ผลกระทบของอุณหภูมิการอัดรีดและระบบการเสื่อมสภาพต่อการแตกร้าวจากการตอกหมุดแบบเจาะเองของโปรไฟล์การอัดรีดโลหะผสมอลูมิเนียม 6082

เนื่องจากหลายประเทศทั่วโลกให้ความสำคัญกับการอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยมลพิษ การพัฒนารถยนต์พลังงานใหม่ที่ใช้ไฟฟ้าล้วนจึงกลายเป็นเทรนด์ที่ได้รับความนิยม นอกจากประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แล้ว คุณภาพของตัวถังยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อระยะการขับขี่ของรถยนต์พลังงานใหม่ การส่งเสริมการพัฒนาโครงสร้างตัวถังรถยนต์ที่มีน้ำหนักเบาและการเชื่อมต่อที่มีคุณภาพสูงสามารถช่วยเพิ่มระยะการขับขี่ที่ครอบคลุมของรถยนต์ไฟฟ้า โดยการลดน้ำหนักของตัวรถให้ได้มากที่สุด พร้อมกับรักษาความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของรถยนต์ไว้ ในส่วนของการลดน้ำหนักของรถยนต์ ตัวถังไฮบริดที่ทำจากเหล็กและอะลูมิเนียมคำนึงถึงทั้งความแข็งแรงและการลดน้ำหนักของตัวถัง จึงกลายเป็นวิธีการสำคัญในการทำให้ตัวถังมีน้ำหนักเบา

วิธีการเชื่อมต่อแบบดั้งเดิมสำหรับการเชื่อมต่อโลหะผสมอะลูมิเนียมมีประสิทธิภาพการเชื่อมต่อต่ำและมีความน่าเชื่อถือต่ำ การรีเวทแบบเจาะเอง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบใหม่ ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์และอุตสาหกรรมการผลิตอากาศยาน เนื่องจากมีความได้เปรียบอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อโลหะผสมเบาและวัสดุคอมโพสิต ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิชาการในประเทศจีนได้ทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการรีเวทแบบเจาะเอง และศึกษาผลกระทบของวิธีการอบชุบด้วยความร้อนที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพของข้อต่อแบบรีเวทแบบเจาะเองไทเทเนียมบริสุทธิ์ TA1 ในอุตสาหกรรม พบว่าวิธีการอบชุบด้วยความร้อนแบบอบอ่อนและแบบดับความร้อนช่วยเพิ่มความแข็งแรงคงที่ของข้อต่อแบบรีเวทแบบเจาะเองไทเทเนียมบริสุทธิ์ TA1 ในอุตสาหกรรม กลไกการขึ้นรูปข้อต่อถูกสังเกตและวิเคราะห์จากมุมมองของการไหลของวัสดุ และประเมินคุณภาพของข้อต่อโดยอ้างอิงจากข้อมูลนี้ จากการทดสอบทางโลหะวิทยา พบว่าพื้นที่การเสียรูปพลาสติกขนาดใหญ่ถูกปรับให้ละเอียดเป็นโครงสร้างเส้นใยที่มีแนวโน้มที่แน่นอน ซึ่งส่งเสริมการปรับปรุงความเค้นครากและความแข็งแรงความล้าของข้อต่อ

งานวิจัยข้างต้นมุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติเชิงกลของข้อต่อหลังจากการตอกหมุดแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม ในการผลิตตัวถังรถยนต์ด้วยหมุดย้ำ รอยแตกร้าวของข้อต่อหมุดย้ำของโปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์แบบรีดขึ้นรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่งอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงและมีปริมาณธาตุผสมสูง เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6082 เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการประยุกต์ใช้กระบวนการนี้กับตัวถังรถยนต์ ขณะเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนของรูปร่างและตำแหน่งของโปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์แบบรีดขึ้นรูปที่ใช้กับตัวถังรถยนต์ เช่น การดัดและการบิด ส่งผลโดยตรงต่อการประกอบและการใช้งานของโปรไฟล์ และยังกำหนดความแม่นยำของขนาดของตัวถังรถยนต์ที่จะนำมาใช้ในภายหลัง เพื่อควบคุมการดัดและการบิดของโปรไฟล์และรับประกันความแม่นยำของขนาดของโปรไฟล์ นอกจากโครงสร้างแม่พิมพ์แล้ว อุณหภูมิทางออกของโปรไฟล์และความเร็วในการชุบแข็งออนไลน์เป็นปัจจัยสำคัญที่สุด ยิ่งอุณหภูมิทางออกสูงและความเร็วในการชุบแข็งเร็วเท่าใด ระดับการดัดและการบิดของโปรไฟล์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สำหรับโปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับตัวถังรถยนต์ จำเป็นต้องตรวจสอบความถูกต้องของมิติของโปรไฟล์และตรวจสอบว่าการตอกหมุดโลหะผสมจะไม่เกิดการแตกร้าว วิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มความแม่นยำของมิติและประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการตอกหมุดโลหะผสมคือการควบคุมการแตกร้าวโดยการปรับอุณหภูมิความร้อนและกระบวนการบ่มของแท่งโลหะผสมที่อัดรีดให้เหมาะสม ในขณะที่ยังคงรักษาองค์ประกอบของวัสดุ โครงสร้างแม่พิมพ์ ความเร็วในการอัดรีด และความเร็วในการชุบแข็งไว้ ​​สำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์ 6082 ภายใต้สมมติฐานที่ว่าเงื่อนไขกระบวนการอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ยิ่งอุณหภูมิการอัดรีดสูงขึ้น ชั้นเกรนหยาบก็จะยิ่งตื้นขึ้น แต่การเสียรูปของโปรไฟล์หลังการชุบแข็งก็จะยิ่งมากขึ้น

บทความนี้ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ที่มีองค์ประกอบเดียวกันกับวัตถุวิจัย โดยใช้อุณหภูมิการอัดรีดและกระบวนการบ่มที่แตกต่างกันเพื่อเตรียมตัวอย่างในสภาวะที่แตกต่างกัน และประเมินผลกระทบของอุณหภูมิการอัดรีดและสภาวะการบ่มต่อการทดสอบการตอกหมุดด้วยการทดสอบการตอกหมุด จากผลเบื้องต้น กระบวนการบ่มที่เหมาะสมจะถูกกำหนดเพิ่มเติมเพื่อให้คำแนะนำสำหรับการผลิตโปรไฟล์การอัดรีดของโลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ต่อไป

1. วัสดุและวิธีการทดลอง

ดังแสดงในตารางที่ 1 โลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ถูกหลอมและเตรียมเป็นแท่งกลมโดยการหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง จากนั้นหลังจากการอบชุบด้วยความร้อนแบบโฮโมจีไนซ์ แท่งจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆ และถูกอัดขึ้นรูปเป็นโปรไฟล์บนเครื่องอัดรีดขนาด 2200 ตัน ความหนาของผนังโปรไฟล์คือ 2.5 มิลลิเมตร อุณหภูมิกระบอกอัดรีดคือ 440±10 องศาเซลเซียส อุณหภูมิแม่พิมพ์อัดรีดคือ 470±10 องศาเซลเซียส ความเร็วในการอัดรีดคือ 2.3±0.2 มิลลิเมตรต่อวินาที และวิธีการดับโปรไฟล์คือการระบายความร้อนด้วยลมแรง ตามอุณหภูมิความร้อน ตัวอย่างจะถูกเรียงลำดับจาก 1 ถึง 3 โดยตัวอย่างที่ 1 มีอุณหภูมิความร้อนต่ำสุด อุณหภูมิแท่งโลหะที่สอดคล้องกันคือ 470±5 องศาเซลเซียส อุณหภูมิแท่งโลหะที่สอดคล้องกันของตัวอย่างที่ 2 คือ 485±5 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิของตัวอย่างที่ 3 สูงสุด อุณหภูมิแท่งโลหะที่สอดคล้องกันคือ 500±5 องศาเซลเซียส

ตารางที่ 1 องค์ประกอบทางเคมีที่วัดได้ของโลหะผสมทดสอบ (เศษส่วนมวล/%)

ภายใต้เงื่อนไขที่พารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ เช่น องค์ประกอบของวัสดุ โครงสร้างแม่พิมพ์ ความเร็วในการอัดรีด และความเร็วในการชุบแข็งยังคงเดิม ตัวอย่างหมายเลข 1 ถึง 3 ข้างต้นที่ได้จากการปรับอุณหภูมิความร้อนในการอัดรีดจะถูกบ่มในเตาเผาแบบต้านทานแบบกล่อง และระบบบ่มคือ 180 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง และ 190 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง หลังจากหุ้มฉนวนแล้ว จะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศ แล้วจึงทำการย้ำหมุดเพื่อประเมินอิทธิพลของอุณหภูมิการอัดรีดและสภาวะการบ่มที่แตกต่างกันต่อการทดสอบการย้ำหมุด การทดสอบการย้ำหมุดใช้โลหะผสม 6082 หนา 2.5 มม. ที่มีอุณหภูมิการอัดรีดและระบบบ่มที่แตกต่างกันเป็นแผ่นด้านล่าง และโลหะผสม 5754-O หนา 1.4 มม. เป็นแผ่นด้านบนสำหรับการทดสอบการย้ำหมุด SPR แม่พิมพ์หมุดคือ M260238 และหมุดคือ C5.3×6.0 H0 นอกจากนี้ เพื่อกำหนดกระบวนการบ่มที่เหมาะสมยิ่งขึ้น เราจึงเลือกแผ่นโลหะที่อุณหภูมิการอัดรีดและสภาวะการบ่มที่เหมาะสมที่สุดต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากการตอกหมุด โดยพิจารณาจากอิทธิพลของอุณหภูมิการอัดรีดและสภาวะการบ่มที่มีผลต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากการตอกหมุด จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการบ่มที่อุณหภูมิและเวลาที่แตกต่างกัน เพื่อศึกษาอิทธิพลของระบบบ่มที่มีต่อการแตกร้าวจากการตอกหมุด เพื่อยืนยันขั้นสุดท้ายถึงระบบบ่มที่เหมาะสมที่สุด กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงถูกใช้เพื่อสังเกตโครงสร้างจุลภาคของวัสดุที่อุณหภูมิการอัดรีดที่แตกต่างกัน เครื่องทดสอบอเนกประสงค์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ซีรีส์ MTS-SANS CMT5000 ถูกใช้เพื่อทดสอบคุณสมบัติเชิงกล และใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายต่ำเพื่อสังเกตรอยต่อแบบหมุดย้ำหลังจากการตอกหมุดในสภาวะต่างๆ

2ผลการทดลองและการอภิปราย

2.1 ผลของอุณหภูมิการอัดและสภาวะการเสื่อมสภาพต่อการแตกร้าวจากการตอกหมุด

การสุ่มตัวอย่างดำเนินการตามหน้าตัดของโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูป หลังจากการเจียรหยาบ การเจียรละเอียด และการขัดด้วยกระดาษทราย ตัวอย่างจะถูกกัดกร่อนด้วย NaOH 10% เป็นเวลา 8 นาที และเช็ดผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีดำออกด้วยกรดไนตริก ชั้นเกรนหยาบของตัวอย่างถูกสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูง ซึ่งอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของหัวเข็มขัดหมุดย้ำ ณ ตำแหน่งที่ต้องการย้ำหมุด ดังแสดงในรูปที่ 1 ความลึกเฉลี่ยของชั้นเกรนหยาบของตัวอย่างที่ 1 คือ 352 ไมโครเมตร ความลึกเฉลี่ยของชั้นเกรนหยาบของตัวอย่างที่ 2 คือ 135 ไมโครเมตร และความลึกเฉลี่ยของชั้นเกรนหยาบของตัวอย่างที่ 3 คือ 31 ไมโครเมตร ความแตกต่างของความลึกของชั้นเกรนหยาบส่วนใหญ่เกิดจากอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ยิ่งอุณหภูมิการอัดรีดสูงเท่าไหร่ ความต้านทานการเสียรูปของโลหะผสม 6082 ก็จะยิ่งลดลง แรงเสียดทานระหว่างโลหะผสมและแม่พิมพ์อัดรีด (โดยเฉพาะสายพานแม่พิมพ์) ทำให้เกิดการกักเก็บพลังงานจากการเสียรูปน้อยลง และแรงขับเคลื่อนการตกผลึกใหม่ก็จะน้อยลงด้วย ดังนั้น ชั้นเกรนหยาบที่ผิวจึงตื้นกว่า ยิ่งอุณหภูมิการอัดรีดต่ำลง ความต้านทานการเสียรูปก็จะยิ่งมากขึ้น การเก็บพลังงานจากการเสียรูปก็จะมากขึ้น การเกิดการตกผลึกใหม่ก็จะง่ายขึ้น และชั้นเกรนหยาบก็จะยิ่งลึกลงไป สำหรับโลหะผสม 6082 กลไกการตกผลึกใหม่ของเกรนหยาบคือการตกผลึกใหม่แบบทุติยภูมิ

(ก) แบบจำลองที่ 1

(ข) แบบจำลองที่ 2

(ค) รุ่นที่ 3

รูปที่ 1 ความหนาของชั้นเกรนหยาบของโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูปโดยกระบวนการต่างๆ

ตัวอย่างที่ 1 ถึง 3 ที่เตรียมที่อุณหภูมิการอัดรีดต่างกัน ได้รับการบ่มที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง และ 190 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง ตามลำดับ สมบัติเชิงกลของตัวอย่างที่ 2 หลังจากกระบวนการบ่มทั้งสองแสดงไว้ในตารางที่ 2 ภายใต้ระบบการบ่มทั้งสองระบบ ความแข็งแรงครากและความต้านทานแรงดึงของตัวอย่างที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง สูงกว่าที่ 190 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่การยืดตัวของทั้งสองระบบไม่แตกต่างกันมากนัก บ่งชี้ว่าอุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส/6 ชั่วโมง ถือเป็นการบ่มนานเกินไป เนื่องจากสมบัติเชิงกลของโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 6 มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการบ่มในสภาวะบ่มก่อนอายุจริง จึงไม่เอื้อต่อเสถียรภาพของกระบวนการผลิตโปรไฟล์และการควบคุมคุณภาพการย้ำหมุด ดังนั้น การใช้สภาวะบ่มก่อนอายุจริงในการผลิตโปรไฟล์ตัวถังจึงไม่เหมาะสม

ตารางที่ 2 คุณสมบัติเชิงกลของตัวอย่างที่ 2 ภายใต้ระบบการบ่มสองระบบ

ลักษณะของชิ้นงานทดสอบหลังการตอกหมุดแสดงในรูปที่ 2 เมื่อยึดตัวอย่างหมายเลข 1 ที่มีชั้นเกรนหยาบที่ลึกกว่าในสภาวะการบ่มสูงสุด พื้นผิวด้านล่างของหมุดย้ำมีเปลือกส้มและรอยแตกที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังแสดงในรูปที่ 2a เนื่องจากการวางแนวที่ไม่สม่ำเสมอภายในเกรน ระดับการเสียรูปจะไม่สม่ำเสมอในระหว่างการเสียรูป ทำให้เกิดพื้นผิวที่ไม่เรียบ เมื่อเกรนหยาบ ความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวจะมากขึ้น ก่อให้เกิดปรากฏการณ์เปลือกส้มที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เมื่อยึดตัวอย่างหมายเลข 3 ที่มีชั้นเกรนหยาบที่ตื้นกว่าซึ่งเตรียมโดยการเพิ่มอุณหภูมิการอัดรีดในสภาวะการบ่มสูงสุด พื้นผิวด้านล่างของหมุดย้ำค่อนข้างเรียบ และรอยแตกได้รับการปราบปรามในระดับหนึ่ง ซึ่งมองเห็นได้เฉพาะภายใต้กล้องจุลทรรศน์ขยาย ดังแสดงในรูปที่ 2b เมื่อตัวอย่างหมายเลข 3 อยู่ในสถานะเก่าเกินไป ไม่พบรอยแตกร้าวภายใต้การขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์ ดังแสดงในรูปที่ 2c

(ก) รอยแตกที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

(b) รอยแตกเล็กน้อยที่มองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์

(ค) ไม่มีรอยแตกร้าว

รูปที่ 2 ระดับการแตกร้าวที่แตกต่างกันหลังจากการหมุดย้ำ

พื้นผิวหลังการรีเวทส่วนใหญ่อยู่ในสามสถานะ ได้แก่ รอยแตกที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (เครื่องหมาย “×”) รอยแตกเล็กน้อยที่มองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ขยาย (เครื่องหมาย “△”) และไม่มีรอยแตก (เครื่องหมาย “○”) ผลการวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของการรีเวทของตัวอย่างทั้งสามสถานะข้างต้นภายใต้ระบบการรีเวทสองระบบแสดงไว้ในตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าเมื่อกระบวนการรีเวทคงที่ ประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการรีเวทของชิ้นงานที่มีอุณหภูมิการอัดรีดสูงกว่าและชั้นเกรนหยาบบางกว่าจะดีกว่าชิ้นงานที่มีชั้นเกรนหยาบลึกกว่า และเมื่อชั้นเกรนหยาบคงที่ ประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการรีเวทในสถานะการรีเวทเกินจะดีกว่าสถานะการรีเวทสูงสุด

ตารางที่ 3 ลักษณะการยึดของตัวอย่าง 1 ถึง 3 ภายใต้ระบบกระบวนการสองระบบ

ศึกษาผลกระทบของสัณฐานวิทยาของเกรนและสภาวะการเสื่อมสภาพต่อพฤติกรรมการแตกร้าวจากแรงอัดตามแนวแกนของโปรไฟล์ พบว่าสภาวะความเค้นของวัสดุระหว่างแรงอัดตามแนวแกนสอดคล้องกับสภาวะการตอกหมุดแบบเจาะตัวเอง การศึกษาพบว่ารอยแตกร้าวมีต้นกำเนิดจากขอบเกรน และสูตรของโลหะผสม Al-Mg-Si สามารถอธิบายกลไกการแตกร้าวของโลหะผสม Al-Mg-Si ได้

σapp คือความเค้นที่กระทำต่อผลึก เมื่อเกิดการแตกร้าว σapp จะเท่ากับค่าความเค้นจริงที่สอดคล้องกับความต้านทานแรงดึง σa0 คือความต้านทานของตะกอนในระหว่างการเลื่อนตัวภายในผลึก Φ คือค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเค้น ซึ่งสัมพันธ์กับขนาดเกรน d และความกว้างของการเลื่อน p

เมื่อเปรียบเทียบกับการตกผลึกใหม่ โครงสร้างเกรนเส้นใยจะส่งเสริมการยับยั้งการแตกร้าวได้ดีกว่า เหตุผลหลักคือขนาดเกรน d ลดลงอย่างมากเนื่องจากการปรับเกรนให้ละเอียด ซึ่งสามารถลดค่าสัมประสิทธิ์ความเค้น Φ ที่ขอบเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงยับยั้งการแตกร้าวได้ เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างเส้นใย ค่าสัมประสิทธิ์ความเค้น Φ ของโลหะผสมที่ตกผลึกใหม่ที่มีเกรนหยาบจะสูงกว่าโลหะผสมที่ตกผลึกใหม่ที่มีเกรนหยาบประมาณ 10 เท่า

เมื่อเปรียบเทียบกับการบ่มสูงสุด สภาวะการบ่มเกินจะเอื้อต่อการยับยั้งการแตกร้าวได้ดีกว่า ซึ่งพิจารณาจากสถานะเฟสการตกตะกอนที่แตกต่างกันภายในโลหะผสม ในระหว่างการบ่มสูงสุด เฟส 'β (Mg5Si6) ขนาด 20-50 นาโนเมตรจะตกตะกอนในโลหะผสม 6082 โดยมีตะกอนจำนวนมากและมีขนาดเล็ก เมื่อโลหะผสมอยู่ในสภาวะการบ่มเกิน จำนวนตะกอนในโลหะผสมจะลดลงและมีขนาดใหญ่ขึ้น ตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการบ่มสามารถยับยั้งการเคลื่อนที่ของจุดเคลื่อนตัวภายในโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แรงยึดเกาะของตะกอนที่มีต่อจุดเคลื่อนตัวสัมพันธ์กับขนาดและเศษส่วนปริมาตรของเฟสของจุดตกตะกอน สูตรเชิงประจักษ์คือ:

f คือ เศษส่วนปริมาตรของเฟสตะกอน; r คือ ขนาดของเฟส; σa คือ พลังงานส่วนต่อประสานระหว่างเฟสและเมทริกซ์ สูตรนี้แสดงให้เห็นว่ายิ่งขนาดของเฟสตะกอนมีขนาดใหญ่และเศษส่วนปริมาตรมีขนาดเล็กเท่าใด แรงยึดเกาะของเฟสตะกอนต่อจุดเคลื่อนตัวก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ก็ยิ่งทำให้จุดเคลื่อนตัวในโลหะผสมเกิดได้ง่ายขึ้น และค่า σa0 ในโลหะผสมจะลดลงตั้งแต่ช่วงการบ่มสูงสุดไปจนถึงช่วงการบ่มเกิน แม้ว่าค่า σa0 จะลดลง แต่เมื่อโลหะผสมเปลี่ยนจากช่วงการบ่มสูงสุดไปจนถึงช่วงการบ่มเกิน ค่า σapp ณ เวลาที่โลหะผสมแตกร้าวจะลดลงมากขึ้น ส่งผลให้ความเค้นประสิทธิผลที่ขอบเกรน (σapp-σa0) ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ความเค้นประสิทธิผลที่ขอบเกรนของการบ่มเกินมีค่าประมาณ 1/5 ของความเค้นประสิทธิผลที่ขอบเกรนของการบ่มเกิน กล่าวคือ มีโอกาสน้อยที่จะแตกร้าวที่ขอบเกรนในสถานะการบ่มเกิน ส่งผลให้โลหะผสมมีประสิทธิภาพการยึดหมุดย้ำที่ดีขึ้น

2.2 การเพิ่มประสิทธิภาพอุณหภูมิการอัดรีดและระบบกระบวนการบ่ม

จากผลการทดลองข้างต้น การเพิ่มอุณหภูมิการอัดรีดสามารถลดความลึกของชั้นเกรนหยาบ ซึ่งจะช่วยยับยั้งการแตกร้าวของวัสดุในระหว่างกระบวนการตอกหมุด อย่างไรก็ตาม ภายใต้สมมติฐานขององค์ประกอบโลหะผสม โครงสร้างแม่พิมพ์อัดรีด และกระบวนการอัดรีด หากอุณหภูมิการอัดรีดสูงเกินไป ในทางกลับกัน ระดับการดัดและการบิดของโปรไฟล์จะรุนแรงขึ้นในระหว่างกระบวนการชุบแข็งครั้งต่อไป ทำให้ขนาดความคลาดเคลื่อนของโปรไฟล์ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด และในทางกลับกัน จะทำให้โลหะผสมเกิดการเผาไหม้มากเกินไปได้ง่ายในระหว่างกระบวนการอัดรีด ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการเสียรูปของวัสดุ เมื่อพิจารณาถึงสถานะการตอกหมุด กระบวนการขนาดโปรไฟล์ ช่วงเวลาของกระบวนการผลิต และปัจจัยอื่นๆ อุณหภูมิการอัดรีดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโลหะผสมนี้คือไม่น้อยกว่า 485 องศาเซลเซียส นั่นคือ ตัวอย่างที่ 2 เพื่อยืนยันระบบการบ่มที่เหมาะสมที่สุด กระบวนการบ่มจึงได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยอ้างอิงจากตัวอย่างที่ 2

สมบัติเชิงกลของชิ้นงานทดสอบหมายเลข 2 ณ เวลาบ่มต่างๆ ที่อุณหภูมิ 180°C, 185°C และ 190°C แสดงในรูปที่ 3 ได้แก่ ความแข็งแรงจุดคราก ความแข็งแรงแรงดึง และการยืดตัว ดังแสดงในรูปที่ 3a ที่อุณหภูมิ 180°C เวลาบ่มจะเพิ่มขึ้นจาก 6 ชั่วโมงเป็น 12 ชั่วโมง และความแข็งแรงจุดครากของวัสดุไม่ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ที่อุณหภูมิ 185°C เมื่อเวลาบ่มเพิ่มขึ้นจาก 4 ชั่วโมงเป็น 12 ชั่วโมง ความแข็งแรงจุดครากจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง และเวลาบ่มที่สอดคล้องกับค่าความแข็งแรงสูงสุดคือ 5-6 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 190°C เมื่อเวลาบ่มเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงจุดครากจะลดลงเรื่อยๆ โดยรวมแล้ว ที่อุณหภูมิบ่มทั้งสามอุณหภูมิ ยิ่งอุณหภูมิบ่มต่ำเท่าใด ความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของความแข็งแรงแรงดึงในรูปที่ 3b สอดคล้องกับความแข็งแรงจุดครากในรูปที่ 3a การยืดตัวที่อุณหภูมิการบ่มที่แตกต่างกันดังแสดงในรูปที่ 3c อยู่ระหว่าง 14% ถึง 17% โดยไม่มีรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจน การทดลองนี้ทดสอบตั้งแต่ช่วงการบ่มสูงสุดจนถึงช่วงการบ่มเกิน และเนื่องจากความแตกต่างในการทดลองเพียงเล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนในการทดสอบจึงทำให้รูปแบบการเปลี่ยนแปลงไม่ชัดเจน

รูปที่ 3 คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุที่อุณหภูมิการบ่มและระยะเวลาการบ่มที่แตกต่างกัน

หลังจากกระบวนการบ่มตามข้างต้นแล้ว รอยแตกร้าวของรอยต่อหมุดย้ำสามารถสรุปได้ในตารางที่ 4 จากตารางที่ 4 จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาผ่านไป รอยแตกร้าวของรอยต่อหมุดย้ำจะลดลงในระดับหนึ่ง ภายใต้สภาวะ 180 องศาเซลเซียส เมื่อเวลาบ่มเกิน 10 ชั่วโมง ลักษณะของรอยต่อหมุดย้ำจะอยู่ในสภาพที่ยอมรับได้ แต่ยังไม่เสถียร ภายใต้สภาวะ 185 องศาเซลเซียส หลังจากบ่ม 7 ชั่วโมง ลักษณะของรอยต่อหมุดย้ำไม่มีรอยแตกร้าวและค่อนข้างเสถียร ภายใต้สภาวะ 190 องศาเซลเซียส ลักษณะของรอยต่อหมุดย้ำไม่มีรอยแตกร้าวและค่อนข้างเสถียร จากผลการทดสอบการตรึงหมุด พบว่าประสิทธิภาพการตรึงหมุดดีขึ้นและเสถียรมากขึ้นเมื่อโลหะผสมอยู่ในสภาวะบ่มนานเกินไป เมื่อรวมกับการใช้โปรไฟล์ตัวถัง การตรึงหมุดย้ำที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส/10-12 ชั่วโมง ไม่เอื้อต่อเสถียรภาพด้านคุณภาพของกระบวนการผลิตที่ควบคุมโดย OEM เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของรอยต่อแบบหมุดย้ำ จำเป็นต้องยืดระยะเวลาการบ่มออกไปอีก แต่การตรวจสอบระยะเวลาการบ่มจะทำให้ประสิทธิภาพการผลิตโปรไฟล์ลดลงและต้นทุนเพิ่มขึ้น ภายใต้สภาวะ 190 องศาเซลเซียส ตัวอย่างทั้งหมดสามารถตอบสนองความต้องการการแตกร้าวจากการหมุดย้ำได้ แต่ความแข็งแรงของวัสดุจะลดลงอย่างมาก ตามข้อกำหนดของการออกแบบยานยนต์ ความแข็งแรงครากของโลหะผสม 6082 ต้องได้รับการรับประกันว่าสูงกว่า 270 MPa ดังนั้น อุณหภูมิการบ่มที่ 190 องศาเซลเซียสจึงไม่ตรงตามข้อกำหนดความแข็งแรงของวัสดุ ในขณะเดียวกัน หากความแข็งแรงของวัสดุต่ำเกินไป ความหนาคงเหลือของแผ่นด้านล่างของรอยต่อแบบหมุดย้ำก็จะน้อยเกินไป หลังจากบ่มที่อุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส/8 ชั่วโมง ลักษณะหน้าตัดของรอยต่อแบบหมุดย้ำแสดงให้เห็นว่าความหนาคงเหลืออยู่ที่ 0.26 มม. ซึ่งไม่ตรงตามข้อกำหนดดัชนีที่ ≥0.3 มม. ดังแสดงในรูปที่ 4a เมื่อพิจารณาโดยรวมแล้ว อุณหภูมิการบ่มที่เหมาะสมคือ 185 องศาเซลเซียส หลังจากบ่มเป็นเวลา 7 ชั่วโมง วัสดุจะสามารถตอบสนองความต้องการการตอกหมุดได้อย่างมั่นคง และมีความแข็งแรงตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ เมื่อพิจารณาถึงเสถียรภาพในการผลิตของกระบวนการตอกหมุดในโรงงานเชื่อม เสนอให้กำหนดเวลาบ่มที่เหมาะสมคือ 8 ชั่วโมง ลักษณะหน้าตัดภายใต้ระบบกระบวนการนี้แสดงในรูปที่ 4b ซึ่งตรงตามข้อกำหนดดัชนีการประสาน อินเตอร์ล็อกด้านซ้ายและขวามีขนาด 0.90 มม. และ 0.75 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดดัชนี ≥0.4 มม. และความหนาคงเหลือที่ด้านล่างคือ 0.38 มม.

ตารางที่ 4 การแตกร้าวของตัวอย่างที่ 2 ที่อุณหภูมิและระยะเวลาการบ่มที่แตกต่างกัน

รูปที่ 4 ลักษณะหน้าตัดของข้อต่อหมุดย้ำของแผ่นฐาน 6082 ในสภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน

3 บทสรุป

ยิ่งอุณหภูมิการอัดรีดของโปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6082 สูงขึ้นเท่าใด พื้นผิวของชั้นเกรนหยาบก็จะยิ่งตื้นขึ้นหลังจากการอัดรีด ความหนาของชั้นเกรนหยาบที่ตื้นขึ้นสามารถลดปัจจัยความเค้นที่ขอบเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงยับยั้งการแตกร้าวจากการตอกหมุด งานวิจัยเชิงทดลองพบว่าอุณหภูมิการอัดรีดที่เหมาะสมต้องไม่ต่ำกว่า 485 องศาเซลเซียส

เมื่อความหนาของชั้นเกรนหยาบของโปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6082 เท่ากัน ความเค้นที่มีประสิทธิภาพของขอบเกรนของโลหะผสมในสภาวะการบ่มนานเกินไปจะน้อยกว่าสภาวะการบ่มสูงสุด ความเสี่ยงต่อการแตกร้าวระหว่างการตอกหมุดจะน้อยลง และประสิทธิภาพการตอกหมุดของโลหะผสมจะดีขึ้น เมื่อพิจารณาปัจจัยสามประการ ได้แก่ ความเสถียรของการตอกหมุด ค่าการประสานของรอยต่อหมุด ประสิทธิภาพการผลิตจากการอบชุบด้วยความร้อน และประโยชน์ทางเศรษฐกิจ ระบบการบ่มที่เหมาะสมที่สุดของโลหะผสมจึงถูกกำหนดไว้ที่ 185℃/8 ชั่วโมง