren barruko prezipitazio fase egoera desberdinek zehazten baitute. Zahartze maximoan, 20-50 nm-ko 'β (Mg5Si6) faseak prezipitatzen dira 6082 aleazioan, prezipitatu kopuru handiarekin eta tamaina txikiekin; aleazioa gehiegizko zahartze prozesuan dagoenean, aleazioko prezipitatu kopurua gutxitzen da eta tamaina handiagoa bihurtzen da. Zahartze prozesuan sortutako prezipitatuek eraginkortasunez inhibitzen dute aleazioaren barruko dislokazioen mugimendua. Dislokazioen gaineko finkapen indarra prezipitatu fasearen tamainarekin eta bolumen frakzioarekin erlazionatuta dago. Formula enpirikoa hau da:
f prezipitatu-fasearen bolumen-frakzioa da; r fasearen tamaina da; σa fasearen eta matrizearen arteko interfazearen energia da. Formulak erakusten du prezipitatu-fasearen tamaina zenbat eta handiagoa eta bolumen-frakzioa zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta txikiagoa dela dislokazioetan duen finkapen-indarra, orduan eta errazagoa dela aleazioan dislokazioak hastea, eta aleazioaren σa0 gutxituko dela zahartze gorenetik gehiegizko zahartze gorenera. σa0 gutxitu arren, aleazioa zahartze gorenetik gehiegizko zahartze gorenera igarotzen denean, aleazioaren pitzadura-unean σapp balioa gehiago gutxitzen da, eta horren ondorioz ale-mugan tentsio eraginkorra nabarmen gutxitzen da (σapp-σa0). Gehiegizko zahartzearen ale-mugan tentsio eraginkorra zahartze gorenekoaren 1/5 ingurukoa da, hau da, litekeena da gutxiago pitzatzea gehiegizko zahartze goreneko egoeran, eta horren ondorioz aleazioaren errematxatze-errendimendu hobea lortzen da.
2.2 Estrusio-tenperaturaren eta zahartze-prozesuaren sistemaren optimizazioa
Goiko emaitzen arabera, estrusio-tenperatura handitzeak ale lodiko geruzaren sakonera murriztu dezake, eta horrela materialaren pitzadurak eragotzi errematxatze-prozesuan zehar. Hala ere, aleazio-konposizio, estrusio-trokelaren egitura eta estrusio-prozesu jakin batzuen premisaren arabera, estrusio-tenperatura altuegia bada, alde batetik, profilaren tolestura- eta bihurdura-maila okerrera egingo da ondorengo hozte-prozesuan, profilaren tamainaren tolerantzia ez betetzea eraginez, eta, bestetik, aleazioa erraz gehiegi erretzea eragingo du estrusio-prozesuan zehar, materiala hondatzeko arriskua handituz. Errematxatze-egoera, profilaren tamainaren prozesua, ekoizpen-prozesuaren leihoa eta beste faktore batzuk kontuan hartuta, aleazio honetarako estrusio-tenperatura egokiena ez da 485 ℃ baino txikiagoa, hau da, 2. lagina. Zahartze-prozesuaren sistema optimoa berresteko, zahartze-prozesua 2. laginaren arabera optimizatu zen.
2. laginaren propietate mekanikoak 180 ℃, 185 ℃ eta 190 ℃-tan zahartze-denbora desberdinetan 3. irudian ageri dira, eta hauek dira: erresistentzia elastikoa, trakzio-erresistentzia eta luzapena. 3a irudian erakusten den bezala, 180 ℃-tik behera, zahartze-denbora 6 ordutik 12 ordura handitzen da, eta materialaren erresistentzia elastikoa ez da nabarmen jaisten. 185 ℃-tik behera, zahartze-denbora 4 ordutik 12 ordura handitzen den heinean, erresistentzia elastikoa lehenik handitu eta gero gutxitu egiten da, eta erresistentzia-balio handienari dagokion zahartze-denbora 5-6 ordukoa da. 190 ℃-tik behera, zahartze-denbora handitzen den heinean, erresistentzia elastikoa pixkanaka gutxitzen da. Oro har, hiru zahartze-tenperaturetan, zenbat eta txikiagoa izan zahartze-tenperatura, orduan eta handiagoa izango da materialaren erresistentzia maximoa. 3b irudiko trakzio-erresistentziaren ezaugarriak 3a irudiko erresistentziarekin bat datoz. 3c irudian erakusten den zahartze-tenperatura desberdinetan luzapena % 14 eta % 17 artekoa da, aldaketa-eredu nabarmenik gabe. Esperimentu honek zahartze maximotik gehiegizko zahartze fasera bitartekoa aztertzen du, eta esperimentu-alde txikiak direla eta, proba-erroreak aldaketa-eredua lausoa izatea eragiten du.
3. irudia Materialen propietate mekanikoak zahartze-tenperatura eta zahartze-denbora desberdinetan
Goiko zahartze-tratamenduaren ondoren, errematxatutako junturen pitzadurak 4. taulan laburbildu dira. 4. taulan ikus daiteke denbora handitu ahala, errematxatutako junturen pitzadurak neurri batean murrizten direla. 180 ℃-ko baldintzapean, zahartze-denbora 10 ordutik gorakoa denean, errematxatutako junturaren itxura egoera onargarrian dago, baina ezegonkorra. 185 ℃-ko baldintzapean, 7 orduz zahartu ondoren, errematxatutako junturaren itxurak ez du pitzadurarik eta egoera nahiko egonkorra da. 190 ℃-ko baldintzapean, errematxatutako junturaren itxurak ez du pitzadurarik eta egoera egonkorra da. Errematxatze-proben emaitzetatik, ikus daiteke errematxatze-errendimendua hobea eta egonkorragoa dela aleazioa gehiegi zahartutako egoeran dagoenean. Gorputz-profila erabiltzearekin batera, 180 ℃/10~12 ordutan errematxatzeak ez du OEMak kontrolatzen duen ekoizpen-prozesuaren kalitate-egonkortasunerako laguntzen. Errematxatutako junturaren egonkortasuna bermatzeko, zahartze-denbora gehiago luzatu behar da, baina zahartze-denboraren egiaztapenak profilaren ekoizpen-eraginkortasuna murriztea eta kostuak handitzea ekarriko du. 190 ℃-ko baldintzapean, lagin guztiek errematxatze-hausturaren eskakizunak bete ditzakete, baina materialaren erresistentzia nabarmen murrizten da. Ibilgailuen diseinuaren eskakizunen arabera, 6082 aleazioaren etekin-erresistentzia 270 MPa baino handiagoa izatea bermatu behar da. Beraz, 190 ℃-ko zahartze-tenperaturak ez ditu materialaren erresistentzia-eskakizunak betetzen. Aldi berean, materialaren erresistentzia baxuegia bada, errematxatutako junturaren beheko plakaren hondar-lodiera txikiegia izango da. 190 ℃/8 h-tan zahartu ondoren, errematxatutako zeharkako sekzioaren ezaugarriek erakusten dute hondar-lodiera 0,26 mm-koa dela, eta horrek ez du betetzen ≥0,3 mm-ko indize-eskakizuna, 4a irudian ikusten den bezala. Osotasunez kontuan hartuta, zahartze-tenperatura optimoa 185 ℃ da. 7 orduz zahartu ondoren, materialak errematxatze-eskakizunak egonkor bete ditzake, eta erresistentziak errendimendu-eskakizunak betetzen ditu. Soldadura-tailerrean errematxatze-prozesuaren ekoizpen-egonkortasuna kontuan hartuta, zahartze-denbora optimoa 8 ordukoa izatea proposatzen da. Prozesu-sistema honen peko zeharkako sekzioaren ezaugarriak 4b irudian ageri dira, eta elkarlotura-indizearen eskakizunak betetzen dituzte. Ezkerreko eta eskuineko elkarloturak 0,90 mm eta 0,75 mm-koak dira, ≥0,4 mm-ko indize-eskakizunak betetzen dituztenak, eta beheko hondar-lodiera 0,38 mm-koa da.
4. taula 2. laginaren pitzadura tenperatura eta zahartze-denbora desberdinetan
4. irudia 6082 beheko plaken errematxatutako junturen zeharkako ezaugarriak zahartze-egoera desberdinetan
3 Ondorioa
6082 aluminiozko aleaziozko profilean estrusio-tenperatura zenbat eta handiagoa izan, orduan eta sakonagoa izango da gainazaleko ale lodiko geruza estrusioaren ondoren. Ale lodiko geruza txikiagoak eraginkortasunez murriztu dezake tentsio-kontzentrazio faktorea ale-mugan, eta horrela errematxatze-pitzadurak eragotzi. Ikerketa esperimentalek zehaztu dute estrusio-tenperatura optimoa ez dela 485 ℃ baino txikiagoa.
6082 aluminiozko aleazio-profilaren geruza lodiaren lodiera berdina denean, aleazioaren ale-mugaren tentsio eraginkorra zahartze-egoeran zahartze goreneko egoeran baino txikiagoa da, errematxatzean pitzatzeko arriskua txikiagoa da eta aleazioaren errematxatze-errendimendua hobea da. Errematxatze-egonkortasuna, errematxatutako junturaren elkarlotura-balioa, tratamendu termikoaren ekoizpen-eraginkortasuna eta onura ekonomikoak kontuan hartuta, aleazioaren zahartze-sistema optimoa 185 ℃/8 ordu dela zehaztu da.
Argitaratze data: 2025eko apirilaren 5a
