Aliajul de aluminiu 6061T6 cu grosime mare a peretelui trebuie stins după extrudarea la cald. Datorită limitării extrudării discontinue, o parte a profilului va intra cu întârziere în zona de răcire cu apă. Când următorul lingou scurt continuă să fie extrudat, această parte a profilului va suferi o călire întârziată. Cum să faceți față zonei de stingere întârziată este o problemă pe care fiecare companie de producție trebuie să o ia în considerare. Când deșeurile din procesul de coadă de extrudare sunt scurte, probele de performanță prelevate sunt uneori calificate și alteori necalificate. La reeșantionarea din lateral, performanța este din nou calificată. Acest articol oferă explicația corespunzătoare prin experimente.
1. Materiale și metode de testare
Materialul folosit în acest experiment este aliajul de aluminiu 6061. Compoziția sa chimică măsurată prin analiză spectrală este următoarea: Conform standardului internațional GB/T 3190-1996 6061 privind compoziția aliajului de aluminiu.
În acest experiment, o parte din profilul extrudat a fost luată pentru tratarea cu soluție solidă. Profilul lung de 400 mm a fost împărțit în două zone. Zona 1 a fost răcită direct cu apă și stinsă. Zona 2 a fost răcită în aer timp de 90 de secunde și apoi răcită cu apă. Diagrama de testare este prezentată în Figura 1.
Profilul din aliaj de aluminiu 6061 utilizat în acest experiment a fost extrudat cu un extruder 4000UST. Temperatura matriței este de 500 ° C, temperatura tijei de turnare este de 510 ° C, temperatura de ieșire a extrudarii este de 525 ° C, viteza de extrudare este de 2,1 mm/s, răcirea cu apă de mare intensitate este utilizată în timpul procesului de extrudare și o temperatură de 400 mm. piesa de testare de lungime este luată de la mijlocul profilului finit extrudat. Lățimea eșantionului este de 150 mm și înălțimea este de 10,00 mm.
Probele prelevate au fost împărțite și apoi supuse din nou tratamentului cu soluție. Temperatura soluţiei a fost de 530°C şi timpul de soluţie a fost de 4 ore. După ce le-au scos, probele au fost plasate într-un rezervor mare de apă cu o adâncime a apei de 100 mm. Rezervorul de apă mai mare poate asigura că temperatura apei din rezervorul de apă se schimbă puțin după ce proba din zona 1 este răcită cu apă, prevenind creșterea temperaturii apei să afecteze intensitatea de răcire a apei. În timpul procesului de răcire cu apă, asigurați-vă că temperatura apei este în intervalul 20-25°C. Probele stinse au fost maturate la 165°C*8h.
Luați o parte din probă de 400 mm lungime, 30 mm lățime și 10 mm grosime și efectuați un test de duritate Brinell. Faceți 5 măsurători la fiecare 10 mm. Luați valoarea medie a celor 5 durități Brinell ca rezultat al durității Brinell în acest moment și observați modelul de schimbare a durității.
Au fost testate proprietățile mecanice ale profilului, iar secțiunea paralelă de tracțiune de 60 mm a fost controlată în diferite poziții ale probei de 400 mm pentru a observa proprietățile de tracțiune și locația fracturii.
Câmpul de temperatură al călirii răcite cu apă a probei și al călirii după o întârziere de 90 de secunde a fost simulat prin software-ul ANSYS și au fost analizate ratele de răcire ale profilelor în diferite poziții.
2. Rezultate și analize experimentale
2.1 Rezultatele testelor de duritate
Figura 2 prezintă curba de schimbare a durității a unei probe de 400 mm lungime măsurată de un tester de duritate Brinell (lungimea unității a abscisei reprezintă 10 mm, iar scara 0 este linia de despărțire dintre călirea normală și călirea întârziată). Se poate constata că duritatea la capătul răcit cu apă este stabilă la aproximativ 95HB. După linia de demarcație dintre stingerea cu răcire cu apă și stingerea întârziată prin răcire cu apă din anii 90, duritatea începe să scadă, dar rata de scădere este lentă în stadiul incipient. După 40 mm (89HB), duritatea scade brusc și scade la cea mai mică valoare (77HB) la 80mm. După 80mm duritatea nu a continuat să scadă, ci a crescut într-o anumită măsură. Creșterea a fost relativ mică. După 130 mm, duritatea a rămas neschimbată la aproximativ 83HB. Se poate specula că, datorită efectului conducerii căldurii, viteza de răcire a părții de stingere întârziată s-a schimbat.
2.2 Rezultatele testului de performanță și analiză
Tabelul 2 prezintă rezultatele experimentelor de tracțiune efectuate pe probe prelevate din diferite poziții ale secțiunii paralele. Se poate constata că rezistența la tracțiune și rezistența la curgere a nr. 1 și nr. 2 nu au aproape nicio modificare. Pe măsură ce proporția capetelor de călire întârziată crește, rezistența la tracțiune și limita de curgere a aliajului arată o tendință semnificativă de scădere. Cu toate acestea, rezistența la tracțiune la fiecare locație de prelevare este peste rezistența standard. Numai în zona cu duritatea cea mai scăzută, limita de curgere este mai mică decât standardul eșantionului, performanța eșantionului este necalificată.
Figura 4 prezintă rezultatele proprietăților de tracțiune ale probei nr. 3. Din Figura 4 se poate constata că, cu cât este mai departe de linia de separare, cu atât duritatea capătului de călire întârziat este mai mică. Scăderea durității indică faptul că performanța probei este redusă, dar duritatea scade lent, scăzând doar de la 95HB la aproximativ 91HB la sfârșitul secțiunii paralele. După cum se poate vedea din rezultatele de performanță din Tabelul 1, rezistența la tracțiune a scăzut de la 342 MPa la 320 MPa pentru răcirea cu apă. În același timp, s-a constatat că punctul de rupere a probei de tracțiune se află și la capătul secțiunii paralele cu duritatea cea mai mică. Acest lucru se datorează faptului că este departe de răcirea cu apă, performanța aliajului este redusă, iar capătul atinge limita de rezistență la tracțiune mai întâi pentru a forma un gât în jos. În cele din urmă, rupeți de la cel mai scăzut punct de performanță, iar poziția de pauză este în concordanță cu rezultatele testului de performanță.
Figura 5 prezintă curba de duritate a secțiunii paralele a probei nr. 4 și poziția de fractură. Se poate constata că, cu cât este mai departe de linia de separare a răcirii cu apă, cu atât duritatea capătului de stingere întârziat este mai mică. În același timp, locația fracturii se află și la capătul unde duritatea este cea mai scăzută, fracturi 86HB. Din tabelul 2, se constată că nu există aproape nicio deformare plastică la capătul răcit cu apă. Din Tabelul 1, se constată că performanța eșantionului (rezistența la tracțiune 298MPa, randament 266MPa) este semnificativ redusă. Rezistența la tracțiune este de numai 298MPa, care nu atinge limita de curgere a capătului răcit cu apă (315MPa). Capătul a format un gât în jos când este mai mic de 315MPa. Înainte de fractură, în zona răcită cu apă s-a produs doar deformare elastică. Pe măsură ce stresul a dispărut, tensiunea de la capătul răcit cu apă a dispărut. Ca rezultat, cantitatea de deformare în zona de răcire cu apă din Tabelul 2 nu are aproape nicio modificare. Proba se rupe la sfârșitul focului întârziat, zona deformată este redusă, iar duritatea finală este cea mai scăzută, rezultând o reducere semnificativă a rezultatelor de performanță.
Prelevați probe din zona de stingere întârziată 100% la capătul specimenului de 400 mm. Figura 6 prezintă curba durității. Duritatea secțiunii paralele este redusă la aproximativ 83-84HB și este relativ stabilă. Datorită aceluiași proces, performanța este aproximativ aceeași. Nu se găsește un model evident în poziția de fractură. Performanța aliajului este mai mică decât cea a probei stinse cu apă.
Pentru a explora în continuare regularitatea performanței și a ruperii, secțiunea paralelă a epruvetei de tracțiune a fost selectată în apropierea celui mai scăzut punct de duritate (77HB). Din Tabelul 1, s-a constatat că performanța a fost redusă semnificativ, iar punctul de rupere a apărut în cel mai scăzut punct de duritate din Figura 2.
2.3 Rezultatele analizei ANSYS
Figura 7 prezintă rezultatele simulării ANSYS a curbelor de răcire la diferite poziții. Se poate observa că temperatura probei în zona de răcire cu apă a scăzut rapid. După 5 secunde, temperatura a scăzut sub 100°C, iar la 80 mm de linia de separare, temperatura a scăzut la aproximativ 210°C la 90 de secunde. Scăderea medie a temperaturii este de 3,5°C/s. După 90 de secunde în zona terminală de răcire a aerului, temperatura scade la aproximativ 360°C, cu o rată medie de scădere de 1,9°C/s.
Prin analiza de performanță și rezultatele simulării, se constată că performanța zonei de răcire cu apă și a zonei de stingere întârziată este un model de schimbare care mai întâi scade și apoi crește ușor. Afectată de răcirea cu apă în apropierea liniei de separare, conducerea căldurii face ca proba dintr-o anumită zonă să scadă cu o viteză de răcire mai mică decât cea a răcirii cu apă (3,5°C/s). Ca rezultat, Mg2Si, care s-a solidificat în matrice, a precipitat în cantități mari în această zonă, iar temperatura a scăzut la aproximativ 210°C după 90 de secunde. Cantitatea mare de Mg2Si precipitată a dus la un efect mai mic de răcire cu apă după 90 s. Cantitatea de fază de întărire a Mg2Si precipitată după tratamentul de îmbătrânire a fost mult redusă, iar performanța probei a fost ulterior redusă. Cu toate acestea, zona de stingere întârziată departe de linia de separare este mai puțin afectată de conducția căldurii de răcire cu apă, iar aliajul se răcește relativ lent în condiții de răcire cu aer (viteza de răcire 1,9 °C/s). Doar o mică parte din faza Mg2Si precipită încet, iar temperatura este de 360C după 90 de secunde. După răcirea cu apă, cea mai mare parte a fazei Mg2Si este încă în matrice și se dispersează și precipită după îmbătrânire, ceea ce joacă un rol de întărire.
3. Concluzie
Prin experimente s-a descoperit că călirea întârziată va face ca duritatea zonei de călire întârziată la intersecția dintre călirea normală și călirea întârziată să scadă mai întâi și apoi să crească ușor până se stabilizează în cele din urmă.
Pentru aliajul de aluminiu 6061, rezistențele la tracțiune după călirea normală și călirea întârziată timp de 90 s sunt de 342 MPa și, respectiv, 288 MPa, iar limitele de curgere sunt 315 MPa și 252 MPa, ambele respectând standardele de performanță ale eșantionului.
Există o regiune cu duritatea cea mai scăzută, care este redusă de la 95HB la 77HB după stingerea normală. Performanța aici este, de asemenea, cea mai scăzută, cu o rezistență la tracțiune de 271 MPa și o limită de curgere de 220 MPa.
Prin analiza ANSYS, s-a constatat că viteza de răcire la cel mai scăzut punct de performanță din zona de stingere întârziată din anii 90 a scăzut cu aproximativ 3,5 °C pe secundă, rezultând o soluție solidă insuficientă a fazei de întărire a fazei Mg2Si. Conform acestui articol, se poate observa că punctul de pericol de performanță apare în zona de călire întârziată la joncțiunea călirii normale și călirii întârziate și nu este departe de joncțiune, ceea ce are o semnificație de ghidare importantă pentru reținerea rezonabilă a cozii de extrudare. deșeurile procesului final.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminium
Ora postării: 28-aug-2024
