Hliníková zliatina 6061T6 s veľkou hrúbkou steny musí byť po extrúzii za tepla ochladená. Z dôvodu obmedzenia diskontinuálnej extrúzie sa časť profilu dostane do zóny vodného chladenia s oneskorením. Keď sa pokračuje vo vytláčaní ďalšieho krátkeho ingotu, táto časť profilu sa podrobí oneskorenému kaleniu. Ako sa vysporiadať s oblasťou oneskoreného zhášania je otázka, ktorú musí zvážiť každá produkčná spoločnosť. Keď je odpad z procesu vytláčania na konci extrúzie krátky, odobraté výkonnostné vzorky sú niekedy kvalifikované a niekedy nekvalifikované. Pri prevzorkovaní zo strany je výkon opäť kvalifikovaný. Tento článok poskytuje zodpovedajúce vysvetlenie prostredníctvom experimentov.
1. Testovacie materiály a metódy
Materiál použitý v tomto experimente je zliatina hliníka 6061. Jeho chemické zloženie merané spektrálnou analýzou je nasledovné: Vyhovuje GB/T 3190-1996 medzinárodnej norme zloženia hliníkovej zliatiny 6061.
V tomto experimente sa časť vytlačeného profilu odobrala na spracovanie v tuhom roztoku. 400 mm dlhý profil bol rozdelený na dve oblasti. Oblasť 1 bola priamo chladená vodou a ochladená. Oblasť 2 sa chladila na vzduchu 90 sekúnd a potom sa ochladila vodou. Skúšobná schéma je znázornená na obrázku 1.
Profil hliníkovej zliatiny 6061 použitý v tomto experimente bol extrudovaný extrudérom 4000UST. Teplota formy je 500 °C, teplota odlievacej tyče je 510 °C, výstupná teplota extrúzie je 525 °C, rýchlosť extrúzie je 2,1 mm/s, počas procesu extrúzie sa používa vysokointenzívne chladenie vodou a 400 mm dĺžkový skúšobný kus sa odoberie zo stredu vytlačeného hotového profilu. Šírka vzorky je 150 mm a výška 10,00 mm.
Odobraté vzorky sa rozdelili a potom sa znova podrobili spracovaniu v roztoku. Teplota roztoku bola 530 °C a doba roztoku bola 4 hodiny. Po ich vybratí boli vzorky umiestnené do veľkej vodnej nádrže s hĺbkou vody 100 mm. Väčšia nádrž na vodu môže zabezpečiť, že teplota vody vo vodnej nádrži sa po ochladení vzorky v zóne 1 zmení len málo, čím sa zabráni tomu, aby zvýšenie teploty vody ovplyvnilo intenzitu chladenia vody. Počas procesu chladenia vodou dbajte na to, aby bola teplota vody v rozmedzí 20-25°C. Ochladené vzorky sa nechali starnúť pri 165 °C x 8 hodín.
Vezmite časť vzorky s dĺžkou 400 mm, šírkou 30 mm a hrúbkou 10 mm a vykonajte test tvrdosti podľa Brinella. Vykonajte 5 meraní každých 10 mm. Vezmite priemernú hodnotu 5 tvrdostí podľa Brinella ako výsledok tvrdosti podľa Brinella v tomto bode a sledujte priebeh zmeny tvrdosti.
Testovali sa mechanické vlastnosti profilu a ťahová paralelná sekcia 60 mm sa kontrolovala v rôznych polohách vzorky 400 mm, aby sa pozorovali ťahové vlastnosti a miesto zlomu.
Teplotné pole vodou chladeného kalenia vzorky a kalenie po oneskorení 90 s sa simulovalo pomocou softvéru ANSYS a analyzovali sa rýchlosti ochladzovania profilov v rôznych polohách.
2. Experimentálne výsledky a analýzy
2.1 Výsledky skúšky tvrdosti
Obrázok 2 ukazuje krivku zmeny tvrdosti vzorky s dĺžkou 400 mm meranú prístrojom na testovanie tvrdosti podľa Brinella (jednotková dĺžka úsečky predstavuje 10 mm a stupnica 0 je deliaca čiara medzi normálnym kalením a oneskoreným kalením). Dá sa zistiť, že tvrdosť na vodou chladenom konci je stabilná okolo 95 HB. Po deliacej čiare medzi ochladzovaním vodným chladením a oneskoreným ochladzovaním vodným chladením 90. rokov začne tvrdosť klesať, ale rýchlosť poklesu je v počiatočnom štádiu pomalá. Po 40 mm (89 HB) tvrdosť prudko klesá a klesá na najnižšiu hodnotu (77 HB) pri 80 mm. Po 80 mm tvrdosť ďalej neklesala, ale do určitej miery vzrástla. Nárast bol relatívne malý. Po 130 mm zostala tvrdosť nezmenená okolo 83 HB. Dá sa špekulovať, že vplyvom vedenia tepla sa zmenila rýchlosť ochladzovania časti s oneskoreným ochladzovaním.
2.2 Výsledky a analýza výkonnosti
Tabuľka 2 ukazuje výsledky ťahových experimentov uskutočnených na vzorkách odobratých z rôznych polôh paralelného rezu. Dá sa zistiť, že pevnosť v ťahu a medza klzu č. 1 a č. 2 sa takmer nezmenili. Ako sa zvyšuje podiel oneskorených kaliacich koncov, pevnosť v ťahu a medza klzu zliatiny vykazujú výrazný klesajúci trend. Pevnosť v ťahu v každom mieste odberu je však vyššia ako štandardná pevnosť. Iba v oblasti s najnižšou tvrdosťou je medza klzu nižšia ako štandardná vzorka, výkon vzorky je nekvalifikovaný.
Obrázok 4 ukazuje výsledky ťahových vlastností vzorky č. 3. Z obrázku 4 je možné zistiť, že čím ďalej od deliacej čiary, tým nižšia je tvrdosť konca oneskoreného kalenia. Pokles tvrdosti naznačuje, že výkon vzorky je znížený, ale tvrdosť klesá pomaly, len klesá z 95HB na približne 91HB na konci paralelnej sekcie. Ako je možné vidieť z výsledkov výkonnosti v tabuľke 1, pevnosť v ťahu klesla z 342 MPa na 320 MPa pre vodné chladenie. Zároveň sa zistilo, že bod lomu ťahovej vzorky je tiež na konci paralelného rezu s najnižšou tvrdosťou. Je to preto, že je ďaleko od vodného chladenia, výkon zliatiny je znížený a koniec najskôr dosiahne hranicu pevnosti v ťahu, aby vytvoril zúženie. Nakoniec prerušte z najnižšieho výkonnostného bodu a poloha prerušenia bude v súlade s výsledkami testu výkonnosti.
Obrázok 5 znázorňuje krivku tvrdosti paralelného rezu vzorky č. 4 a polohu lomu. Dá sa zistiť, že čím ďalej od deliacej čiary chladenia vodou, tým nižšia je tvrdosť konca oneskoreného ochladzovania. Zároveň je miesto lomu aj na konci, kde je najnižšia tvrdosť, lomy 86HB. Z tabuľky 2 vyplýva, že na vodou chladenom konci nie je takmer žiadna plastická deformácia. Z tabuľky 1 sa zistilo, že výkonnosť vzorky (pevnosť v ťahu 298 MPa, klznosť 266 MPa) je výrazne znížená. Pevnosť v ťahu je len 298MPa, čo nedosahuje medzu klzu vodou chladeného konca (315MPa). Koniec vytvoril zúženie, keď je nižší ako 315 MPa. Pred lomom sa vo vodou chladenej oblasti vyskytla len elastická deformácia. Keď zmizol stres, zmizlo napätie na vodou chladenom konci. V dôsledku toho sa veľkosť deformácie v zóne chladenia vodou v tabuľke 2 takmer nezmenila. Vzorka sa zlomí na konci oneskorenej rýchlosti požiaru, deformovaná oblasť sa zníži a konečná tvrdosť je najnižšia, čo vedie k výraznému zníženiu výsledkov výkonu.
Odoberte vzorky z oblasti 100 % oneskoreného kalenia na konci 400 mm vzorky. Obrázok 6 znázorňuje krivku tvrdosti. Tvrdosť paralelnej sekcie je znížená na približne 83-84HB a je relatívne stabilná. Vďaka rovnakému procesu je výkon približne rovnaký. V polohe zlomeniny sa nenašiel žiadny zjavný vzor. Výkon zliatiny je nižší ako výkon vzorky kalenej vodou.
Aby sa ďalej preskúmala pravidelnosť výkonu a lomu, vybrala sa paralelná časť ťahovej vzorky v blízkosti najnižšieho bodu tvrdosti (77HB). Z tabuľky 1 sa zistilo, že výkon bol výrazne znížený a bod lomu sa objavil v najnižšom bode tvrdosti na obrázku 2.
2.3 Výsledky analýzy ANSYS
Obrázok 7 ukazuje výsledky ANSYS simulácie kriviek chladenia v rôznych polohách. Je možné vidieť, že teplota vzorky v oblasti chladenia vodou rýchlo klesla. Po 5 sekundách teplota klesla pod 100 °C a vo vzdialenosti 80 mm od deliacej čiary teplota klesla na približne 210 °C pri 90 sekundách. Priemerný pokles teploty je 3,5°C/s. Po 90 sekundách v oblasti konečného chladenia vzduchom teplota klesne na približne 360 °C s priemernou rýchlosťou poklesu 1,9 °C/s.
Prostredníctvom analýzy výkonu a výsledkov simulácie sa zistilo, že výkon oblasti chladenia vodou a oblasti oneskoreného ochladzovania je vzorom zmien, ktorý najprv klesá a potom sa mierne zvyšuje. Ovplyvnené chladením vodou v blízkosti deliacej čiary spôsobuje vedenie tepla, že vzorka v určitej oblasti klesá rýchlosťou ochladzovania menšou ako pri chladení vodou (3,5 °C/s). V dôsledku toho sa Mg2Si, ktorý stuhol do matrice, vyzrážal vo veľkých množstvách v tejto oblasti a teplota po 90 sekundách klesla na približne 210 °C. Veľké množstvo vyzrážaného Mg2Si viedlo k menšiemu účinku chladenia vodou po 90 s. Množstvo Mg2Si spevňujúcej fázy vyzrážanej po ošetrení starnutím sa značne znížilo a následne sa znížil výkon vzorky. Zóna oneskoreného kalenia ďaleko od deliacej čiary je však menej ovplyvnená vedením tepla chladením vodou a zliatina sa v podmienkach chladenia vzduchom ochladzuje relatívne pomaly (rýchlosť chladenia 1,9 °C/s). Len malá časť Mg2Si fázy sa pomaly vyzráža a teplota je po 90s 360C. Po ochladení vodou je väčšina fázy Mg2Si stále v matrici a po starnutí sa rozptýli a vyzráža, čo zohráva posilňujúcu úlohu.
3. Záver
Prostredníctvom experimentov sa zistilo, že oneskorené kalenie spôsobí, že tvrdosť zóny oneskoreného kalenia na priesečníku normálneho kalenia a oneskoreného kalenia sa najprv zníži a potom mierne zvýši, až sa nakoniec stabilizuje.
Pre hliníkovú zliatinu 6061 sú pevnosti v ťahu po normálnom kalení a oneskorenom kalení počas 90 s 342 MPa a 288 MPa a medza klzu je 315 MPa a 252 MPa, pričom obe spĺňajú výkonnostné normy vzorky.
Existuje oblasť s najnižšou tvrdosťou, ktorá sa po normálnom kalení zníži z 95HB na 77HB. Výkon je tu tiež najnižší, s pevnosťou v ťahu 271 MPa a medzou klzu 220 MPa.
Prostredníctvom analýzy ANSYS sa zistilo, že rýchlosť chladenia pri najnižšom výkonovom bode v 90-tych rokoch oneskorenej kaliacej zóny klesla približne o 3,5 °C za sekundu, čo viedlo k nedostatočnému tuhému roztoku fázy spevňovania Mg2Si. Podľa tohto článku je možné vidieť, že bod nebezpečenstva pre výkon sa objavuje v oblasti oneskoreného kalenia na križovatke normálneho kalenia a oneskoreného kalenia a nie je ďaleko od spojenia, čo má dôležitý vodiaci význam pre primerané zadržanie konca vytláčania. koncový procesný odpad.
Editoval May Jiang z MAT Aluminium
Čas odoslania: 28. augusta 2024
