Stor veggtykkelse 6061T6 aluminiumslegering må bråkjøles etter varm ekstrudering. På grunn av begrensningen av diskontinuerlig ekstrudering vil en del av profilen gå inn i vannkjølingssonen med en forsinkelse. Når den neste korte blokken fortsatt ekstruderes, vil denne delen av profilen gjennomgå forsinket bråkjøling. Hvordan man skal håndtere det forsinkede bråkjølingsområdet er et problem som alle produksjonsbedrifter må vurdere. Når avfallet fra ekstruderingssluttprosessen er kort, er ytelsesprøvene som tas noen ganger kvalifiserte og noen ganger ukvalifiserte. Ved resampling fra siden kvalifiseres prestasjonen igjen. Denne artikkelen gir den tilsvarende forklaringen gjennom eksperimenter.
1. Test materialer og metoder
Materialet som ble brukt i dette eksperimentet er 6061 aluminiumslegering. Dens kjemiske sammensetning målt ved spektralanalyse er som følger: Den samsvarer med GB/T 3190-1996 internasjonal 6061 aluminiumslegeringssammensetningsstandard.
I dette forsøket ble en del av den ekstruderte profilen tatt for behandling av fast løsning. Den 400 mm lange profilen ble delt inn i to områder. Område 1 ble direkte vannkjølt og bråkjølt. Område 2 ble avkjølt i luften i 90 sekunder og deretter vannkjølt. Testdiagrammet er vist i figur 1.
6061 aluminiumslegeringsprofilen brukt i dette eksperimentet ble ekstrudert av en 4000UST ekstruder. Formtemperaturen er 500°C, støpestangtemperaturen er 510°C, ekstruderingsutløpstemperaturen er 525°C, ekstruderingshastigheten er 2,1 mm/s, høyintensitets vannkjøling brukes under ekstruderingsprosessen, og en 400 mm lengde prøvestykke tas fra midten av den ekstruderte ferdige profilen. Prøvebredden er 150 mm og høyden er 10,00 mm.
De tatt prøvene ble delt opp og deretter gjenstand for løsningsbehandling. Oppløsningstemperaturen var 530°C og oppløsningstiden var 4 timer. Etter å ha tatt dem ut ble prøvene plassert i en stor vanntank med en vanndybde på 100 mm. Den større vanntanken kan sørge for at vanntemperaturen i vanntanken endres lite etter at prøven i sone 1 er vannkjølt, og forhindrer at økningen i vanntemperaturen påvirker vannkjølingsintensiteten. Under vannkjølingsprosessen, sørg for at vanntemperaturen er innenfor området 20-25°C. De bråkjølte prøvene ble eldet ved 165°C*8 timer.
Ta en del av prøven 400 mm lang 30 mm bred 10 mm tykk, og utfør en Brinell hardhetstest. Gjør 5 målinger hver 10 mm. Ta gjennomsnittsverdien av de 5 Brinell-hardhetene som Brinell-hardhetsresultatet på dette tidspunktet, og observer hardhetsendringsmønsteret.
De mekaniske egenskapene til profilen ble testet, og strekkparallelle seksjonen 60 mm ble kontrollert ved forskjellige posisjoner av 400 mm prøven for å observere strekkegenskapene og bruddstedet.
Temperaturfeltet til den vannkjølte bråkjølingen av prøven og bråkjølingen etter en forsinkelse på 90 sekunder ble simulert gjennom ANSYS-programvare, og kjølehastighetene til profilene ved forskjellige posisjoner ble analysert.
2. Eksperimentelle resultater og analyse
2.1 Hardhetstestresultater
Figur 2 viser hardhetsendringskurven til en 400 mm lang prøve målt med en Brinell hardhetstester (enhetslengden til abscissen representerer 10 mm, og 0-skalaen er skillelinjen mellom normal bråkjøling og forsinket bråkjøling). Man finner at hardheten i den vannkjølte enden er stabil på rundt 95HB. Etter skillelinjen mellom vannkjøling og forsinket 90-talls vannkjøling, begynner hardheten å synke, men nedgangen er langsom i det tidlige stadiet. Etter 40mm (89HB) synker hardheten kraftig, og synker til laveste verdi (77HB) ved 80mm. Etter 80mm fortsatte ikke hardheten å avta, men økte til en viss grad. Økningen var relativt liten. Etter 130 mm forble hardheten uendret på rundt 83HB. Det kan spekuleres i at på grunn av effekten av varmeledning endret kjølehastigheten til den forsinkede bråkjølingsdelen.
2.2 Resultater og analyse av ytelsestester
Tabell 2 viser resultatene av strekkforsøk utført på prøver tatt fra forskjellige posisjoner av parallellsnittet. Man kan finne at strekkfastheten og flytegrensen til nr. 1 og nr. 2 nesten ikke endres. Ettersom andelen av forsinkede bråkjølingsender øker, viser legeringens strekkfasthet og flytestyrke en betydelig nedadgående trend. Imidlertid er strekkfastheten på hvert prøvetakingssted over standardstyrken. Bare i området med lavest hardhet er flytegrensen lavere enn prøvestandarden, prøveytelsen er ukvalifisert.
Figur 4 viser strekkegenskaper resultatene av prøve nr. 3. Det kan ses fra figur 4 at jo lenger unna delelinjen, desto lavere er hardheten til den forsinkede bråkjølingsenden. Nedgangen i hardhet indikerer at ytelsen til prøven er redusert, men hardheten avtar sakte, bare avtar fra 95HB til ca. 91HB på slutten av den parallelle seksjonen. Som det fremgår av ytelsesresultatene i tabell 1, sank strekkstyrken fra 342 MPa til 320 MPa for vannkjøling. Samtidig ble det funnet at bruddpunktet til strekkprøven også er i enden av parallellsnittet med lavest hardhet. Dette er fordi det er langt unna vannkjølingen, legeringsytelsen reduseres, og enden når strekkfasthetsgrensen først for å danne en innsnøring. Til slutt, bryt fra det laveste ytelsespunktet, og pauseposisjonen er i samsvar med ytelsestestene.
Figur 5 viser hardhetskurven til den parallelle seksjonen av prøve nr. 4 og bruddposisjonen. Det kan oppdages at jo lenger unna den vannkjølende skillelinjen, desto lavere er hardheten til den forsinkede bråkjølingsenden. Samtidig er bruddstedet også i den enden hvor hardheten er lavest, 86HB brudd. Fra tabell 2 er det funnet at det nesten ikke er noen plastisk deformasjon i den vannkjølte enden. Fra tabell 1 er det funnet at prøveytelsen (strekkstyrke 298 MPa, utbytte 266 MPa) er betydelig redusert. Strekkstyrken er kun 298MPa, som ikke når flytegrensen til den vannkjølte enden (315MPa). Enden har dannet en innhaling når den er lavere enn 315MPa. Før brudd skjedde det kun elastisk deformasjon i det vannkjølte området. Etter hvert som belastningen forsvant, forsvant belastningen i den vannkjølte enden. Som følge av dette har deformasjonsmengden i vannkjølingssonen i tabell 2 nesten ingen endring. Prøven går i stykker ved slutten av brannen med forsinket hastighet, det deformerte området reduseres, og endehardheten er den laveste, noe som resulterer i en betydelig reduksjon i ytelsesresultatene.
Ta prøver fra området med 100 % forsinket bråkjøling på slutten av 400 mm prøven. Figur 6 viser hardhetskurven. Hardheten til den parallelle seksjonen reduseres til ca. 83-84HB og er relativt stabil. På grunn av den samme prosessen er ytelsen omtrent den samme. Det er ikke funnet noe tydelig mønster i bruddstillingen. Legeringsytelsen er lavere enn den for den vannavkjølte prøven.
For ytterligere å utforske regelmessigheten av ytelse og brudd, ble den parallelle delen av strekkprøven valgt nær det laveste hardhetspunktet (77HB). Fra tabell 1 ble det funnet at ytelsen var betydelig redusert, og bruddpunktet viste seg ved det laveste hardhetspunktet i figur 2.
2.3 ANSYS analyseresultater
Figur 7 viser resultatene av ANSYS-simulering av kjølekurver ved forskjellige posisjoner. Det kan sees at temperaturen på prøven i vannkjølingsområdet falt raskt. Etter 5 s falt temperaturen til under 100°C, og ved 80 mm fra delelinjen falt temperaturen til ca. 210°C ved 90 s. Gjennomsnittlig temperaturfall er 3,5°C/s. Etter 90 sekunder i terminalluftkjøleområdet synker temperaturen til ca. 360°C, med en gjennomsnittlig fallhastighet på 1,9°C/s.
Gjennom ytelsesanalyse og simuleringsresultater finner man at ytelsen til vannkjøleområdet og forsinket bråkjølingsområdet er et endringsmønster som først avtar og deretter øker litt. Påvirket av vannkjøling nær delelinjen, fører varmeledning til at prøven i et bestemt område faller med en kjølehastighet mindre enn vannkjøling (3,5°C/s). Som et resultat ble Mg2Si, som størknet til matrisen, utfelt i store mengder i dette området, og temperaturen falt til ca. 210°C etter 90 sekunder. Den store mengden Mg2Si som ble utfelt førte til en mindre effekt av vannkjøling etter 90 s. Mengden Mg2Si-forsterkende fase utfelt etter aldringsbehandling ble kraftig redusert, og prøveytelsen ble deretter redusert. Imidlertid er den forsinkede bråkjølingssonen langt borte fra delelinjen mindre påvirket av vannkjølende varmeledning, og legeringen avkjøles relativt sakte under luftkjølingsforhold (kjølehastighet 1,9°C/s). Bare en liten del av Mg2Si-fasen utfelles sakte, og temperaturen er 360C etter 90-tallet. Etter vannkjøling er det meste av Mg2Si-fasen fortsatt i matrisen, og den spres og utfelles etter aldring, noe som spiller en styrkende rolle.
3. Konklusjon
Det ble funnet gjennom eksperimenter at forsinket quenching vil føre til at hardheten i den forsinkede quenching-sonen i skjæringspunktet mellom normal quenching og forsinket quenching først avtar og deretter øker litt til den endelig stabiliserer seg.
For 6061 aluminiumslegering er strekkstyrkene etter normal bråkjøling og forsinket bråkjøling i 90 s henholdsvis 342 MPa og 288 MPa, og flytegrensene er 315 MPa og 252 MPa, som begge oppfyller prøveytelsesstandardene.
Det er en region med lavest hardhet, som reduseres fra 95HB til 77HB etter normal bråkjøling. Ytelsen her er også den laveste, med en strekkstyrke på 271MPa og en flytegrense på 220MPa.
Gjennom ANSYS-analyse ble det funnet at kjølehastigheten ved det laveste ytelsespunktet i 90-tallets forsinkede bråkjølingssone sank med omtrent 3,5°C per sekund, noe som resulterte i utilstrekkelig fast løsning av forsterkningsfasen Mg2Si-fasen. I følge denne artikkelen kan det ses at ytelsesfarepunktet vises i området for forsinket bråkjøling i krysset mellom normal bråkjøling og forsinket bråkjøling, og er ikke langt fra krysset, som har viktig veiledende betydning for rimelig oppbevaring av ekstruderingshale. sluttprosessen avfall.
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminium
Innleggstid: 28. august 2024
