Aluminijska legura 6061T6 velike debljine stijenke mora se kaliti nakon vruće ekstruzije. Zbog ograničenja diskontinuirane ekstruzije, dio profila ući će u zonu hlađenja vodom sa zakašnjenjem. Kada se sljedeći kratki ingot nastavi ekstrudirati, ovaj dio profila će proći kroz odgođeno kaljenje. Kako se nositi s područjem odgođenog kaljenja problem je koji svaka proizvodna tvrtka mora uzeti u obzir. Kada je otpad na kraju procesa ekstruzije kratak, uzeti uzorci performansi ponekad su kvalificirani, a ponekad nekvalificirani. Prilikom ponovnog uzorkovanja sa strane, performanse se ponovno kvalificiraju. Ovaj članak daje odgovarajuće objašnjenje kroz eksperimente.
1. Materijali i metode ispitivanja
Materijal korišten u ovom eksperimentu je aluminijska legura 6061. Njezin kemijski sastav, izmjeren spektralnom analizom, je sljedeći: U skladu je s međunarodnim standardom GB/T 3190-1996 za sastav aluminijske legure 6061.
U ovom eksperimentu, dio ekstrudiranog profila uzet je za obradu krutom otopinom. Profil duljine 400 mm podijeljen je na dva područja. Područje 1 izravno je hlađeno vodom i kaljeno. Područje 2 hlađeno je na zraku 90 sekundi, a zatim hlađeno vodom. Dijagram ispitivanja prikazan je na slici 1.
Profil od aluminijske legure 6061 korišten u ovom eksperimentu ekstrudiran je ekstruderom 4000UST. Temperatura kalupa je 500 °C, temperatura lijevne šipke je 510 °C, temperatura izlaza ekstruzije je 525 °C, brzina ekstruzije je 2,1 mm/s, tijekom procesa ekstruzije koristi se visokointenzivno vodeno hlađenje, a ispitni komad duljine 400 mm uzet je iz sredine ekstrudiranog gotovog profila. Širina uzorka je 150 mm, a visina 10,00 mm.
Uzeti uzorci su razdvojeni i zatim ponovno podvrgnuti obradi otopinom. Temperatura otopine bila je 530 °C, a vrijeme otapanja 4 sata. Nakon vađenja, uzorci su stavljeni u veliki spremnik za vodu s dubinom vode od 100 mm. Veći spremnik za vodu može osigurati da se temperatura vode u spremniku malo promijeni nakon što se uzorak u zoni 1 ohladi vodom, sprječavajući da porast temperature vode utječe na intenzitet hlađenja vodom. Tijekom procesa hlađenja vodom, osigurajte da je temperatura vode u rasponu od 20-25 °C. Kaljeni uzorci su odležavani na 165 °C * 8 sati.
Uzmite dio uzorka duljine 400 mm, širine 30 mm i debljine 10 mm te provedite ispitivanje tvrdoće po Brinellu. Napravite 5 mjerenja svakih 10 mm. Uzmite prosječnu vrijednost 5 tvrdoća po Brinellu kao rezultat tvrdoće po Brinellu u ovom trenutku i promatrajte obrazac promjene tvrdoće.
Ispitana su mehanička svojstva profila, a vlačni paralelni presjek od 60 mm kontroliran je na različitim položajima uzorka od 400 mm kako bi se promatrala vlačna svojstva i mjesto 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 položajima.
2. Eksperimentalni rezultati i analiza
2.1 Rezultati ispitivanja tvrdoće
Slika 2 prikazuje krivulju promjene tvrdoće uzorka duljine 400 mm izmjerenog Brinell uređajem za mjerenje tvrdoće (jedinica duljine apscise predstavlja 10 mm, a skala 0 je granica između normalnog kaljenja i odgođenog kaljenja). Može se utvrditi 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 stopa pada je 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 nagađati da se zbog učinka provođenja topline brzina hlađenja dijela s odgođenim kaljenjem promijenila.
2.2 Rezultati ispitivanja performansi i analiza
Tablica 2 prikazuje rezultate pokusa vlačne čvrstoće provedenih na uzorcima uzetim s različitih položaja paralelnog presjeka. Može se utvrditi da se vlačna čvrstoća i granica razvlačenja br. 1 i br. 2 gotovo ne mijenjaju. Kako se udio odgođenih kaljenja krajeva povećava, vlačna čvrstoća i granica razvlačenja legure pokazuju značajan trend smanjenja. Međutim, vlačna čvrstoća na svakom mjestu uzorkovanja je iznad standardne čvrstoće. Samo u području s najnižom tvrdoćom, granica razvlačenja je niža od standardne uzorka, performanse uzorka su nekvalificirane.
Slika 4 prikazuje rezultate vlačnih svojstava uzorka br. 3. Iz slike 4 može se vidjeti da što je dalje od linije razdjelnice, to je tvrdoća odgođenog kaljenja niža. Smanjenje tvrdoće ukazuje na to da su performanse uzorka smanjene, ali tvrdoća se sporo smanjuje, smanjujući se samo s 95HB na oko 91HB na kraju paralelnog dijela. Kao što se može vidjeti iz rezultata performansi u Tablici 1, vlačna čvrstoća smanjila se s 342MPa na 320MPa za hlađenje vodom. Istovremeno, utvrđeno je da se točka loma vlačnog uzorka također nalazi na kraju paralelnog dijela s najnižom tvrdoćom. To je zato što je daleko od hlađenja vodom, performanse legure se smanjuju, a kraj prvi doseže granicu vlačne čvrstoće kako bi se formiralo suženje. Konačno, lom od najniže točke performansi, a položaj loma je u skladu s 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 s odgođenim kaljenjem niža. Istovremeno, mjesto loma je također na kraju gdje je tvrdoća najniža, lomi 86HB. Iz Tablice 2 vidljivo je da na kraju hlađenom vodom gotovo da nema plastične deformacije. Iz Tablice 1 vidljivo je da su performanse uzorka (vlačna čvrstoća 298 MPa, granica razvlačenja 266 MPa) značajno smanjene. Vlačna čvrstoća iznosi samo 298 MPa, što ne doseže granicu razvlačenja kraja hlađenog vodom (315 MPa). Kraj je formirao suženje kada je niži od 315 MPa. Prije loma, u području hlađenom vodom događala se samo elastična deformacija. Kako je naprezanje nestajalo, nestajala je i deformacija na kraju hlađenom vodom. Kao rezultat toga, količina deformacije u zoni hlađenja vodom u Tablici 2 gotovo se nije promijenila. Uzorak se lomi na kraju paljbe s odgođenom brzinom, deformirano područje se smanjuje, a tvrdoća na kraju je najniža, što rezultira značajnim smanjenjem rezultata performansi.
Uzmite uzorke iz područja 100%-tnog 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 postupka, performanse su otprilike iste. Nije pronađen očiti uzorak u položaju loma. Performanse legure su niže od performansi uzorka kaljenog u vodi.
Kako bi se dodatno istražila pravilnost performansi i loma, paralelni presjek vlačnog uzorka odabran je blizu najniže točke tvrdoće (77HB). Iz Tablice 1 utvrđeno je da su performanse značajno smanjene, a točka loma pojavila se na najnižoj točki tvrdoće na Slici 2.
2.3 Rezultati ANSYS analize
Slika 7 prikazuje rezultate ANSYS simulacije krivulja hlađenja na različitim položajima. Može se vidjeti da je temperatura uzorka u području hlađenja vodom naglo pala. Nakon 5 sekundi, temperatura je pala ispod 100 °C, a na 80 mm od linije razdvajanja, temperatura je pala na oko 210 °C pri 90 s. Prosječni pad temperature je 3,5 °C/s. Nakon 90 sekundi u području završnog hlađenja zrakom, temperatura pada na oko 360 °C, s prosječnom brzinom pada od 1,9 °C/s.
Analizom performansi i rezultatima simulacije utvrđeno je da su performanse područja hlađenja vodom i područja odgođenog kaljenja obrazac promjene koji se prvo smanjuje, a zatim lagano povećava. Pod utjecajem hlađenja vodom u blizini linije razdjelnice, 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 skrutnuo u matricu, 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 učinka hlađenja vodom nakon 90 s. Količina faze ojačanja Mg2Si istaložene nakon tretmana starenjem znatno je smanjena, a performanse uzorka su potom smanjene. Međutim, zona odgođenog kaljenja daleko od linije razdjelnice manje je pogođena provođenjem topline hlađenja vodom, a legura se relativno sporo hladi u 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 dispergira i taloži, što igra ulogu učvršćivanja.
3. Zaključak
Eksperimentima je utvrđeno da će odgođeno kaljenje uzrokovati da se tvrdoća zone odgođenog kaljenja na presjeku normalnog i odgođenog kaljenja prvo smanji, a zatim lagano poveća dok se konačno ne stabilizira.
Za aluminijsku leguru 6061, vlačne čvrstoće nakon normalnog kaljenja i odgođenog kaljenja tijekom 90 s iznose 342 MPa odnosno 288 MPa, a granice razvlačenja su 315 MPa i 252 MPa, što zadovoljava standarde performansi uzorka.
Postoji područje s najnižom tvrdoćom, koja se nakon normalnog kaljenja smanjuje s 95HB na 77HB. Performanse su ovdje također najniže, s vlačnom čvrstoćom od 271MPa i granicom razvlačenja od 220MPa.
ANSYS analizom utvrđeno je da se brzina hlađenja na najnižoj točki performansi u zoni odgođenog kaljenja 90-ih smanjila za približno 3,5 °C po sekundi, što je rezultiralo nedovoljnom čvrstom otopinom faze ojačanja Mg2Si. Prema ovom članku, može se vidjeti da se opasna točka performansi pojavljuje u području odgođenog kaljenja na spoju normalnog kaljenja i odgođenog kaljenja, i nije daleko od spoja, što ima važno vodeće značenje za razumno zadržavanje otpada iz procesa ekstruzije.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminuma
Vrijeme objave: 28. kolovoza 2024.
