ผลกระทบของอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปและระบบการเสื่อมสภาพต่อการแตกร้าวจากการรีเวตแบบเจาะตัวเองของโปรไฟล์การอัดขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียม 6082

เนื่องจากประเทศต่างๆ ทั่วโลกให้ความสำคัญกับการอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยมลพิษเป็นอย่างมาก การพัฒนารถยนต์พลังงานใหม่ที่ใช้ไฟฟ้าล้วนจึงกลายเป็นกระแสนิยม นอกจากประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แล้ว คุณภาพของตัวถังยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อระยะการขับขี่ของรถยนต์พลังงานใหม่ การส่งเสริมการพัฒนาโครงสร้างตัวถังรถยนต์ที่มีน้ำหนักเบาและการเชื่อมต่อที่มีคุณภาพสูงสามารถปรับปรุงระยะการขับขี่โดยรวมของรถยนต์ไฟฟ้าได้ด้วยการลดน้ำหนักของรถยนต์ทั้งคันให้ได้มากที่สุดในขณะที่ยังคงความแข็งแกร่งและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของรถยนต์ไว้ได้ ในแง่ของการทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเบาลง ตัวถังไฮบริดเหล็ก-อลูมิเนียมคำนึงถึงทั้งความแข็งแกร่งและการลดน้ำหนักของตัวถัง จึงกลายเป็นวิธีการสำคัญในการทำให้ตัวรถมีน้ำหนักเบาลง

วิธีการเชื่อมต่อแบบดั้งเดิมสำหรับการเชื่อมต่อโลหะผสมอลูมิเนียมมีประสิทธิภาพการเชื่อมต่อที่ไม่ดีและความน่าเชื่อถือต่ำ การตอกหมุดแบบเจาะตัวเองเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อใหม่ที่ได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์และอุตสาหกรรมการผลิตอากาศยานเนื่องจากข้อได้เปรียบที่แน่นอนในการเชื่อมต่อโลหะผสมเบาและวัสดุคอมโพสิต ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิชาการในประเทศจีนได้ทำการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการตอกหมุดแบบเจาะตัวเองและศึกษาผลกระทบของวิธีการอบชุบด้วยความร้อนที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพของข้อต่อหมุดย้ำแบบเจาะตัวเองไททาเนียมบริสุทธิ์อุตสาหกรรม TA1 พบว่าวิธีการอบชุบด้วยความร้อนแบบอบอ่อนและการดับช่วยเพิ่มความแข็งแรงคงที่ของข้อต่อหมุดย้ำแบบเจาะตัวเองไททาเนียมบริสุทธิ์อุตสาหกรรม TA1 ได้ กลไกการสร้างข้อต่อได้รับการสังเกตและวิเคราะห์จากมุมมองของการไหลของวัสดุ และประเมินคุณภาพข้อต่อโดยอิงจากสิ่งนี้ จากการทดสอบโลหะวิทยา พบว่าพื้นที่การเสียรูปพลาสติกขนาดใหญ่ได้รับการปรับแต่งให้เป็นโครงสร้างเส้นใยที่มีแนวโน้มบางอย่าง ซึ่งส่งเสริมการปรับปรุงความเค้นยอมจำนนและความแข็งแรงของความล้าของข้อต่อ

งานวิจัยข้างต้นมุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติเชิงกลของข้อต่อหลังจากการตอกหมุดแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมเป็นหลัก ในการผลิตหมุดย้ำจริงของตัวรถ รอยแตกร้าวของข้อต่อหมุดย้ำของโปรไฟล์อลูมิเนียมอัดขึ้นรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงที่มีองค์ประกอบโลหะผสมสูง เช่น โลหะผสมอลูมิเนียม 6082 เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการใช้กระบวนการนี้กับตัวรถ ในเวลาเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนของรูปร่างและตำแหน่งของโปรไฟล์อัดขึ้นรูปที่ใช้กับตัวรถ เช่น การดัดและการบิด ส่งผลโดยตรงต่อการประกอบและการใช้โปรไฟล์ และยังกำหนดความแม่นยำของขนาดของตัวรถที่ตามมาอีกด้วย เพื่อควบคุมการดัดและการบิดของโปรไฟล์และรับรองความแม่นยำของขนาดของโปรไฟล์ นอกเหนือจากโครงสร้างแม่พิมพ์แล้ว อุณหภูมิทางออกของโปรไฟล์และความเร็วในการดับออนไลน์เป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลที่สำคัญที่สุด ยิ่งอุณหภูมิทางออกสูงขึ้นและความเร็วในการดับเร็วขึ้น ระดับการดัดและการบิดของโปรไฟล์ก็จะยิ่งมากขึ้น สำหรับโปรไฟล์โลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับตัวถังรถยนต์ จำเป็นต้องตรวจสอบความถูกต้องของมิติของโปรไฟล์และตรวจสอบให้แน่ใจว่าการหมุดย้ำโลหะผสมจะไม่แตกร้าว วิธีที่ง่ายที่สุดในการปรับให้ความถูกต้องของมิติและประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการหมุดย้ำของโลหะผสมเหมาะสมที่สุดคือการควบคุมการแตกร้าวโดยปรับอุณหภูมิความร้อนและกระบวนการทำให้เก่าของแท่งที่อัดขึ้นรูปให้เหมาะสมในขณะที่ยังคงองค์ประกอบของวัสดุ โครงสร้างแม่พิมพ์ ความเร็วในการอัดขึ้นรูป และความเร็วในการชุบแข็งไม่เปลี่ยนแปลง สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ภายใต้สมมติฐานที่ว่าเงื่อนไขกระบวนการอื่น ๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปยิ่งสูง ชั้นที่มีเนื้อหยาบก็จะยิ่งตื้นขึ้น แต่การเสียรูปของโปรไฟล์หลังการชุบแข็งจะยิ่งมากขึ้น

เอกสารนี้ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ที่มีองค์ประกอบเดียวกันกับวัตถุวิจัย ใช้อุณหภูมิการอัดรีดและกระบวนการทำให้เก่าที่แตกต่างกันในการเตรียมตัวอย่างในสถานะที่แตกต่างกัน และประเมินผลกระทบของอุณหภูมิการอัดรีดและสถานะการทำให้เก่าบนการทดสอบการหมุดย้ำผ่านการทดสอบการหมุดย้ำ โดยอิงจากผลเบื้องต้น กระบวนการทำให้เก่าที่เหมาะสมที่สุดจะถูกกำหนดเพิ่มเติมเพื่อให้คำแนะนำสำหรับการผลิตโปรไฟล์การอัดรีดตัวโลหะผสมอะลูมิเนียม 6082 ในภายหลัง

1. วัสดุและวิธีการทดลอง

ตามที่แสดงในตารางที่ 1 โลหะผสมอลูมิเนียม 6082 ถูกหลอมและเตรียมเป็นแท่งกลมโดยการหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง จากนั้นหลังจากการอบด้วยความร้อนแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน แท่งจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่างๆ และถูกอัดขึ้นรูปเป็นโปรไฟล์บนเครื่องอัดรีด 2200 ตัน ความหนาของผนังโปรไฟล์คือ 2.5 มม. อุณหภูมิกระบอกอัดขึ้นรูปคือ 440±10 ℃ อุณหภูมิแม่พิมพ์อัดขึ้นรูปคือ 470±10 ℃ ความเร็วในการอัดขึ้นรูปคือ 2.3±0.2 มม. / วินาที และวิธีการดับโปรไฟล์คือการทำให้เย็นด้วยลมแรง ตามอุณหภูมิในการให้ความร้อน ตัวอย่างจะถูกกำหนดหมายเลข 1 ถึง 3 โดยตัวอย่างที่ 1 มีอุณหภูมิในการให้ความร้อนต่ำสุด และอุณหภูมิแท่งที่สอดคล้องกันคือ 470±5 ℃ อุณหภูมิแท่งที่สอดคล้องกันของตัวอย่างที่ 2 คือ 485±5 ℃ และอุณหภูมิของตัวอย่างที่ 3 คืออุณหภูมิสูงสุด และอุณหภูมิแท่งที่สอดคล้องกันคือ 500±5 ℃

ตารางที่ 1 องค์ประกอบทางเคมีที่วัดได้ของโลหะผสมทดสอบ (เศษส่วนมวล/%)

ภายใต้เงื่อนไขที่พารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ เช่น องค์ประกอบของวัสดุ โครงสร้างของแม่พิมพ์ ความเร็วในการอัดรีด ความเร็วในการดับ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างหมายเลข 1 ถึง 3 ข้างต้นที่ได้จากการปรับอุณหภูมิความร้อนในการอัดรีดจะถูกทำให้เก่าในเตาเผาแบบต้านทานชนิดกล่อง และระบบการทำให้เก่าคือ 180 ℃/6 ชั่วโมง และ 190 ℃/6 ชั่วโมง หลังจากหุ้มฉนวนแล้ว พวกมันจะถูกทำให้เย็นด้วยอากาศ จากนั้นจึงใช้หมุดย้ำเพื่อประเมินอิทธิพลของอุณหภูมิการอัดรีดและสถานะการทำให้เก่าที่แตกต่างกันต่อการทดสอบการอัดหมุด การทดสอบการอัดหมุดใช้โลหะผสม 6082 หนา 2.5 มม. ที่มีอุณหภูมิการอัดรีดที่แตกต่างกันและระบบการทำให้เก่าที่แตกต่างกันเป็นแผ่นด้านล่าง และโลหะผสม 5754-O หนา 1.4 มม. เป็นแผ่นด้านบนสำหรับการทดสอบการอัดหมุด SPR แม่พิมพ์การอัดหมุดคือ M260238 และหมุดคือ C5.3×6.0 H0 นอกจากนี้ เพื่อกำหนดกระบวนการบ่มที่เหมาะสมยิ่งขึ้น โดยพิจารณาจากอิทธิพลของอุณหภูมิการอัดและสถานะการบ่มที่มีผลต่อการแตกร้าวจากการตอกหมุด แผ่นโลหะที่อุณหภูมิการอัดที่เหมาะสมจะถูกเลือก จากนั้นจึงทำการบำบัดด้วยอุณหภูมิและระยะเวลาการบ่มที่แตกต่างกันเพื่อศึกษาอิทธิพลของระบบการบ่มที่มีต่อการแตกร้าวจากการตอกหมุด เพื่อยืนยันระบบการบ่มที่เหมาะสมที่สุดในที่สุด กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงถูกใช้เพื่อสังเกตโครงสร้างจุลภาคของวัสดุที่อุณหภูมิการอัดที่แตกต่างกัน เครื่องทดสอบอเนกประสงค์อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมด้วยไมโครคอมพิวเตอร์ซีรีส์ MTS-SANS CMT5000 ถูกใช้เพื่อทดสอบคุณสมบัติเชิงกล และใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายต่ำเพื่อสังเกตข้อต่อที่ตอกหมุดหลังจากการตอกหมุดในสถานะต่างๆ

2ผลการทดลองและการอภิปราย

2.1 ผลของอุณหภูมิการอัดและสถานะการเสื่อมสภาพต่อการแตกร้าวจากการหมุดย้ำ

การสุ่มตัวอย่างจะดำเนินการตามหน้าตัดของโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูป หลังจากการเจียรแบบหยาบ การเจียรแบบละเอียด และการขัดด้วยกระดาษทราย ตัวอย่างจะถูกกัดกร่อนด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ 10% เป็นเวลา 8 นาที และเช็ดผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีดำให้สะอาดด้วยกรดไนตริก ชั้นเกรนหยาบของตัวอย่างจะถูกสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูง ซึ่งอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของหัวเข็มขัดหมุดย้ำในตำแหน่งหมุดย้ำที่ต้องการ ดังที่แสดงในรูปที่ 1 ความลึกชั้นเกรนหยาบเฉลี่ยของตัวอย่างที่ 1 คือ 352 μm ความลึกชั้นเกรนหยาบเฉลี่ยของตัวอย่างที่ 2 คือ 135 μm และความลึกชั้นเกรนหยาบเฉลี่ยของตัวอย่างที่ 3 คือ 31 μm ความแตกต่างของความลึกของชั้นเกรนหยาบนั้นส่วนใหญ่เกิดจากอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปที่แตกต่างกัน ยิ่งอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปสูงเท่าไร ความต้านทานการเสียรูปของโลหะผสม 6082 ก็จะยิ่งลดลง พลังงานการเสียรูปที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างโลหะผสมและแม่พิมพ์อัดขึ้นรูป (โดยเฉพาะสายพานแม่พิมพ์) ก็จะยิ่งน้อยลง และแรงขับเคลื่อนการตกผลึกใหม่ก็จะยิ่งน้อยลง ดังนั้น ชั้นเกรนหยาบบนพื้นผิวจึงตื้นกว่า ยิ่งอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปต่ำลง ความต้านทานการเสียรูปก็จะยิ่งมากขึ้น พลังงานการเสียรูปก็จะยิ่งมากขึ้น ตกผลึกใหม่ได้ง่ายขึ้น และชั้นเกรนหยาบก็จะยิ่งลึกขึ้น สำหรับโลหะผสม 6082 กลไกการตกผลึกใหม่ของเกรนหยาบคือการตกผลึกใหม่แบบรอง

(ก) แบบจำลองที่ 1

(ข) แบบจำลองที่ 2

(ค) แบบจำลองที่ 3

รูปที่ 1 ความหนาของชั้นเกรนหยาบของโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูปโดยกระบวนการต่างๆ

ตัวอย่างที่ 1 ถึง 3 ที่เตรียมที่อุณหภูมิการอัดรีดต่างกันนั้นจะถูกทำให้มีอายุที่ 180 ℃/6 ชั่วโมงและ 190 ℃/6 ชั่วโมงตามลำดับ คุณสมบัติทางกลของตัวอย่างที่ 2 หลังจากกระบวนการทำให้มีอายุทั้งสองแบบแสดงอยู่ในตารางที่ 2 ภายใต้ระบบการทำให้มีอายุทั้งสองแบบ ความแข็งแรงผลผลิตและความแข็งแรงแรงดึงของตัวอย่างที่ 180 ℃/6 ชั่วโมงนั้นสูงกว่าที่ 190 ℃/6 ชั่วโมงอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่การยืดตัวของทั้งสองแบบนั้นไม่แตกต่างกันมากนัก ซึ่งบ่งชี้ว่า 190 ℃/6 ชั่วโมงนั้นเป็นการบำบัดด้วยการทำให้มีอายุมากเกินไป เนื่องจากคุณสมบัติทางกลของโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 6 ผันผวนอย่างมากตามการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการทำให้มีอายุน้อยกว่าอายุจริง จึงไม่เอื้อต่อความเสถียรของกระบวนการผลิตโปรไฟล์และการควบคุมคุณภาพการหมุดย้ำ ดังนั้น จึงไม่เหมาะที่จะใช้สถานะที่อายุน้อยกว่าอายุจริงในการผลิตโปรไฟล์ของตัวเครื่อง

ตารางที่ 2 สมบัติเชิงกลของตัวอย่างที่ 2 ภายใต้ระบบการบ่ม 2 ระบบ

ลักษณะของชิ้นงานทดสอบหลังจากการย้ำหมุดจะแสดงในรูปที่ 2 เมื่อตัวอย่างหมายเลข 1 ที่มีชั้นเนื้อหยาบที่ลึกกว่าถูกย้ำหมุดในสถานะการเสื่อมสภาพสูงสุด พื้นผิวด้านล่างของหมุดจะมีเปลือกส้มที่ชัดเจนและรอยแตกที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังแสดงในรูปที่ 2a เนื่องจากการวางแนวที่ไม่สม่ำเสมอภายในเมล็ดพืช ระดับการเสียรูปจะไม่สม่ำเสมอในระหว่างการเสียรูป ทำให้เกิดพื้นผิวที่ไม่เรียบ เมื่อเมล็ดพืชหยาบ ความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวจะมากขึ้น ทำให้เกิดปรากฏการณ์เปลือกส้มที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เมื่อตัวอย่างหมายเลข 3 ที่มีชั้นเนื้อหยาบที่ตื้นกว่าซึ่งเตรียมโดยเพิ่มอุณหภูมิการอัดรีดถูกย้ำหมุดในสถานะการเสื่อมสภาพสูงสุด พื้นผิวด้านล่างของหมุดจะค่อนข้างเรียบ และรอยแตกจะถูกระงับในระดับหนึ่ง ซึ่งจะมองเห็นได้ภายใต้การขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น ดังแสดงในรูปที่ 2b เมื่อตัวอย่างหมายเลข 3 อยู่ในสถานะเก่าเกินไป จะไม่มีการสังเกตเห็นรอยแตกร้าวภายใต้การขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์ ดังที่แสดงในรูปที่ 2c

(ก) รอยแตกร้าวที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

(b) มีรอยแตกร้าวเล็กน้อยปรากฏให้เห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์

(ค) ไม่มีรอยแตกร้าว

รูปที่ 2 ระดับของรอยแตกร้าวที่แตกต่างกันหลังจากการรีเวต

พื้นผิวหลังการหมุดย้ำส่วนใหญ่จะอยู่ในสามสถานะ ได้แก่ รอยแตกที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (มีเครื่องหมาย “×”) รอยแตกเล็กน้อยที่มองเห็นได้ภายใต้การขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์ (มีเครื่องหมาย “△”) และไม่มีรอยแตก (มีเครื่องหมาย “○”) ผลสัณฐานวิทยาการหมุดย้ำของตัวอย่างสามสถานะข้างต้นภายใต้ระบบการเสื่อมสภาพสองระบบแสดงอยู่ในตารางที่ 3 จะเห็นได้ว่าเมื่อกระบวนการเสื่อมสภาพคงที่ ประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการหมุดย้ำของตัวอย่างที่มีอุณหภูมิการอัดรีดที่สูงกว่าและชั้นเกรนหยาบที่บางกว่าจะดีกว่าของตัวอย่างที่มีชั้นเกรนหยาบที่ลึกกว่า เมื่อชั้นเกรนหยาบคงที่ ประสิทธิภาพการแตกร้าวจากการหมุดย้ำของสถานะเสื่อมสภาพมากเกินไปจะดีกว่าสถานะเสื่อมสภาพสูงสุด

ตารางที่ 3 ลักษณะการย้ำของตัวอย่างที่ 1 ถึง 3 ภายใต้ระบบกระบวนการ 2 ระบบ

ศึกษาผลกระทบของสัณฐานวิทยาของเมล็ดพืชและสถานะการเสื่อมสภาพต่อพฤติกรรมการแตกร้าวจากแรงอัดตามแนวแกนของโปรไฟล์ สถานะความเค้นของวัสดุในระหว่างแรงอัดตามแนวแกนสอดคล้องกับการหมุดย้ำแบบเจาะตัวเอง การศึกษาพบว่ารอยแตกร้าวมีต้นกำเนิดจากขอบเมล็ดพืช และกลไกการแตกร้าวของโลหะผสม Al-Mg-Si ได้รับการอธิบายโดยสูตร

σapp คือความเค้นที่ใช้กับผลึก เมื่อเกิดรอยแตกร้าว σapp จะเท่ากับค่าความเค้นที่แท้จริงซึ่งสอดคล้องกับความแข็งแรงในการดึง σa0 คือความต้านทานของตะกอนระหว่างการเลื่อนตัวภายในผลึก Φ คือค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเค้น ซึ่งสัมพันธ์กับขนาดเกรน d และความกว้างของการเลื่อน p

เมื่อเปรียบเทียบกับการตกผลึกใหม่ โครงสร้างเกรนเส้นใยจะเอื้อต่อการยับยั้งการแตกร้าวได้ดีกว่า เหตุผลหลักคือขนาดเกรน d ลดลงอย่างมากเนื่องจากการปรับเกรนให้ละเอียดขึ้น ซึ่งสามารถลดปัจจัยความเข้มข้นของความเค้น Φ ที่ขอบเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงยับยั้งการแตกร้าวได้ เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างเส้นใย ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้น Φ ของโลหะผสมที่ตกผลึกใหม่ด้วยเกรนหยาบจะสูงกว่าแบบแรกประมาณ 10 เท่า

เมื่อเปรียบเทียบกับการเสื่อมสภาพสูงสุด สถานะการเสื่อมสภาพเกินจะเอื้อต่อการยับยั้งการแตกร้าวได้ดีกว่า ซึ่งกำหนดโดยสถานะเฟสการตกตะกอนที่แตกต่างกันภายในโลหะผสม ในระหว่างการเสื่อมสภาพสูงสุด เฟส 'β (Mg5Si6) 20-50 นาโนเมตรจะตกตะกอนในโลหะผสม 6082 โดยมีตะกอนจำนวนมากและขนาดเล็ก เมื่อโลหะผสมเสื่อมสภาพเกิน จำนวนตะกอนในโลหะผสมจะลดลงและขนาดจะใหญ่ขึ้น ตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเสื่อมสภาพสามารถยับยั้งการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ที่ผิดตำแหน่งภายในโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แรงยึดเกาะของตะกอนต่อการเคลื่อนตัวผิดตำแหน่งนั้นสัมพันธ์กับขนาดและเศษส่วนปริมาตรของเฟสตะกอน สูตรเชิงประจักษ์คือ:

f คือเศษส่วนปริมาตรของเฟสตะกอน r คือขนาดของเฟส σa คือพลังงานอินเทอร์เฟซระหว่างเฟสและเมทริกซ์ สูตรนี้แสดงให้เห็นว่ายิ่งขนาดของเฟสตะกอนมีขนาดใหญ่และเศษส่วนปริมาตรมีขนาดเล็ก แรงยึดของเฟสตะกอนต่อการเคลื่อนตัวก็จะยิ่งน้อยลง การเคลื่อนตัวในโลหะผสมก็จะง่ายขึ้น และ σa0 ในโลหะผสมจะลดลงตั้งแต่ช่วงการเสื่อมสภาพสูงสุดไปจนถึงสถานะการเสื่อมสภาพมากเกินไป แม้ว่า σa0 จะลดลง แต่เมื่อโลหะผสมเปลี่ยนจากช่วงการเสื่อมสภาพสูงสุดไปจนถึงสถานะการเสื่อมสภาพมากเกินไป ค่า σapp ณ เวลาที่โลหะผสมแตกร้าวจะลดลงมากขึ้น ส่งผลให้ความเค้นที่มีประสิทธิภาพที่ขอบเกรนลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (σapp-σa0) ความเค้นที่มีประสิทธิภาพที่ขอบเกรนของการเสื่อมสภาพมากเกินไปจะอยู่ที่ประมาณ 1/5 ของความเค้นที่มีประสิทธิภาพที่ขอบเกรนของการเสื่อมสภาพมากเกินไป นั่นคือ มีโอกาสเกิดรอยแตกร้าวที่ขอบเกรนในสถานะการเสื่อมสภาพมากเกินไปน้อยลง ส่งผลให้โลหะผสมมีประสิทธิภาพการหมุดย้ำที่ดีขึ้น

2.2 การเพิ่มประสิทธิภาพอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปและระบบกระบวนการบ่ม

ตามผลลัพธ์ข้างต้น การเพิ่มอุณหภูมิการอัดรีดสามารถลดความลึกของชั้นเนื้อหยาบได้ จึงยับยั้งการแตกร้าวของวัสดุระหว่างกระบวนการหมุดย้ำ อย่างไรก็ตาม ภายใต้สมมติฐานขององค์ประกอบโลหะผสมบางอย่าง โครงสร้างแม่พิมพ์อัดรีด และกระบวนการอัดรีด หากอุณหภูมิการอัดรีดสูงเกินไป ประการหนึ่ง ระดับการดัดและบิดของโปรไฟล์จะรุนแรงขึ้นในระหว่างกระบวนการดับในภายหลัง ทำให้ความคลาดเคลื่อนของขนาดโปรไฟล์ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด และในอีกด้านหนึ่ง จะทำให้โลหะผสมถูกเผาไหม้มากเกินไปได้ง่ายระหว่างกระบวนการอัดรีด ทำให้มีความเสี่ยงที่วัสดุจะถูกขูดขีดมากขึ้น เมื่อพิจารณาถึงสถานะการหมุดย้ำ กระบวนการขนาดโปรไฟล์ หน้าต่างกระบวนการผลิต และปัจจัยอื่นๆ อุณหภูมิการอัดรีดที่เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับโลหะผสมนี้คือไม่น้อยกว่า 485 ℃ นั่นคือตัวอย่างที่ 2 เพื่อยืนยันระบบกระบวนการบ่มที่เหมาะสมที่สุด กระบวนการบ่มจึงได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยอิงจากตัวอย่างที่ 2

สมบัติเชิงกลของชิ้นงานหมายเลข 2 ที่อุณหภูมิ 180 ℃, 185 ℃ และ 190 ℃ จะแสดงในรูปที่ 3 ซึ่งได้แก่ ความแข็งแรงในการยืดตัว ความแข็งแรงในการดึงตัว และการยืดตัว ดังแสดงในรูปที่ 3a ที่อุณหภูมิ 180 ℃ เวลาในการยืดตัวจะเพิ่มขึ้นจาก 6 ชั่วโมงเป็น 12 ชั่วโมง และความแข็งแรงในการดึงตัวของวัสดุจะไม่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ที่อุณหภูมิ 185 ℃ เมื่อเวลาในการยืดตัวเพิ่มขึ้นจาก 4 ชั่วโมงเป็น 12 ชั่วโมง ความแข็งแรงในการดึงตัวจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง และเวลาในการยืดตัวที่สอดคล้องกับค่าความแข็งแรงสูงสุดคือ 5-6 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 190 ℃ เมื่อเวลาในการยืดตัวเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงในการดึงตัวจะลดลงทีละน้อย โดยรวมแล้ว ที่อุณหภูมิการยืดตัวทั้งสามนี้ ยิ่งอุณหภูมิการยืดตัวต่ำลง ความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุก็จะสูงขึ้น ลักษณะเฉพาะของความแข็งแรงในการดึงในรูปที่ 3b สอดคล้องกับความแข็งแรงในการดึงตัวในรูปที่ 3a การยืดตัวที่อุณหภูมิการบ่มที่แตกต่างกันดังแสดงในรูปที่ 3c อยู่ระหว่าง 14% ถึง 17% โดยไม่มีรูปแบบการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจน การทดลองนี้ทดสอบตั้งแต่การบ่มสูงสุดจนถึงระยะบ่มเกิน และเนื่องจากความแตกต่างในการทดลองเพียงเล็กน้อย ข้อผิดพลาดในการทดสอบจึงทำให้รูปแบบการเปลี่ยนแปลงไม่ชัดเจน

รูปที่ 3 คุณสมบัติทางกลของวัสดุที่อุณหภูมิการบ่มและระยะเวลาการบ่มที่แตกต่างกัน

หลังจากการบำบัดตามอายุข้างต้น การแตกร้าวของข้อต่อหมุดย้ำจะสรุปไว้ในตารางที่ 4 จากตารางที่ 4 จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาผ่านไป การแตกร้าวของข้อต่อหมุดย้ำจะลดลงในระดับหนึ่ง ภายใต้เงื่อนไข 180 ℃ เมื่อเวลาการบ่มเกิน 10 ชั่วโมง ลักษณะของข้อต่อหมุดย้ำจะอยู่ในสถานะที่ยอมรับได้ แต่ไม่เสถียร ภายใต้เงื่อนไข 185 ℃ หลังจากบ่มเป็นเวลา 7 ชั่วโมง ลักษณะของข้อต่อหมุดย้ำจะไม่มีรอยแตกร้าวและสถานะค่อนข้างเสถียร ภายใต้เงื่อนไข 190 ℃ ลักษณะของข้อต่อหมุดย้ำจะไม่มีรอยแตกร้าวและสถานะเสถียร จากผลการทดสอบหมุดย้ำ จะเห็นได้ว่าประสิทธิภาพการหมุดย้ำจะดีขึ้นและเสถียรมากขึ้นเมื่อโลหะผสมอยู่ในสถานะบ่มเกิน เมื่อรวมกับการใช้โปรไฟล์ตัวเครื่อง การหมุดย้ำที่อุณหภูมิ 180 ℃/10~12 ชั่วโมงจะไม่เอื้อต่อเสถียรภาพคุณภาพของกระบวนการผลิตที่ควบคุมโดย OEM เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของข้อต่อหมุดย้ำ จำเป็นต้องขยายเวลาการบ่มออกไปอีก แต่การตรวจสอบเวลาการบ่มจะนำไปสู่ประสิทธิภาพการผลิตโปรไฟล์ที่ลดลงและต้นทุนที่เพิ่มขึ้น ภายใต้เงื่อนไข 190 ℃ ตัวอย่างทั้งหมดสามารถตอบสนองความต้องการในการแตกร้าวจากการหมุดย้ำได้ แต่ความแข็งแรงของวัสดุจะลดลงอย่างมาก ตามข้อกำหนดของการออกแบบยานพาหนะ ความแข็งแรงผลผลิตของโลหะผสม 6082 จะต้องได้รับการรับประกันว่ามากกว่า 270 MPa ดังนั้นอุณหภูมิการบ่มที่ 190 ℃ จึงไม่ตรงตามข้อกำหนดความแข็งแรงของวัสดุ ในเวลาเดียวกัน หากความแข็งแรงของวัสดุต่ำเกินไป ความหนาที่เหลือของแผ่นด้านล่างของข้อต่อหมุดย้ำก็จะน้อยเกินไป หลังจากบ่มที่อุณหภูมิ 190 ℃/8 ชั่วโมง ลักษณะหน้าตัดของหมุดย้ำแสดงให้เห็นว่าความหนาที่เหลือคือ 0.26 มม. ซึ่งไม่ตรงตามข้อกำหนดดัชนี ≥0.3 มม. ดังที่แสดงในรูปที่ 4a เมื่อพิจารณาอย่างครอบคลุม อุณหภูมิการบ่มที่เหมาะสมคือ 185 ℃ หลังจากบ่มเป็นเวลา 7 ชั่วโมง วัสดุจะสามารถตอบสนองความต้องการการหมุดย้ำได้อย่างเสถียร และความแข็งแรงจะตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ เมื่อพิจารณาถึงเสถียรภาพในการผลิตของกระบวนการหมุดย้ำในเวิร์กช็อปการเชื่อม เสนอให้กำหนดเวลาบ่มที่เหมาะสมที่สุดเป็น 8 ชั่วโมง ลักษณะหน้าตัดภายใต้ระบบกระบวนการนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 4b ซึ่งตอบสนองความต้องการดัชนีการประสานกัน การประสานด้านซ้ายและขวาคือ 0.90 มม. และ 0.75 มม. ซึ่งตอบสนองความต้องการดัชนี ≥0.4 มม. และความหนาที่เหลือด้านล่างคือ 0.38 มม.

ตารางที่ 4 การแตกร้าวของตัวอย่างที่ 2 ที่อุณหภูมิและระยะเวลาการบ่มที่แตกต่างกัน

รูปที่ 4 ลักษณะหน้าตัดของข้อต่อหมุดย้ำของแผ่นด้านล่าง 6082 ในสถานะการเสื่อมสภาพที่แตกต่างกัน

3 บทสรุป

ยิ่งอุณหภูมิการอัดรีดของโปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียม 6082 สูงขึ้นเท่าใด ชั้นที่มีเม็ดหยาบบนพื้นผิวหลังการอัดรีดก็จะยิ่งตื้นขึ้นเท่านั้น ความหนาของชั้นที่มีเม็ดหยาบที่ตื้นขึ้นสามารถลดปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบเกรนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงยับยั้งการแตกร้าวจากการตอกหมุดได้ การวิจัยเชิงทดลองได้กำหนดว่าอุณหภูมิการอัดรีดที่เหมาะสมจะต้องไม่น้อยกว่า 485 ℃

เมื่อความหนาของชั้นเนื้อหยาบของโปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียม 6082 เท่ากัน ความเค้นที่มีประสิทธิภาพของขอบเกรนของโลหะผสมในสถานะการบ่มเกินจะน้อยกว่าในสถานะการบ่มสูงสุด ความเสี่ยงของการแตกร้าวระหว่างการหมุดย้ำจะน้อยลง และประสิทธิภาพการหมุดย้ำของโลหะผสมจะดีขึ้น เมื่อพิจารณาจากปัจจัยสามประการ ได้แก่ ความเสถียรของการหมุดย้ำ ค่าการประสานรอยต่อหมุดย้ำ ประสิทธิภาพการผลิตการอบชุบด้วยความร้อน และประโยชน์ทางเศรษฐกิจ ระบบการบ่มที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโลหะผสมจะถูกกำหนดให้เป็น 185℃/8 ชั่วโมง