Алюминиевый сплав 6061T6 с большой толщиной стенок требует закалки после горячей экструзии. Из-за ограничения прерывистого выдавливания часть профиля попадет в зону водяного охлаждения с задержкой. При продолжении выдавливания следующего короткого слитка эта часть профиля подвергнется замедленной закалке. Как поступить с зоной замедленной закалки – вопрос, который необходимо учитывать каждой производственной компании. Когда отходы процесса экструзии невелики, взятые образцы производительности иногда являются аттестованными, а иногда неквалифицированными. При боковой повторной выборке производительность снова оценивается. В этой статье дается соответствующее объяснение посредством экспериментов.
1. Материалы и методы испытаний.
Материал, использованный в этом эксперименте, — алюминиевый сплав 6061. Его химический состав, измеренный с помощью спектрального анализа, следующий: Он соответствует международному стандарту состава алюминиевых сплавов GB/T 3190-1996 6061.
В данном эксперименте часть экструдированного профиля была взята на обработку твердым раствором. Профиль длиной 400 мм был разделен на две части. Зона 1 охлаждалась и закалялась непосредственно водой. Зона 2 охлаждалась на воздухе в течение 90 секунд, а затем охлаждалась водой. Схема испытаний представлена на рисунке 1.
Профиль из алюминиевого сплава 6061, использованный в этом эксперименте, был экструдирован экструдером 4000UST. Температура формы 500°C, температура литейного стержня 510°C, температура на выходе экструзии 525°C, скорость экструзии 2,1 мм/с, в процессе экструзии используется высокоинтенсивное водяное охлаждение и диаметр 400 мм. Длина контрольного образца берется из середины экструдированного готового профиля. Ширина образца составляет 150 мм, а высота — 10,00 мм.
Отобранные пробы разделяли и затем снова подвергали обработке раствором. Температура раствора составляла 530°С, а время растворения составляло 4 часа. После извлечения образцы помещали в большой резервуар с водой глубиной 100 мм. Резервуар для воды большего размера может гарантировать, что температура воды в резервуаре для воды будет незначительно меняться после водяного охлаждения образца в зоне 1, предотвращая влияние повышения температуры воды на интенсивность водяного охлаждения. Во время процесса водяного охлаждения следите за тем, чтобы температура воды находилась в пределах 20–25°C. Закаленные образцы состаривались при температуре 165°С*8 часов.
Возьмите часть образца длиной 400 мм, шириной 30 мм и толщиной 10 мм и проведите испытание на твердость по Бринеллю. Сделайте 5 измерений через каждые 10 мм. Возьмите среднее значение 5 твердостей по Бринелю в качестве результата твердости по Бринеллю на этом этапе и наблюдайте за закономерностью изменения твердости.
Механические свойства профиля были проверены, а растяжение параллельного участка диаметром 60 мм контролировалось в разных положениях образца длиной 400 мм для наблюдения за свойствами растяжения и расположением трещин.
Температурное поле водоохлаждаемой закалки образца и закалки после задержки в 90 с моделировалось с помощью программного обеспечения ANSYS и анализировались скорости охлаждения профилей в различных положениях.
2. Результаты экспериментов и анализ.
2.1 Результаты испытаний на твердость
На рис. 2 показана кривая изменения твердости образца длиной 400 мм, измеренная твердомером по Бринеллю (единица длины по оси абсцисс равна 10 мм, нулевая шкала является разделительной линией между нормальной закалкой и замедленной закалкой). Можно обнаружить, что твердость на конце с водяным охлаждением стабильна и составляет около 95HB. После разделительной линии между закалкой с водяным охлаждением и закалкой с водяным охлаждением с задержкой 90-х годов твердость начинает снижаться, но на ранней стадии скорость снижения медленная. После 40 мм (89HB) твердость резко падает и падает до минимального значения (77HB) на 80 мм. После 80мм твердость не продолжила снижаться, а в некоторой степени возросла. Увеличение было относительно небольшим. После 130 мм твердость осталась неизменной на отметке 83HB. Можно предположить, что из-за эффекта теплопроводности изменилась скорость охлаждения детали замедленной закалки.
2.2 Результаты и анализ испытаний производительности
В таблице 2 представлены результаты экспериментов на растяжение, проведенных на образцах, взятых из разных положений параллельного сечения. Можно обнаружить, что предел прочности и предел текучести № 1 и № 2 практически не изменились. По мере увеличения доли концов замедленной закалки предел прочности и предел текучести сплава демонстрируют значительную тенденцию к снижению. Однако прочность на разрыв в каждом месте отбора проб превышает стандартную прочность. Лишь на участке с наименьшей твердостью предел текучести ниже эталона образца, работоспособность образца является безоговорочной.
На рис. 4 показаны результаты определения свойств образца № 3 при растяжении. Из рис. 4 видно, что чем дальше от разделительной линии, тем ниже твердость конца замедленной закалки. Уменьшение твердости свидетельствует о том, что работоспособность образца снижается, однако твердость снижается медленно, снижаясь лишь с 95HB до примерно 91HB в конце параллельного участка. Как видно из результатов производительности в Таблице 1, предел прочности на разрыв снизился с 342 МПа до 320 МПа при водяном охлаждении. При этом установлено, что точка разрушения растянутого образца также находится на конце параллельного участка с наименьшей твердостью. Это связано с тем, что он находится далеко от водяного охлаждения, характеристики сплава снижаются, и конец сначала достигает предела прочности на разрыв, образуя сужение. Наконец, разрыв от самой низкой точки производительности, и положение разрыва соответствует результатам теста производительности.
На рис. 5 показаны кривая твердости параллельного участка образца № 4 и положение излома. Установлено, что чем дальше от разделительной линии водяного охлаждения, тем ниже твердость конца замедленной закалки. В то же время место перелома также находится на конце, где твердость самая низкая, переломы 86HB. Из таблицы 2 видно, что пластическая деформация на водоохлаждаемом конце практически отсутствует. Из таблицы 1 установлено, что эксплуатационные характеристики образца (предел прочности 298МПа, текучесть 266МПа) существенно снижаются. Предел прочности составляет всего 298 МПа, что не достигает предела текучести водоохлаждаемого конца (315 МПа). Когда давление ниже 315 МПа, на конце образуется сужение. До разрушения в водоохлаждаемой зоне происходила только упругая деформация. По мере исчезновения напряжения исчезла и деформация на водоохлаждаемом конце. В результате величина деформации в зоне водяного охлаждения в таблице 2 практически не изменилась. Образец разрушается в конце замедленного темпа горения, площадь деформации уменьшается, а торцевая твердость оказывается наименьшей, что приводит к значительному снижению эксплуатационных результатов.
Отберите образцы из зоны 100% замедленной закалки на конце образца длиной 400 мм. На рис. 6 представлена кривая твердости. Твердость параллельного участка снижается примерно до 83-84HB и остается относительно стабильной. Благодаря тому же процессу производительность примерно одинакова. Никакой очевидной закономерности в положении перелома не обнаружено. Работоспособность сплава ниже, чем у закаленного в воде образца.
Для дальнейшего изучения закономерностей характеристик и разрушения параллельное сечение образца при растяжении было выбрано вблизи самой низкой точки твердости (77HB). Из Таблицы 1 было обнаружено, что производительность значительно снизилась, а точка разрушения оказалась в самой низкой точке твердости на Рисунке 2.
2.3 Результаты анализа ANSYS
На рисунке 7 показаны результаты моделирования ANSYS кривых охлаждения в разных положениях. Видно, что температура образца в зоне водяного охлаждения быстро падала. Через 5 с температура упала ниже 100°С, а на расстоянии 80 мм от разделительной линии температура упала примерно до 210°С за 90 с. Среднее падение температуры составляет 3,5°C/с. Через 90 секунд в зоне воздушного охлаждения терминала температура падает примерно до 360°C со средней скоростью падения 1,9°C/с.
С помощью анализа производительности и результатов моделирования обнаружено, что производительность зоны водяного охлаждения и зоны замедленной закалки представляет собой структуру изменений, которая сначала снижается, а затем немного увеличивается. Под влиянием водяного охлаждения вблизи разделительной линии теплопроводность приводит к падению образца на определенном участке со скоростью охлаждения меньшей, чем при водяном охлаждении (3,5°С/с). В результате в этой области в больших количествах выпал Mg2Si, затвердевший в матрицу, и через 90 секунд температура упала примерно до 210°C. Большое количество выпавшего в осадок Mg2Si привело к меньшему эффекту водяного охлаждения через 90 с. Количество упрочняющей фазы Mg2Si, выделившейся после старения, значительно уменьшилось, и впоследствии характеристики образца снизились. Однако зона замедленной закалки вдали от разделительной линии менее подвержена влиянию теплопроводности водяного охлаждения, и в условиях воздушного охлаждения сплав остывает сравнительно медленно (скорость охлаждения 1,9°С/с). Лишь небольшая часть фазы Mg2Si медленно выделяется, а температура через 90 с составляет 360°С. После водяного охлаждения большая часть фазы Mg2Si все еще находится в матрице, а после старения она диспергируется и выделяется, что играет упрочняющую роль.
3. Заключение
В ходе экспериментов было обнаружено, что отсроченная закалка приводит к тому, что твердость зоны замедленной закалки на пересечении нормальной и отсроченной закалки сначала уменьшается, а затем незначительно увеличивается, пока она окончательно не стабилизируется.
Для алюминиевого сплава 6061 предел прочности после нормальной закалки и замедленной закалки в течение 90 с составляет 342 МПа и 288 МПа соответственно, а предел текучести — 315 МПа и 252 МПа, что соответствует нормам производительности образца.
Существует область с наименьшей твердостью, которая после нормальной закалки снижается с 95HB до 77HB. Производительность здесь также самая низкая: предел прочности 271 МПа и предел текучести 220 МПа.
С помощью анализа ANSYS было обнаружено, что скорость охлаждения в самой низкой точке производительности в зоне замедленной закалки через 90 секунд снизилась примерно на 3,5°C в секунду, что привело к недостаточному количеству твердого раствора упрочняющей фазы Mg2Si. Согласно этой статье видно, что точка опасности производительности появляется в области замедленной закалки на стыке нормальной закалки и замедленной закалки и находится недалеко от места соединения, что имеет важное направляющее значение для разумного сохранения хвоста экструзии. конечные технологические отходы.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminium
Время публикации: 28 августа 2024 г.
