Aluminijevo zlitino 6061T6 z veliko debelino stene je treba po vročem iztiskanju kaliti. Zaradi omejitve diskontinuiranega iztiskanja bo del profila vstopil v cono vodnega hlajenja z zamikom. Ko se nadaljuje z ekstrudiranjem naslednjega kratkega ingota, bo ta del profila podvržen zakasnjenemu kaljenju. Kako ravnati z območjem zakasnjenega kaljenja je vprašanje, ki ga mora upoštevati vsako proizvodno podjetje. Ko je odpadkov na koncu postopka iztiskanja malo, so odvzeti vzorci učinkovitosti včasih kvalificirani in včasih nekvalificirani. Pri ponovnem vzorčenju s strani se zmogljivost ponovno kvalificira. Ta članek podaja ustrezno razlago s poskusi.
1. Testni materiali in metode
Material, uporabljen v tem poskusu, je aluminijeva zlitina 6061. Njegova kemična sestava, izmerjena s spektralno analizo, je naslednja: Skladen je z mednarodnim standardom za sestavo aluminijeve zlitine GB/T 3190-1996 6061.
V tem poskusu je bil del ekstrudiranega profila vzet za obdelavo s trdno raztopino. Profil dolžine 400 mm je bil razdeljen na dve področji. Območje 1 je bilo neposredno vodno hlajeno in kaljeno. Področje 2 je bilo ohlajeno na zraku 90 sekund in nato ohlajeno z vodo. Testni diagram je prikazan na sliki 1.
Profil iz aluminijeve zlitine 6061, uporabljen v tem poskusu, je bil ekstrudiran z ekstruderjem 4000UST. Temperatura kalupa je 500 °C, temperatura livne palice je 510 °C, izhodna temperatura iztiskanja je 525 °C, hitrost iztiskanja je 2,1 mm/s, med postopkom iztiskanja se uporablja visoko intenzivno vodno hlajenje in 400 mm preskusni kos dolžine se vzame iz sredine ekstrudiranega končnega profila. Širina vzorca je 150 mm, višina pa 10,00 mm.
Odvzete vzorce smo razdelili in nato ponovno obdelali z raztopino. Temperatura raztopine je bila 530 °C in čas raztopine je bil 4 ure. Ko smo jih vzeli ven, smo vzorce dali v velik rezervoar za vodo z globino vode 100 mm. Večji rezervoar za vodo lahko zagotovi, da se temperatura vode v rezervoarju za vodo malo spremeni, potem ko je vzorec v coni 1 vodno hlajen, kar preprečuje, da bi zvišanje temperature vode vplivalo na intenzivnost vodnega hlajenja. Med postopkom hlajenja vode poskrbite, da bo temperatura vode v območju 20-25 °C. Kašene vzorce smo starali pri 165°C*8h.
Vzemite del vzorca dolžine 400 mm, širine 30 mm in debeline 10 mm in izvedite test trdote po Brinellu. Naredite 5 meritev na vsakih 10 mm. Na tej točki vzemite povprečno vrednost 5 trdot po Brinellu kot rezultat trdote po Brinellu in opazujte vzorec spreminjanja trdote.
Preizkušene so bile mehanske lastnosti profila in nadzorovan natezni vzporedni odsek 60 mm na različnih položajih 400 mm vzorca, da bi opazovali natezne lastnosti in lokacijo zloma.
Temperaturno polje vodno hlajenega kaljenja vzorca in kaljenje po zakasnitvi 90 s je bilo simulirano s programsko opremo ANSYS in analizirane so bile hitrosti ohlajanja profilov na različnih položajih.
2. Eksperimentalni rezultati in analiza
2.1 Rezultati preskusa trdote
Slika 2 prikazuje krivuljo spremembe trdote vzorca dolžine 400 mm, izmerjeno z merilnikom trdote po Brinellu (enota dolžine abscise predstavlja 10 mm, lestvica 0 pa je ločnica med običajnim kaljenjem in zakasnjenim kaljenjem). Ugotovimo lahko, da je trdota na vodno hlajenem koncu stabilna pri približno 95HB. Po ločnici med kaljenjem z vodnim hlajenjem in zakasnjenim kaljenjem z vodnim hlajenjem v 90-ih začne trdota upadati, vendar je stopnja upadanja v zgodnji fazi počasna. Po 40mm (89HB) trdota močno pade in pade na najnižjo vrednost (77HB) pri 80mm. Po 80 mm se trdota ni še naprej zmanjševala, ampak se je do določene mere povečala. Povečanje je bilo relativno majhno. Po 130 mm je trdota ostala nespremenjena pri približno 83HB. Špekuliramo lahko, da se je zaradi učinka toplotne prevodnosti spremenila hitrost hlajenja dela z zakasnjenim kaljenjem.
2.2 Rezultati preskusa delovanja in analiza
Tabela 2 prikazuje rezultate nateznih poskusov na vzorcih, vzetih iz različnih položajev vzporednega odseka. Ugotovimo lahko, da se natezna trdnost in meja tečenja št. 1 in št. 2 skoraj ne spremenita. Ko se delež zakasnjenih koncev kaljenja poveča, natezna trdnost in meja tečenja zlitine kažeta pomemben trend padanja. Vendar pa je natezna trdnost na vsakem mestu vzorčenja nad standardno trdnostjo. Samo na območju z najnižjo trdoto je meja tečenja nižja od standarda vzorca, zmogljivost vzorca je nekvalificirana.
Slika 4 prikazuje rezultate nateznih lastnosti vzorca št. 3. Iz slike 4 je razvidno, da dlje kot je stran od ločnice, nižja je trdota konca zakasnjenega kaljenja. Zmanjšanje trdote kaže, da je zmogljivost vzorca zmanjšana, vendar se trdota počasi zmanjšuje, le na koncu vzporednega odseka se zmanjša z 95HB na približno 91HB. Kot je razvidno iz rezultatov delovanja v tabeli 1, se je natezna trdnost zmanjšala s 342MPa na 320MPa za vodno hlajenje. Hkrati je bilo ugotovljeno, da je lomna točka nateznega vzorca tudi na koncu vzporednega odseka z najmanjšo trdoto. To je zato, ker je daleč stran od vodnega hlajenja, učinkovitost zlitine je zmanjšana in konec najprej doseže mejo natezne trdnosti, da se oblikuje vrat navzdol. Končno prekinite z najnižje točke zmogljivosti in položaj preloma je skladen z rezultati preskusa učinkovitosti.
Slika 5 prikazuje krivuljo trdote vzporednega odseka vzorca št. 4 in lego loma. Ugotovimo lahko, da dlje kot je stran od vodno-hlailne ločnice, manjša je trdota konca zakasnjenega kaljenja. Hkrati je mesto preloma tudi na koncu, kjer je trdota najmanjša, prelomi 86HB. Iz tabele 2 je razvidno, da na vodno hlajenem koncu skoraj ni plastične deformacije. Iz tabele 1 je razvidno, da je zmogljivost vzorca (natezna trdnost 298 MPa, izkoristek 266 MPa) znatno zmanjšana. Natezna trdnost je le 298MPa, kar ne dosega meje tečenja vodno hlajenega konca (315MPa). Ko je nižji od 315 MPa, se je na koncu oblikoval ovratnik. Pred zlomom je v vodno hlajenem območju prišlo le do elastične deformacije. Ko je napetost izginila, je izginila napetost na vodno hlajenem koncu. Posledično se količina deformacije v območju vodnega hlajenja v tabeli 2 skoraj ne spremeni. Vzorec se zlomi na koncu zakasnjenega ognja, deformirano območje se zmanjša, končna trdota pa je najnižja, kar povzroči znatno zmanjšanje rezultatov delovanja.
Vzemite vzorce iz območja 100 % zakasnjenega kaljenja na koncu 400 mm vzorca. Slika 6 prikazuje krivuljo trdote. Trdota vzporednega odseka je zmanjšana na približno 83-84HB in je relativno stabilna. Zaradi enakega postopka je zmogljivost približno enaka. V položaju zloma ni očitnega vzorca. Učinkovitost zlitine je nižja kot pri vzorcu, kaljenem z vodo.
Za nadaljnje raziskovanje pravilnosti delovanja in loma je bil izbran vzporedni odsek nateznega vzorca blizu najnižje točke trdote (77HB). Iz tabele 1 je bilo ugotovljeno, da se je zmogljivost znatno zmanjšala, točka zloma pa se je pojavila na najnižji točki trdote na sliki 2.
2.3 Rezultati analize ANSYS
Slika 7 prikazuje rezultate ANSYS simulacije krivulj hlajenja na različnih položajih. Vidimo, da je temperatura vzorca v območju vodnega hlajenja hitro padla. Po 5 s je temperatura padla pod 100 °C in pri 80 mm od ločnice je temperatura padla na približno 210 °C pri 90 s. Povprečni padec temperature je 3,5°C/s. Po 90 sekundah v območju končnega zračnega hlajenja temperatura pade na približno 360 °C s povprečno hitrostjo padca 1,9 °C/s.
Z analizo zmogljivosti in rezultati simulacije je bilo ugotovljeno, da je zmogljivost območja vodnega hlajenja in območja z zakasnjenim kaljenjem vzorec spremembe, ki se najprej zmanjša in nato nekoliko poveča. Zaradi vodnega hlajenja v bližini ločilne črte toplotna prevodnost povzroči, da vzorec na določenem območju pade s hitrostjo hlajenja, nižjo od hitrosti vodnega hlajenja (3,5 °C/s). Posledično se je Mg2Si, ki se je strdil v matrico, na tem območju izločil v velikih količinah in temperatura je po 90 sekundah padla na približno 210 °C. Velika količina oborjenega Mg2Si je povzročila manjši učinek vodnega hlajenja po 90 s. Količina ojačitvene faze Mg2Si, ki se izloči po zdravljenju s staranjem, se je močno zmanjšala, učinkovitost vzorca pa se je posledično zmanjšala. Vendar pa na območje zakasnjenega kaljenja, ki je daleč od ločnice, manj vpliva toplotna prevodnost vodnega hlajenja in zlitina se relativno počasi ohlaja v pogojih zračnega hlajenja (hitrost hlajenja 1,9 °C/s). Le majhen del faze Mg2Si se počasi obori, temperatura pa je po 90 s 360C. Po vodnem hlajenju je večina faze Mg2Si še vedno v matriksu, po staranju pa se razprši in izloči, kar ima ojačitveno vlogo.
3. Zaključek
S poskusi je bilo ugotovljeno, da bo zakasnjeno kaljenje povzročilo, da se bo trdota območja zakasnjenega kaljenja na presečišču normalnega in zakasnjenega kaljenja najprej zmanjšala in nato nekoliko povečala, dokler se končno ne stabilizira.
Za aluminijevo zlitino 6061 je natezna trdnost po normalnem kaljenju in zakasnjenem kaljenju za 90 s 342MPa oziroma 288MPa, meja tečenja pa 315MPa in 252MPa, pri čemer obe ustrezata standardom za zmogljivost vzorca.
Obstaja območje z najnižjo trdoto, ki se po normalnem kaljenju zmanjša s 95HB na 77HB. Tudi tu je zmogljivost najnižja, z natezno trdnostjo 271MPa in mejo tečenja 220MPa.
Z analizo ANSYS je bilo ugotovljeno, da se je hitrost hlajenja na najnižji točki učinkovitosti v coni zakasnjenega kaljenja v 90-ih letih zmanjšala za približno 3,5 °C na sekundo, kar je povzročilo nezadostno trdno raztopino faze krepitve faze Mg2Si. Glede na ta članek je razvidno, da se nevarna točka delovanja pojavi v območju zakasnjenega kaljenja na stičišču običajnega kaljenja in zakasnjenega kaljenja in ni daleč od stičišča, ki ima pomemben vodilni pomen za razumno zadrževanje repa iztiskanja. končni procesni odpadek.
Uredil May Jiang iz MAT Aluminium
Čas objave: 28. avgust 2024
