Suuri seinämäpaksuus 6061T6 alumiiniseos on sammutettava kuumasuulakepuristuksen jälkeen. Epäjatkuvan suulakepuristuksen rajoituksen vuoksi osa profiilista tulee vesijäähdytysvyöhykkeelle viiveellä. Kun seuraavan lyhyen harkon ekstrudointia jatketaan, tämä profiilin osa käy läpi viivästyneen karkaisun. Jokaisen tuotantoyhtiön on pohdittava, kuinka käsitellä viivästynyttä sammutusaluetta. Kun suulakepuristuksen loppupään prosessijäte on lyhyt, otetut suorituskykynäytteet ovat joskus hyväksyttyjä ja joskus epäpäteviä. Kun näytteistetään uudelleen sivulta, suorituskyky on jälleen hyväksytty. Tämä artikkeli antaa vastaavan selityksen kokeiden avulla.
1. Testausmateriaalit ja -menetelmät
Tässä kokeessa käytetty materiaali on 6061 alumiiniseosta. Sen kemiallinen koostumus mitattuna spektrianalyysillä on seuraava: Se täyttää GB/T 3190-1996 kansainvälisen 6061 alumiiniseoksen koostumusstandardin.
Tässä kokeessa osa ekstrudoidusta profiilista otettiin kiinteän liuoksen käsittelyyn. 400 mm pitkä profiili jaettiin kahteen alueeseen. Alue 1 jäähdytettiin suoraan vedellä ja sammutettiin. Aluetta 2 jäähdytettiin ilmassa 90 sekuntia ja sitten vesijäähdytettiin. Testikaavio on esitetty kuvassa 1.
Tässä kokeessa käytetty 6061 alumiiniseosprofiili suulakepuristettiin 4000UST-ekstruuderilla. Muotin lämpötila on 500 °C, valutangon lämpötila on 510 °C, ekstruusion ulostulolämpötila on 525 °C, suulakepuristusnopeus on 2,1 mm/s, suulakepuristusprosessin aikana käytetään voimakasta vesijäähdytystä ja 400 mm pituus koekappale otetaan puristetun valmiin profiilin keskeltä. Näytteen leveys on 150 mm ja korkeus 10,00 mm.
Otetut näytteet ositettiin ja alistettiin sitten uudelleen liuoskäsittelylle. Liuoksen lämpötila oli 530 °C ja liuosaika 4 tuntia. Kun näytteet oli otettu pois, ne laitettiin suureen vesisäiliöön, jonka veden syvyys oli 100 mm. Suuremmalla vesisäiliöllä voidaan varmistaa, että vesisäiliön veden lämpötila muuttuu vähän sen jälkeen, kun vyöhykkeellä 1 oleva näyte on vesijäähdytetty, jolloin veden lämpötilan nousu ei vaikuta veden jäähdytyksen tehokkuuteen. Varmista vesijäähdytyksen aikana, että veden lämpötila on 20-25°C. Sammutetut näytteet vanhennettiin 165 °C:ssa * 8 tuntia.
Ota osa näytteestä, joka on 400 mm pitkä, 30 mm leveä ja 10 mm paksu, ja suorita Brinell-kovuustesti. Tee 5 mittausta 10 mm:n välein. Ota 5 Brinell-kovuuden keskiarvo Brinell-kovuuden tulokseksi tässä vaiheessa ja tarkkaile kovuuden muutoskuviota.
Profiilin mekaaniset ominaisuudet testattiin ja vetolujuus 60 mm ohjattiin 400 mm näytteen eri kohdissa vetoominaisuuksien ja murtumiskohdan tarkkailemiseksi.
Näytteen vesijäähdytetyn sammutuksen ja 90 sekunnin viiveen jälkeen tapahtuvan sammutuksen lämpötilakenttä simuloitiin ANSYS-ohjelmistolla ja analysoitiin profiilien jäähtymisnopeudet eri kohdissa.
2. Kokeelliset tulokset ja analyysi
2.1 Kovuustestin tulokset
Kuva 2 esittää 400 mm pitkän näytteen kovuuden muutoskäyrän mitattuna Brinell-kovuusmittarilla (abskissan yksikköpituus edustaa 10 mm ja asteikko 0 on jakoviiva normaalin sammutuksen ja viivästetyn sammutuksen välillä). Voidaan havaita, että kovuus vesijäähdytteisessä päässä on vakaa noin 95 HB. Vesijäähdytyssammutuksen ja viivästyneen 90-luvun vesijäähdytyssammuttamisen välisen rajan jälkeen kovuus alkaa laskea, mutta laskunopeus on hidasta alkuvaiheessa. 40 mm:n (89HB) jälkeen kovuus laskee jyrkästi ja alimpaan arvoon (77HB) 80 mm:n kohdalla. 80 mm:n jälkeen kovuus ei edelleenkään laskenut, vaan kasvoi jonkin verran. Kasvu oli suhteellisen pientä. 130 mm:n jälkeen kovuus pysyi ennallaan noin 83 HB:ssä. Voidaan olettaa, että lämmönjohtavuuden vaikutuksesta viivästyneen sammutusosan jäähtymisnopeus muuttui.
2.2 Suorituskykytestin tulokset ja analyysi
Taulukossa 2 on esitetty rinnakkaisen leikkauksen eri kohdista otetuilla näytteillä suoritettujen vetokokeiden tulokset. Voidaan havaita, että nro 1 ja nro 2 vetolujuudessa ja myötörajassa ei ole juuri mitään muutosta. Kun viivästettyjen karkaisupäiden osuus kasvaa, lejeeringin vetolujuus ja myötölujuus osoittavat merkittävää laskusuuntausta. Kuitenkin vetolujuus kussakin näytteenottopaikassa on standardilujuutta suurempi. Vain alueella, jolla on alhaisin kovuus, myötöraja on pienempi kuin näytestandardi, näytteen suorituskyky on epäpätevä.
Kuvassa 4 on esitetty näytteen nro 3 vetolujuusominaisuuksien tulokset. Kuvasta 4 voidaan havaita, että mitä kauempana jakoviivasta, sitä pienempi on viivästetyn karkaisupään kovuus. Kovuuden lasku osoittaa, että näytteen suorituskyky heikkenee, mutta kovuus laskee hitaasti, vain laskee 95HB:stä noin 91HB:iin rinnakkaisen leikkauksen lopussa. Kuten taulukon 1 suoritustuloksista voidaan nähdä, vetolujuus pieneni 342 MPa:sta 320 MPa:iin vesijäähdytyksessä. Samalla todettiin, että vetonäytteen murtumispiste on myös pienimmän kovuuden omaavan yhdensuuntaisen osan päässä. Tämä johtuu siitä, että se on kaukana vesijäähdytyksestä, seoksen suorituskyky on heikentynyt ja pää saavuttaa ensin vetolujuuden rajan muodostaen kaulan. Lopuksi katkaise alimmasta suorituspisteestä, ja katkaisuasento on yhdenmukainen suorituskykytestin tulosten kanssa.
Kuvassa 5 on esitetty näytteen nro 4 yhdensuuntaisen leikkauksen kovuuskäyrä ja murtumiskohta. Voidaan havaita, että mitä kauempana vesijäähdytyksen jakolinjasta, sitä pienempi on viivästetty sammutuspään kovuus. Samalla murtumapaikka on myös siinä päässä, jossa kovuus on alhaisin, 86HB murtumia. Taulukosta 2 havaitaan, että vesijäähdytteisessä päässä ei ole lähes mitään plastista muodonmuutosta. Taulukosta 1 havaitaan, että näytteen suorituskyky (vetolujuus 298 MPa, saanto 266 MPa) on heikentynyt merkittävästi. Vetolujuus on vain 298 MPa, mikä ei saavuta vesijäähdytetyn pään myötölujuutta (315 MPa). Päähän on muodostunut kaula alas, kun se on alle 315 MPa. Ennen murtumista vesijäähdytteisellä alueella tapahtui vain elastista muodonmuutosta. Kun stressi hävisi, jännitys vesijäähdytteisestä päästä katosi. Tämän seurauksena muodonmuutosmäärä taulukon 2 vesijäähdytysvyöhykkeellä ei juuri muutu. Näyte rikkoutuu viivästetyn tulipalon lopussa, epämuodostunut alue pienenee ja loppukovuus on alhaisin, mikä heikentää merkittävästi suorituskykyä.
Ota näytteitä 400 mm:n näytteen päässä olevalta 100 % viivästetyn sammutuksen alueelta. Kuvassa 6 näkyy kovuuskäyrä. Yhdensuuntaisen osan kovuus on laskenut noin 83-84HB:iin ja se on suhteellisen vakaa. Saman prosessin ansiosta suorituskyky on suunnilleen sama. Murtuman asennosta ei löydy selvää kuviota. Seoksen suorituskyky on alhaisempi kuin vedellä sammutetulla näytteellä.
Suorituskyvyn ja murtuman säännöllisyyden tutkimiseksi edelleen vetonäytteen yhdensuuntainen leikkaus valittiin lähellä alinta kovuuspistettä (77HB). Taulukosta 1 havaittiin, että suorituskyky heikkeni merkittävästi ja murtumapiste ilmestyi kuvan 2 alimmassa kovuuspisteessä.
2.3 ANSYS-analyysitulokset
Kuvassa 7 on esitetty ANSYS-simuloinnin tulokset jäähdytyskäyristä eri paikoissa. Voidaan nähdä, että näytteen lämpötila vesijäähdytysalueella laski nopeasti. 5 sekunnin kuluttua lämpötila laski alle 100 °C:een ja 80 mm:n päässä jakoviivasta lämpötila laski noin 210 °C:seen 90 sekunnissa. Keskimääräinen lämpötilan lasku on 3,5°C/s. 90 sekunnin kuluttua terminaalin ilmanjäähdytysalueella lämpötila laskee noin 360°C:een keskimääräisen pudotusnopeuden ollessa 1,9°C/s.
Suorituskykyanalyysin ja simulointitulosten avulla on havaittu, että vesijäähdytysalueen ja viivästetty sammutusalueen suorituskyky on muutoskuvio, joka ensin pienenee ja sitten kasvaa hieman. Vesijäähdytyksen vaikutuksesta jakoviivan lähellä lämmönjohtavuus saa näytteen putoamaan tietyllä alueella pienemmällä jäähdytysnopeudella kuin vesijäähdytyksen (3,5 °C/s). Tämän seurauksena matriisiin jähmettynyt Mg2Si saostui suuria määriä tälle alueelle ja lämpötila putosi noin 210 °C:seen 90 sekunnin kuluttua. Suuri määrä saostunutta Mg2Si johti pienempään vesijäähdytyksen vaikutukseen 90 sekunnin jälkeen. Vanhentamiskäsittelyn jälkeen saostuneen Mg2Si-vahvistusfaasin määrä väheni huomattavasti, ja näytteen suorituskyky heikkeni myöhemmin. Kuitenkin viivästetty sammutusvyöhyke kaukana jakolinjasta vaikuttaa vähemmän vesijäähdytyksen lämmönjohtamiseen, ja seos jäähtyy suhteellisen hitaasti ilmajäähdytysolosuhteissa (jäähdytysnopeus 1,9 °C/s). Vain pieni osa Mg2Si-faasista saostuu hitaasti ja lämpötila on 360C 90s jälkeen. Vesijäähdytyksen jälkeen suurin osa Mg2Si-faasista on edelleen matriisissa, ja se hajoaa ja saostuu vanhenemisen jälkeen, millä on vahvistava rooli.
3. Johtopäätös
Kokeiden avulla havaittiin, että viivästetty jäähdytys saa aikaan viivästetyn jäähdytysvyöhykkeen kovuuden normaalin sammutuksen ja viivästettyjen sammutuksen leikkauskohdassa ensin pienenemään ja sitten kasvamaan hieman, kunnes se lopulta stabiloituu.
6061-alumiiniseoksen vetolujuudet normaalin sammutuksen ja 90 sekunnin viivästettyjen sammutuksen jälkeen ovat 342 MPa ja 288 MPa, ja myötöraja on 315 MPa ja 252 MPa, jotka molemmat täyttävät näytteen suorituskykystandardit.
Alueella on alhaisin kovuus, joka pienenee 95HB:stä 77HB:hen normaalin sammutuksen jälkeen. Suorituskyky täällä on myös alhaisin, vetolujuus on 271 MPa ja myötöraja 220 MPa.
ANSYS-analyysin avulla havaittiin, että jäähdytysnopeus 90-luvun viivästetty sammutusvyöhykkeen alimmassa suorituskykypisteessä laski noin 3,5 °C sekunnissa, mikä johti siihen, että vahvistusvaiheen Mg2Si-faasin kiinteä liuos ei ollut riittävä. Tämän artikkelin mukaan voidaan nähdä, että suorituskyvyn vaarapiste ilmestyy viivästetty sammutusalueelle normaalin sammutuksen ja viivästyneen sammutuksen risteyksessä, eikä se ole kaukana risteyksestä, jolla on tärkeä ohjaava merkitys suulakepuristuspyrstön kohtuulliselle pysymiselle. loppuprosessin jätettä.
Toimittanut May Jiang, MAT Aluminium
Postitusaika: 28.8.2024
