Grote wanddikte 6061T6 aluminiumlegering moet worden geblust na hete extrusie. Door de beperking van discontinue extrusie zal een deel van het profiel met vertraging in de waterkoelingszone komen. Wanneer de volgende korte staaf verder wordt geëxtrudeerd, zal dit deel van het profiel een vertraagde afschrikking ondergaan. Hoe om te gaan met het vertraagde blusgebied is een kwestie waar elk productiebedrijf rekening mee moet houden. Wanneer het extrusie-eindprocesafval kort is, zijn de genomen prestatiemonsters soms gekwalificeerd en soms niet-gekwalificeerd. Bij het resamplen vanaf de zijkant wordt de uitvoering opnieuw gekwalificeerd. Dit artikel geeft de bijbehorende verklaring door middel van experimenten.
1. Testmaterialen en methoden
Het materiaal dat in dit experiment wordt gebruikt, is een aluminiumlegering 6061. De chemische samenstelling, gemeten door spectrale analyse, is als volgt: Het voldoet aan de GB/T 3190-1996 internationale 6061 samenstellingsnorm voor aluminiumlegeringen.
In dit experiment werd een deel van het geëxtrudeerde profiel gebruikt voor behandeling met vaste oplossing. Het 400 mm lange profiel was verdeeld in twee gebieden. Gebied 1 werd direct met water gekoeld en geblust. Gebied 2 werd gedurende 90 seconden aan de lucht gekoeld en vervolgens met water gekoeld. Het testdiagram wordt getoond in Figuur 1.
Het in dit experiment gebruikte profiel van aluminiumlegering 6061 werd geëxtrudeerd met een 4000UST-extruder. De matrijstemperatuur is 500 °C, de temperatuur van de gietstaaf is 510 °C, de extrusie-uitlaattemperatuur is 525 °C, de extrusiesnelheid is 2,1 mm/s, tijdens het extrusieproces wordt waterkoeling met hoge intensiteit gebruikt en een 400 mm lengteproefstuk wordt genomen vanuit het midden van het geëxtrudeerde afgewerkte profiel. De monsterbreedte is 150 mm en de hoogte is 10,00 mm.
De genomen monsters werden verdeeld en vervolgens opnieuw aan een oplossingsbehandeling onderworpen. De oplossingstemperatuur was 530°C en de oplossingstijd was 4 uur. Nadat ze eruit waren gehaald, werden de monsters in een grote watertank met een waterdiepte van 100 mm geplaatst. De grotere watertank kan ervoor zorgen dat de watertemperatuur in de watertank weinig verandert nadat het monster in zone 1 met water is gekoeld, waardoor wordt voorkomen dat de stijging van de watertemperatuur de intensiteit van de waterkoeling beïnvloedt. Zorg er tijdens het waterkoelingsproces voor dat de watertemperatuur binnen het bereik van 20-25°C ligt. De afgeschrikte monsters werden verouderd bij 165°C*8 uur.
Neem een deel van het monster van 400 mm lang, 30 mm breed en 10 mm dik, en voer een Brinell-hardheidstest uit. Voer 5 metingen uit om de 10 mm. Neem de gemiddelde waarde van de 5 Brinell-hardheden zoals het Brinell-hardheidsresultaat op dit punt, en observeer het hardheidsveranderingspatroon.
De mechanische eigenschappen van het profiel werden getest en de evenwijdige treksectie van 60 mm werd op verschillende posities van het 400 mm-monster gecontroleerd om de trekeigenschappen en breuklocatie te observeren.
Het temperatuurveld van het watergekoelde afschrikken van het monster en het afschrikken na een vertraging van 90 seconden werd gesimuleerd via ANSYS-software, en de koelsnelheden van de profielen op verschillende posities werden geanalyseerd.
2. Experimentele resultaten en analyse
2.1 Resultaten van hardheidstests
Figuur 2 toont de hardheidsveranderingscurve van een 400 mm lang monster gemeten door een Brinell-hardheidsmeter (de eenheidslengte van de abscis vertegenwoordigt 10 mm en de schaal 0 is de scheidslijn tussen normale afschrikking en vertraagde afschrikking). Er kan worden vastgesteld dat de hardheid aan het watergekoelde uiteinde stabiel is rond de 95HB. Na de scheidslijn tussen het blussen door waterkoeling en het vertraagde blussen door waterkoeling in de jaren 90, begint de hardheid af te nemen, maar in het beginstadium verloopt de afname langzaam. Na 40 mm (89HB) daalt de hardheid scherp en daalt naar de laagste waarde (77HB) bij 80 mm. Na 80 mm nam de hardheid niet verder af, maar nam deze in zekere mate toe. De stijging was relatief klein. Na 130 mm bleef de hardheid onveranderd rond 83HB. Er kan worden gespeculeerd dat als gevolg van het effect van warmtegeleiding de koelsnelheid van het vertraagde afschrikgedeelte veranderde.
2.2 Prestatietestresultaten en analyse
Tabel 2 toont de resultaten van trekexperimenten uitgevoerd op monsters genomen op verschillende posities van de parallelle sectie. Er kan worden vastgesteld dat de treksterkte en vloeigrens van nr. 1 en nr. 2 vrijwel geen verandering ondergaan. Naarmate het aandeel vertraagde afschrikuiteinden toeneemt, vertonen de treksterkte en vloeigrens van de legering een significante neerwaartse trend. De treksterkte ligt echter op elke bemonsteringslocatie boven de standaardsterkte. Alleen in het gebied met de laagste hardheid is de vloeigrens lager dan de monsterstandaard, de monsterprestaties zijn ongekwalificeerd.
Figuur 4 toont de resultaten van de trekeigenschappen van monster nr. 3. Uit Figuur 4 blijkt dat hoe verder weg van de scheidingslijn, hoe lager de hardheid van het vertraagde afschrikuiteinde. De afname in hardheid geeft aan dat de prestaties van het monster zijn verminderd, maar de hardheid neemt langzaam af en neemt alleen af van 95HB tot ongeveer 91HB aan het einde van het parallelle gedeelte. Zoals blijkt uit de prestatieresultaten in Tabel 1, daalde de treksterkte van 342 MPa naar 320 MPa voor waterkoeling. Tegelijkertijd werd vastgesteld dat het breukpunt van het trekmonster zich ook aan het uiteinde van het parallelle gedeelte met de laagste hardheid bevindt. Dit komt omdat het ver weg is van de waterkoeling, de prestaties van de legering worden verminderd en het uiteinde als eerste de treksterktelimiet bereikt om een insnoering te vormen. Breek ten slotte vanaf het laagste prestatiepunt en de pauzepositie komt overeen met de resultaten van de prestatietests.
Figuur 5 toont de hardheidscurve van de parallelle sectie van monster nr. 4 en de breukpositie. Er kan worden vastgesteld dat hoe verder weg van de waterkoelingsscheidingslijn, hoe lager de hardheid van het vertraagde afschrikuiteinde. Tegelijkertijd bevindt de breuklocatie zich ook aan het uiteinde waar de hardheid het laagst is, 86HB-breuken. Uit Tabel 2 blijkt dat er vrijwel geen plastische vervorming optreedt aan het watergekoelde uiteinde. Uit Tabel 1 blijkt dat de prestaties van het monster (treksterkte 298 MPa, opbrengst 266 MPa) aanzienlijk zijn verminderd. De treksterkte bedraagt slechts 298 MPa, wat niet de vloeigrens van het watergekoelde uiteinde (315 MPa) bereikt. Het uiteinde heeft een insnoering gevormd wanneer deze lager is dan 315 MPa. Vóór breuk trad alleen elastische vervorming op in het watergekoelde gebied. Toen de spanning verdween, verdween de spanning aan het watergekoelde uiteinde. Als gevolg hiervan verandert de mate van vervorming in de waterkoelingszone in Tabel 2 vrijwel niet. Het monster breekt aan het einde van de brand met vertraagde snelheid, het vervormde gebied wordt verkleind en de eindhardheid is het laagst, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de prestatieresultaten.
Neem monsters uit het gebied met 100% vertraagde afschrikking aan het einde van het monster van 400 mm. Figuur 6 toont de hardheidscurve. De hardheid van het parallelle gedeelte is teruggebracht tot ongeveer 83-84HB en is relatief stabiel. Door hetzelfde proces zijn de prestaties ongeveer hetzelfde. Er wordt geen duidelijk patroon gevonden in de breukpositie. De prestaties van de legering zijn lager dan die van het met water gebluste monster.
Om de regelmaat van prestatie en breuk verder te onderzoeken, werd de parallelle sectie van het trekproefstuk geselecteerd nabij het laagste hardheidspunt (77HB). Uit Tabel 1 bleek dat de prestaties aanzienlijk waren verminderd en dat het breukpunt op het laagste hardheidspunt in Figuur 2 verscheen.
2.3 ANSYS-analyseresultaten
Figuur 7 toont de resultaten van ANSYS-simulatie van koelcurven op verschillende posities. Te zien is dat de temperatuur van het monster in het waterkoelingsgebied snel daalde. Na 5 seconden daalde de temperatuur tot onder de 100°C, en op 80 mm van de scheidslijn daalde de temperatuur na 90 seconden tot ongeveer 210°C. De gemiddelde temperatuurdaling bedraagt 3,5°C/s. Na 90 seconden in het terminalluchtkoelgebied daalt de temperatuur tot ongeveer 360°C, met een gemiddelde dalingssnelheid van 1,9°C/s.
Door prestatieanalyse en simulatieresultaten is gebleken dat de prestatie van het waterkoelingsgebied en het vertraagde afschrikgebied een veranderingspatroon is dat eerst afneemt en vervolgens lichtjes toeneemt. Beïnvloed door waterkoeling nabij de scheidslijn zorgt warmtegeleiding ervoor dat het monster in een bepaald gebied daalt met een koelsnelheid die lager is dan die van waterkoeling (3,5 °C/s). Als gevolg hiervan sloeg Mg2Si, dat in de matrix stolde, in dit gebied in grote hoeveelheden neer en daalde de temperatuur na 90 seconden tot ongeveer 210°C. De grote hoeveelheid neergeslagen Mg2Si leidde na 90 s tot een kleiner effect van waterkoeling. De hoeveelheid Mg2Si-versterkingsfase die neersloeg na de verouderingsbehandeling was aanzienlijk verminderd, en de prestatie van het monster werd vervolgens verminderd. De vertraagde afschrikzone, ver weg van de scheidslijn, wordt echter minder beïnvloed door de warmtegeleiding door waterkoeling, en de legering koelt relatief langzaam af onder luchtkoelingsomstandigheden (koelsnelheid 1,9 °C/s). Slechts een klein deel van de Mg2Si-fase slaat langzaam neer, en de temperatuur bedraagt na 90s 36°C. Na waterkoeling bevindt het grootste deel van de Mg2Si-fase zich nog steeds in de matrix, en deze dispergeert en precipiteert na veroudering, wat een versterkende rol speelt.
3. Conclusie
Uit experimenten is gebleken dat vertraagde afschrikking ervoor zal zorgen dat de hardheid van de vertraagde afschrikzone op het snijpunt van normale afschrikking en vertraagde afschrikking eerst afneemt en vervolgens iets toeneemt totdat deze uiteindelijk stabiliseert.
Voor aluminiumlegering 6061 zijn de treksterkten na normaal afschrikken en vertraagd afschrikken gedurende 90 s respectievelijk 342 MPa en 288 MPa, en de vloeigrens 315 MPa en 252 MPa, die beide voldoen aan de prestatienormen van het monster.
Er is een gebied met de laagste hardheid, die na normaal afschrikken wordt verlaagd van 95HB naar 77HB. De prestaties zijn hier ook het laagst, met een treksterkte van 271 MPa en een vloeigrens van 220 MPa.
Via ANSYS-analyse werd ontdekt dat de koelsnelheid op het laagste prestatiepunt in de vertraagde afschrikzone van de jaren 90 met ongeveer 3,5 °C per seconde afnam, wat resulteerde in onvoldoende vaste oplossing van de versterkende fase Mg2Si-fase. Volgens dit artikel kan worden gezien dat het prestatiegevaarpunt verschijnt in het vertraagde afschrikgebied op de kruising van normaal afschrikken en vertraagd afschrikken, en niet ver van de kruising ligt, wat een belangrijke leidende betekenis heeft voor het redelijke behoud van de extrusiestaart procesafval beëindigen.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 28 augustus 2024
