Stor vægtykkelse 6061T6 aluminiumslegering skal bratkøles efter varmekstrudering. På grund af begrænsningen af diskontinuerlig ekstrudering vil en del af profilen gå ind i vandkølingszonen med en forsinkelse. Når den næste korte barre fortsætter med at blive ekstruderet, vil denne del af profilen gennemgå forsinket bratkøling. Hvordan man håndterer det forsinkede bratkølingsområde er et problem, som enhver produktionsvirksomhed skal overveje. Når affaldet fra ekstruderingsslutprocessen er kort, er præstationsprøverne nogle gange kvalificerede og nogle gange ukvalificerede. Ved resampling fra siden kvalificeres præstationen igen. Denne artikel giver den tilsvarende forklaring gennem eksperimenter.
1. Test materialer og metoder
Materialet brugt i dette eksperiment er 6061 aluminiumslegering. Dens kemiske sammensætning målt ved spektralanalyse er som følger: Den overholder GB/T 3190-1996 international 6061 aluminiumslegeringssammensætningsstandard.
I dette forsøg blev en del af den ekstruderede profil taget til behandling i fast opløsning. Den 400 mm lange profil var opdelt i to områder. Område 1 blev direkte vandkølet og bratkølet. Område 2 blev afkølet i luften i 90 sekunder og derefter vandkølet. Testdiagrammet er vist i figur 1.
6061 aluminiumslegeringsprofilen brugt i dette eksperiment blev ekstruderet af en 4000UST ekstruder. Formtemperaturen er 500°C, støbestangstemperaturen er 510°C, ekstruderingsudgangstemperaturen er 525°C, ekstruderingshastigheden er 2,1 mm/s, højintensitets vandkøling anvendes under ekstruderingsprocessen og en 400 mm. længde prøvestykke tages fra midten af den ekstruderede færdige profil. Prøvens bredde er 150 mm, og højden er 10,00 mm.
De udtagne prøver blev opdelt og derefter underkastet opløsningsbehandling igen. Opløsningstemperaturen var 530°C, og opløsningstiden var 4 timer. Efter at have taget dem ud, blev prøverne placeret i en stor vandtank med en vanddybde på 100 mm. Den større vandtank kan sikre, at vandtemperaturen i vandtanken ændrer sig lidt efter prøven i zone 1 er vandkølet, hvilket forhindrer stigningen i vandtemperaturen i at påvirke vandkølingsintensiteten. Under vandkølingsprocessen skal du sikre dig, at vandtemperaturen er inden for området 20-25°C. De bratkølede prøver blev ældet ved 165°C*8 timer.
Tag en del af prøven 400 mm lang 30 mm bred 10 mm tyk, og udfør en Brinell hårdhedstest. Foretag 5 mål for hver 10 mm. Tag gennemsnitsværdien af de 5 Brinell-hårdheder som Brinell-hårdhedsresultatet på dette tidspunkt, og observer hårdhedsændringsmønsteret.
De mekaniske egenskaber af profilen blev testet, og den parallelle træksektion 60 mm blev kontrolleret ved forskellige positioner af 400 mm prøven for at observere trækegenskaberne og brudstedet.
Temperaturfeltet for den vandkølede quenching af prøven og quenchingen efter en forsinkelse på 90s blev simuleret gennem ANSYS software, og profilernes afkølingshastigheder ved forskellige positioner blev analyseret.
2. Eksperimentelle resultater og analyse
2.1 Hårdhedstestresultater
Figur 2 viser hårdhedsændringskurven for en 400 mm lang prøve målt med en Brinell hårdhedstester (enhedslængden af abscissen repræsenterer 10 mm, og 0-skalaen er skillelinjen mellem normal bratkøling og forsinket bratkøling). Det kan konstateres, at hårdheden i den vandkølede ende er stabil omkring 95HB. Efter skillelinjen mellem vandkøling og forsinket 90'er-vandkølende bratkøling begynder hårdheden at falde, men faldhastigheden er langsom i det tidlige stadie. Efter 40 mm (89HB) falder hårdheden kraftigt, og falder til den laveste værdi (77HB) ved 80 mm. Efter 80 mm blev hårdheden ikke ved med at falde, men steg til en vis grad. Stigningen var forholdsvis lille. Efter 130 mm forblev hårdheden uændret på omkring 83HB. Det kan spekuleres i, at på grund af virkningen af varmeledning ændredes afkølingshastigheden af den forsinkede bratkølingsdel.
2.2 Præstationstestresultater og analyse
Tabel 2 viser resultaterne af trækforsøg udført på prøver udtaget fra forskellige positioner af den parallelle sektion. Det kan konstateres, at trækstyrken og flydespændingen for nr. 1 og nr. 2 næsten ikke ændres. Efterhånden som andelen af forsinkede bratkølingsender stiger, viser legeringens trækstyrke og flydespænding en betydelig nedadgående tendens. Trækstyrken ved hvert prøveudtagningssted er dog over standardstyrken. Kun i området med den laveste hårdhed er flydespændingen lavere end prøvestandarden, prøveydelsen er ukvalificeret.
Figur 4 viser resultaterne af trækegenskaberne for prøve nr. 3. Det kan ses fra figur 4, at jo længere væk fra skillelinjen, desto lavere er hårdheden af den forsinkede bratkølingsende. Faldet i hårdhed indikerer, at prøvens ydeevne er reduceret, men hårdheden falder langsomt, kun faldende fra 95HB til omkring 91HB i slutningen af den parallelle sektion. Som det kan ses af resultaterne i tabel 1, faldt trækstyrken fra 342 MPa til 320 MPa for vandkøling. Samtidig blev det konstateret, at brudpunktet for trækprøven også er for enden af den parallelle sektion med den laveste hårdhed. Dette skyldes, at det er langt væk fra vandkølingen, legeringens ydeevne reduceres, og enden når først trækstyrkegrænsen for at danne en indsnævring. Til sidst skal du bryde fra det laveste præstationspunkt, og pausepositionen er i overensstemmelse med præstationstestresultaterne.
Figur 5 viser hårdhedskurven af den parallelle sektion af prøve nr. 4 og brudpositionen. Det kan konstateres, at jo længere væk fra den vandkølende skillelinje, desto lavere er hårdheden af den forsinkede bratkølingsende. Samtidig er brudstedet også i den ende, hvor hårdheden er lavest, 86HB brud. Af tabel 2 fremgår det, at der næsten ikke er nogen plastisk deformation i den vandkølede ende. Fra tabel 1 viser det sig, at prøveydelsen (trækstyrke 298 MPa, udbytte 266 MPa) er væsentligt reduceret. Trækstyrken er kun 298MPa, hvilket ikke når flydegrænsen for den vandkølede ende (315MPa). Enden har dannet en indhaling, når den er lavere end 315MPa. Før brud var der kun elastisk deformation i det vandkølede område. Efterhånden som spændingen forsvandt, forsvandt belastningen i den vandkølede ende. Som følge heraf er deformationsmængden i den vandkølende zone i tabel 2 næsten uændret. Prøven går i stykker ved slutningen af branden med forsinket hastighed, det deformerede område reduceres, og endehårdheden er den laveste, hvilket resulterer i en betydelig reduktion i ydeevneresultaterne.
Tag prøver fra det 100 % forsinkede bratkølingsområde for enden af 400 mm prøven. Figur 6 viser hårdhedskurven. Hårdheden af den parallelle sektion er reduceret til ca. 83-84HB og er relativt stabil. På grund af den samme proces er ydelsen nogenlunde den samme. Der findes ikke noget tydeligt mønster i brudstillingen. Legeringsydelsen er lavere end den for den vandkølede prøve.
For yderligere at udforske regelmæssigheden af ydeevne og brud blev den parallelle sektion af trækprøven valgt nær det laveste hårdhedspunkt (77HB). Fra tabel 1 viste det sig, at ydeevnen var signifikant reduceret, og brudpunktet viste sig ved det laveste hårdhedspunkt i figur 2.
2.3 ANSYS analyseresultater
Figur 7 viser resultaterne af ANSYS-simulering af kølekurver ved forskellige positioner. Det kan ses, at temperaturen af prøven i vandkølingsområdet faldt hurtigt. Efter 5 sekunder faldt temperaturen til under 100°C, og ved 80 mm fra skillelinjen faldt temperaturen til omkring 210°C ved 90 sekunder. Det gennemsnitlige temperaturfald er 3,5°C/s. Efter 90 sekunder i det terminale luftkøleområde falder temperaturen til omkring 360°C med en gennemsnitlig faldhastighed på 1,9°C/s.
Gennem præstationsanalyse og simuleringsresultater viser det sig, at ydeevnen af vandkøleområdet og det forsinkede bratkølingsområde er et ændringsmønster, der først aftager og derefter stiger lidt. Påvirket af vandkøling nær skillelinjen, får varmeledning prøven i et bestemt område til at falde med en afkølingshastighed, der er mindre end vandkøling (3,5°C/s). Som et resultat udfældede Mg2Si, som størknede i matrixen, i store mængder i dette område, og temperaturen faldt til ca. 210°C efter 90 sekunder. Den store mængde af udfældet Mg2Si førte til en mindre effekt af vandkøling efter 90 s. Mængden af Mg2Si-forstærkende fase udfældet efter ældningsbehandling blev stærkt reduceret, og prøvens ydeevne blev efterfølgende reduceret. Imidlertid er den forsinkede bratkølingszone langt væk fra skillelinjen mindre påvirket af vandkølende varmeledning, og legeringen afkøles relativt langsomt under luftkøleforhold (afkølingshastighed 1,9°C/s). Kun en lille del af Mg2Si-fasen udfældes langsomt, og temperaturen er 360C efter 90s. Efter vandkøling er det meste af Mg2Si-fasen stadig i matrixen, og det spredes og udfældes efter ældning, hvilket spiller en styrkende rolle.
3. Konklusion
Det viste sig gennem eksperimenter, at forsinket bratkøling vil medføre, at hårdheden af den forsinkede bratkølingszone i skæringspunktet mellem normal bratkøling og forsinket bratkøling først falder og derefter øges lidt, indtil den endelig stabiliserer sig.
For 6061 aluminiumslegering er trækstyrkerne efter normal bratkøling og forsinket bratkøling i 90 s henholdsvis 342 MPa og 288 MPa, og flydegrænserne er 315 MPa og 252 MPa, som begge opfylder prøveydelsesstandarderne.
Der er et område med den laveste hårdhed, som reduceres fra 95HB til 77HB efter normal bratkøling. Ydelsen her er også den laveste med en trækstyrke på 271MPa og en flydespænding på 220MPa.
Gennem ANSYS-analyse blev det fundet, at afkølingshastigheden ved det laveste ydeevnepunkt i 90'ernes forsinkede bratkølingszone faldt med ca. 3,5°C pr. sekund, hvilket resulterede i utilstrækkelig fast opløsning af forstærkningsfasen Mg2Si-fasen. Ifølge denne artikel kan det ses, at ydelsesfarepunktet optræder i det forsinkede bratkølingsområde i krydset mellem normal bratkøling og forsinket bratkøling, og er ikke langt fra krydset, hvilket har vigtig vejledende betydning for en rimelig fastholdelse af ekstruderingshale. slutproces affald.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminium
Indlægstid: 28. august 2024
