Grootwanddikte 6061T6 aluminiumlegering moet na warm ekstrusie geblus word. As gevolg van die beperking van diskontinue ekstrusie, sal 'n deel van die profiel met 'n vertraging die waterverkoelingsone binnegaan. Wanneer die volgende kort staaf verder geëkstrudeer word, sal hierdie deel van die profiel vertraagde blus ondergaan. Hoe om die vertraagde blusarea te hanteer, is 'n kwessie wat elke produksiemaatskappy moet oorweeg. Wanneer die ekstrusie-stertprosesafval kort is, is die prestasiemonsters wat geneem word soms gekwalifiseerd en soms ongekwalifiseerd. Wanneer van die kant af hermonster word, word die prestasie weer gekwalifiseer. Hierdie artikel gee die ooreenstemmende verduideliking deur middel van eksperimente.
1. Toetsmateriaal en -metodes
Die materiaal wat in hierdie eksperiment gebruik is, is 6061 aluminiumlegering. Die chemiese samestelling daarvan, gemeet deur spektrale analise, is soos volg: Dit voldoen aan GB/T 3190-1996 internasionale 6061 aluminiumlegering-samestellingsstandaard.
In hierdie eksperiment is 'n gedeelte van die geëxtrudeerde profiel geneem vir behandeling in vaste oplossing. Die 400 mm lange profiel is in twee areas verdeel. Area 1 is direk met water afgekoel en geblus. Area 2 is vir 90 sekondes in die lug afgekoel en toe met water afgekoel. Die toetsdiagram word in Figuur 1 getoon.
Die 6061 aluminiumlegeringsprofiel wat in hierdie eksperiment gebruik is, is deur 'n 4000UST-ekstruder geëxtrudeer. Die vormtemperatuur is 500°C, die gietstaaftemperatuur is 510°C, die ekstrusie-uitlaattemperatuur is 525°C, die ekstrusiespoed is 2.1mm/s, hoë-intensiteit waterverkoeling word tydens die ekstrusieproses gebruik, en 'n 400mm-lange toetsstuk word uit die middel van die geëxtrudeerde, voltooide profiel geneem. Die monsterwydte is 150mm en die hoogte is 10.00mm.
Die geneemde monsters is verdeel en toe weer aan oplossingsbehandeling onderwerp. Die oplossingstemperatuur was 530°C en die oplossingstyd was 4 uur. Nadat hulle verwyder is, is die monsters in 'n groot watertenk met 'n waterdiepte van 100 mm geplaas. Die groter watertenk kan verseker dat die watertemperatuur in die watertenk min verander nadat die monster in sone 1 met water afgekoel is, wat verhoed dat die toename in watertemperatuur die intensiteit van die waterverkoeling beïnvloed. Gedurende die waterverkoelingsproses, maak seker dat die watertemperatuur binne die reeks van 20-25°C is. Die afgekoelde monsters is verouder teen 165°C * 8 uur.
Neem 'n deel van die monster, 400 mm lank, 30 mm breed en 10 mm dik, en voer 'n Brinell-hardheidstoets uit. Maak 5 metings elke 10 mm. Neem die gemiddelde waarde van die 5 Brinell-hardhede as die Brinell-hardheidsresultaat op hierdie punt, en neem die hardheidveranderingspatroon waar.
Die meganiese eienskappe van die profiel is getoets, en die trek parallelle snit van 60 mm is by verskillende posisies van die 400 mm monster beheer om die trek eienskappe en breukligging waar te neem.
Die temperatuurveld van die waterverkoelde blus van die monster en die blus na 'n vertraging van 90's is gesimuleer deur ANSYS sagteware, en die verkoelingstempo's van die profiele by verskillende posisies is geanaliseer.
2. Eksperimentele resultate en analise
2.1 Resultate van die hardheidstoets
Figuur 2 toon die hardheidveranderingskurwe van 'n 400 mm lange monster gemeet deur 'n Brinell-hardheidstoetser (die eenheidslengte van die abscis verteenwoordig 10 mm, en die 0-skaal is die skeidslyn tussen normale blus en vertraagde blus). Daar kan gevind word dat die hardheid aan die waterverkoelde kant stabiel is rondom 95 HB. Na die skeidslyn tussen waterverkoelde blus en vertraagde 90's waterverkoelde blus, begin die hardheid afneem, maar die afnamekoers is stadig in die vroeë stadium. Na 40 mm (89 HB) daal die hardheid skerp en daal tot die laagste waarde (77 HB) by 80 mm. Na 80 mm het die hardheid nie aangehou afneem nie, maar tot 'n sekere mate toegeneem. Die toename was relatief klein. Na 130 mm het die hardheid onveranderd gebly rondom 83 HB. Daar kan gespekuleer word dat as gevolg van die effek van hittegeleiding, die verkoelingstempo van die vertraagde blusdeel verander het.
2.2 Prestasietoetsresultate en -analise
Tabel 2 toon die resultate van trekproewe wat op monsters geneem is vanaf verskillende posisies van die parallelle snit. Daar kan gevind word dat die treksterkte en vloeigrens van nr. 1 en nr. 2 byna geen verandering toon nie. Soos die proporsie van vertraagde bluspunte toeneem, toon die treksterkte en vloeigrens van die legering 'n beduidende afwaartse neiging. Die treksterkte by elke monsternemingsplek is egter bo die standaardsterkte. Slegs in die gebied met die laagste hardheid, is die vloeigrens laer as die monsterstandaard, die monsterprestasie is ongekwalifiseerd.
Figuur 4 toon die treksterkte-eienskappe-resultate van monster nr. 3. Uit Figuur 4 kan gesien word dat hoe verder weg van die skeidslyn, hoe laer die hardheid van die vertraagde blus-einde. Die afname in hardheid dui daarop dat die werkverrigting van die monster verminder word, maar die hardheid neem stadig af, slegs afnemend van 95HB tot ongeveer 91HB aan die einde van die parallelle gedeelte. Soos gesien kan word uit die werkverrigtingsresultate in Tabel 1, het die treksterkte afgeneem van 342 MPa tot 320 MPa vir waterverkoeling. Terselfdertyd is gevind dat die breekpunt van die treksterkte-monster ook aan die einde van die parallelle gedeelte met die laagste hardheid is. Dit is omdat dit ver weg is van die waterverkoeling, die legeringswerkverrigting verminder word, en die einde bereik eers die treksterktelimiet om 'n nek te vorm. Laastens, breek vanaf die laagste werkverrigtingspunt, en die breekposisie is in ooreenstemming met die werkverrigtingstoetsresultate.
Figuur 5 toon die hardheidskromme van die parallelle gedeelte van monster nr. 4 en die breukposisie. Daar kan gevind word dat hoe verder weg van die waterverkoelingsverdelingslyn, hoe laer die hardheid van die vertraagde blus-einde. Terselfdertyd is die breukligging ook aan die einde waar die hardheid die laagste is, 86HB-breuke. Uit Tabel 2 word gevind dat daar byna geen plastiese vervorming by die waterverkoelde einde is nie. Uit Tabel 1 word gevind dat die monsterprestasie (treksterkte 298 MPa, opbrengs 266 MPa) aansienlik verminder word. Die treksterkte is slegs 298 MPa, wat nie die vloeigrens van die waterverkoelde einde (315 MPa) bereik nie. Die einde het 'n nekvorming gevorm wanneer dit laer as 315 MPa is. Voor breuk het slegs elastiese vervorming in die waterverkoelde area plaasgevind. Soos die spanning verdwyn het, het die vervorming by die waterverkoelde einde verdwyn. Gevolglik het die vervormingshoeveelheid in die waterverkoelingsone in Tabel 2 byna geen verandering getoon nie. Die monster breek aan die einde van die vertraagde vuurtempo, die vervormde area word verminder, en die eindhardheid is die laagste, wat lei tot 'n beduidende vermindering in prestasieresultate.
Neem monsters uit die 100% vertraagde blusarea aan die einde van die 400 mm-monster. Figuur 6 toon die hardheidskromme. Die hardheid van die parallelle snit word verminder tot ongeveer 83-84HB en is relatief stabiel. As gevolg van dieselfde proses is die werkverrigting ongeveer dieselfde. Geen duidelike patroon word in die breukposisie gevind nie. Die legeringswerkverrigting is laer as dié van die water-geblusde monster.
Om die gereeldheid van werkverrigting en breuk verder te ondersoek, is die parallelle snit van die trekmonster naby die laagste punt van hardheid (77HB) gekies. Uit Tabel 1 is gevind dat die werkverrigting aansienlik verminder is, en die breukpunt het by die laagste punt van hardheid in Figuur 2 verskyn.
2.3 ANSYS-analiseresultate
Figuur 7 toon die resultate van ANSYS-simulasie van verkoelingskrommes by verskillende posisies. Daar kan gesien word dat die temperatuur van die monster in die waterverkoelingsarea vinnig gedaal het. Na 5 sekondes het die temperatuur tot onder 100°C gedaal, en 80 mm van die skeidslyn het die temperatuur tot ongeveer 210°C by 90 sekondes gedaal. Die gemiddelde temperatuurdaling is 3.5°C/s. Na 90 sekondes in die terminale lugverkoelingsarea daal die temperatuur tot ongeveer 360°C, met 'n gemiddelde dalingstempo van 1.9°C/s.
Deur middel van prestasie-analise en simulasieresultate is gevind dat die prestasie van die waterverkoelingsarea en vertraagde blusarea 'n veranderingspatroon is wat eers afneem en dan effens toeneem. Beïnvloed deur waterverkoeling naby die verdeellyn, veroorsaak hittegeleiding dat die monster in 'n sekere area teen 'n afkoeltempo daal wat minder is as dié van waterverkoeling (3.5°C/s). Gevolglik het Mg2Si, wat in die matriks gestol het, in groot hoeveelhede in hierdie area neergeslaan, en die temperatuur het na 90 sekondes tot ongeveer 210°C gedaal. Die groot hoeveelheid Mg2Si wat neergeslaan het, het gelei tot 'n kleiner effek van waterverkoeling na 90 s. Die hoeveelheid Mg2Si-versterkingsfase wat na verouderingsbehandeling neergeslaan het, is aansienlik verminder, en die monsterprestasie is gevolglik verminder. Die vertraagde blusgebied ver weg van die verdeellyn word egter minder beïnvloed deur waterverkoelingshittegeleiding, en die legering koel relatief stadig af onder lugverkoelingstoestande (verkoeltempo 1.9°C/s). Slegs 'n klein deel van die Mg2Si-fase presipiteer stadig, en die temperatuur is 360°C na 90's. Na waterverkoeling is die meeste van die Mg2Si-fase steeds in die matriks, en dit versprei en presipiteer na veroudering, wat 'n versterkende rol speel.
3. Gevolgtrekking
Daar is deur eksperimente gevind dat vertraagde blus veroorsaak dat die hardheid van die vertraagde blussone by die kruising van normale blus en vertraagde blus eers afneem en dan effens toeneem totdat dit uiteindelik stabiliseer.
Vir 6061 aluminiumlegering is die treksterktes na normale blus en vertraagde blus vir 90 s onderskeidelik 342 MPa en 288 MPa, en die vloeisterktes is 315 MPa en 252 MPa, wat albei aan die monsterprestasiestandaarde voldoen.
Daar is 'n gebied met die laagste hardheid, wat verminder word van 95HB tot 77HB na normale blus. Die werkverrigting hier is ook die laagste, met 'n treksterkte van 271MPa en 'n vloeigrens van 220MPa.
Deur ANSYS-analise is bevind dat die verkoelingstempo by die laagste werkverrigtingspunt in die 90's vertraagde blus-sone met ongeveer 3.5°C per sekonde afgeneem het, wat gelei het tot onvoldoende vaste oplossing van die versterkingsfase Mg2Si-fase. Volgens hierdie artikel kan gesien word dat die werkverrigtingsgevaarspunt in die vertraagde blusarea by die aansluiting van normale blus en vertraagde blus voorkom, en nie ver van die aansluiting is nie, wat belangrike leidende betekenis het vir die redelike behoud van ekstrusie-stertprosesafval.
Geredigeer deur May Jiang van MAT Aluminium
Plasingstyd: 28 Augustus 2024
