Aluminiumlegering 6061T6 med stor väggtjocklek behöver kylas efter varm extrudering. På grund av begränsningen med diskontinuerlig extrudering kommer en del av profilen att fördröjas in i vattenkylningszonen. När nästa korta göt fortsätter att extruderas kommer denna del av profilen att genomgå fördröjd kylning. Hur man hanterar det fördröjda kylningsområdet är en fråga som alla produktionsföretag måste beakta. När det slutliga avfallet från extruderingsprocessen är kort, blir de tagna prestandaproverna ibland kvalificerade och ibland okvalificerade. Vid omprovtagning från sidan kvalificeras prestandan igen. Denna artikel ger motsvarande förklaring genom experiment.
1. Testmaterial och metoder
Materialet som användes i detta experiment är aluminiumlegering 6061. Dess kemiska sammansättning, mätt med spektralanalys, är följande: Den uppfyller den internationella standarden GB/T 3190-1996 för aluminiumlegering 6061.
I detta experiment togs en del av den extruderade profilen för behandling i fast lösning. Den 400 mm långa profilen delades in i två områden. Område 1 kyldes direkt med vatten och kyldes sedan. Område 2 kyldes i luften i 90 sekunder och vattenkyldes sedan. Testdiagrammet visas i figur 1.
Den aluminiumlegeringsprofil 6061 som användes i detta experiment extruderades med en 4000UST-extruder. Formtemperaturen är 500 °C, gjutstångens temperatur är 510 °C, extruderingens utloppstemperatur är 525 °C, extruderingshastigheten är 2,1 mm/s, högintensiv vattenkylning används under extruderingsprocessen och ett 400 mm långt teststycke tas från mitten av den extruderade färdiga profilen. Provbredden är 150 mm och höjden är 10,00 mm.
De tagna proverna delades upp och behandlades sedan igen med lösning. Lösningstemperaturen var 530 °C och lösningstiden var 4 timmar. Efter uttag placerades proverna i en stor vattentank med ett vattendjup på 100 mm. Den större vattentanken kan säkerställa att vattentemperaturen i vattentanken förändras lite efter att provet i zon 1 har vattenkylts, vilket förhindrar att ökningen av vattentemperaturen påverkar vattenkylningsintensiteten. Under vattenkylningsprocessen, se till att vattentemperaturen ligger inom intervallet 20-25 °C. De kylda proverna åldrades vid 165 °C * 8 timmar.
Ta en del av provet, 400 mm långt, 30 mm brett och 10 mm tjockt, och utför ett Brinell-hårdhetstest. Gör 5 mätningar var 10 mm. Ta medelvärdet av de 5 Brinell-hårdheterna som Brinell-hårdhetsresultatet vid denna punkt och observera hårdhetsförändringsmönstret.
Profilens mekaniska egenskaper testades, och den draghållfasta parallella sektionen 60 mm kontrollerades vid olika positioner av 400 mm-provet för att observera draghållfasthetsegenskaperna och brottplatsen.
Temperaturfältet för den vattenkylda kylningen av provet och kylningen efter en fördröjning på 90 sekunder simulerades med hjälp av ANSYS-programvara, och kylningshastigheterna för profilerna vid olika positioner analyserades.
2. Experimentella resultat och analys
2.1 Resultat av hårdhetstest
Figur 2 visar hårdhetsförändringskurvan för ett 400 mm långt prov mätt med en Brinell-hårdhetsprovare (abskissans enhetslängd representerar 10 mm, och 0-skalan är skiljelinjen mellan normal kylning och fördröjd kylning). Det kan konstateras att hårdheten vid den vattenkylda änden är stabil runt 95 HB. Efter skiljelinjen mellan vattenkylningssläckning och fördröjd 90-tals vattenkylningssläckning börjar hårdheten minska, men minskningshastigheten är långsam i ett tidigt skede. Efter 40 mm (89 HB) sjunker hårdheten kraftigt och sjunker till det lägsta värdet (77 HB) vid 80 mm. Efter 80 mm fortsatte hårdheten inte att minska, utan ökade till en viss grad. Ökningen var relativt liten. Efter 130 mm förblev hårdheten oförändrad runt 83 HB. Det kan spekuleras att på grund av effekten av värmeledning förändrades kylningshastigheten för den fördröjda kylningsdelen.
2.2 Resultat och analys av prestandatest
Tabell 2 visar resultaten av draghållfasthetsexperiment utförda på prover tagna från olika positioner i den parallella sektionen. Det kan konstateras att draghållfastheten och sträckgränsen för nr 1 och nr 2 nästan inte förändras. När andelen fördröjda kylningsändar ökar, visar legeringens draghållfasthet och sträckgräns en signifikant nedåtgående trend. Draghållfastheten vid varje provtagningsplats är dock över standardhållfastheten. Endast i området med lägst hårdhet är sträckgränsen lägre än provstandarden, vilket innebär att provets prestanda är okvalificerad.
Figur 4 visar resultaten av draghållfasthetstestet för prov nr 3. Det framgår av figur 4 att ju längre bort från delningslinjen, desto lägre är hårdheten hos den fördröjda kylningsänden. Minskningen av hårdhet indikerar att provets prestanda minskar, men hårdheten minskar långsamt och minskar endast från 95HB till cirka 91HB i slutet av den parallella sektionen. Som framgår av prestandaresultaten i tabell 1 minskade draghållfastheten från 342 MPa till 320 MPa vid vattenkylning. Samtidigt fann man att brottpunkten för draghållfasthetsprovet också ligger i änden av den parallella sektionen med den lägsta hårdheten. Detta beror på att det är långt borta från vattenkylningen, legeringens prestanda minskar och änden når först draghållfasthetsgränsen för att bilda en avsmalning. Slutligen, brottet från den lägsta prestandapunkten, och brottpositionen överensstämmer med prestandatestresultaten.
Figur 5 visar hårdhetskurvan för den parallella sektionen av prov nr 4 och brottpositionen. Det kan konstateras att ju längre bort från vattenkylningslinjen, desto lägre är hårdheten hos den fördröjda kylningsänden. Samtidigt är brottplatsen också vid den ände där hårdheten är lägst, 86HB-brott. Av tabell 2 framgår att det nästan inte finns någon plastisk deformation vid den vattenkylda änden. Av tabell 1 framgår att provets prestanda (draghållfasthet 298 MPa, sträckgräns 266 MPa) minskar avsevärt. Draghållfastheten är endast 298 MPa, vilket inte når sträckgränsen för den vattenkylda änden (315 MPa). Änden har bildat en avsmalning när den är lägre än 315 MPa. Före brottet inträffade endast elastisk deformation i det vattenkylda området. När spänningen försvann försvann även töjningen vid den vattenkylda änden. Som ett resultat har deformationsmängden i vattenkylningszonen i tabell 2 nästan inte förändrats. Provet går sönder i slutet av den fördröjda avfyrningshastigheten, det deformerade området minskar och sluthårdheten är den lägsta, vilket resulterar i en betydande minskning av prestandaresultaten.
Ta prover från området med 100 % fördröjd kylning i slutet av 400 mm-provet. Figur 6 visar hårdhetskurvan. Hårdheten i den parallella sektionen är reducerad till cirka 83-84 HB och är relativt stabil. På grund av samma process är prestandan ungefär densamma. Inget uppenbart mönster finns i brottpositionen. Legeringens prestanda är lägre än för det vattenkylda provet.
För att ytterligare undersöka regelbundenheten i prestanda och brott valdes den parallella sektionen av dragprovet nära den lägsta hårdhetspunkten (77HB). Från tabell 1 fann man att prestandan var signifikant reducerad, och brottpunkten uppträdde vid den lägsta hårdhetspunkten i figur 2.
2.3 ANSYS-analysresultat
Figur 7 visar resultaten av ANSYS-simulering av kylkurvor vid olika positioner. Det framgår att temperaturen på provet i vattenkylningsområdet sjönk snabbt. Efter 5 sekunder sjönk temperaturen till under 100 °C, och vid 80 mm från skiljelinjen sjönk temperaturen till cirka 210 °C vid 90 sekunder. Den genomsnittliga temperaturminskningen är 3,5 °C/s. Efter 90 sekunder i det slutliga luftkylningsområdet sjunker temperaturen till cirka 360 °C, med en genomsnittlig minskningshastighet på 1,9 °C/s.
Genom prestandaanalys och simuleringsresultat har man funnit att prestandan hos vattenkylningsområdet och området med fördröjd kylning har ett förändringsmönster som först minskar och sedan ökar något. Påverkad av vattenkylning nära skiljelinjen orsakar värmeledning att provet i ett visst område sjunker med en kylningshastighet som är lägre än vattenkylningens (3,5 °C/s). Som ett resultat fälldes Mg2Si, som stelnade i matrisen, ut i stora mängder i detta område, och temperaturen sjönk till cirka 210 °C efter 90 sekunder. Den stora mängden utfälld Mg2Si ledde till en mindre effekt av vattenkylning efter 90 sekunder. Mängden Mg2Si-härdningsfas som utfälldes efter åldringsbehandlingen minskade kraftigt, och provets prestanda minskade därefter. Emellertid påverkas zonen med fördröjd kylning långt ifrån skiljelinjen mindre av vattenkylningens värmeledning, och legeringen kyls relativt långsamt under luftkylningsförhållanden (kylningshastighet 1,9 °C/s). Endast en liten del av Mg2Si-fasen fälls långsamt ut, och temperaturen är 360°C efter 90 sekunder. Efter vattenkylning finns det mesta av Mg2Si-fasen fortfarande kvar i matrisen, och den dispergeras och fälls ut efter åldring, vilket spelar en förstärkande roll.
3. Slutsats
Genom experiment fann man att fördröjd kylning gör att hårdheten i den fördröjda kylningszonen vid skärningspunkten mellan normal kylning och fördröjd kylning först minskar och sedan ökar något tills den slutligen stabiliseras.
För aluminiumlegering 6061 är draghållfastheten efter normal kylning och fördröjd kylning i 90 sekunder 342 MPa respektive 288 MPa, och sträckgränserna är 315 MPa och 252 MPa, vilka båda uppfyller provets prestandastandarder.
Det finns ett område med den lägsta hårdheten, som minskar från 95HB till 77HB efter normal kylning. Prestandan här är också den lägsta, med en draghållfasthet på 271 MPa och en sträckgräns på 220 MPa.
Genom ANSYS-analys fann man att kylningshastigheten vid den lägsta prestandapunkten i 90-talszonen med fördröjd kylning minskade med cirka 3,5 °C per sekund, vilket resulterade i otillräcklig fast lösning av den förstärkande Mg2Si-fasen. Enligt denna artikel kan man se att prestandariskpunkten uppträder i området med fördröjd kylning vid övergången mellan normal kylning och fördröjd kylning, och inte ligger långt från övergången, vilket har viktig vägledande betydelse för en rimlig kvarhållning av avfall från extruderingsänden.
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 28 augusti 2024
