Το κράμα αλουμινίου μεγάλου πάχους τοιχώματος 6061T6 πρέπει να σβήσει μετά από θερμή εξώθηση. Λόγω του περιορισμού της ασυνεχούς εξώθησης, ένα τμήμα του προφίλ θα εισέλθει στη ζώνη υδρόψυξης με καθυστέρηση. Όταν συνεχιστεί η εξώθηση του επόμενου κοντού πλινθώματος, αυτό το τμήμα του προφίλ θα υποστεί καθυστερημένη απόσβεση. Ο τρόπος αντιμετώπισης της καθυστερημένης περιοχής σβέσης είναι ένα θέμα που πρέπει να εξετάσει κάθε εταιρεία παραγωγής. Όταν τα απόβλητα της διεργασίας του άκρου της ουράς εξώθησης είναι σύντομα, τα δείγματα απόδοσης που λαμβάνονται μερικές φορές είναι κατάλληλα και μερικές φορές ανεπαρκή. Κατά την επαναδειγματοληψία από το πλάι, η απόδοση πιστοποιείται ξανά. Αυτό το άρθρο δίνει την αντίστοιχη εξήγηση μέσα από πειράματα.
1. Υλικά και μέθοδοι δοκιμής
Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα είναι κράμα αλουμινίου 6061. Η χημική του σύσταση που μετράται με φασματική ανάλυση είναι η εξής: Συμμορφώνεται με το διεθνές πρότυπο σύνθεσης κράματος αλουμινίου GB/T 3190-1996 6061.
Σε αυτό το πείραμα, ένα μέρος του εξωθημένου προφίλ ελήφθη για επεξεργασία στερεού διαλύματος. Το προφίλ μήκους 400 mm χωρίστηκε σε δύο περιοχές. Η περιοχή 1 ψύχθηκε απευθείας με νερό και σβήστηκε. 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 εξωθητή 4000UST. Η θερμοκρασία 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 διαδικασία εξώθησης και 400 mm Το δοκίμιο μήκους λαμβάνεται από τη μέση του εξωθημένου τελειωμένου προφίλ. Το πλάτος του δείγματος είναι 150 mm και το ύψος είναι 10,00 mm.
Τα δείγματα που ελήφθησαν κατανεμήθηκαν και στη συνέχεια υποβλήθηκαν ξανά σε επεξεργασία με διάλυμα. Η θερμοκρασία του διαλύματος ήταν 530°C και ο χρόνος διαλύματος ήταν 4 ώρες. Μετά την απομάκρυνσή τους, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε μια μεγάλη δεξαμενή νερού με βάθος νερού 100mm. Η μεγαλύτερη δεξαμενή νερού μπορεί να διασφαλίσει ότι η θερμοκρασία του νερού στη δεξαμενή νερού αλλάζει ελάχιστα μετά την υδρόψυξη του δείγματος στη ζώνη 1, εμποδίζοντας την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού να επηρεάσει την ένταση ψύξης του νερού. Κατά τη διαδικασία ψύξης του νερού, βεβαιωθείτε ότι η θερμοκρασία του νερού είναι μεταξύ 20-25°C. Τα σβησμένα δείγματα ωριμάστηκαν στους 165°C*8h.
Πάρτε ένα μέρος του δείγματος μήκους 400 mm, πλάτους 30 mm και πάχους 10 mm και εκτελέστε μια δοκιμή σκληρότητας Brinell. Κάντε 5 μετρήσεις κάθε 10 mm. Πάρτε τη μέση τιμή των 5 σκληροτήτων Brinell όπως προκύπτει σε αυτό το σημείο η σκληρότητα Brinell και παρατηρήστε το μοτίβο αλλαγής σκληρότητας.
Οι μηχανικές ιδιότητες του προφίλ δοκιμάστηκαν και το εφελκυστικό παράλληλο τμήμα 60 mm ελέγχθηκε σε διαφορετικές θέσεις του δείγματος 400 mm για να παρατηρηθούν οι ιδιότητες εφελκυσμού και η θέση θραύσης.
Το πεδίο θερμοκρασίας της υδρόψυκτης απόσβεσης του δείγματος και της απόσβεσης μετά από καθυστέρηση 90s προσομοιώθηκε 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 αλλαγής σκληρότητας ενός δείγματος μήκους 400 mm που μετρήθηκε από έναν ελεγκτή σκληρότητας Brinell (το μοναδιαίο μήκος της τετμημένης αντιπροσωπεύει 10 mm και η κλίμακα 0 είναι η διαχωριστική γραμμή μεταξύ της κανονικής απόσβεσης και της καθυστερημένης απόσβεσης). Μπορεί να βρεθεί ότι η σκληρότητα στο υδρόψυκτο άκρο είναι σταθερή γύρω στα 95 HB. Μετά τη διαχωριστική γραμμή μεταξύ της υδρόψυξης απόσβεσης και της καθυστερημένης σβέσης με υδρόψυξη της δεκαετίας του '90, η σκληρότητα αρχίζει να μειώνεται, αλλά ο ρυθμός πτώσης είναι αργός στο αρχικό στάδιο. Μετά από 40mm (89HB), η σκληρότητα πέφτει απότομα και πέφτει στη χαμηλότερη τιμή (77HB) στα 80mm. Μετά από 80mm, η σκληρότητα δεν συνέχισε να μειώνεται, αλλά αυξήθηκε σε κάποιο βαθμό. Η αύξηση ήταν σχετικά μικρή. Μετά από 130 mm, η σκληρότητα παρέμεινε αμετάβλητη στα 83 HB περίπου. Μπορεί να υποτεθεί ότι λόγω της επίδρασης της αγωγιμότητας της θερμότητας, ο ρυθμός ψύξης του τμήματος καθυστερημένης απόσβεσης άλλαξε.
2.2 Αποτελέσματα δοκιμών απόδοσης και ανάλυση
Ο Πίνακας 2 δείχνει τα αποτελέσματα πειραμάτων εφελκυσμού που πραγματοποιήθηκαν σε δείγματα που ελήφθησαν από διαφορετικές θέσεις της παράλληλης τομής. Μπορεί να βρεθεί ότι η αντοχή εφελκυσμού και η αντοχή διαρροής των Νο. 1 και Νο. 2 δεν έχουν σχεδόν καμία αλλαγή. Καθώς αυξάνεται το ποσοστό των καθυστερημένων άκρων σβέσης, η αντοχή εφελκυσμού και η αντοχή διαρροής του κράματος εμφανίζουν σημαντική πτωτική τάση. Ωστόσο, η αντοχή σε εφελκυσμό σε κάθε θέση δειγματοληψίας είναι πάνω από την τυπική αντοχή. Μόνο στην περιοχή με τη χαμηλότερη σκληρότητα, η αντοχή διαρροής είναι χαμηλότερη από το πρότυπο δείγματος, η απόδοση του δείγματος δεν είναι κατάλληλη.
Το Σχήμα 4 δείχνει τα αποτελέσματα των ιδιοτήτων εφελκυσμού του δείγματος Νο. 3. Μπορεί να βρεθεί από το Σχήμα 4 ότι όσο πιο μακριά από τη διαχωριστική γραμμή, τόσο μικρότερη είναι η σκληρότητα του άκρου καθυστερημένης σβέσης. Η μείωση της σκληρότητας δείχνει ότι η απόδοση του δείγματος μειώνεται, αλλά η σκληρότητα μειώνεται αργά, μειώνοντας μόνο από 95HB σε περίπου 91HB στο τέλος του παράλληλου τμήματος. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα απόδοσης στον Πίνακα 1, η αντοχή σε εφελκυσμό μειώθηκε από 342 MPa σε 320 MPa για την υδρόψυξη. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι το σημείο θραύσης του δείγματος εφελκυσμού βρίσκεται επίσης στο άκρο της παράλληλης τομής με τη χαμηλότερη σκληρότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή είναι πολύ μακριά από την υδρόψυξη, η απόδοση του κράματος μειώνεται και το άκρο φτάνει πρώτα το όριο αντοχής σε εφελκυσμό για να σχηματίσει ένα λαιμό προς τα κάτω. Τέλος, σπάστε από το χαμηλότερο σημείο απόδοσης και η θέση θραύσης είναι σύμφωνη με τα αποτελέσματα της δοκιμής απόδοσης.
Το σχήμα 5 δείχνει την καμπύλη σκληρότητας του παράλληλου τμήματος του δείγματος Νο. 4 και τη θέση θραύσης. Μπορεί να διαπιστωθεί ότι όσο πιο μακριά από τη διαχωριστική γραμμή υδρόψυξης, τόσο χαμηλότερη είναι η σκληρότητα του καθυστερημένου άκρου σβέσης. Ταυτόχρονα, η θέση του σπασίματος είναι επίσης στο άκρο όπου η σκληρότητα είναι χαμηλότερη, κατάγματα 86HB. Από τον Πίνακα 2, διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει σχεδόν καμία πλαστική παραμόρφωση στο υδρόψυκτο άκρο. Από τον Πίνακα 1, διαπιστώνεται ότι η απόδοση του δείγματος (αντοχή εφελκυσμού 298 MPa, απόδοση 266 MPa) είναι σημαντικά μειωμένη. Η αντοχή εφελκυσμού είναι μόνο 298MPa, η οποία δεν φτάνει την αντοχή διαρροής του υδρόψυκτου άκρου (315MPa). Το άκρο έχει σχηματίσει ένα λαιμό προς τα κάτω όταν είναι χαμηλότερο από 315 MPa. Πριν από τη θραύση, παρατηρήθηκε μόνο ελαστική παραμόρφωση στην υδρόψυκτη περιοχή. Καθώς εξαφανίστηκε το στρες, εξαφανίστηκε η καταπόνηση στο υδρόψυκτο άκρο. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα παραμόρφωσης στη ζώνη υδρόψυξης στον Πίνακα 2 δεν έχει σχεδόν καμία αλλαγή. Το δείγμα σπάει στο τέλος της πυρκαγιάς με καθυστέρηση, η παραμορφωμένη περιοχή μειώνεται και η ακραία σκληρότητα είναι η χαμηλότερη, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση των αποτελεσμάτων απόδοσης.
Πάρτε δείγματα από την 100% περιοχή καθυστερημένης απόσβεσης στο τέλος του δείγματος 400 mm. Το σχήμα 6 δείχνει την καμπύλη σκληρότητας. Η σκληρότητα του παράλληλου τμήματος μειώνεται στα 83-84HB περίπου και είναι σχετικά σταθερή. Λόγω της ίδιας διαδικασίας, η απόδοση είναι περίπου η ίδια. Δεν εντοπίζεται εμφανές σχέδιο στη θέση του κατάγματος. Η απόδοση του κράματος είναι χαμηλότερη από αυτή του δείγματος που έχει σβήσει με νερό.
Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω η κανονικότητα της απόδοσης και της θραύσης, η παράλληλη τομή του δοκιμίου εφελκυσμού επιλέχθηκε κοντά στο χαμηλότερο σημείο σκληρότητας (77HB). Από τον Πίνακα 1, βρέθηκε 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 υδρόψυξης έπεσε γρήγορα. Μετά από 5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία έπεσε κάτω από τους 100°C και στα 80 mm από τη διαχωριστική γραμμή, η θερμοκρασία έπεσε στους 210°C περίπου στα 90 δευτερόλεπτα. Η μέση πτώση της θερμοκρασίας είναι 3,5°C/s. Μετά από 90 δευτερόλεπτα στην τερματική περιοχή ψύξης αέρα, η θερμοκρασία πέφτει περίπου στους 360°C, με μέσο ρυθμό πτώσης 1,9°C/s.
Μέσω της ανάλυσης απόδοσης και των αποτελεσμάτων προσομοίωσης, διαπιστώθηκε ότι η απόδοση της περιοχής υδρόψυξης και της περιοχής καθυστερημένης απόσβεσης είναι ένα μοτίβο αλλαγής που πρώτα μειώνεται και στη συνέχεια αυξάνεται ελαφρά. Επηρεασμένη από την ψύξη του νερού κοντά στη διαχωριστική γραμμή, η αγωγιμότητα της θερμότητας προκαλεί πτώση του δείγματος σε μια συγκεκριμένη περιοχή με ρυθμό ψύξης μικρότερο από εκείνον της ψύξης του νερού (3,5°C/s). Ως αποτέλεσμα, το Mg2Si, το οποίο στερεοποιήθηκε στη μήτρα, κατακρημνίστηκε σε μεγάλες ποσότητες σε αυτήν την περιοχή και η θερμοκρασία έπεσε στους 210°C περίπου μετά από 90 δευτερόλεπτα. Η μεγάλη ποσότητα Mg2Si που κατακρημνίστηκε οδήγησε σε μικρότερη επίδραση της ψύξης του νερού μετά από 90 δευτερόλεπτα. Η ποσότητα της φάσης ενίσχυσης Mg2Si που κατακρημνίστηκε μετά τη θεραπεία γήρανσης μειώθηκε σημαντικά και η απόδοση του δείγματος στη συνέχεια μειώθηκε. Ωστόσο, η ζώνη καθυστερημένης σβέσης μακριά από τη διαχωριστική γραμμή επηρεάζεται λιγότερο από την αγωγιμότητα της θερμότητας με ψύξη του νερού και το κράμα ψύχεται σχετικά αργά υπό συνθήκες ψύξης αέρα (ρυθμός ψύξης 1,9°C/s). Μόνο ένα μικρό μέρος της φάσης Mg2Si κατακρημνίζεται αργά και η θερμοκρασία είναι 360 C μετά από 90s. Μετά την ψύξη με νερό, το μεγαλύτερο μέρος της φάσης Mg2Si βρίσκεται ακόμα στη μήτρα και διασπείρεται και κατακρημνίζεται μετά τη γήρανση, κάτι που παίζει ενισχυτικό ρόλο.
3. Συμπέρασμα
Διαπιστώθηκε μέσω πειραμάτων ότι η καθυστερημένη απόσβεση θα προκαλέσει τη σκληρότητα της ζώνης καθυστερημένης απόσβεσης στη διασταύρωση της κανονικής απόσβεσης και της καθυστερημένης απόσβεσης πρώτα να μειωθεί και στη συνέχεια να αυξηθεί ελαφρά έως ότου τελικά σταθεροποιηθεί.
Για το κράμα αλουμινίου 6061, οι αντοχές εφελκυσμού μετά από κανονική απόσβεση και καθυστερημένη απόσβεση για 90 s είναι 342MPa και 288MPa αντίστοιχα, και οι αντοχές διαρροής είναι 315MPa και 252MPa, και οι δύο 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 εφελκυσμού 271 MPa και αντοχή διαρροής 220 MPa.
Μέσω της ανάλυσης ANSYS, βρέθηκε 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 διασταύρωση της κανονικής απόσβεσης και της καθυστερημένης απόσβεσης και δεν απέχει πολύ από τη διασταύρωση, η οποία έχει σημαντική καθοδηγητική σημασία για τη λογική διατήρηση της ουράς εξώθησης απόβλητα τελικής διαδικασίας.
Επιμέλεια May Jiang από το MAT Aluminium
Ώρα ανάρτησης: 28 Αυγούστου 2024
