Aluminijumska legura 6061T6 velike debljine stijenke mora se kaliti nakon vruće ekstruzije. Zbog ograničenja diskontinuirane ekstruzije, dio profila će ući u zonu hlađenja vodom sa zakašnjenjem. Kada se nastavi ekstrudirati sljedeći kratki ingot, ovaj dio profila će se podvrgnuti odloženom kaljenju. Kako se nositi sa područjem odloženog kaljenja je pitanje koje svaka proizvodna kompanija treba da razmotri. Kada je otpad na kraju procesa ekstruzije kratak, uzeti uzorci performansi su ponekad kvalifikovani, a ponekad nekvalifikovani. Prilikom ponovnog uzorkovanja sa strane, performanse se ponovo kvalificiraju. Ovaj članak daje odgovarajuće objašnjenje kroz eksperimente.
1. Materijali i metode ispitivanja
Materijal korišten u ovom eksperimentu je legura aluminija 6061. Njen hemijski sastav, izmjeren spektralnom analizom, je sljedeći: U skladu je s međunarodnim standardom GB/T 3190-1996 za sastav legure aluminija 6061.
U ovom eksperimentu, dio ekstrudiranog profila je uzet za obradu čvrstim rastvorom. Profil dužine 400 mm je podijeljen na dva područja. Područje 1 je direktno hlađeno vodom i kaljeno. Područje 2 je hlađeno na zraku 90 sekundi, a zatim hlađeno vodom. Dijagram ispitivanja je prikazan na Slici 1.
Profil od aluminijske legure 6061 korišten u ovom eksperimentu ekstrudiran je pomoću ekstrudera 4000UST. Temperatura kalupa je 500°C, temperatura livene šipke je 510°C, temperatura na izlazu iz ekstruzije je 525°C, brzina ekstruzije je 2,1 mm/s, tokom procesa ekstruzije koristi se visokointenzivno vodeno hlađenje, a ispitni komad dužine 400 mm uzet je iz sredine ekstrudiranog gotovog profila. Širina uzorka je 150 mm, a visina 10,00 mm.
Uzeti uzorci su razdvojeni, a zatim ponovo podvrgnuti tretmanu rastvorom. Temperatura rastvora je bila 530°C, a vrijeme rastvaranja 4 sata. Nakon vađenja, uzorci su stavljeni u veliki rezervoar za vodu dubine 100 mm. Veći rezervoar za vodu može osigurati da se temperatura vode u rezervoaru malo promijeni nakon što se uzorak u zoni 1 ohladi vodom, sprječavajući da porast temperature vode utiče na intenzitet hlađenja vodom. Tokom procesa hlađenja vodom, osigurajte da je temperatura vode u rasponu od 20-25°C. Kaljeni uzorci su odležavani na 165°C tokom 8 sati.
Uzmite dio uzorka dužine 400 mm, širine 30 mm i debljine 10 mm i izvršite test tvrdoće po Brinellu. Napravite 5 mjerenja svakih 10 mm. Uzmite prosječnu vrijednost 5 Brinellovih tvrdoća kao rezultat tvrdoće po Brinellu u ovom trenutku i promatrajte obrazac promjene tvrdoće.
Ispitana su mehanička svojstva profila, a zatezni paralelni presjek od 60 mm kontroliran je na različitim položajima uzorka od 400 mm kako bi se uočila zatezna svojstva i lokacija loma.
Temperaturno polje kaljenja uzorka hlađenog vodom i kaljenja nakon odgode od 90 sekundi simulirano je pomoću ANSYS softvera, 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 Brinell-ovim uređajem za mjerenje tvrdoće (jedinica dužine apscise predstavlja 10 mm, a 0 skala je granica između normalnog kaljenja i odgođenog kaljenja). Može se vidjeti da je tvrdoća na kraju hlađenom vodom stabilna na oko 95HB. Nakon granice između kaljenja hlađenjem vodom i odgođenog kaljenja hlađenjem vodom od 90 s, tvrdoća počinje opadati, ali je stopa pada spora u ranoj fazi. Nakon 40 mm (89HB), tvrdoća naglo pada i pada na najnižu vrijednost (77HB) na 80 mm. Nakon 80 mm, tvrdoća se nije nastavila smanjivati, već se do određene mjere povećala. Povećanje je bilo relativno malo. Nakon 130 mm, tvrdoća je ostala nepromijenjena na oko 83HB. Može se pretpostaviti da se zbog efekta provođenja topline brzina hlađenja dijela hlađenog odgođenim kaljenjem promijenila.
2.2 Rezultati i analiza testova performansi
Tabela 2 prikazuje rezultate eksperimenata zatezanja provedenih na uzorcima uzetim s različitih pozicija paralelnog presjeka. Može se uočiti da se zatezna čvrstoća i granica tečenja br. 1 i br. 2 gotovo ne mijenjaju. Kako se udio odgođenih kaljenja krajeva povećava, zatezna čvrstoća i granica tečenja legure pokazuju značajan trend pada. Međutim, zatezna čvrstoća na svakoj lokaciji uzorkovanja je iznad standardne čvrstoće. Samo u području s najnižom tvrdoćom, granica tečenja je niža od standardne uzorka, performanse uzorka su nekvalifikovane.
Slika 4 prikazuje rezultate zateznih svojstava uzorka br. 3. Iz Slike 4 se može vidjeti da što je dalje od linije razdvajanja, to je niža tvrdoća kraja sa odgođenim kaljenjem. Smanjenje tvrdoće ukazuje na to da su performanse uzorka smanjene, ali tvrdoća se sporo smanjuje, smanjujući se samo sa 95HB na oko 91HB na kraju paralelnog dijela. Kao što se može vidjeti iz rezultata performansi u Tabeli 1, zatezna čvrstoća se smanjila sa 342MPa na 320MPa za hlađenje vodom. Istovremeno, utvrđeno je da se tačka loma zateznog uzorka također nalazi na kraju paralelnog dijela sa najnižom tvrdoćom. To je zato što je daleko od hlađenja vodom, performanse legure se smanjuju, a kraj prvi dostiže granicu zatezne čvrstoće i formira suženje. Konačno, lom od najniže tačke performansi, a položaj loma je u skladu sa rezultatima ispitivanja performansi.
Slika 5 prikazuje krivulju tvrdoće paralelnog presjeka uzorka br. 4 i položaj loma. Može se vidjeti da što je dalje od linije razdvajanja hlađenja vodom, to je tvrdoća kraja sa odgođenim kaljenjem niža. Istovremeno, mjesto loma se također nalazi na kraju gdje je tvrdoća najniža, lomi 86HB. Iz Tabele 2 se vidi da gotovo da nema plastične deformacije na kraju hlađenom vodom. Iz Tabele 1 se vidi da su performanse uzorka (zatezna čvrstoća 298MPa, granica razvlačenja 266MPa) značajno smanjene. Zatezna čvrstoća je samo 298MPa, što ne dostiže granicu razvlačenja kraja hlađenog vodom (315MPa). Kraj je formirao suženje kada je niži od 315MPa. Prije loma, u području hlađenom vodom dolazilo je samo do elastične deformacije. Kako je napon nestajao, nestajala je i deformacija na kraju hlađenom vodom. Kao rezultat toga, količina deformacije u zoni hlađenja vodom u Tabeli 2 se gotovo ne mijenja. Uzorak se lomi na kraju paljbe s odgođenom brzinom, deformirana površina se smanjuje, a tvrdoća na kraju je najniža, što rezultira značajnim smanjenjem rezultata performansi.
Uzmite uzorke iz područja 100% odgođenog kaljenja na kraju uzorka od 400 mm. Slika 6 prikazuje krivulju tvrdoće. Tvrdoća paralelnog presjeka smanjena je na oko 83-84HB i relativno je stabilna. Zbog istog procesa, performanse su približno iste. Nije uočen očigledan obrazac u položaju loma. Performanse legure su niže od performansi uzorka kaljenog u vodi.
Kako bi se dalje istražila pravilnost performansi i loma, paralelni presjek zateznog uzorka odabran je blizu najniže tačke 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 hlađenja vodom naglo opadala. Nakon 5 sekundi, temperatura je pala ispod 100°C, a na 80 mm od linije razdvajanja, temperatura je pala na oko 210°C nakon 90 sekundi. Prosječan pad temperature je 3,5°C/s. Nakon 90 sekundi u završnom području hlađenja zrakom, temperatura pada na oko 360°C, sa prosječnom brzinom pada od 1,9°C/s.
Kroz analizu performansi i rezultate simulacije, utvrđeno je da su performanse područja hlađenja vodom i područja odgođenog kaljenja obrazac promjene koji se prvo smanjuje, a zatim blago povećava. Pod utjecajem hlađenja vodom u blizini linije razdvajanja, provođenje topline uzrokuje da uzorak u određenom području pada brzinom hlađenja manjom od brzine hlađenja vodom (3,5 °C/s). Kao rezultat toga, Mg2Si, koji se stvrdnuo u matrici, istaložio se u velikim količinama u ovom području, a temperatura je pala na oko 210 °C nakon 90 sekundi. Velika količina istaloženog Mg2Si dovela je do manjeg efekta hlađenja vodom nakon 90 sekundi. Količina faze ojačanja Mg2Si koja se istaložila nakon tretmana starenjem znatno je smanjena, a performanse uzorka su potom smanjene. Međutim, zona odgođenog kaljenja daleko od linije razdvajanja manje je pogođena provođenjem topline hlađenjem vodom, a legura se relativno sporo hladi pod uvjetima hlađenja zrakom (brzina hlađenja 1,9 °C/s). Samo mali dio Mg2Si faze se polako taloži, a temperatura je 360°C nakon 90 sekundi. Nakon hlađenja vodom, većina Mg2Si faze je još uvijek u matrici, a nakon starenja se disperguje i taloži, što igra ulogu učvršćivanja.
3. Zaključak
Eksperimentima je utvrđeno da odloženo kaljenje uzrokuje da se tvrdoća zone odloženog kaljenja na presjeku normalnog i odloženog kaljenja prvo smanji, a zatim lagano poveća dok se konačno ne stabilizuje.
Za aluminijsku leguru 6061, zatezne čvrstoće nakon normalnog kaljenja i odgođenog kaljenja tokom 90 s iznose 342 MPa i 288 MPa respektivno, a granice tečenja su 315 MPa i 252 MPa, što oba zadovoljava standarde performansi uzorka.
Postoji područje s najnižom tvrdoćom, koja se smanjuje sa 95HB na 77HB nakon normalnog kaljenja. Performanse ovdje su također najniže, sa zateznom čvrstoćom od 271MPa i granicom tečenja od 220MPa.
ANSYS analizom je utvrđeno da se brzina hlađenja na najnižoj tački performansi u zoni odgođenog kaljenja 90-ih godina smanjila za približno 3,5°C po sekundi, što je rezultiralo nedovoljnim čvrstim rastvorom faze ojačavanja Mg2Si. Prema ovom članku, može se vidjeti da se opasna tačka performansi pojavljuje u području odgođenog kaljenja na spoju normalnog i odgođenog kaljenja, i nije daleko od spoja, što ima važan usmjeravajući značaj za razumno zadržavanje otpada iz procesa ekstruzije.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminum
Vrijeme objave: 28. avg. 2024.
