Hliníková slitina 6061T6 s velkou tloušťkou stěny musí být po extruzi za tepla zchlazena. Z důvodu omezení diskontinuální extruze bude část profilu vstupovat do zóny vodního chlazení se zpožděním. Když se pokračuje ve vytlačování dalšího krátkého ingotu, tato část profilu podstoupí zpožděné kalení. Jak se vypořádat s oblastí zpožděného zhášení je otázka, kterou musí zvážit každá produkční společnost. Když je procesní odpad na konci vytlačování krátký, odebrané výkonnostní vzorky jsou někdy kvalifikované a někdy nekvalifikované. Při převzorkování ze strany je výkon opět kvalifikovaný. Tento článek poskytuje odpovídající vysvětlení prostřednictvím experimentů.
1. Zkušební materiály a metody
Materiál použitý v tomto experimentu je slitina hliníku 6061. Jeho chemické složení měřené spektrální analýzou je následující: Vyhovuje mezinárodní normě složení slitin hliníku 6061 GB/T 3190-1996.
V tomto experimentu byla část vytlačeného profilu odebrána pro zpracování v tuhém roztoku. Profil o délce 400 mm byl rozdělen na dvě oblasti. Oblast 1 byla přímo chlazena vodou a zchlazena. Oblast 2 byla chlazena na vzduchu po dobu 90 sekund a poté chlazena vodou. Testovací diagram je na obrázku 1.
Profil hliníkové slitiny 6061 použitý v tomto experimentu byl vytlačován extrudérem 4000UST. Teplota formy je 500 °C, teplota licí tyče je 510 °C, výstupní teplota vytlačování je 525 °C, rychlost vytlačování je 2,1 mm/s, při procesu vytlačování se používá vysoce intenzivní vodní chlazení a 400 mm délkový zkušební kus se odebírá ze středu vytlačovaného hotového profilu. Šířka vzorku je 150 mm a výška 10,00 mm.
Odebrané vzorky byly rozděleny a poté znovu podrobeny zpracování v roztoku. Teplota roztoku byla 530 °C a doba roztoku byla 4 hodiny. Po vyjmutí byly vzorky umístěny do velké vodní nádrže s hloubkou vody 100 mm. Větší nádrž na vodu může zajistit, že se teplota vody ve vodní nádrži po ochlazení vzorku v zóně 1 změní jen málo, čímž se zabrání tomu, aby zvýšení teploty vody ovlivnilo intenzitu chlazení vody. Během procesu vodního chlazení zajistěte, aby teplota vody byla v rozmezí 20-25°C. Zchlazené vzorky se nechaly stárnout při 165 °C*8 hodin.
Vezměte část vzorku o délce 400 mm, šířce 30 mm a tloušťce 10 mm a proveďte zkoušku tvrdosti podle Brinella. Proveďte 5 měření každých 10 mm. Vezměte průměrnou hodnotu 5 tvrdostí podle Brinella jako výsledek tvrdosti podle Brinella v tomto bodě a sledujte průběh změny tvrdosti.
Byly testovány mechanické vlastnosti profilu a tahová paralelní sekce 60 mm byla řízena v různých polohách 400 mm vzorku, aby byly pozorovány tahové vlastnosti a místo lomu.
Teplotní pole vodou chlazeného kalení vzorku a kalení po prodlevě 90s bylo simulováno pomocí softwaru ANSYS a byly analyzovány rychlosti ochlazování profilů v různých polohách.
2. Experimentální výsledky a analýzy
2.1 Výsledky zkoušky tvrdosti
Obrázek 2 ukazuje křivku změny tvrdosti 400 mm dlouhého vzorku měřeného přístrojem na měření tvrdosti podle Brinella (jednotková délka úsečky představuje 10 mm a stupnice 0 je dělicí čára mezi normálním kalením a zpožděným kalením). Lze zjistit, že tvrdost na vodou chlazeném konci je stabilní kolem 95HB. Po předělu mezi kalením vodním chlazením a zpožděným kalením vodním chlazením v 90. letech začíná tvrdost klesat, ale rychlost poklesu je v rané fázi pomalá. Po 40 mm (89 HB) tvrdost prudce klesá a klesá na nejnižší hodnotu (77 HB) při 80 mm. Po 80 mm se tvrdost dále nesnižovala, ale do určité míry rostla. Nárůst byl relativně malý. Po 130 mm zůstala tvrdost nezměněna kolem 83 HB. Lze spekulovat, že vlivem vedení tepla se změnila rychlost ochlazování zpožděného kalícího dílu.
2.2 Výsledky a analýza výkonnostních testů
Tabulka 2 ukazuje výsledky tahových experimentů provedených na vzorcích odebraných z různých poloh paralelního řezu. Lze zjistit, že pevnost v tahu a mez kluzu č. 1 a č. 2 se téměř nemění. S rostoucím podílem zpožděných kalících konců vykazuje pevnost v tahu a mez kluzu slitiny významný klesající trend. Pevnost v tahu v každém místě odběru je však vyšší než standardní pevnost. Pouze v oblasti s nejnižší tvrdostí je mez kluzu nižší než standard vzorku, výkon vzorku je nekvalifikovaný.
Obrázek 4 ukazuje výsledky tahových vlastností vzorku č. 3. Z obrázku 4 lze zjistit, že čím dále od dělicí čáry, tím nižší je tvrdost konce zpožděného kalení. Pokles tvrdosti ukazuje, že výkonnost vzorku je snížena, ale tvrdost klesá pomalu, pouze klesá z 95HB na přibližně 91HB na konci paralelního úseku. Jak je vidět z výsledků v tabulce 1, pevnost v tahu poklesla z 342 MPa na 320 MPa pro vodní chlazení. Zároveň bylo zjištěno, že místo lomu tahového vzorku je také na konci paralelního řezu s nejnižší tvrdostí. Je to proto, že je daleko od vodního chlazení, výkon slitiny je snížen a konec nejprve dosáhne meze pevnosti v tahu, aby vytvořil zúžení. Nakonec udělejte přestávku z nejnižšího výkonnostního bodu a poloha přerušení je v souladu s výsledky testu výkonnosti.
Obrázek 5 ukazuje křivku tvrdosti paralelního řezu vzorku č. 4 a polohu lomu. Lze zjistit, že čím dále od dělicí čáry vodního chlazení, tím nižší je tvrdost konce zpožděného kalení. Zároveň je místo lomu také na konci, kde je tvrdost nejnižší, lomy 86HB. Z tabulky 2 je zjištěno, že na vodou chlazeném konci nedochází téměř k žádné plastické deformaci. Z tabulky 1 je zjištěno, že výkonnost vzorku (pevnost v tahu 298 MPa, kluznost 266 MPa) je významně snížena. Pevnost v tahu je pouze 298MPa, což nedosahuje meze kluzu vodou chlazeného konce (315MPa). Konec vytvořil zúžení, když je nižší než 315 MPa. Před lomem docházelo pouze k elastické deformaci ve vodou chlazené oblasti. Jak stres zmizel, napětí na vodou chlazeném konci zmizelo. V důsledku toho se velikost deformace v zóně chlazení vodou v tabulce 2 téměř nezměnila. Vzorek se zlomí na konci zpožděné rychlosti požáru, deformovaná oblast se zmenší a konečná tvrdost je nejnižší, což má za následek výrazné snížení výsledků výkonu.
Odeberte vzorky z oblasti 100% zpožděného kalení na konci 400 mm vzorku. Obrázek 6 ukazuje křivku tvrdosti. Tvrdost paralelního úseku je snížena na cca 83-84HB a je relativně stabilní. Díky stejnému procesu je výkon zhruba stejný. V poloze zlomeniny není nalezen žádný zřejmý vzor. Výkon slitiny je nižší než u vzorku kaleného vodou.
Aby bylo možné dále prozkoumat pravidelnost výkonu a lomu, byla vybrána paralelní část tahového vzorku poblíž nejnižšího bodu tvrdosti (77HB). Z tabulky 1 bylo zjištěno, že výkon byl výrazně snížen a místo lomu se objevilo v nejnižším bodě tvrdosti na obrázku 2.
2.3 Výsledky analýzy ANSYS
Obrázek 7 ukazuje výsledky ANSYS simulace ochlazovacích křivek v různých polohách. Je vidět, že teplota vzorku v oblasti chlazení vodou rychle klesla. Po 5s klesla teplota pod 100°C a ve vzdálenosti 80mm od dělící čáry teplota klesla na cca 210°C v 90s. Průměrný pokles teploty je 3,5°C/s. Po 90 sekundách v oblasti koncového chlazení vzduchu teplota klesne na přibližně 360 °C s průměrnou rychlostí poklesu 1,9 °C/s.
Prostřednictvím analýzy výkonu a výsledků simulace bylo zjištěno, že výkon oblasti chlazení vodou a oblasti zpožděného zhášení je vzorem změn, který nejprve klesá a poté se mírně zvyšuje. Vedení tepla, ovlivněné vodním chlazením v blízkosti dělicí čáry, způsobí, že vzorek v určité oblasti klesne rychlostí ochlazování nižší, než je rychlost chlazení vodou (3,5 °C/s). V důsledku toho se Mg2Si, který ztuhl do matrice, vysrážel ve velkém množství v této oblasti a teplota po 90 sekundách klesla na asi 210 °C. Velké množství vysráženého Mg2Si vedlo po 90 s k menšímu efektu chlazení vodou. Množství zpevňující fáze Mg2Si vysrážené po ošetření stárnutím bylo značně sníženo a následně byla snížena výkonnost vzorku. Zpožděná kalící zóna daleko od dělící čáry je však méně ovlivněna vedením tepla vodního chlazení a slitina se chladí relativně pomalu za podmínek chlazení vzduchem (rychlost chlazení 1,9 °C/s). Pouze malá část fáze Mg2Si se pomalu sráží a teplota je po 90s 360 °C. Po ochlazení vodou je většina fáze Mg2Si stále v matrici a po stárnutí se disperguje a vysráží, což hraje posilující roli.
3. Závěr
Prostřednictvím experimentů bylo zjištěno, že zpožděné kalení způsobí, že tvrdost zóny zpožděného kalení na průsečíku normálního kalení a zpožděného kalení se nejprve sníží a poté mírně zvýší, dokud se nakonec nestabilizuje.
Pro hliníkovou slitinu 6061 jsou pevnosti v tahu po normálním kalení a zpožděném kalení po dobu 90 s 342 MPa a 288 MPa a mez kluzu je 315 MPa a 252 MPa, přičemž obě tyto hodnoty splňují výkonnostní normy vzorku.
Existuje oblast s nejnižší tvrdostí, která se po normálním kalení sníží z 95HB na 77HB. Výkon je zde také nejnižší, s pevností v tahu 271 MPa a mezí kluzu 220 MPa.
Prostřednictvím analýzy ANSYS bylo zjištěno, že rychlost ochlazování v nejnižším výkonnostním bodě v 90s zpožděné zhášecí zóně se snížila přibližně o 3,5 °C za sekundu, což má za následek nedostatečné množství tuhého roztoku zpevňovací fáze Mg2Si fáze. Podle tohoto článku je vidět, že bod ohrožení výkonu se objevuje v oblasti zpožděného kalení na křižovatce normálního kalení a zpožděného kalení a není daleko od křižovatky, což má důležitý vodící význam pro rozumné zachování konce vytlačování konec procesního odpadu.
Editoval May Jiang z MAT Aluminium
Čas odeslání: 28. srpna 2024
