Gran espesor de la pared 6061T6 La aleación de aluminio debe apagarse después de la extrusión caliente. Debido a la limitación de la extrusión discontinua, una parte del perfil entrará en la zona de enfriamiento de agua con un retraso. Cuando se continúa siendo extruida la próxima lingotea corta, esta parte del perfil sufrirá un enfriamiento retrasado. Cómo lidiar con el área de enfriamiento retrasado es un problema que cada compañía de producción debe considerar. Cuando los desechos del proceso de finalización de la cola de extrusión son cortos, las muestras de rendimiento tomadas a veces son calificadas y a veces no están calificadas. Al volver a muestrear desde un lado, el rendimiento se califica nuevamente. Este artículo ofrece la explicación correspondiente a través de experimentos.
1. Materiales y métodos de prueba
El material utilizado en este experimento es la aleación de aluminio 6061. Su composición química medida por análisis espectral es la siguiente: cumple con GB/T 3190-1996 International 6061 Aluminio Aley Composition Standard.
En este experimento, se tomó una parte del perfil extruido para el tratamiento de solución sólida. El perfil de 400 mm de largo se dividió en dos áreas. El área 1 se enfrentó directamente al agua y se enfrió. El área 2 se enfrió en el aire durante 90 segundos y luego se enfrió al agua. El diagrama de prueba se muestra en la Figura 1.
El perfil de aleación de aluminio 6061 utilizado en este experimento fue extruido por un extrusor de 4000ust. La temperatura del molde es de 500 ° C, la temperatura de la biela 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 usa el enfriamiento de agua de alta intensidad durante el proceso de extrusión y un 400 mm de 400 mm La pieza de prueba de longitud se toma desde el medio 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 a tratamiento de solución nuevamente. La temperatura de la solución fue de 530 ° C y el tiempo de solución fue de 4 horas. Después de sacarlos, las muestras se colocaron en un gran tanque de agua 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 esté refrigerada por el agua, evitando que el aumento de la temperatura del agua afecte la intensidad del enfriamiento del agua. Durante el proceso de enfriamiento de agua, asegúrese de que la temperatura del agua esté dentro del rango de 20-25 ° C. Las muestras apagadas se envejecieron a 165 ° C*8H.
Tome una parte de la muestra de 400 mm de largo 30 mm de ancho de 10 mm de espesor, y realice una prueba de dureza Brinell. Haga 5 medidas cada 10 mm. Tome el valor promedio de las 5 durezas de Brinell como dureza Brinell en este punto, y observe el patrón de cambio de dureza.
Se probaron las propiedades mecánicas del perfil, y la sección paralela de tracción de 60 mm se controló en diferentes posiciones de la muestra de 400 mm para observar las propiedades de la tracción y la ubicación de la fractura.
El campo de temperatura del enfriamiento refrigerado por agua de la muestra y el enfriamiento después de un retraso de los 90 se simuló a través del software ANSYS, y se analizaron las tasas 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 por un probador de dureza Brinell (la longitud de la unidad de la abscisa representa 10 mm, y la escala 0 es la línea divisoria entre el enfriamiento normal y el enfriamiento retrasado). Se puede encontrar que la dureza en el extremo refrigerado por agua es estable a alrededor de 95 hb. Después de la línea divisoria entre el enfriamiento de la refrigeración por agua y el enfriamiento retrasado de la refrigeración por agua de los 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 continuó disminuyendo, sino que aumentó en cierta medida. El aumento fue relativamente pequeño. Después de 130 mm, la dureza permaneció sin cambios a 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 retrasado cambió.
2.2 Resultados y análisis de 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 la resistencia del rendimiento del No. 1 y el No. 2 casi no tienen cambios. A medida que aumenta la proporción de extremos de enfriamiento retrasado, la resistencia a la tracción y la resistencia del rendimiento de la aleación muestran una tendencia significativa a la baja. Sin embargo, la resistencia a la tracción en cada ubicación de muestreo está por encima de la resistencia estándar. Solo en el área con la dureza más baja, la resistencia al rendimiento 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 más lejos de la línea divisoria, menor es la dureza del extremo de enfriamiento retrasado. La disminución de la dureza indica que el rendimiento de la muestra se reduce, pero la dureza disminuye lentamente, solo disminuye 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 342MPa a 320MPa para el enfriamiento de agua. Al mismo tiempo, se descubrió que el punto de fractura de la muestra de tracción también está al final de la sección paralela con la dureza más baja. Esto se debe a que está lejos del enfriamiento del agua, el rendimiento de la aleación se reduce y el final alcanza el límite de resistencia a la tracción primero para formar un cuello hacia abajo. Finalmente, la ruptura desde el punto de rendimiento más bajo, y la posición de ruptura es 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 sea la dureza del extremo de enfriamiento retrasado. Al mismo tiempo, la ubicación de la fractura también está al final donde la dureza es más baja, fracturas de 86 hb. De la Tabla 2, se encuentra que casi no hay deformación plástica en el extremo refrigerado por agua. De la Tabla 1, se encuentra que el rendimiento de la muestra (resistencia a la tracción 298MPA, rendimiento de 266MPa) se reduce significativamente. La resistencia a la tracción es de solo 298MPA, que no alcanza la resistencia del rendimiento del extremo refrigerado por agua (315MPa). El final ha formado un cuello hacia abajo cuando es inferior a 315MPa. Antes de la fractura, solo se produjo una deformación elástica en el área refrigerada por agua. A medida que el estrés desapareció, la tensión en el extremo refrigerado por agua desapareció. Como resultado, la cantidad de deformación en la zona de enfriamiento de agua en la Tabla 2 casi no tiene ningún cambio. La muestra se rompe al final del fuego de velocidad retrasada, 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 del 100% retrasado 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 83-84HB y es relativamente estable. Debido al mismo proceso, el rendimiento es aproximadamente el mismo. No se encuentra ningún patrón obvio en la posición de fractura. El rendimiento de la aleación es más bajo que el de la muestra con agua.
Para explorar más a fondo la regularidad del rendimiento y la fractura, la sección paralela de la muestra de tracción se seleccionó 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 de análisis ANSYS
La Figura 7 muestra los resultados de la simulación ANSYS de las 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 5s, la temperatura cayó a menos de 100 ° C, y a 80 mm desde la línea divisoria, la temperatura cayó a aproximadamente 210 ° C a los 90. La caída promedio de temperatura es de 3.5 ° C/s. Después de 90 segundos en el área de enfriamiento de aire terminal, 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 de agua y el área de enfriamiento retrasado es un patrón de cambio que primero disminuye y luego aumenta ligeramente. Afectado por el enfriamiento de 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 de agua (3.5 ° C/s). Como resultado, MG2SI, que se solidificó en la matriz, precipitó en grandes cantidades en esta área, y la temperatura cayó a aproximadamente 210 ° C después de 90 segundos. La gran cantidad de MG2SI precipitada condujo a un efecto más pequeño del enfriamiento de agua después de 90 s. La cantidad de fase de fortalecimiento de MG2SI precipitada después del tratamiento con envejecimiento se redujo considerablemente, y el rendimiento de la muestra se redujo posteriormente. Sin embargo, la zona de enfriamiento retrasada lejos de la línea divisoria se ve menos afectada por la conducción de calor de enfriamiento de agua, y la aleación se enfría relativamente lentamente en condiciones de enfriamiento de aire (velocidad de enfriamiento 1.9 ° C/s). Solo una pequeña parte de la fase MG2SI precipita lentamente, y la temperatura es de 360 ° C después de los 90. Después del enfriamiento del agua, la mayor parte de la fase MG2SI todavía está en la matriz, y se dispersa y precipita después del envejecimiento, lo que juega un papel de fortalecimiento.
3. Conclusión
Se encontró a través de experimentos que el enfriamiento retrasado causará la dureza de la zona de enfriamiento retrasada en la intersección del enfriamiento normal y el enfriamiento retrasado para disminuir primero y luego aumentará ligeramente hasta que finalmente se estabilice.
Para la aleación de aluminio 6061, las resistencias a la tracción después del enfriamiento normal y el enfriamiento retrasado durante 90 s son 342MPA y 288MPA respectivamente, y las fuerzas de rendimiento son 315MPa y 252MPa, 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 271MPa y una resistencia de rendimiento de 220MPa.
A través del análisis ANSYS, se descubrió que la velocidad de enfriamiento en el punto de rendimiento más bajo en los 90s, la zona de enfriamiento retrasada disminuyó en aproximadamente 3.5 ° C por segundo, lo que resulta en una solución sólida insuficiente de la fase de fortalecimiento de la fase MG2SI. Según este artículo, se puede ver que el punto de peligro de rendimiento aparece en el área de enfriamiento retrasado en la unión del enfriamiento normal y el enfriamiento retrasado, y no está lejos de la unión, lo que tiene una importante importancia guía para la retención razonable de la extrusión Residuos del proceso final.
Editado por May Jiang de Mat Aluminium
Tiempo de publicación: agosto-28-2024
