Το κράμα αλουμινίου 6061T6 μεγάλου πάχους τοιχώματος πρέπει να σβήνει μετά την θερμή εξώθηση. Λόγω του περιορισμού της ασυνεχούς εξώθησης, ένα μέρος του προφίλ θα εισέλθει στη ζώνη ψύξης νερού με καθυστέρηση. Όταν η επόμενη κοντή ράβδος συνεχίζει να εξωθείται, αυτό το μέρος του προφίλ θα υποστεί καθυστερημένη απόσβεση. Ο τρόπος αντιμετώπισης της περιοχής καθυστερημένης απόσβεσης είναι ένα ζήτημα που πρέπει να λάβει υπόψη κάθε εταιρεία παραγωγής. Όταν τα απόβλητα της διαδικασίας εξώθησης στο τέλος της ουράς είναι σύντομα, τα δείγματα απόδοσης που λαμβάνονται είναι μερικές φορές κατάλληλα και μερικές φορές μη κατάλληλα. Κατά την επαναδειγματοληψία από το πλάι, η απόδοση αξιολογείται ξανά. Αυτό το άρθρο δίνει την αντίστοιχη εξήγηση μέσω πειραμάτων.
1. Υλικά και μέθοδοι δοκιμής
Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα είναι κράμα αλουμινίου 6061. Η χημική του σύνθεση, όπως μετρήθηκε με φασματική ανάλυση, έχει ως εξής: Συμμορφώνεται με το διεθνές πρότυπο σύνθεσης κράματος αλουμινίου 6061 GB/T 3190-1996.
Σε αυτό το πείραμα, ένα μέρος του εξωθημένου προφίλ ελήφθη για επεξεργασία σε στερεό διάλυμα. Το προφίλ μήκους 400 mm χωρίστηκε σε δύο περιοχές. Η περιοχή 1 ψύχθηκε απευθείας με νερό και ψύχθηκε. Η περιοχή 2 ψύχθηκε στον αέρα για 90 δευτερόλεπτα και στη συνέχεια ψύχθηκε με νερό. Το διάγραμμα δοκιμής φαίνεται στο Σχήμα 1.
Το προφίλ κράματος αλουμινίου 6061 που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα εξωθήθηκε από έναν εξωθητήρα 4000UST. Η θερμοκρασία του καλουπιού είναι 500°C, η θερμοκρασία της ράβδου χύτευσης είναι 510°C, η θερμοκρασία εξόδου εξώθησης είναι 525°C, η ταχύτητα εξώθησης είναι 2,1 mm/s, χρησιμοποιείται ψύξη νερού υψηλής έντασης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εξώθησης και ένα δοκίμιο μήκους 400 mm λαμβάνεται από τη μέση του εξωθημένου τελικού προφίλ. Το πλάτος του δείγματος είναι 150 mm και το ύψος είναι 10,00 mm.
Τα δείγματα που ελήφθησαν διαχωρίστηκαν και στη συνέχεια υποβλήθηκαν ξανά σε επεξεργασία διαλύματος. Η θερμοκρασία του διαλύματος ήταν 530°C και ο χρόνος διαλύματος ήταν 4 ώρες. Μετά την αφαίρεσή τους, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε μια μεγάλη δεξαμενή νερού με βάθος νερού 100 mm. Η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού μπορεί να διασφαλίσει ότι η θερμοκρασία του νερού στη δεξαμενή νερού θα αλλάξει ελάχιστα μετά την ψύξη του δείγματος στη ζώνη 1 με νερό, εμποδίζοντας την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού να επηρεάσει την ένταση ψύξης του νερού. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψύξης με νερό, βεβαιωθείτε ότι η θερμοκρασία του νερού είναι εντός του εύρους 20-25°C. Τα δείγματα που υποβλήθηκαν σε απόσβεση παλαιώθηκαν στους 165°C*8 ώρες.
Πάρτε ένα μέρος του δείγματος μήκους 400 mm, πλάτους 30 mm και πάχους 10 mm και εκτελέστε μια δοκιμή σκληρότητας Brinell. Πραγματοποιήστε 5 μετρήσεις κάθε 10 mm. Λάβετε τη μέση τιμή των 5 σκληροτήτων Brinell ως αποτέλεσμα σκληρότητας Brinell σε αυτό το σημείο και παρατηρήστε το μοτίβο αλλαγής σκληρότητας.
Οι μηχανικές ιδιότητες του προφίλ ελέγχθηκαν και η εφελκυστική παράλληλη διατομή 60 mm ελέγχθηκε σε διαφορετικές θέσεις του δείγματος 400 mm για να παρατηρηθούν οι εφελκυστικές ιδιότητες και η θέση θραύσης.
Το πεδίο θερμοκρασίας της υδρόψυκτης απόσβεσης του δείγματος και η απόσβεση μετά από καθυστέρηση 90 δευτερολέπτων προσομοιώθηκαν μέσω του λογισμικού ANSYS και αναλύθηκαν οι ρυθμοί ψύξης των προφίλ σε διαφορετικές θέσεις.
2. Πειραματικά αποτελέσματα και ανάλυση
2.1 Αποτελέσματα δοκιμής σκληρότητας
Το Σχήμα 2 δείχνει την καμπύλη μεταβολής σκληρότητας ενός δείγματος μήκους 400 mm, μετρημένης με σκληρόμετρο Brinell (το μοναδιαίο μήκος της τετμημένης αντιπροσωπεύει 10 mm και η κλίμακα 0 είναι η διαχωριστική γραμμή μεταξύ κανονικής απόσβεσης και καθυστερημένης απόσβεσης). Διαπιστώνεται ότι η σκληρότητα στο άκρο που ψύχεται με νερό είναι σταθερή περίπου στα 95 HB. Μετά τη διαχωριστική γραμμή μεταξύ απόσβεσης με ψύξη με νερό και καθυστερημένης απόσβεσης με ψύξη με νερό στα 90 δευτερόλεπτα, η σκληρότητα αρχίζει να μειώνεται, αλλά ο ρυθμός μείωσης είναι αργός στο αρχικό στάδιο. Μετά από 40 mm (89 HB), η σκληρότητα μειώνεται απότομα και πέφτει στη χαμηλότερη τιμή (77 HB) στα 80 mm. Μετά από 80 mm, η σκληρότητα δεν συνέχισε να μειώνεται, αλλά αυξήθηκε σε κάποιο βαθμό. Η αύξηση ήταν σχετικά μικρή. Μετά από 130 mm, η σκληρότητα παρέμεινε αμετάβλητη περίπου στα 83 HB. Μπορεί να υποτεθεί ότι λόγω της επίδρασης της αγωγιμότητας θερμότητας, ο ρυθμός ψύξης του τμήματος καθυστερημένης απόσβεσης άλλαξε.
2.2 Αποτελέσματα και ανάλυση δοκιμών απόδοσης
Ο Πίνακας 2 δείχνει τα αποτελέσματα πειραμάτων εφελκυσμού που διεξήχθησαν σε δείγματα που ελήφθησαν από διαφορετικές θέσεις της παράλληλης διατομής. Διαπιστώνεται ότι η αντοχή εφελκυσμού και το όριο διαρροής των δειγμάτων Νο. 1 και Νο. 2 δεν παρουσιάζουν σχεδόν καμία αλλαγή. Καθώς αυξάνεται η αναλογία των άκρων καθυστερημένης απόσβεσης, η αντοχή εφελκυσμού και το όριο διαρροής του κράματος παρουσιάζουν σημαντική πτωτική τάση. Ωστόσο, η αντοχή εφελκυσμού σε κάθε θέση δειγματοληψίας είναι πάνω από την τυπική αντοχή. Μόνο στην περιοχή με τη χαμηλότερη σκληρότητα, το όριο διαρροής είναι χαμηλότερο από το πρότυπο του δείγματος, η απόδοση του δείγματος είναι απαράδεκτη.
Το Σχήμα 4 δείχνει τα αποτελέσματα των ιδιοτήτων εφελκυσμού του δείγματος αρ. 3. Από το Σχήμα 4 φαίνεται ότι όσο πιο μακριά από τη διαχωριστική γραμμή, τόσο χαμηλότερη είναι η σκληρότητα του άκρου καθυστερημένης απόσβεσης. Η μείωση της σκληρότητας υποδεικνύει ότι η απόδοση του δείγματος μειώνεται, αλλά η σκληρότητα μειώνεται αργά, μειώνοντας μόνο από 95HB σε περίπου 91HB στο τέλος της παράλληλης διατομής. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα απόδοσης στον Πίνακα 1, η αντοχή εφελκυσμού μειώθηκε από 342MPa σε 320MPa για την ψύξη με νερό. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι το σημείο θραύσης του δείγματος εφελκυσμού βρίσκεται επίσης στο άκρο της παράλληλης διατομής με τη χαμηλότερη σκληρότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή βρίσκεται μακριά από την ψύξη με νερό, η απόδοση του κράματος μειώνεται και το άκρο φτάνει πρώτο στο όριο αντοχής εφελκυσμού για να σχηματίσει ένα λαιμό προς τα κάτω. Τέλος, σπάει από το χαμηλότερο σημείο απόδοσης και η θέση θραύσης είναι σύμφωνη με τα αποτελέσματα της δοκιμής απόδοσης.
Το Σχήμα 5 δείχνει την καμπύλη σκληρότητας της παράλληλης τομής του δείγματος αρ. 4 και τη θέση θραύσης. Διαπιστώνεται ότι όσο πιο μακριά βρίσκεται το άκρο με την υδρόψυξη, τόσο χαμηλότερη είναι η σκληρότητα. Ταυτόχρονα, η θέση θραύσης βρίσκεται επίσης στο άκρο όπου η σκληρότητα είναι η χαμηλότερη, θραύσεις 86HB. Από τον Πίνακα 2, διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου πλαστική παραμόρφωση στο υδρόψυκτο άκρο. Από τον Πίνακα 1, διαπιστώνεται ότι η απόδοση του δείγματος (αντοχή σε εφελκυσμό 298MPa, απόδοση 266MPa) μειώνεται σημαντικά. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι μόνο 298MPa, η οποία δεν φτάνει το όριο απόδοσης του υδρόψυκτου άκρου (315MPa). Το άκρο έχει σχηματίσει έναν λαιμό προς τα κάτω όταν είναι χαμηλότερο από 315MPa. Πριν από τη θραύση, εμφανιζόταν μόνο ελαστική παραμόρφωση στην υδρόψυκτη περιοχή. Καθώς η τάση εξαφανιζόταν, η παραμόρφωση στο υδρόψυκτο άκρο εξαφανιζόταν. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα παραμόρφωσης στη ζώνη υδρόψυξης στον Πίνακα 2 δεν έχει σχεδόν καμία αλλαγή. Το δείγμα σπάει στο τέλος της πυροδότησης με καθυστερημένο ρυθμό, η παραμορφωμένη περιοχή μειώνεται και η σκληρότητα στο άκρο είναι η χαμηλότερη, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση των αποτελεσμάτων απόδοσης.
Λάβετε δείγματα από την περιοχή 100% καθυστερημένης απόσβεσης στο τέλος του δείγματος 400 mm. Το Σχήμα 6 δείχνει την καμπύλη σκληρότητας. Η σκληρότητα της παράλληλης διατομής μειώνεται σε περίπου 83-84HB και είναι σχετικά σταθερή. Λόγω της ίδιας διαδικασίας, η απόδοση είναι περίπου η ίδια. Δεν παρατηρείται εμφανές μοτίβο στη θέση θραύσης. Η απόδοση του κράματος είναι χαμηλότερη από αυτή του δείγματος που έχει υποστεί απόσβεση με νερό.
Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω η κανονικότητα της απόδοσης και της θραύσης, η παράλληλη διατομή του εφελκυστικού δείγματος επιλέχθηκε κοντά στο χαμηλότερο σημείο σκληρότητας (77HB). Από τον Πίνακα 1, διαπιστώθηκε ότι η απόδοση μειώθηκε σημαντικά και το σημείο θραύσης εμφανίστηκε στο χαμηλότερο σημείο σκληρότητας στο Σχήμα 2.
2.3 Αποτελέσματα ανάλυσης ANSYS
Το Σχήμα 7 δείχνει τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ANSYS των καμπυλών ψύξης σε διαφορετικές θέσεις. Μπορεί να φανεί ότι η θερμοκρασία του δείγματος στην περιοχή ψύξης νερού μειώθηκε απότομα. Μετά από 5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία έπεσε κάτω από τους 100°C και στα 80 mm από τη διαχωριστική γραμμή, η θερμοκρασία έπεσε σε περίπου 210°C στα 90 δευτερόλεπτα. Η μέση πτώση θερμοκρασίας είναι 3,5°C/s. Μετά από 90 δευτερόλεπτα στην περιοχή ψύξης αέρα του τερματικού, η θερμοκρασία πέφτει σε περίπου 360°C, με μέσο ρυθμό πτώσης 1,9°C/s.
Μέσω της ανάλυσης απόδοσης και των αποτελεσμάτων προσομοίωσης, διαπιστώνεται ότι η απόδοση της περιοχής ψύξης με νερό και της περιοχής καθυστερημένης απόσβεσης είναι ένα μοτίβο αλλαγής που αρχικά μειώνεται και στη συνέχεια αυξάνεται ελαφρώς. Επηρεασμένη από την ψύξη με νερό κοντά στη διαχωριστική γραμμή, η αγωγιμότητα θερμότητας προκαλεί πτώση του δείγματος σε μια συγκεκριμένη περιοχή με ρυθμό ψύξης μικρότερο από αυτόν της ψύξης με νερό (3,5°C/s). Ως αποτέλεσμα, το Mg2Si, το οποίο στερεοποιήθηκε στη μήτρα, καθιζάνει σε μεγάλες ποσότητες σε αυτήν την περιοχή και η θερμοκρασία έπεσε στους περίπου 210°C μετά από 90 δευτερόλεπτα. Η μεγάλη ποσότητα Mg2Si που καθιζάνει οδήγησε σε μικρότερο αποτέλεσμα ψύξης με νερό μετά από 90 δευτερόλεπτα. Η ποσότητα της φάσης ενίσχυσης Mg2Si που καθιζάνει μετά την επεξεργασία γήρανσης μειώθηκε σημαντικά και η απόδοση του δείγματος στη συνέχεια μειώθηκε. Ωστόσο, η ζώνη καθυστερημένης απόσβεσης μακριά από τη διαχωριστική γραμμή επηρεάζεται λιγότερο από την αγωγιμότητα θερμότητας ψύξης με νερό και το κράμα ψύχεται σχετικά αργά υπό συνθήκες ψύξης με αέρα (ρυθμός ψύξης 1,9°C/s). Μόνο ένα μικρό μέρος της φάσης Mg2Si καθιζάνει αργά και η θερμοκρασία είναι 360C μετά από 90 δευτερόλεπτα. Μετά την ψύξη με νερό, το μεγαλύτερο μέρος της φάσης Mg2Si εξακολουθεί να βρίσκεται στη μήτρα και διασπείρεται και καθιζάνει μετά τη γήρανση, γεγονός που παίζει ενισχυτικό ρόλο.
3. Συμπέρασμα
Μέσω πειραμάτων διαπιστώθηκε ότι η καθυστερημένη απόσβεση θα προκαλέσει αρχικά μείωση της σκληρότητας της ζώνης καθυστερημένης απόσβεσης στη διασταύρωση της κανονικής απόσβεσης και της καθυστερημένης απόσβεσης και στη συνέχεια ελαφρά αύξηση μέχρι να σταθεροποιηθεί τελικά.
Για το κράμα αλουμινίου 6061, οι αντοχές εφελκυσμού μετά από κανονική απόσβεση και καθυστερημένη απόσβεση για 90 δευτερόλεπτα είναι 342MPa και 288MPa αντίστοιχα, και τα όρια διαρροής είναι 315MPa και 252MPa, τα οποία πληρούν τα πρότυπα απόδοσης του δείγματος.
Υπάρχει μια περιοχή με τη χαμηλότερη σκληρότητα, η οποία μειώνεται από 95HB σε 77HB μετά από κανονική απόσβεση. Η απόδοση εδώ είναι επίσης η χαμηλότερη, με αντοχή σε εφελκυσμό 271MPa και όριο διαρροής 220MPa.
Μέσω της ανάλυσης ANSYS, διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός ψύξης στο χαμηλότερο σημείο απόδοσης στη ζώνη καθυστερημένης απόσβεσης της δεκαετίας του '90 μειώθηκε κατά περίπου 3,5°C ανά δευτερόλεπτο, με αποτέλεσμα ανεπαρκές στερεό διάλυμα της φάσης ενίσχυσης Mg2Si. Σύμφωνα με αυτό το άρθρο, μπορεί να φανεί ότι το σημείο κινδύνου απόδοσης εμφανίζεται στην περιοχή καθυστερημένης απόσβεσης στη συμβολή της κανονικής απόσβεσης και της καθυστερημένης απόσβεσης και δεν απέχει πολύ από τη συμβολή, η οποία έχει σημαντική καθοδηγητική σημασία για την εύλογη συγκράτηση των αποβλήτων της τελικής διεργασίας εξώθησης.
Επιμέλεια: May Jiang από το MAT Aluminum
Ώρα δημοσίευσης: 28 Αυγούστου 2024
