Suure seinapaksusega 6061T6 alumiiniumsulam tuleb pärast kuumekstrusiooni kustutada. Katkendliku väljapressimise piiratuse tõttu siseneb osa profiilist vesijahutustsooni viitega. Kui järgmise lühikese valuploki ekstrudeerimist jätkatakse, läbib see profiili osa hilinenud karastamise. Kuidas toime tulla hilinenud jahutuspiirkonnaga, on küsimus, mida iga tootmisettevõte peab kaaluma. Kui ekstrusiooni sabaotsa protsessi jäätmed on lühikesed, on võetud jõudlusnäidised mõnikord kvalifitseeritud ja mõnikord kvalifitseerimata. Küljelt resamplimisel kvalifitseeritakse esitus uuesti. See artikkel annab vastava selgituse läbi katsete.
1. Katsematerjalid ja -meetodid
Selles katses kasutatud materjal on 6061 alumiiniumisulam. Selle spektraalanalüüsiga mõõdetud keemiline koostis on järgmine: see vastab GB/T 3190-1996 rahvusvahelisele alumiiniumisulami koostise standardile 6061.
Selles katses võeti osa ekstrudeeritud profiilist tahke lahuse töötlemiseks. 400 mm pikkune profiil oli jagatud kaheks alaks. Piirkond 1 jahutati vahetult veega ja kustutati. Piirkonda 2 jahutati õhu käes 90 sekundit ja seejärel veega jahutati. Katsediagramm on näidatud joonisel 1.
Selles katses kasutatud 6061 alumiiniumisulamist profiil ekstrudeeriti 4000UST ekstruuderiga. Vormi temperatuur on 500 ° C, valuvarda temperatuur on 510 ° C, ekstrusiooni väljalaskeava temperatuur on 525 ° C, ekstrusiooni kiirus on 2,1 mm / s, ekstrusiooniprotsessis kasutatakse suure intensiivsusega vesijahutust ja 400 mm pikkusega katsekeha võetakse pressitud valmisprofiili keskelt. Proovi laius on 150 mm ja kõrgus 10,00 mm.
Võetud proovid jaotati ja seejärel töödeldi uuesti lahusega. Lahuse temperatuur oli 530 °C ja lahustumisaeg 4 tundi. Pärast nende väljavõtmist asetati proovid suurde veepaaki, mille vee sügavus oli 100 mm. Suurem veepaak suudab tagada, et pärast 1. tsoonis oleva proovi vesijahutamist muutub vee temperatuur veepaagis vähe, vältides veetemperatuuri tõusu mõjutamist vesijahutuse intensiivsusega. Vesijahutuse ajal veenduge, et vee temperatuur oleks vahemikus 20-25°C. Karastatud proove vanandati temperatuuril 165 °C * 8 tundi.
Võtke osa 400 mm pikkusest, 30 mm laiusest ja 10 mm paksusest proovist ja viige läbi Brinelli kõvaduse test. Tehke 5 mõõtmist iga 10 mm järel. Võtke Brinelli kõvaduse tulemuseks praegusel hetkel 5 Brinelli kõvaduse keskmine väärtus ja jälgige kõvaduse muutumise mustrit.
Testiti profiili mehaanilisi omadusi ja tõmbe-paralleelsektsiooni 60 mm kontrolliti 400 mm proovi erinevates asendites, et jälgida tõmbeomadusi ja murdumise asukohta.
Proovi vesijahutusega kustutamise temperatuurivälja ja 90-sekundilise viivitusega kustutamist simuleeriti ANSYS tarkvara kaudu ning analüüsiti profiilide jahutuskiirusi erinevates kohtades.
2. Katsetulemused ja analüüs
2.1 Kõvadustesti tulemused
Joonisel 2 on kujutatud 400 mm pikkuse proovi kõvaduse muutuse kõverat, mis on mõõdetud Brinelli kõvaduse testeriga (abstsissi ühiku pikkus tähistab 10 mm ja 0 skaala on eraldusjoon normaalse ja viivitusega kustutamise vahel). Võib leida, et vesijahutusega otsa kõvadus on stabiilne umbes 95 HB. Pärast eraldusjoont vesijahutusega kustutamise ja hilinenud 90ndate vesijahutusega kustutamise vahel hakkab kõvadus langema, kuid languse kiirus on varases staadiumis aeglane. Pärast 40 mm (89 HB) kõvadus langeb järsult ja langeb madalaima väärtuseni (77 HB) 80 mm juures. Peale 80mm kõvadus ei langenud edasi, vaid tõusis teatud piirini. Kasv oli suhteliselt väike. Pärast 130 mm jäid kõvadus muutumatuks, umbes 83 HB. Võib oletada, et soojusjuhtivuse mõjul muutus viitkustutusosa jahutuskiirus.
2.2 Jõudluskatsete tulemused ja analüüs
Tabelis 2 on toodud paralleellõike erinevatest asenditest võetud proovide tõmbekatsete tulemused. Võib leida, et nr 1 ja nr 2 tõmbetugevus ja voolavuspiir ei muutu peaaegu üldse. Kuna hilinenud karastusotste osakaal suureneb, näitavad sulami tõmbetugevus ja voolavuspiir olulist langustendentsi. Siiski on tõmbetugevus igas proovivõtukohas standardtugevusest suurem. Ainult madalaima kõvadusega piirkonnas on voolavuspiir proovistandardist madalam, proovi jõudlus on kvalifitseerimata.
Joonisel 4 on näidatud proovi nr 3 tõmbeomaduste tulemused. Jooniselt fig 4 on näha, et mida kaugemal eraldusjoonest, seda madalam on viivitatud karastusotsa kõvadus. Kõvaduse vähenemine näitab, et proovi jõudlus väheneb, kuid kõvadus väheneb aeglaselt, langedes ainult paralleelse lõigu lõpus 95HB-lt umbes 91HB-ni. Nagu on näha tabelis 1 toodud jõudlustulemustest, vähenes tõmbetugevus vesijahutuse korral 342 MPa-lt 320 MPa-le. Samas selgus, et ka tõmbeproovi murdumispunkt on kõige väiksema kõvadusega paralleellõike lõpus. Selle põhjuseks on asjaolu, et see on vesijahutusest kaugel, sulami jõudlus on vähenenud ja ots jõuab kõigepealt tõmbetugevuse piirini, moodustades kaeluse. Lõpuks katkestage madalaimast jõudluspunktist ja katkestusasend on kooskõlas jõudlustesti tulemustega.
Joonisel 5 on näidatud proovi nr 4 paralleellõike kõvaduskõver ja murdeasend. Võib täheldada, et mida kaugemal vesijahutuse eraldusjoonest, seda madalam on viivitatud karastusotsa kõvadus. Samal ajal on murdekoht ka kõige madalama kõvadusega otsas, 86HB murrud. Tabelist 2 selgub, et vesijahutusega otsas plastilist deformatsiooni peaaegu ei esine. Tabelist 1 selgub, et proovi jõudlus (tõmbetugevus 298 MPa, saagis 266 MPa) on oluliselt vähenenud. Tõmbetugevus on vaid 298MPa, mis ei küüni vesijahutusega otsa voolavuspiirini (315MPa). Ots on moodustanud kaeluse, kui see on madalam kui 315 MPa. Enne murdumist toimus vesijahutusega alal ainult elastne deformatsioon. Kuna stress kadus, kadus ka pinge vesijahutusega otsast. Selle tulemusena ei ole tabelis 2 näidatud vesijahutustsooni deformatsioonikogus peaaegu muutumatu. Proov puruneb viivitusega tulekahju lõpus, deformeerunud ala väheneb ja lõppkõvadus on madalaim, mille tulemuseks on jõudlustulemuste oluline vähenemine.
Võtke proovid 100% viivitatud kustutamise piirkonnast 400 mm proovi lõpus. Joonisel 6 on näidatud kõvaduskõver. Paralleelsektsiooni kõvadust vähendatakse umbes 83-84HB-ni ja see on suhteliselt stabiilne. Sama protsessi tõttu on jõudlus ligikaudu sama. Murdeasendis ilmset mustrit ei leidu. Sulami jõudlus on madalam kui veega karastatud proovil.
Toimivuse ja murdumise regulaarsuse edasiseks uurimiseks valiti tõmbeproovi paralleelne osa madalaima kõvaduspunkti (77HB) lähedal. Tabelist 1 leiti, et jõudlus oli oluliselt vähenenud ja murdumispunkt ilmnes joonisel 2 madalaimas kõvaduse punktis.
2.3 ANSYS analüüsi tulemused
Joonisel 7 on näidatud ANSYS-i jahutuskõverate simulatsiooni tulemused erinevates kohtades. On näha, et proovi temperatuur vesijahutusalas langes kiiresti. 5 sekundi pärast langes temperatuur alla 100 °C ja eraldusjoonest 80 mm kaugusel langes temperatuur 90 sekundi jooksul umbes 210 °C-ni. Keskmine temperatuurilangus on 3,5°C/s. Pärast 90 sekundit terminali õhujahutusalal langeb temperatuur umbes 360 °C-ni, keskmise languse kiirusega 1,9 °C/s.
Jõudlusanalüüsi ja simulatsioonitulemuste abil leiti, et vesijahutuspiirkonna ja viivitatud kustutamise ala jõudlus on muutuste muster, mis esmalt väheneb ja seejärel veidi suureneb. Mõjutatud vesijahutusest eraldusjoone lähedal, põhjustab soojusjuhtivus proovi langemise teatud piirkonnas jahutuskiirusel, mis on väiksem kui vesijahutuse kiirus (3,5 °C/s). Selle tulemusena sadenes selles piirkonnas suurtes kogustes maatriksiks tahkunud Mg2Si ja temperatuur langes 90 sekundi pärast umbes 210 °C-ni. Sadestunud Mg2Si suur kogus põhjustas 90 sekundi pärast vesijahutuse väiksema efekti. Pärast vananemistöötlust sadestunud Mg2Si tugevdava faasi kogus vähenes oluliselt ja seejärel vähendati proovi jõudlust. Kuid eraldusjoonest kaugel asuvat viivitatud kustutamistsooni mõjutab vesijahutusega soojusjuhtivus vähem ja sulam jahtub õhkjahutuse tingimustes (jahutuskiirus 1,9 °C/s) suhteliselt aeglaselt. Ainult väike osa Mg2Si faasist sadestub aeglaselt ja temperatuur on 90 sekundi pärast 360C. Pärast vesijahutust on suurem osa Mg2Si faasist veel maatriksis ning pärast vananemist hajub ja sadestub, mis mängib tugevdavat rolli.
3. Järeldus
Katsete abil leiti, et viivitatud kustutamine põhjustab viivitatud kustutamise tsooni kõvaduse normaalse ja hilinenud kustutamise ristumiskohas esmalt vähenemise ja seejärel veidi suurenemise, kuni see lõpuks stabiliseerub.
Alumiiniumsulami 6061 tõmbetugevused pärast tavalist ja 90 sekundit viivitatud kustutamist on vastavalt 342 MPa ja 288 MPa ning voolavuspiir on 315 MPa ja 252 MPa, mis mõlemad vastavad näidise jõudlusstandarditele.
Seal on madalaima kõvadusega piirkond, mis pärast tavalist karastamist väheneb 95HB-lt 77HB-le. Siin on jõudlus ka madalaim, tõmbetugevus on 271 MPa ja voolavuspiir 220 MPa.
ANSYS-i analüüsi abil leiti, et jahutuskiirus 90ndate viivitatud kustutamise tsooni madalaimas jõudluspunktis vähenes ligikaudu 3,5 °C sekundis, mille tulemuseks oli tugevnemisfaasi Mg2Si faasi ebapiisav tahke lahus. Selle artikli järgi on näha, et toimimise ohupunkt ilmub viivitatud jahutuspiirkonnas tavalise ja hilinenud kustutamise ristmikul ning ei asu ristmikul kaugel, millel on oluline suunav tähtsus ekstrusioonisaba mõistlikuks hoidmiseks. protsessi lõppjäätmed.
Toimetanud May Jiang ettevõttest MAT Aluminium
Postitusaeg: 28. august 2024
