Алуминијумска легура 6061Т6 велике дебљине зида мора се калити након вруће екструзије. Због ограничења дисконтинуиране екструзије, део профила ће ући у зону хлађења водом са закашњењем. Када се следећи кратки ингот настави екструдирати, овај део профила ће се подвргнути одложеном каљењу. Како се носити са подручјем одложеног каљења је питање које свака производна компанија треба да размотри. Када је отпад на крају процеса екструзије кратак, узети узорци перформанси су понекад квалификовани, а понекад неквалификовани. Приликом поновног узорковања са стране, перформансе се поново квалификују. Овај чланак даје одговарајуће објашњење кроз експерименте.
1. Материјали и методе тестирања
Материјал који је коришћен у овом експерименту је легура алуминијума 6061. Њен хемијски састав измерен спектралном анализом је следећи: У складу је са међународним стандардом GB/T 3190-1996 за састав легуре алуминијума 6061.
У овом експерименту, део екструдираног профила је узет за обраду чврстим раствором. Профил дужине 400 мм је подељен на две области. Област 1 је директно хлађена водом и каљена. Област 2 је хлађена на ваздуху 90 секунди, а затим хлађена водом. Дијаграм испитивања је приказан на слици 1.
Профил од легуре алуминијума 6061 који је коришћен у овом експерименту екструдиран је помоћу екструдера 4000UST. Температура калупа је 500°C, температура ливне шипке је 510°C, температура на излазу из екструзије је 525°C, брзина екструзије је 2,1 mm/s, током процеса екструзије се користи водено хлађење високог интензитета, а испитни узорак дужине 400 mm узет је из средине екструдираног готовог профила. Ширина узорка је 150 mm, а висина 10,00 mm.
Узети узорци су подељени, а затим поново подвргнути третману раствором. Температура раствора је била 530°C, а време раствора 4 сата. Након вађења, узорци су стављени у велики резервоар за воду са дубином воде од 100 mm. Већи резервоар за воду може осигурати да се температура воде у резервоару мало промени након што се узорак у зони 1 охлади водом, спречавајући да повећање температуре воде утиче на интензитет хлађења водом. Током процеса хлађења водом, осигурати да је температура воде у опсегу од 20-25°C. Каљени узорци су старени на 165°C * 8 h.
Узмите део узорка дужине 400 мм, ширине 30 мм и дебљине 10 мм и извршите тест тврдоће по Бринелу. Извршите 5 мерења на сваких 10 мм. Узмите просечну вредност 5 Бринелових тврдоћа као резултат тврдоће по Бринелу у овој тачки и посматрајте образац промене тврдоће.
Механичка својства профила су тестирана, а затезни паралелни пресек од 60 мм је контролисан на различитим положајима узорка од 400 мм како би се посматрала затезна својства и локација лома.
Температурно поље каљења узорка хлађеног водом и каљења након кашњења од 90 секунди симулирано је помоћу ANSYS софтвера, а анализиране су брзине хлађења профила на различитим положајима.
2. Експериментални резултати и анализа
2.1 Резултати испитивања тврдоће
Слика 2 приказује криву промене тврдоће узорка дужине 400 мм мереног Бринеловим тестером тврдоће (јединична дужина апсцисе представља 10 мм, а скала 0 је линија разграничења између нормалног каљења и одложеног каљења). Може се уочити да је тврдоћа на крају хлађеном водом стабилна на око 95HB. Након линије разграничења између каљења хлађењем водом и одложеног каљења хлађењем водом од 90 секунди, тврдоћа почиње да опада, али је стопа пада спора у раној фази. Након 40 мм (89HB), тврдоћа нагло пада и пада на најнижу вредност (77HB) на 80 мм. Након 80 мм, тврдоћа није наставила да се смањује, већ се донекле повећала. Повећање је било релативно мало. Након 130 мм, тврдоћа је остала непромењена на око 83HB. Може се претпоставити да се због ефекта проводљивости топлоте брзина хлађења дела са одложеним каљењем променила.
2.2 Резултати тестова перформанси и анализа
Табела 2 приказује резултате експеримената затезања спроведених на узорцима узетим са различитих положаја паралелног пресека. Може се уочити да се затезна чврстоћа и граница течења бр. 1 и бр. 2 готово не мењају. Како се удео завршетака са одложеним каљењем повећава, затезна чврстоћа и граница течења легуре показују значајан тренд пада. Међутим, затезна чврстоћа на свакој локацији узорковања је изнад стандардне чврстоће. Само у подручју са најнижом тврдоћом, граница течења је нижа од стандардног узорка, перформансе узорка су неквалификоване.
Слика 4 приказује резултате затезних својстава узорка бр. 3. Из слике 4 се може видети да што је даље од линије раздвајања, то је тврдоћа на крају са одложеним каљењем нижа. Смањење тврдоће указује на то да су перформансе узорка смањене, али тврдоћа се полако смањује, смањујући се само са 95HB на око 91HB на крају паралелног дела. Као што се може видети из резултата перформанси у Табели 1, затезна чврстоћа се смањила са 342MPa на 320MPa за хлађење водом. Истовремено, утврђено је да се тачка лома затезног узорка такође налази на крају паралелног дела са најнижом тврдоћом. То је због тога што је далеко од хлађења водом, перформансе легуре су смањене, а крај први достиже границу затезне чврстоће и формира сужење. Коначно, лом од најниже тачке перформанси, а положај лома је у складу са резултатима теста перформанси.
Слика 5 приказује криву тврдоће паралелног пресека узорка бр. 4 и положај прелома. Може се видети да што је даље од линије раздвајања хлађења водом, то је тврдоћа краја са одложеним каљењем нижа. Истовремено, место прелома је такође на крају где је тврдоћа најнижа, преломи од 86HB. Из Табеле 2 се види да готово да нема пластичне деформације на крају хлађеном водом. Из Табеле 1 се види да су перформансе узорка (затезна чврстоћа 298MPa, граница течења 266MPa) значајно смањене. Затезна чврстоћа је само 298MPa, што не достиже границу течења краја хлађеног водом (315MPa). Крај је формирао сужење када је нижи од 315MPa. Пре прелома, у подручју хлађеном водом се јављала само еластична деформација. Како је напон нестајао, нестајала је и деформација на крају хлађеном водом. Као резултат тога, количина деформације у зони хлађења водом у Табели 2 се готово није променила. Узорак се ломи на крају паљбе са одложеном брзином, деформисана површина је смањена, а крајња тврдоћа је најнижа, што резултира значајним смањењем резултата перформанси.
Узмите узорке из подручја 100% одложеног каљења на крају узорка од 400 мм. Слика 6 приказује криву тврдоће. Тврдоћа паралелног пресека је смањена на око 83-84HB и релативно је стабилна. Због истог процеса, перформансе су приближно исте. Није пронађен очигледан образац у положају прелома. Перформансе легуре су ниже од оних код узорка каљеног у води.
Ради даљег истраживања правилности перформанси и лома, паралелни пресек узорка за затезање је изабран близу најниже тачке тврдоће (77HB). Из Табеле 1 је утврђено да су перформансе значајно смањене, а тачка лома се појавила на најнижој тачки тврдоће на Слици 2.
2.3 Резултати ANSYS анализе
Слика 7 приказује резултате ANSYS симулације кривих хлађења на различитим положајима. Може се видети да је температура узорка у подручју хлађења водом брзо опадала. Након 5 секунди, температура је пала испод 100°C, а на 80 мм од линије раздвајања, температура је пала на око 210°C на 90 секунди. Просечан пад температуре је 3,5°C/s. Након 90 секунди у подручју завршног хлађења ваздухом, температура пада на око 360°C, са просечном брзином пада од 1,9°C/s.
Кроз анализу перформанси и резултате симулације, утврђено је да перформансе подручја хлађења водом и подручја одложеног каљења представљају образац промена који прво опада, а затим се благо повећава. Под утицајем хлађења водом близу линије раздвајања, проводљивост топлоте узрокује да се узорак у одређеном подручју спушта брзином хлађења мањом од брзине хлађења водом (3,5°C/s). Као резултат тога, Mg2Si, који се стврднуо у матрицу, исталожио се у великим количинама у овом подручју, а температура је пала на око 210°C након 90 секунди. Велика количина исталоженог Mg2Si довела је до мањег ефекта хлађења водом након 90 секунди. Количина фазе ојачавања Mg2Si која се исталожила након третмана старењем је знатно смањена, а перформансе узорка су потом смањене. Међутим, зона одложеног каљења далеко од линије раздвајања је мање погођена проводљивошћу топлоте хлађења водом, а легура се хлади релативно споро под условима хлађења ваздухом (брзина хлађења 1,9°C/s). Само мали део Mg2Si фазе се полако таложи, а температура је 360°C после 90 секунди. Након хлађења водом, већина Mg2Si фазе је и даље у матрици, а након старења се диспергује и таложи, што игра улогу јачања.
3. Закључак
Експериментима је утврђено да ће одложено каљење узроковати да се тврдоћа зоне одложеног каљења на пресеку нормалног каљења и одложеног каљења прво смањи, а затим благо повећа док се коначно не стабилизује.
За легуру алуминијума 6061, затезне чврстоће након нормалног каљења и одложеног каљења током 90 секунди износе 342 MPa и 288 MPa респективно, а границе течења су 315 MPa и 252 MPa, што обе испуњава стандарде перформанси узорка.
Постоји подручје са најнижом тврдоћом, која се смањује са 95HB на 77HB након нормалног каљења. Перформансе овде су такође најниже, са затезном чврстоћом од 271MPa и границом течења од 220MPa.
Кроз ANSYS анализу, утврђено је да је брзина хлађења на најнижој тачки перформанси у зони одложеног каљења 90-их година смањена за приближно 3,5°C у секунди, што је резултирало недовољним чврстим раствором фазе ојачавања Mg2Si. Према овом чланку, може се видети да се опасна тачка перформанси појављује у подручју одложеног каљења на споју нормалног каљења и одложеног каљења, и није далеко од споја, што има важан водећи значај за разумно задржавање отпада из процеса екструзије.
Уредила Меј Ђијанг из МАТ Алуминијума
Време објаве: 28. август 2024.
