La aleación de aluminio 6061T6 de gran espesor de pared debe enfriarse después de la extrusión en caliente. Debido a la limitación de la extrusión discontinua, una parte del perfil entrará con retraso en la zona de refrigeración por agua. Cuando se continúa extruyendo el siguiente lingote corto, esta parte del perfil sufrirá un enfriamiento retardado. Cómo lidiar con el área de enfriamiento retrasado es una cuestión que toda empresa de producción debe considerar. Cuando los residuos del proceso final de extrusión son escasos, las muestras de rendimiento tomadas a veces son calificadas y otras no calificadas. Al volver a muestrear desde un lado, la interpretación se califica nuevamente. Este artículo da la explicación correspondiente a través de experimentos.
1. Materiales y métodos de prueba.
El material utilizado en este experimento es una aleación de aluminio 6061. Su composición química medida mediante análisis espectral es la siguiente: Cumple con el estándar internacional de composición de aleación de aluminio 6061 GB/T 3190-1996.
En este experimento, una parte del perfil extruido se tomó para tratamiento con solución sólida. El perfil de 400 mm de largo se dividió en dos áreas. El área 1 se enfrió y enfrió directamente con agua. El área 2 se enfrió al aire durante 90 segundos y luego se enfrió con agua. El diagrama de prueba se muestra en la Figura 1.
El perfil de aleación de aluminio 6061 utilizado en este experimento fue extruido mediante una extrusora 4000UST. La temperatura del molde es de 500 °C, la temperatura de la varilla de fundición es de 510 °C, la temperatura de salida de extrusión es de 525 °C, la velocidad de extrusión es de 2,1 mm/s, se utiliza refrigeración por agua de alta intensidad durante el proceso de extrusión y un 400 mm La pieza de prueba de longitud se toma del centro del perfil terminado extruido. El ancho de la muestra es de 150 mm y la altura es de 10,00 mm.
Las muestras tomadas se dividieron y luego se sometieron nuevamente a tratamiento con solución. La temperatura de la solución fue 530°C y el tiempo de solución fue 4 horas. Después de sacarlas, las muestras se colocaron en un tanque de agua grande con una profundidad de agua de 100 mm. El tanque de agua más grande puede garantizar que la temperatura del agua en el tanque de agua cambie poco después de que la muestra en la zona 1 se enfríe con agua, evitando que el aumento de la temperatura del agua afecte la intensidad del enfriamiento del agua. Durante el proceso de enfriamiento del agua, asegúrese de que la temperatura del agua esté dentro del rango de 20-25 °C. Las muestras enfriadas se envejecieron a 165°C*8h.
Tome una parte de la muestra de 400 mm de largo, 30 mm de ancho y 10 mm de espesor y realice una prueba de dureza Brinell. Realice 5 mediciones cada 10 mm. Tome el valor promedio de las 5 durezas Brinell como resultado de la dureza Brinell en este punto y observe el patrón de cambio de dureza.
Se probaron las propiedades mecánicas del perfil y se controló la sección paralela de tracción de 60 mm en diferentes posiciones de la muestra de 400 mm para observar las propiedades de tracción y la ubicación de la fractura.
El campo de temperatura del enfriamiento con agua de la muestra y el enfriamiento después de un retraso de 90 s se simuló mediante el software ANSYS, y se analizaron las velocidades de enfriamiento de los perfiles en diferentes posiciones.
2. Resultados y análisis experimentales.
2.1 Resultados de la prueba de dureza
La Figura 2 muestra la curva de cambio de dureza de una muestra de 400 mm de largo medida con un durómetro Brinell (la longitud unitaria de la abscisa representa 10 mm y la escala 0 es la línea divisoria entre el enfriamiento normal y el enfriamiento retardado). Se puede encontrar que la dureza en el extremo enfriado por agua es estable en alrededor de 95 HB. Después de la línea divisoria entre el enfriamiento por agua y el enfriamiento por enfriamiento con agua retrasado en los años 90, la dureza comienza a disminuir, pero la tasa de disminución es lenta en la etapa inicial. Después de 40 mm (89 HB), la dureza cae bruscamente y cae al valor más bajo (77 HB) a 80 mm. Después de 80 mm, la dureza no siguió disminuyendo, sino que aumentó hasta cierto punto. El aumento fue relativamente pequeño. Después de 130 mm, la dureza se mantuvo sin cambios en alrededor de 83 HB. Se puede especular que debido al efecto de la conducción de calor, la velocidad de enfriamiento de la parte de enfriamiento retardado cambió.
2.2 Resultados y análisis de las pruebas de rendimiento
La Tabla 2 muestra los resultados de los experimentos de tracción realizados en muestras tomadas de diferentes posiciones de la sección paralela. Se puede encontrar que la resistencia a la tracción y el límite elástico de los números 1 y 2 casi no cambian. A medida que aumenta la proporción de extremos de enfriamiento retardado, la resistencia a la tracción y el límite elástico de la aleación muestran una tendencia a la baja significativa. Sin embargo, la resistencia a la tracción en cada lugar de muestreo está por encima de la resistencia estándar. Solo en el área con la dureza más baja, el límite elástico es menor que el estándar de la muestra, el rendimiento de la muestra no está calificado.
La Figura 4 muestra los resultados de las propiedades de tracción de la muestra No. 3. Se puede encontrar en la Figura 4 que cuanto más lejos de la línea divisoria, menor es la dureza del extremo de enfriamiento retardado. La disminución de la dureza indica que el rendimiento de la muestra se reduce, pero la dureza disminuye lentamente, disminuyendo sólo de 95 HB a aproximadamente 91 HB al final de la sección paralela. Como se puede ver en los resultados de rendimiento en la Tabla 1, la resistencia a la tracción disminuyó de 342 MPa a 320 MPa para refrigeración por agua. Al mismo tiempo, se encontró que el punto de fractura de la muestra de tracción también se encuentra en el extremo de la sección paralela con la dureza más baja. Esto se debe a que está lejos del enfriamiento por agua, el rendimiento de la aleación se reduce y el extremo alcanza primero el límite de resistencia a la tracción para formar un estrechamiento. Finalmente, rompa desde el punto de rendimiento más bajo y la posición de ruptura será consistente con los resultados de la prueba de rendimiento.
La Figura 5 muestra la curva de dureza de la sección paralela de la muestra No. 4 y la posición de fractura. Se puede encontrar que cuanto más lejos de la línea divisoria de refrigeración por agua, menor es la dureza del extremo de enfriamiento retardado. Al mismo tiempo, la ubicación de la fractura también se encuentra en el extremo donde la dureza es más baja, fracturas 86HB. De la Tabla 2 se desprende que casi no hay deformación plástica en el extremo enfriado por agua. De la Tabla 1, se encuentra que el rendimiento de la muestra (resistencia a la tracción 298 MPa, rendimiento 266 MPa) se reduce significativamente. La resistencia a la tracción es de solo 298 MPa, lo que no alcanza el límite elástico del extremo refrigerado por agua (315 MPa). El extremo ha formado un estrechamiento cuando es inferior a 315 MPa. Antes de la fractura, sólo se producía deformación elástica en la zona enfriada por agua. A medida que desapareció la tensión, también desapareció la tensión en el extremo enfriado por agua. Como resultado, la cantidad de deformación en la zona de refrigeración por agua en la Tabla 2 casi no cambia. La muestra se rompe al final del disparo retardado, el área deformada se reduce y la dureza final es la más baja, lo que resulta en una reducción significativa en los resultados de rendimiento.
Tome muestras del área de enfriamiento retardado al 100% al final de la muestra de 400 mm. La figura 6 muestra la curva de dureza. La dureza de la sección paralela se reduce a aproximadamente 83-84 HB y es relativamente estable. Debido al mismo proceso, el rendimiento es aproximadamente el mismo. No se encuentra ningún patrón obvio en la posición de la fractura. El rendimiento de la aleación es menor que el de la muestra enfriada con agua.
Para explorar más a fondo la regularidad del rendimiento y la fractura, se seleccionó la sección paralela de la muestra de tracción cerca del punto más bajo de dureza (77HB). De la Tabla 1, se encontró que el rendimiento se redujo significativamente y el punto de fractura apareció en el punto más bajo de dureza en la Figura 2.
2.3 Resultados del análisis ANSYS
La Figura 7 muestra los resultados de la simulación ANSYS de curvas de enfriamiento en diferentes posiciones. Se puede ver que la temperatura de la muestra en el área de enfriamiento de agua cayó rápidamente. Después de 5 segundos, la temperatura descendió por debajo de los 100 °C y, a 80 mm de la línea divisoria, la temperatura descendió a aproximadamente 210 °C a 90 s. La caída media de la temperatura es de 3,5°C/s. Después de 90 segundos en el área terminal de enfriamiento de aire, la temperatura cae a aproximadamente 360°C, con una tasa de caída promedio de 1,9°C/s.
A través del análisis de rendimiento y los resultados de la simulación, se encuentra que el rendimiento del área de enfriamiento por agua y del área de enfriamiento retardado es un patrón de cambio que primero disminuye y luego aumenta ligeramente. Afectada por el enfriamiento por agua cerca de la línea divisoria, la conducción de calor hace que la muestra en un área determinada caiga a una velocidad de enfriamiento menor que la del enfriamiento por agua (3,5°C/s). Como resultado, el Mg2Si, que se solidificó en la matriz, precipitó en grandes cantidades en esta zona y la temperatura descendió a aproximadamente 210°C después de 90 segundos. La gran cantidad de Mg2Si precipitado condujo a un menor efecto del enfriamiento con agua después de 90 s. La cantidad de fase de refuerzo de Mg2Si precipitada después del tratamiento de envejecimiento se redujo considerablemente y posteriormente se redujo el rendimiento de la muestra. Sin embargo, la zona de enfriamiento retardado alejada de la línea divisoria se ve menos afectada por la conducción de calor del enfriamiento por agua y la aleación se enfría relativamente lentamente en condiciones de enfriamiento por aire (velocidad de enfriamiento de 1,9 °C/s). Solo una pequeña parte de la fase de Mg2Si precipita lentamente y la temperatura es de 360 ° C después de 90 s. Después del enfriamiento con agua, la mayor parte de la fase Mg2Si todavía está en la matriz y se dispersa y precipita después del envejecimiento, lo que desempeña un papel fortalecedor.
3. Conclusión
A través de experimentos se descubrió que el enfriamiento retardado hará que la dureza de la zona de enfriamiento retardado en la intersección del enfriamiento normal y el enfriamiento retardado primero disminuya y luego aumente ligeramente hasta que finalmente se estabilice.
Para la aleación de aluminio 6061, las resistencias a la tracción después del enfriamiento normal y el enfriamiento retardado durante 90 s son 342 MPa y 288 MPa respectivamente, y los límites elásticos son 315 MPa y 252 MPa, los cuales cumplen con los estándares de rendimiento de la muestra.
Hay una región con la dureza más baja, que se reduce de 95 HB a 77 HB después del enfriamiento normal. El rendimiento aquí también es el más bajo, con una resistencia a la tracción de 271 MPa y un límite elástico de 220 MPa.
A través del análisis ANSYS, se encontró que la velocidad de enfriamiento en el punto de rendimiento más bajo en la zona de enfriamiento retardado de los 90 disminuyó aproximadamente 3,5 °C por segundo, lo que resultó en una solución sólida insuficiente de la fase de fortalecimiento Mg2Si. Según este artículo, se puede ver que el punto de peligro de rendimiento aparece en el área de enfriamiento retardado en la unión del enfriamiento normal y el enfriamiento retardado, y no está lejos de la unión, lo que tiene una importancia rectora importante para la retención razonable de la cola de extrusión. residuos del proceso final.
Editado por May Jiang de MAT Aluminium
Hora de publicación: 28 de agosto de 2024
