1. Introduction
Les alliages d'aluminium à résistance moyenne présentent des caractéristiques de mise en œuvre favorables, une bonne sensibilité à la trempe, une bonne ténacité aux chocs et une bonne résistance à la corrosion. Ils sont largement utilisés dans divers secteurs, tels que l'électronique et la marine, pour la fabrication de tubes, de tiges, de profilés et de fils. La demande en barres d'alliage d'aluminium 6082 est actuellement en hausse. Afin de répondre aux exigences du marché et des utilisateurs, nous avons mené des essais sur différents procédés d'extrusion-chauffage et de traitement thermique final des barres 6082-T6. Notre objectif était d'identifier un protocole de traitement thermique répondant aux exigences de performances mécaniques de ces barres.
2. Matériaux expérimentaux et flux de processus de production
2.1 Matériel expérimental
Des lingots de coulée de dimension Ф162×500 ont été produits par coulée semi-continue et soumis à un traitement non uniforme. La qualité métallurgique des lingots était conforme aux normes techniques de contrôle interne de l'entreprise. La composition chimique de l'alliage 6082 est présentée dans le tableau 1.
2.2 Flux du processus de production
Les barres expérimentales 6082 avaient une spécification de Ф14 mm. Le conteneur d'extrusion avait un diamètre de Ф170 mm, une conception d'extrusion à 4 trous et un coefficient d'extrusion de 18,5. Le processus spécifique comprenait le chauffage du lingot, l'extrusion, la trempe, l'étirage, le redressage et l'échantillonnage, le redressage au rouleau, la découpe finale, le vieillissement artificiel, le contrôle qualité et la livraison.
3. Objectifs expérimentaux
L'objectif de cette étude était d'identifier les paramètres du procédé de traitement thermique d'extrusion et du traitement thermique final qui influencent les performances des barres en 6082-T6, afin d'atteindre les exigences de performance standard. Selon les normes, les propriétés mécaniques longitudinales de l'alliage 6082 doivent être conformes aux spécifications du tableau 2.
4. Approche expérimentale
4.1 Étude du traitement thermique par extrusion
L'étude du traitement thermique par extrusion s'est principalement concentrée sur les effets de la température d'extrusion des lingots et du récipient d'extrusion sur les propriétés mécaniques. Les paramètres spécifiques sélectionnés sont détaillés dans le tableau 3.
4.2 Étude des solutions solides et du traitement thermique de vieillissement
Un plan expérimental orthogonal a été utilisé pour le traitement thermique de la solution solide et du vieillissement. Les niveaux de facteurs choisis sont présentés dans le tableau 4, le plan orthogonal étant noté IJ9(34).
5. Résultats et analyse
5.1 Résultats et analyse de l'expérience de traitement thermique par extrusion
Les résultats des essais de traitement thermique par extrusion sont présentés dans le tableau 5 et la figure 1. Neuf échantillons ont été prélevés pour chaque groupe et leurs performances mécaniques moyennes ont été déterminées. Sur la base d'une analyse métallographique et de la composition chimique, un régime de traitement thermique a été établi : trempe à 520 °C pendant 40 minutes et vieillissement à 165 °C pendant 12 heures. Le tableau 5 et la figure 1 montrent qu'à mesure que la température d'extrusion du lingot de coulée et celle du récipient d'extrusion augmentent, la résistance à la traction et la limite d'élasticité augmentent. Les meilleurs résultats ont été obtenus à des températures d'extrusion de 450-500 °C et une température du récipient d'extrusion de 450 °C, ce qui répond aux exigences de la norme. Cela est dû à l'effet de l'écrouissage à froid à des températures d'extrusion plus basses, provoquant des fractures des joints de grains et une décomposition accrue de la solution solide entre A1 et Mn lors du chauffage avant trempe, conduisant à une recristallisation. À mesure que la température d'extrusion augmente, la résistance ultime Rm du produit s'améliore significativement. Lorsque la température du récipient d'extrusion s'approche ou dépasse celle du lingot, la déformation irrégulière diminue, réduisant la profondeur des anneaux à gros grains et augmentant la limite d'élasticité Rm. Ainsi, les paramètres raisonnables pour le traitement thermique par extrusion sont : une température d'extrusion du lingot de 450 à 500 °C et une température du récipient d'extrusion de 430 à 450 °C.
5.2 Résultats expérimentaux et analyses orthogonales des solutions solides et du vieillissement
Le tableau 6 révèle que les niveaux optimaux sont A3B1C2D3, avec une trempe à 520 °C, une température de vieillissement artificiel entre 165 et 170 °C et une durée de vieillissement de 12 heures, ce qui se traduit par une résistance et une plasticité élevées des barres. Le processus de trempe forme une solution solide sursaturée. À des températures de trempe plus basses, la concentration de solution solide sursaturée diminue, affectant la résistance. Une température de trempe d'environ 520 °C renforce significativement l'effet de renforcement de la solution solide induite par la trempe. L'intervalle entre la trempe et le vieillissement artificiel, c'est-à-dire le stockage à température ambiante, influence grandement les propriétés mécaniques. Ceci est particulièrement prononcé pour les barres qui ne sont pas étirées après trempe. Lorsque l'intervalle entre la trempe et le vieillissement dépasse 1 heure, la résistance, en particulier la limite d'élasticité, diminue significativement.
5.3 Analyse de la microstructure métallographique
Des analyses à fort grossissement et polarisées ont été réalisées sur des barres de 6082-T6 à des températures de solution solide de 520 °C et 530 °C. Les photos à fort grossissement ont révélé une précipitation uniforme du composé, avec d'abondantes particules de phase précipitée uniformément réparties. L'analyse en lumière polarisée, réalisée à l'aide de l'équipement Axiovert200, a montré des différences marquées dans la structure des grains. La zone centrale présentait des grains petits et uniformes, tandis que les bords présentaient une certaine recristallisation avec des grains allongés. Ceci est dû à la croissance de noyaux cristallins à haute température, formant des précipités grossiers en forme d'aiguilles.
6. Évaluation des pratiques de production
En production réelle, des statistiques de performance mécanique ont été réalisées sur 20 lots de barres et 20 lots de profilés. Les résultats sont présentés dans les tableaux 7 et 8. En production réelle, notre procédé d'extrusion a été réalisé à des températures permettant d'obtenir des échantillons à l'état T6, et les performances mécaniques ont atteint les valeurs cibles.
7.Conclusion
(1) Paramètres du traitement thermique d'extrusion : température d'extrusion des lingots de 450 à 500 °C ; température du récipient d'extrusion de 430 à 450 °C.
(2) Paramètres du traitement thermique final : température optimale de la solution solide de 520-530°C ; température de vieillissement à 165±5°C, durée de vieillissement de 12 heures ; l'intervalle entre la trempe et le vieillissement ne doit pas dépasser 1 heure.
(3) D'après une évaluation pratique, le procédé de traitement thermique viable comprend : une température d'extrusion de 450 à 530 °C, une température du récipient d'extrusion de 400 à 450 °C ; une température de solution solide de 510 à 520 °C ; un régime de vieillissement de 155 à 170 °C pendant 12 heures ; aucune limite spécifique concernant l'intervalle entre la trempe et le vieillissement. Ceci peut être intégré aux directives d'exploitation du procédé.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 15 mars 2024
