L'aliatge d'alumini 6061T6 de gran gruix de paret s'ha de refredar després de l'extrusió en calent. A causa de la limitació de l'extrusió discontínua, una part del perfil entrarà a la zona de refrigeració per aigua amb un retard. Quan es continua extrudint el següent lingot curt, aquesta part del perfil se sotmetrà a un refredament retardat. Com tractar la zona de refredament retardat és una qüestió que tota empresa de producció ha de tenir en compte. Quan els residus del procés final d'extrusió són curts, les mostres de rendiment preses de vegades es qualifiquen i de vegades no es qualifiquen. Quan es torna a mostrejar des del costat, el rendiment es torna a qualificar. Aquest article dóna l'explicació corresponent mitjançant experiments.
1. Materials i mètodes de prova
El material utilitzat en aquest experiment és l'aliatge d'alumini 6061. La seva composició química mesurada mitjançant anàlisi espectral és la següent: Compleix amb la norma internacional de composició d'aliatge d'alumini 6061 GB/T 3190-1996.
En aquest experiment, es va agafar una part del perfil extrudit per tractar-lo amb una solució sòlida. El perfil de 400 mm de llarg es va dividir en dues zones. La zona 1 es va refredar directament amb aigua i es va temperar. La zona 2 es va refredar a l'aire durant 90 segons i després es va refredar amb aigua. El diagrama de prova es mostra a la Figura 1.
El perfil d'aliatge d'alumini 6061 utilitzat en aquest experiment es va extrudir mitjançant una extrusora 4000UST. La temperatura del motlle és de 500 °C, la temperatura de la vareta de fosa és de 510 °C, la temperatura de sortida de l'extrusió és de 525 °C, la velocitat d'extrusió és de 2,1 mm/s, s'utilitza refrigeració per aigua d'alta intensitat durant el procés d'extrusió i es pren una peça de prova de 400 mm de longitud del centre del perfil acabat extrudit. L'amplada de la mostra és de 150 mm i l'alçada és de 10,00 mm.
Les mostres preses es van dividir i després es van sotmetre a un tractament de solució de nou. La temperatura de la solució era de 530 °C i el temps de solució era de 4 hores. Després de treure-les, les mostres es van col·locar en un dipòsit d'aigua gran amb una profunditat d'aigua de 100 mm. El dipòsit d'aigua més gran pot garantir que la temperatura de l'aigua al dipòsit d'aigua canviï poc després que la mostra de la zona 1 es refredi amb aigua, evitant que l'augment de la temperatura de l'aigua afecti la intensitat de refredament de l'aigua. Durant el procés de refredament de l'aigua, assegureu-vos que la temperatura de l'aigua estigui dins del rang de 20-25 °C. Les mostres trempades es van envellir a 165 °C * 8 h.
Agafeu una part de la mostra de 400 mm de llarg, 30 mm d'ample i 10 mm de gruix i realitzeu una prova de duresa Brinell. Feu 5 mesures cada 10 mm. Preneu el valor mitjà de les 5 dureses Brinell com a resultat de la duresa Brinell en aquest punt i observeu el patró de canvi de duresa.
Es van provar les propietats mecàniques del perfil i es va controlar la secció paral·lela a tracció de 60 mm en diferents posicions de la mostra de 400 mm per observar les propietats a tracció i la ubicació de la fractura.
El camp de temperatura del refredament de la mostra refrigerat per aigua i el refredament després d'un retard de 90 s es va simular mitjançant el programari ANSYS, i es van analitzar les velocitats de refredament dels perfils en diferents posicions.
2. Resultats experimentals i anàlisi
2.1 Resultats de la prova de duresa
La figura 2 mostra la corba de canvi de duresa d'una mostra de 400 mm de llargada mesurada per un duròmetre Brinell (la unitat de longitud de l'abscissa representa 10 mm, i l'escala 0 és la línia divisòria entre el refredament normal i el refredament retardat). Es pot observar que la duresa a l'extrem refrigerat per aigua és estable al voltant de 95 HB. Després de la línia divisòria entre el refredament per aigua i el refredament per aigua retardat de 90 s, la duresa comença a disminuir, però la velocitat de disminució és lenta en la fase inicial. Després de 40 mm (89 HB), la duresa disminueix bruscament i baixa al valor més baix (77 HB) a 80 mm. Després de 80 mm, la duresa no va continuar disminuint, sinó que va augmentar fins a cert punt. L'augment va ser relativament petit. Després de 130 mm, la duresa es va mantenir sense canvis al voltant de 83 HB. Es pot especular que a causa de l'efecte de la conducció de calor, la velocitat de refredament de la part de refredament retardat va canviar.
2.2 Resultats i anàlisi de les proves de rendiment
La Taula 2 mostra els resultats dels experiments de tracció realitzats en mostres preses de diferents posicions de la secció paral·lela. Es pot observar que la resistència a la tracció i el límit elàstic del núm. 1 i el núm. 2 gairebé no canvien. A mesura que augmenta la proporció d'extrems de tremp retardat, la resistència a la tracció i el límit elàstic de l'aliatge mostren una tendència a la baixa significativa. Tanmateix, la resistència a la tracció a cada ubicació de mostreig és superior a la resistència estàndard. Només a la zona amb la duresa més baixa, el límit elàstic és inferior a l'estàndard de la mostra, el rendiment de la mostra no està qualificat.
La figura 4 mostra els resultats de les propietats de tracció de la mostra núm. 3. A la figura 4 es pot observar que com més lluny de la línia divisòria, menor és la duresa de l'extrem de refredament retardat. La disminució de la duresa indica que el rendiment de la mostra es redueix, però la duresa disminueix lentament, només disminuint de 95HB a aproximadament 91HB al final de la secció paral·lela. Com es pot veure als resultats de rendiment de la taula 1, la resistència a la tracció va disminuir de 342MPa a 320MPa per al refredament per aigua. Al mateix temps, es va trobar que el punt de fractura de la mostra de tracció també es troba al final de la secció paral·lela amb la duresa més baixa. Això es deu al fet que està lluny del refredament per aigua, el rendiment de l'aliatge es redueix i l'extrem arriba primer al límit de resistència a la tracció per formar un estrenyiment. Finalment, es trenca des del punt de rendiment més baix, i la posició de trencament és coherent amb els resultats de la prova de rendiment.
La figura 5 mostra la corba de duresa de la secció paral·lela de la mostra núm. 4 i la posició de la fractura. Es pot observar que com més lluny de la línia divisòria de refrigeració per aigua, menor és la duresa de l'extrem de refredament retardat. Al mateix temps, la ubicació de la fractura també es troba a l'extrem on la duresa és més baixa, fractures de 86HB. A la taula 2, es veu que gairebé no hi ha deformació plàstica a l'extrem refrigerat per aigua. A la taula 1, es veu que el rendiment de la mostra (resistència a la tracció 298MPa, rendiment 266MPa) es redueix significativament. La resistència a la tracció és només de 298MPa, que no arriba al límit elàstic de l'extrem refrigerat per aigua (315MPa). L'extrem ha format un estret quan és inferior a 315MPa. Abans de la fractura, només es produïa deformació elàstica a la zona refrigerada per aigua. A mesura que la tensió desapareixia, la deformació a l'extrem refrigerat per aigua desapareixia. Com a resultat, la quantitat de deformació a la zona de refrigeració per aigua de la taula 2 gairebé no ha canviat. La mostra es trenca al final del foc de velocitat retardada, l'àrea deformada es redueix i la duresa final és la més baixa, la qual cosa provoca una reducció significativa en els resultats de rendiment.
Preneu mostres de la zona de refredament retardat del 100% al final de la mostra de 400 mm. La figura 6 mostra la corba de duresa. La duresa de la secció paral·lela es redueix a uns 83-84HB i és relativament estable. A causa del mateix procés, el rendiment és aproximadament el mateix. No es troba cap patró evident en la posició de fractura. El rendiment de l'aliatge és inferior al de la mostra refredada amb aigua.
Per tal d'explorar més a fons la regularitat del rendiment i la fractura, es va seleccionar la secció paral·lela de la mostra de tracció prop del punt de duresa més baix (77HB). A partir de la Taula 1, es va trobar que el rendiment es va reduir significativament i que el punt de fractura apareixia al punt de duresa més baix de la Figura 2.
2.3 Resultats de l'anàlisi ANSYS
La figura 7 mostra els resultats de la simulació ANSYS de les corbes de refredament en diferents posicions. Es pot observar que la temperatura de la mostra a la zona de refrigeració per aigua va baixar ràpidament. Després de 5 segons, la temperatura va baixar per sota dels 100 °C, i a 80 mm de la línia divisòria, la temperatura va baixar a uns 210 °C als 90 segons. La caiguda mitjana de la temperatura és de 3,5 °C/s. Després de 90 segons a la zona de refrigeració per aire del terminal, la temperatura baixa a uns 360 °C, amb una taxa de caiguda mitjana d'1,9 °C/s.
Mitjançant l'anàlisi del rendiment i els resultats de la simulació, es constata que el rendiment de la zona de refredament per aigua i la zona de refredament retardat presenta un patró de canvi que primer disminueix i després augmenta lleugerament. Afectada pel refredament per aigua prop de la línia divisòria, la conducció de calor fa que la mostra en una determinada zona baixi a una velocitat de refredament inferior a la del refredament per aigua (3,5 °C/s). Com a resultat, el Mg2Si, que es va solidificar a la matriu, va precipitar en grans quantitats en aquesta zona, i la temperatura va baixar a uns 210 °C després de 90 segons. La gran quantitat de Mg2Si precipitada va provocar un efecte menor del refredament per aigua després de 90 s. La quantitat de fase d'enfortiment de Mg2Si precipitada després del tractament d'envelliment es va reduir considerablement, i el rendiment de la mostra es va reduir posteriorment. Tanmateix, la zona de refredament retardat lluny de la línia divisòria es veu menys afectada per la conducció de calor del refredament per aigua, i l'aliatge es refreda relativament lentament en condicions de refredament per aire (velocitat de refredament d'1,9 °C/s). Només una petita part de la fase Mg2Si precipita lentament, i la temperatura és de 360 °C després de 90 s. Després del refredament amb aigua, la major part de la fase Mg2Si encara es troba a la matriu, i es dispersa i precipita després de l'envelliment, cosa que juga un paper de reforç.
3. Conclusió
Experimentalment, es va descobrir que el refredament retardat fa que la duresa de la zona de refredament retardat a la intersecció entre el refredament normal i el refredament retardat primer disminueixi i després augmenti lleugerament fins que finalment s'estabilitzi.
Per a l'aliatge d'alumini 6061, les resistències a la tracció després del refredament normal i del refredament retardat durant 90 s són de 342 MPa i 288 MPa respectivament, i els límits elàstics són de 315 MPa i 252 MPa, ambdues compleixen els estàndards de rendiment de la mostra.
Hi ha una regió amb la duresa més baixa, que es redueix de 95HB a 77HB després d'un refredament normal. El rendiment aquí també és el més baix, amb una resistència a la tracció de 271MPa i un límit elàstic de 220MPa.
Mitjançant l'anàlisi ANSYS, es va trobar que la velocitat de refredament al punt de rendiment més baix a la zona de refredament retardat dels anys 90 va disminuir aproximadament 3,5 °C per segon, donant lloc a una solució sòlida insuficient de la fase de reforç Mg2Si. Segons aquest article, es pot veure que el punt de perill de rendiment apareix a la zona de refredament retardat a la unió del refredament normal i el refredament retardat, i no està gaire lluny de la unió, la qual cosa té una importància cabdal per a la retenció raonable dels residus del procés final d'extrusió.
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 28 d'agost de 2024
