A nagy falvastagságú 6061T6 alumíniumötvözetet forró extrudálás után ki kell hűteni. A nem folytonos extrudálás korlátai miatt a profil egy része késéssel kerül a vízhűtéses zónába. Amikor a következő rövid tuskó extrudálása folytatódik, a profil ezen része késleltetett kihűlésen megy keresztül. A késleltetett kioltási terület kezelése olyan kérdés, amelyet minden gyártó cégnek mérlegelnie kell. Ha az extrudálási végfolyamatból származó hulladék rövid, a vett teljesítményminták néha minősítettek, néha pedig minősíthetetlenek. Oldalról történő újramintavételezéskor a teljesítmény ismét minősítésre kerül. Ez a cikk kísérleteken keresztül adja meg a megfelelő magyarázatot.
1. Vizsgálati anyagok és módszerek
A kísérletben használt anyag 6061 alumíniumötvözet. Kémiai összetétele spektrális analízissel mérve a következő: Megfelel a GB/T 3190-1996 nemzetközi 6061 alumíniumötvözet összetételi szabványnak.
Ebben a kísérletben az extrudált profil egy részét szilárd oldatos kezelésre használtuk. A 400 mm hosszú profilt két részre osztották. Az 1. területet közvetlenül vízzel hűtjük és lehűtjük. A 2. területet 90 másodpercig levegőn hűtöttük, majd vízzel hűtöttük. A teszt diagramja az 1. ábrán látható.
A kísérletben használt 6061 alumíniumötvözet profilt 4000UST extruderrel extrudáltuk. A forma hőmérséklete 500 ° C, az öntőrúd hőmérséklete 510 ° C, az extrudálás kimeneti hőmérséklete 525 ° C, az extrudálási sebesség 2,1 mm/s, az extrudálási folyamat során nagy intenzitású vízhűtést használnak, és egy 400 mm-es hosszúságú próbadarabot az extrudált kész profil közepéről veszünk. A minta szélessége 150 mm, magassága 10,00 mm.
A vett mintákat megosztottuk, majd ismét oldatos kezelésnek vetettük alá. Az oldat hőmérséklete 530 °C, az oldódási idő 4 óra. Kivételük után a mintákat egy nagy, 100 mm vízmélységű víztartályba helyeztük. A nagyobb víztartály biztosíthatja, hogy a vízhőmérséklet a víztartályban keveset változzon az 1. zónában lévő minta vízhűtése után, megakadályozva, hogy a vízhőmérséklet emelkedése befolyásolja a vízhűtés intenzitását. A vízhűtés során ügyeljen arra, hogy a víz hőmérséklete 20-25°C között legyen. A lehűtött mintákat 165 °C*8 órán át érleltük.
Vegyen ki egy részt a 400 mm hosszú, 30 mm széles és 10 mm vastag mintából, és végezzen Brinell keménységi tesztet. Végezzen 5 mérést 10 mm-enként. Vegyük az 5 Brinell-keménység átlagos értékét a Brinell-keménység eredményének ezen a ponton, és figyeljük meg a keménység változási mintáját.
A profil mechanikai tulajdonságait teszteltük, és a 60 mm-es húzó párhuzamos szakaszt a 400 mm-es minta különböző helyzeteiben szabályoztuk, hogy megfigyeljük a szakítótulajdonságokat és a törés helyét.
A minta vízhűtéses kioltásának és a 90 másodperces késleltetés utáni kioltásnak a hőmérsékleti mezőjét ANSYS szoftverrel szimuláltam, és elemeztük a profilok hűtési sebességét különböző pozíciókban.
2. Kísérleti eredmények és elemzés
2.1 Keménységvizsgálati eredmények
A 2. ábra egy 400 mm hosszú minta keménységváltozási görbéjét mutatja Brinell keménységmérővel mérve (az abszcissza egységnyi hossza 10 mm-t jelent, a 0 skála pedig a normál és a késleltetett oltás közötti választóvonalat). Megállapítható, hogy a vízhűtéses vég keménysége 95 HB körül stabil. A vízhűtéses kioltás és a 90-es évek késleltetett vízhűtéses kioltása közötti választóvonal után a keménység csökkenni kezd, de a csökkenés mértéke a korai szakaszban lassú. 40 mm (89 HB) után a keménység meredeken csökken, és 80 mm-nél a legalacsonyabb értékre (77 HB) esik le. 80 mm után a keménység nem csökkent tovább, hanem egy bizonyos mértékig nőtt. A növekedés viszonylag csekély volt. 130 mm után a keménység változatlan maradt 83 HB körül. Feltételezhető, hogy a hővezetés hatására megváltozott a késleltetett kioltó rész hűtési sebessége.
2.2 Teljesítményvizsgálati eredmények és elemzés
A 2. táblázat a párhuzamos szakasz különböző helyeiről vett mintákon végzett szakítókísérletek eredményeit mutatja be. Megállapítható, hogy az 1. és 2. számú szakítószilárdsága és folyáshatára szinte nem változik. A késleltetett kioltóvégek arányának növekedésével az ötvözet szakítószilárdsága és folyáshatára jelentős csökkenő tendenciát mutat. A szakítószilárdság azonban minden mintavételi helyen meghaladja a szabványos szilárdságot. Csak a legalacsonyabb keménységű területen alacsonyabb a folyáshatár a minta szabványánál, a minta teljesítménye minősíthetetlen.
A 4. ábra a 3. számú minta szakító tulajdonságait mutatja. A 4. ábrán látható, hogy minél távolabb van az elválasztó vonaltól, annál kisebb a késleltetett kioltóvég keménysége. A keménység csökkenése azt jelzi, hogy a minta teljesítménye csökken, de a keménység lassan csökken, csak a párhuzamos szakasz végén csökken 95HB-ról körülbelül 91HB-ra. Amint az az 1. táblázat teljesítményeredményeiből látható, a szakítószilárdság 342 MPa-ról 320 MPa-ra csökkent vízhűtés esetén. Ugyanakkor megállapították, hogy a húzóminta töréspontja is a párhuzamos szakasz legalacsonyabb keménységű végén van. Ennek az az oka, hogy messze van a vízhűtéstől, az ötvözet teljesítménye csökken, és a vége éri el először a szakítószilárdság határát, hogy egy nyakkivágást képezzen. Végül törje meg a legalacsonyabb teljesítményponttól, és a törés helyzete összhangban van a teljesítményteszt eredményeivel.
Az 5. ábra a 4. számú minta párhuzamos metszetének keménységi görbéjét és a törési helyzetet mutatja. Megállapítható, hogy minél távolabb van a vízhűtés elválasztó vonalától, annál kisebb a késleltetett oltóvég keménysége. Ugyanakkor a törés helye is a legalacsonyabb keménységű, 86HB törések végén van. A 2. táblázatból kiderül, hogy a vízhűtéses végén szinte nincs képlékeny alakváltozás. Az 1. táblázatból kiderül, hogy a minta teljesítménye (szakítószilárdság 298MPa, hozam 266MPa) jelentősen csökken. A szakítószilárdsága mindössze 298MPa, ami nem éri el a vízhűtéses vég folyáshatárát (315MPa). A vége 315 MPa-nál alacsonyabb nyomás esetén nyakkivágást képez. A törés előtt a vízhűtéses területen csak rugalmas alakváltozás következett be. Ahogy a stressz megszűnt, a vízhűtéses végén lévő feszültség eltűnt. Ennek eredményeként a 2. táblázatban szereplő vízhűtő zónában a deformáció mértéke szinte nem változik. A minta a késleltetett sebességű tűz végén eltörik, a deformált terület csökken, a végkeménység pedig a legalacsonyabb, ami a teljesítményeredmények jelentős csökkenését eredményezi.
Vegyen mintát a 400 mm-es minta végén található 100%-ban késleltetett kioltási területről. A 6. ábra a keménységi görbét mutatja. A párhuzamos szakasz keménysége körülbelül 83-84 HB-ra csökken, és viszonylag stabil. Ugyanazon folyamat miatt a teljesítmény nagyjából azonos. A töréshelyzetben nem található nyilvánvaló mintázat. Az ötvözet teljesítménye alacsonyabb, mint a vízzel oltott mintáé.
A teljesítmény és a törés szabályosságának további feltárása érdekében a húzó próbatest párhuzamos szakaszát a legalacsonyabb keménységi pont (77HB) közelében választottuk ki. Az 1. táblázatból kiderült, hogy a teljesítmény jelentősen csökkent, és a töréspont a 2. ábrán a legalacsonyabb keménységi ponton jelent meg.
2.3 ANSYS elemzési eredmények
A 7. ábra a hűtési görbék ANSYS szimulációjának eredményeit mutatja különböző pozíciókban. Látható, hogy a vízhűtéses területen a minta hőmérséklete gyorsan csökkent. 5 másodperc elteltével a hőmérséklet 100 °C alá esett, és az elválasztó vonaltól 80 mm-re a hőmérséklet 90 másodpercnél körülbelül 210 °C-ra esett. Az átlagos hőmérséklet-esés 3,5°C/s. 90 másodperc elteltével a terminál levegőhűtési területén a hőmérséklet körülbelül 360 °C-ra esik le, az átlagos esési sebesség 1,9 °C/s.
A teljesítményelemzés és a szimulációs eredmények alapján azt találták, hogy a vízhűtéses terület és a késleltetett kioltási terület teljesítménye olyan változási minta, amely először csökken, majd kissé növekszik. A vízhűtés hatására az elválasztó vonal közelében a hővezetés miatt a minta egy bizonyos területen kisebb hűtési sebességgel esik le, mint a vízhűtésé (3,5 °C/s). Ennek hatására a mátrixba szilárdult Mg2Si nagy mennyiségben csapódott ki ezen a területen, és a hőmérséklet 90 másodperc után körülbelül 210°C-ra csökkent. A nagy mennyiségű kivált Mg2Si a vízhűtés kisebb hatásához vezetett 90 másodperc után. Az öregítési kezelés után kicsapódott Mg2Si erősítő fázis mennyisége nagymértékben csökkent, és a minta teljesítménye ezt követően csökkent. A választóvonaltól távol eső késleltetett kioltási zónát azonban kevésbé befolyásolja a vízhűtéses hővezetés, és az ötvözet viszonylag lassan hűl léghűtési körülmények között (hűtési sebesség 1,9°C/s). A Mg2Si fázisnak csak kis része válik ki lassan, a hőmérséklet 90 másodperc után 360 C. Vízhűtés után a Mg2Si fázis nagy része még a mátrixban van, és az öregedés után szétoszlik, kicsapódik, ami erősítő szerepet játszik.
3. Következtetés
Kísérletek során kiderült, hogy a késleltetett kioltás hatására a késleltetett oltás zóna keménysége a normál és a késleltetett kioltás metszéspontjában először csökken, majd kissé nő, míg végül stabilizálódik.
A 6061 alumíniumötvözet esetében a szakítószilárdság normál és 90 másodpercig tartó késleltetett oltás után rendre 342 MPa és 288 MPa, a folyáshatár pedig 315 MPa és 252 MPa, amelyek mindegyike megfelel a minta teljesítményére vonatkozó szabványoknak.
Van egy olyan terület, ahol a legalacsonyabb a keménység, amely normál kioltás után 95HB-ről 77HB-ra csökken. A teljesítmény is itt a legalacsonyabb, szakítószilárdsága 271 MPa, folyáshatára 220 MPa.
Az ANSYS elemzése során kiderült, hogy a hűtési sebesség a legalacsonyabb teljesítményponton a 90-es évek késleltetett kioltási zónájában körülbelül 3,5 °C-kal csökkent másodpercenként, ami az erősítő fázis Mg2Si fázisának nem megfelelő szilárd oldatát eredményezte. Ebből a cikkből látható, hogy a teljesítmény veszélypontja a normál és a késleltetett kioltás találkozásánál a késleltetett oltás területén jelenik meg, és nincs messze a csomóponttól, aminek fontos irányadó jelentősége van az extrudáló farok ésszerű megtartása szempontjából. folyamatvégi hulladék.
Szerkesztette: May Jiang a MAT Aluminiumtól
Feladás időpontja: 2024. augusztus 28
