Алуминиевата сплав 6061T6 с голяма дебелина на стената трябва да бъде охладена след горещо екструдиране. Поради ограничението на прекъснатото екструдиране, част от профила ще влезе в зоната на водно охлаждане със закъснение. Когато следващият къс слитък продължи да се екструдира, тази част от профила ще претърпи забавено закаляване. Как да се справим със зоната на забавено закаляване е въпрос, който всяка производствена компания трябва да обмисли. Когато отпадъците от края на процеса на екструзия са къси, взетите проби за ефективност понякога са квалифицирани, а понякога неквалифицирани. При повторно семплиране отстрани, производителността се квалифицира отново. Тази статия дава съответното обяснение чрез експерименти.
1. Материали и методи за изпитване
Материалът, използван в този експеримент, е алуминиева сплав 6061. Неговият химичен състав, измерен чрез спектрален анализ, е както следва: Съответства на GB/T 3190-1996 международен стандарт 6061 за състава на алуминиева сплав.
В този експеримент част от екструдирания профил беше взета за обработка с твърд разтвор. Профилът с дължина 400 мм беше разделен на две зони. Зона 1 беше директно охладена с вода и охладена. Зона 2 се охлажда във въздуха за 90 секунди и след това се охлажда с вода. Тестовата диаграма е показана на фигура 1.
Профилът от алуминиева сплав 6061, използван в този експеримент, беше екструдиран от екструдер 4000UST. Температурата на формата е 500°C, температурата на леярския прът е 510°C, температурата на изхода на екструзията е 525°C, скоростта на екструзия е 2,1 mm/s, по време на процеса на екструзия се използва високоинтензивно водно охлаждане и 400 mm пробата за дължина се взема от средата на екструдирания готов профил. Ширината на пробата е 150 мм, а височината е 10,00 мм.
Взетите проби бяха разделени и след това отново подложени на обработка с разтвор. Температурата на разтвора е 530°C и времето за разтваряне е 4 часа. След изваждането им, пробите се поставят в голям воден резервоар с дълбочина на водата 100 mm. По-големият резервоар за вода може да гарантира, че температурата на водата в резервоара за вода се променя малко, след като пробата в зона 1 се охлади с вода, предотвратявайки повишаването на температурата на водата да повлияе на интензивността на охлаждане на водата. По време на процеса на охлаждане на водата се уверете, че температурата на водата е в рамките на 20-25°C. Закалените проби бяха остарели при 165°C*8h.
Вземете част от пробата с дължина 400 mm, ширина 30 mm и дебелина 10 mm и извършете тест за твърдост по Бринел. Направете 5 измервания на всеки 10 mm. Вземете средната стойност на 5-те твърдости по Бринел като резултат за твърдостта по Бринел в този момент и наблюдавайте модела на промяна на твърдостта.
Механичните свойства на профила бяха тествани и паралелният участък на опън 60 mm беше контролиран в различни позиции на 400 mm проба, за да се наблюдават свойствата на опън и местоположението на счупването.
Температурното поле на закаляването с водно охлаждане на пробата и закаляването след забавяне от 90 s беше симулирано чрез софтуера ANSYS и бяха анализирани скоростите на охлаждане на профилите в различни позиции.
2. Експериментални резултати и анализ
2.1 Резултати от теста за твърдост
Фигура 2 показва кривата на промяна на твърдостта на проба с дължина 400 mm, измерена с уред за измерване на твърдост по Бринел (единичната дължина на абсцисата представлява 10 mm, а скалата 0 е разделителната линия между нормално охлаждане и забавено охлаждане). Може да се установи, че твърдостта на края с водно охлаждане е стабилна около 95HB. След разделителната линия между охлаждане с водно охлаждане и забавено охлаждане с водно охлаждане от 90-те години, твърдостта започва да намалява, но скоростта на спада е бавна в ранния етап. След 40mm (89HB) твърдостта рязко спада и пада до най-ниската стойност (77HB) при 80mm. След 80 mm твърдостта не продължи да намалява, а се увеличи до известна степен. Увеличението беше относително малко. След 130 мм твърдостта остава непроменена около 83HB. Може да се спекулира, че поради ефекта на топлопроводимостта, скоростта на охлаждане на частта със забавено охлаждане се е променила.
2.2 Резултати от тестове за ефективност и анализ
Таблица 2 показва резултатите от експериментите за опън, проведени върху проби, взети от различни позиции на паралелния участък. Може да се установи, че якостта на опън и границата на провлачване на № 1 и № 2 почти не се променят. Тъй като делът на забавените краища на охлаждане се увеличава, якостта на опън и границата на провлачване на сплавта показват значителна низходяща тенденция. Въпреки това, якостта на опън на всяко място за вземане на проби е над стандартната якост. Само в областта с най-ниска твърдост, границата на провлачване е по-ниска от стандарта на пробата, представянето на пробата е неквалифицирано.
Фигура 4 показва резултатите от свойствата на опън на проба № 3. От Фигура 4 може да се установи, че колкото по-далеч от разделителната линия, толкова по-ниска е твърдостта на края със забавено охлаждане. Намаляването на твърдостта показва, че производителността на образеца е намалена, но твърдостта намалява бавно, като намалява само от 95HB до около 91HB в края на паралелния участък. Както може да се види от резултатите от производителността в таблица 1, якостта на опън намаля от 342MPa на 320MPa за водно охлаждане. В същото време беше установено, че точката на счупване на пробата за опън също е в края на паралелния участък с най-ниска твърдост. Това е така, защото е далеч от водното охлаждане, производителността на сплавта е намалена и краят първо достига границата на якост на опън, за да образува гърло надолу. И накрая, счупете от най-ниската точка на производителност и позицията на счупване е в съответствие с резултатите от теста за производителност.
Фигура 5 показва кривата на твърдостта на успоредното сечение на проба № 4 и позицията на счупване. Може да се установи, че колкото по-далеч от разделителната линия за водно охлаждане, толкова по-ниска е твърдостта на края на забавеното охлаждане. В същото време мястото на счупване също е в края, където твърдостта е най-ниска, фрактури 86HB. От таблица 2 се установява, че няма почти никаква пластична деформация в края с водно охлаждане. От таблица 1 е установено, че характеристиките на пробата (якост на опън 298MPa, провлачване 266MPa) са значително намалени. Якостта на опън е само 298MPa, което не достига границата на провлачване на водно охлаждания край (315MPa). Краят е образувал прегъване надолу, когато е по-ниско от 315MPa. Преди счупването е възникнала само еластична деформация в зоната с водно охлаждане. Когато напрежението изчезна, напрежението в края с водно охлаждане изчезна. В резултат на това степента на деформация в зоната за водно охлаждане в таблица 2 почти не се променя. Образецът се счупва в края на стрелбата със забавена скорост, деформираната площ е намалена и крайната твърдост е най-ниска, което води до значително намаляване на резултатите от производителността.
Вземете проби от зоната със 100% забавено закаляване в края на 400 mm образеца. Фигура 6 показва кривата на твърдостта. Твърдостта на паралелния участък е намалена до около 83-84HB и е относително стабилна. Поради същия процес, производителността е приблизително същата. Не се открива очевиден модел в позицията на фрактурата. Ефективността на сплавта е по-ниска от тази на закалената с вода проба.
За да се изследва по-нататък редовността на характеристиките и счупването, паралелният участък на образеца за опън беше избран близо до най-ниската точка на твърдост (77HB). От таблица 1 беше установено, че производителността е значително намалена и точката на счупване се появява в най-ниската точка на твърдост на фигура 2.
2.3 Резултати от анализа на ANSYS
Фигура 7 показва резултатите от симулацията на ANSYS на кривите на охлаждане в различни позиции. Може да се види, че температурата на пробата в зоната за водно охлаждане спадна бързо. След 5 секунди температурата падна до под 100°C, а на 80 mm от разделителната линия температурата падна до около 210°C на 90 секунди. Средният спад на температурата е 3,5°C/s. След 90 секунди в зоната за въздушно охлаждане на терминала температурата пада до около 360°C, със средна скорост на спад от 1,9°C/s.
Чрез анализ на производителността и резултати от симулация е установено, че производителността на зоната за водно охлаждане и зоната със забавено охлаждане е модел на промяна, който първо намалява и след това леко се увеличава. Повлиян от водното охлаждане близо до разделителната линия, топлопроводимостта кара пробата в определена област да падне при скорост на охлаждане, по-малка от тази на водното охлаждане (3,5°C/s). В резултат на това Mg2Si, който се втвърдява в матрицата, се утаява в големи количества в тази област и температурата спада до около 210°C след 90 секунди. Голямото количество утаен Mg2Si доведе до по-малък ефект на водно охлаждане след 90 s. Количеството Mg2Si усилваща фаза, утаена след третиране със стареене, беше значително намалено и производителността на пробата впоследствие беше намалена. Въпреки това, зоната на забавено охлаждане далеч от разделителната линия е по-малко засегната от топлопроводимостта на водното охлаждане и сплавта се охлажда сравнително бавно при условия на въздушно охлаждане (скорост на охлаждане 1,9°C/s). Само малка част от фазата Mg2Si бавно се утаява и температурата е 360C след 90s. След водно охлаждане по-голямата част от фазата на Mg2Si все още е в матрицата и се разпръсква и се утаява след стареене, което играе укрепваща роля.
3. Заключение
Чрез експерименти беше установено, че забавеното охлаждане ще доведе до твърдостта на зоната за забавено охлаждане в пресечната точка на нормалното охлаждане и забавеното охлаждане първо да намалее и след това леко да се увеличи, докато накрая се стабилизира.
За алуминиева сплав 6061 якостта на опън след нормално закаляване и забавено закаляване за 90 s е съответно 342MPa и 288MPa, а границите на провлачване са 315MPa и 252MPa, като и двете отговарят на стандартите за производителност на пробата.
Има област с най-ниска твърдост, която се намалява от 95HB на 77HB след нормално закаляване. Производителността тук също е най-ниската, с якост на опън от 271MPa и граница на провлачване от 220MPa.
Чрез анализ на ANSYS беше установено, че скоростта на охлаждане в най-ниската точка на производителност в зоната на забавено закаляване през 90-те години е намаляла с приблизително 3,5°C за секунда, което води до недостатъчен твърд разтвор на фазата на укрепване на Mg2Si. Съгласно тази статия може да се види, че опасната точка за производителност се появява в зоната на забавено охлаждане на кръстопътя на нормално охлаждане и забавено охлаждане и не е далеч от кръстовището, което има важно насочващо значение за разумното задържане на екструзионната опашка крайни отпадъци от процеса.
Редактирано от May Jiang от MAT Aluminium
Време на публикуване: 28 август 2024 г
