Velika debljina stijenke 6061T6 aluminijumska legura treba da se ugasi nakon vrućeg ekstrudiranja. Zbog ograničenja diskontinuiranog istiskivanja, dio profila će sa zakašnjenjem ući u zonu vodenog hlađenja. Kada se sljedeći kratki ingot nastavi sa ekstrudiranjem, ovaj dio profila će biti podvrgnut odloženom gašenju. Kako se nositi sa područjem odloženog gašenja je pitanje koje svaka proizvodna kompanija treba da razmotri. Kada je ostatak procesa ekstruzije kratak, uzeti uzorci performansi su ponekad kvalificirani, a ponekad nekvalifikovani. Prilikom ponovnog uzorkovanja sa strane, izvedba je ponovo kvalificirana. Ovaj članak daje odgovarajuće objašnjenje kroz eksperimente.
1. Ispitni materijali i metode
Materijal korišten u ovom eksperimentu je legura aluminija 6061. Njegov hemijski sastav izmeren spektralnom analizom je sledeći: U skladu je sa GB/T 3190-1996 međunarodnim 6061 standardom za sastav legure aluminijuma.
U ovom eksperimentu uzet je dio ekstrudiranog profila za obradu čvrstim rastvorom. Profil dužine 400 mm podijeljen je na dva dijela. Područje 1 je direktno hlađeno vodom i kaljeno. Područje 2 je hlađeno na zraku 90 sekundi, a zatim hlađeno vodom. Dijagram ispitivanja prikazan je na slici 1.
Profil od legure aluminijuma 6061 korišten u ovom eksperimentu ekstrudiran je ekstruderom 4000UST. Temperatura kalupa je 500°C, temperatura štapa za livenje je 510°C, izlazna temperatura ekstruzije je 525°C, brzina ekstruzije je 2,1 mm/s, tokom procesa ekstruzije koristi se hlađenje vodom visokog intenziteta, a 400 mm dužina ispitnog komada se uzima sa sredine ekstrudiranog gotovog profila. Širina uzorka je 150 mm, a visina 10,00 mm.
Uzeti uzorci su razdvojeni i zatim ponovo podvrgnuti tretmanu rastvorom. Temperatura rastvora je bila 530°C, a vreme rastvora je bilo 4 sata. Nakon vađenja, uzorci su stavljeni u veliki rezervoar za vodu dubine vode od 100 mm. Veći rezervoar za vodu može osigurati da se temperatura vode u rezervoaru za vodu malo mijenja nakon što se uzorak u zoni 1 ohladi vodom, sprječavajući povećanje temperature vode da utječe na intenzitet hlađenja vode. Tokom procesa vodenog hlađenja vodite računa da temperatura vode bude u rasponu od 20-25°C. Ugašeni uzorci su stari na 165°C*8h.
Uzmite dio uzorka dužine 400 mm, širine 30 mm i debljine 10 mm i izvršite test tvrdoće po Brinellu. Napravite 5 mjerenja na svakih 10 mm. Uzmite prosječnu vrijednost 5 Brinelovih tvrdoća kao rezultat Brinellove tvrdoće u ovom trenutku i promatrajte obrazac promjene tvrdoće.
Ispitivane su mehaničke osobine profila, a vlačna paralelna presjeka od 60 mm kontrolirana je na različitim pozicijama uzorka od 400 mm kako bi se promatrala vlačna svojstva i lokacija loma.
Pomoću ANSYS softvera simulirano je temperaturno polje vodeno hlađenog kaljenja uzorka i gašenja nakon kašnjenja od 90s, a analizirane su brzine hlađenja profila na različitim pozicijama.
2. Eksperimentalni rezultati i analiza
2.1 Rezultati ispitivanja tvrdoće
Slika 2 prikazuje krivulju promjene tvrdoće uzorka dužine 400 mm izmjerenu Brinellovim testerom tvrdoće (jedinična dužina apscise predstavlja 10 mm, a skala 0 je linija razdvajanja između normalnog gašenja i odgođenog gašenja). Može se naći da je tvrdoća na kraju hlađenom vodom stabilna na oko 95HB. Nakon linije razdvajanja između gašenja vodenim hlađenjem i odloženog gašenja vodenim hlađenjem od 90-ih, tvrdoća počinje opadati, ali je stopa pada spora u ranoj fazi. Nakon 40 mm (89HB), tvrdoća naglo opada i pada na najnižu vrijednost (77HB) na 80 mm. Nakon 80 mm, tvrdoća se nije nastavila smanjivati, već se u određenoj mjeri povećala. Povećanje je bilo relativno malo. Nakon 130 mm, tvrdoća je ostala nepromijenjena na oko 83HB. Može se nagađati da se zbog efekta provođenja topline promijenila brzina hlađenja dijela odloženog gašenja.
2.2 Rezultati ispitivanja performansi i analiza
U tablici 2 prikazani su rezultati vlačnih eksperimenata provedenih na uzorcima uzetim s različitih položaja paralelnog presjeka. Može se utvrditi da se vlačna čvrstoća i granica popuštanja br. 1 i br. 2 gotovo ne mijenjaju. Kako se udio odloženih krajeva kaljenja povećava, vlačna čvrstoća i granica popuštanja legure pokazuju značajan trend pada. Međutim, vlačna čvrstoća na svakoj lokaciji uzorkovanja je iznad standardne čvrstoće. Samo u području s najnižom tvrdoćom, granica tečenja je niža od standardnog uzorka, performanse uzorka su nekvalifikovane.
Slika 4 prikazuje rezultate vlačnih svojstava uzorka br. 3. Na slici 4 se može utvrditi da što je dalje od linije razdvajanja, to je niža tvrdoća kraja odloženog gašenja. Smanjenje tvrdoće ukazuje na to da su performanse uzorka smanjene, ali tvrdoća opada polako, samo se smanjuje sa 95HB na oko 91HB na kraju paralelnog preseka. Kao što se može vidjeti iz rezultata performansi u Tablici 1, vlačna čvrstoća je smanjena sa 342MPa na 320MPa za vodeno hlađenje. Istovremeno je utvrđeno da je tačka loma vlačnog uzorka također na kraju paralelnog presjeka s najmanjom tvrdoćom. To je zato što je daleko od vodenog hlađenja, performanse legure su smanjene, a kraj prvo dostiže granicu zatezne čvrstoće da bi formirao vrat. Konačno, pauza od najniže tačke performansi, a pozicija pauze je u skladu sa rezultatima testa performansi.
Slika 5 prikazuje krivu tvrdoće paralelnog presjeka uzorka br. 4 i položaj loma. Može se utvrditi da što je dalje od linije razdvajanja vodenog hlađenja, to je manja tvrdoća kraja odloženog gašenja. Istovremeno, lokacija loma je i na kraju gdje je tvrdoća najmanja, lomi 86HB. Iz tabele 2 se vidi da plastične deformacije na vodom hlađenom kraju gotovo da i nema. Iz tablice 1. je utvrđeno da su performanse uzorka (vlačna čvrstoća 298MPa, popuštanje 266MPa) značajno smanjene. Vlačna čvrstoća je samo 298MPa, što ne dostiže granicu tečenja vodeno hlađenog kraja (315MPa). Kraj je formirao grlić kada je niži od 315 MPa. Prije loma došlo je samo do elastične deformacije u području hlađenom vodom. Kako je stres nestao, naprezanje na vodom hlađenom kraju je nestalo. Kao rezultat toga, količina deformacije u zoni vodenog hlađenja u tablici 2 se gotovo ne mijenja. Uzorak se lomi na kraju vatre sa odloženom brzinom, deformisana površina se smanjuje, a krajnja tvrdoća je najniža, što rezultira značajnim smanjenjem rezultata performansi.
Uzmite uzorke iz područja 100% odloženog gašenja na kraju uzorka od 400 mm. Slika 6 prikazuje krivu tvrdoće. Tvrdoća paralelnog preseka je smanjena na oko 83-84HB i relativno je stabilna. Zbog istog procesa, performanse su otprilike iste. Nije pronađen očigledan uzorak u položaju preloma. Performanse legure su niže nego kod uzorka kaljenog vodom.
Kako bi se dalje istražila pravilnost performansi i loma, odabran je paralelni presjek vlačnog uzorka blizu najniže točke tvrdoće (77HB). Iz Tabele 1 je utvrđeno da su performanse značajno smanjene, a tačka loma se pojavila na najnižoj tački tvrdoće na slici 2.
2.3 Rezultati ANSYS analize
Slika 7 prikazuje rezultate ANSYS simulacije krivulja hlađenja na različitim pozicijama. Može se vidjeti da je temperatura uzorka u području vodenog hlađenja brzo opala. Nakon 5s, temperatura je pala na ispod 100°C, a na 80mm od linije razdvajanja, temperatura je pala na oko 210°C na 90s. Prosječan pad temperature je 3,5°C/s. Nakon 90 sekundi u području terminalnog vazdušnog hlađenja, temperatura pada na oko 360°C, sa prosječnom stopom pada od 1,9°C/s.
Kroz analizu performansi i rezultate simulacije, utvrđeno je da je učinak područja hlađenja vodom i područja odgođenog gašenja obrazac promjene koji se prvo smanjuje, a zatim lagano povećava. Pod uticajem vodenog hlađenja u blizini linije razdvajanja, provođenje toplote uzrokuje pad uzorka u određenom području pri brzini hlađenja manjom od one kod hlađenja vodom (3,5°C/s). Kao rezultat toga, Mg2Si, koji se stvrdnuo u matricu, taložio se u velikim količinama u ovoj oblasti, a temperatura je pala na oko 210°C nakon 90 sekundi. Velika količina istaloženog Mg2Si dovela je do manjeg efekta hlađenja vodom nakon 90 s. Količina faze ojačanja Mg2Si istaložena nakon tretmana starenjem je znatno smanjena, a učinak uzorka je naknadno smanjen. Međutim, zona odloženog gašenja koja je udaljena od linije razdvajanja manje je pod utjecajem provođenja topline hlađenja vodom, a legura se relativno sporo hladi pod uvjetima hlađenja zrakom (brzina hlađenja 1,9°C/s). Samo mali dio Mg2Si faze polako se taloži, a temperatura je 360C nakon 90s. Nakon hlađenja vodom, veći dio Mg2Si faze je još uvijek u matriksu, a nakon starenja se raspršuje i taloži, što ima ulogu jačanja.
3. Zaključak
Eksperimentima je ustanovljeno da će odloženo gašenje uzrokovati da se tvrdoća zone odgođenog gašenja na sjecištu normalnog gašenja i odgođenog gašenja prvo smanji, a zatim malo poveća dok se konačno ne stabilizira.
Za 6061 aluminijsku leguru, vlačne čvrstoće nakon normalnog i odloženog gašenja za 90 s su 342MPa i 288MPa respektivno, a granice popuštanja su 315MPa i 252MPa, od kojih oba zadovoljavaju standarde performansi uzorka.
Postoji regija sa najnižom tvrdoćom, koja se nakon normalnog gašenja smanjuje sa 95HB na 77HB. Performanse su ovdje također najniže, sa zateznom čvrstoćom od 271 MPa i granom tečenja od 220 MPa.
Kroz ANSYS analizu, utvrđeno je da se brzina hlađenja na najnižoj točki performansi u zoni odloženog gašenja iz 90-ih smanjila za približno 3,5°C u sekundi, što je rezultiralo nedostatkom čvrstog rastvora faze ojačanja Mg2Si faze. Prema ovom članku, može se vidjeti da se opasna tačka performansi pojavljuje u području odloženog gašenja na spoju normalnog gašenja i odgođenog gašenja, a nije daleko od spoja, što ima važan smjerni značaj za razumno zadržavanje ekstruzijskog repa. okončati procesni otpad.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminium
Vrijeme objave: 28.08.2024
