Büyük duvar kalınlığı 6061T6 alüminyum alaşımının sıcak ekstrüzyondan sonra söndürülmesi gerekir. Süreksiz ekstrüzyon sınırlaması nedeniyle profilin bir kısmı su soğutma bölgesine gecikmeli olarak girecektir. Bir sonraki kısa külçe ekstrüde edilmeye devam edildiğinde profilin bu kısmı gecikmeli söndürmeye tabi tutulacaktır. Gecikmiş söndürme alanının nasıl ele alınacağı her üretim şirketinin dikkate alması gereken bir konudur. Ekstrüzyon kuyruk ucu proses atıklarının kısa olması durumunda alınan performans numuneleri bazen nitelikli bazen de niteliksiz olabiliyor. Yandan yeniden örnekleme yapılırken performans yeniden nitelendirilir. Bu makale deneyler yoluyla ilgili açıklamayı vermektedir.
1. Test malzemeleri ve yöntemleri
Bu deneyde kullanılan malzeme 6061 alüminyum alaşımıdır. Spektral analizle ölçülen kimyasal bileşimi şu şekildedir: GB/T 3190-1996 uluslararası 6061 alüminyum alaşım bileşim standardına uygundur.
Bu deneyde, ekstrüzyona tabi tutulan profilin bir kısmı katı çözelti işlemi için alınmıştır. 400 mm uzunluğundaki profil iki alana bölündü. Alan 1 doğrudan suyla soğutuldu ve söndürüldü. Alan 2, 90 saniye boyunca havada soğutuldu ve ardından suyla soğutuldu. Test diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Bu deneyde kullanılan 6061 alüminyum alaşımlı profil, bir 4000UST ekstrüder tarafından ekstrüzyona tabi tutuldu. Kalıp sıcaklığı 500°C, döküm çubuk sıcaklığı 510°C, ekstrüzyon çıkış sıcaklığı 525°C, ekstrüzyon hızı 2,1 mm/s, ekstrüzyon işlemi sırasında yüksek yoğunluklu su soğutma kullanılır ve 400 mm'dir. uzunluk test parçası, ekstrüzyona tabi tutulmuş bitmiş profilin ortasından alınır. Numune genişliği 150 mm ve yüksekliği 10,00 mm'dir.
Alınan numuneler bölüştürüldükten sonra tekrar çözelti işlemine tabi tutuldu. Çözelti sıcaklığı 530°C idi ve çözelti süresi 4 saatti. Numuneler çıkarıldıktan sonra su derinliği 100 mm olan büyük bir su tankına yerleştirildi. Daha büyük su deposu, bölge 1'deki numune suyla soğutulduktan sonra su deposundaki su sıcaklığının çok az değişmesini sağlayarak su sıcaklığındaki artışın su soğutma yoğunluğunu etkilemesini önleyebilir. Su soğutma işlemi sırasında su sıcaklığının 20-25°C aralığında olduğundan emin olun. Söndürülmüş numuneler 165°C*8 saatte yaşlandırıldı.
Numunenin 400 mm uzunluğunda, 30 mm genişliğinde ve 10 mm kalınlığında bir kısmını alın ve Brinell sertlik testi yapın. Her 10 mm'de 5 ölçüm yapın. Bu noktada Brinell sertliği sonucu olarak 5 Brinell sertliğinin ortalama değerini alın ve sertlik değişim modelini gözlemleyin.
Profilin mekanik özellikleri test edildi ve çekme özelliklerini ve kırılma konumunu gözlemlemek için 60 mm'lik çekme paralel bölümü 400 mm'lik numunenin farklı konumlarında kontrol edildi.
Numunenin su soğutmalı su verme ve 90 saniye gecikmeli su verme işleminin sıcaklık alanı ANSYS yazılımı aracılığıyla simüle edilmiş ve profillerin farklı pozisyonlardaki soğuma hızları analiz edilmiştir.
2. Deneysel sonuçlar ve analiz
2.1 Sertlik testi sonuçları
Şekil 2, bir Brinell sertlik test cihazı tarafından ölçülen 400 mm uzunluğundaki bir numunenin sertlik değişim eğrisini göstermektedir (appsisin birim uzunluğu 10 mm'yi temsil eder ve 0 ölçeği, normal söndürme ile gecikmeli söndürme arasındaki bölme çizgisidir). Suyla soğutulan uçtaki sertliğin 95HB civarında stabil olduğu bulunabilir. Su soğutmalı söndürme ile 90'ların gecikmeli su soğutmalı söndürmesi arasındaki ayrım çizgisinin ardından sertlik azalmaya başlar, ancak düşüş hızı erken aşamada yavaştır. 40 mm'den (89HB) sonra sertlik keskin bir şekilde düşer ve 80 mm'de en düşük değere (77HB) düşer. 80mm'den sonra sertlikte azalma devam etmedi ancak belli bir oranda arttı. Artış nispeten küçüktü. 130 mm'den sonra sertlik değişmeden 83HB civarında kaldı. Isı iletiminin etkisine bağlı olarak gecikmeli söndürme parçasının soğuma hızının değiştiği tahmin edilebilir.
2.2 Performans testi sonuçları ve analizi
Tablo 2'de paralel kesitin farklı konumlarından alınan numuneler üzerinde gerçekleştirilen çekme deneylerinin sonuçları gösterilmektedir. 1 ve 2 numaranın çekme mukavemeti ve akma mukavemetinin neredeyse hiç değişmediği görülmektedir. Gecikmiş su verme uçlarının oranı arttıkça, alaşımın çekme mukavemeti ve akma mukavemeti önemli bir düşüş eğilimi göstermektedir. Ancak her numune alma noktasındaki çekme mukavemeti standart mukavemetin üzerindedir. Sadece sertliğin en düşük olduğu bölgede akma dayanımı numune standardından düşüktür, numune performansı vasıfsızdır.
Şekil 4, 3 numaralı numunenin çekme özellikleri sonuçlarını göstermektedir. Şekil 4'ten, bölme hattından ne kadar uzakta olursa, gecikmeli söndürme ucunun sertliğinin o kadar düşük olduğu bulunabilir. Sertlikteki azalma, numunenin performansının azaldığını gösterir ancak sertlik yavaş yavaş azalır, paralel bölümün sonunda yalnızca 95HB'den yaklaşık 91HB'ye düşer. Tablo 1'deki performans sonuçlarından da görülebileceği gibi, su soğutma için çekme mukavemeti 342MPa'dan 320MPa'ya düşmüştür. Aynı zamanda çekme numunesinin kırılma noktasının da paralel kesitin en düşük sertliğe sahip ucunda olduğu tespit edilmiştir. Bunun nedeni su soğutmasından uzak olması, alaşım performansının düşmesi ve uçta önce boyun verme oluşturacak şekilde çekme dayanımı sınırına ulaşmasıdır. Son olarak, en düşük performans noktasından kırılma ve kırılma konumu, performans testi sonuçlarıyla tutarlıdır.
Şekil 5, 4 numaralı numunenin paralel kesitinin sertlik eğrisini ve kırılma konumunu göstermektedir. Su soğutma bölme hattından ne kadar uzakta olursa, gecikmeli söndürme ucunun sertliğinin o kadar düşük olduğu bulunabilir. Aynı zamanda kırılma yeri de sertliğin en düşük olduğu uç olan 86HB kırılmasıdır. Tablo 2'den su ile soğutulan uçta neredeyse hiç plastik deformasyonun olmadığı görülmektedir. Tablo 1'den numune performansının (gerilme mukavemeti 298MPa, verim 266MPa) önemli ölçüde azaldığı bulunmuştur. Çekme mukavemeti yalnızca 298MPa'dır ve bu su soğutmalı ucun akma mukavemetine (315MPa) ulaşmaz. 315MPa'nın altına düştüğünde uçta bir boyunlanma oluşmuştur. Kırılma öncesinde su ile soğutulan bölgede sadece elastik deformasyon meydana gelmiştir. Gerilim ortadan kalktıkça, su ile soğutulan uçtaki gerilim de ortadan kalktı. Sonuç olarak Tablo 2'deki su soğutma bölgesindeki deformasyon miktarı neredeyse hiç değişmemektedir. Gecikmeli ateşleme sonunda numune kırılır, deforme olan alan azalır ve uç sertliği en düşük olur, bu da performans sonuçlarında önemli bir düşüşe neden olur.
400 mm'lik numunenin sonundaki %100 gecikmeli söndürme alanından numuneler alın. Şekil 6 sertlik eğrisini göstermektedir. Paralel bölümün sertliği yaklaşık 83-84HB'ye düşürülür ve nispeten stabildir. Aynı işlemden dolayı performans hemen hemen aynıdır. Kırık pozisyonunda belirgin bir patern bulunamamıştır. Alaşım performansı suyla söndürülmüş numuneninkinden daha düşüktür.
Performansın ve kırılmanın düzenliliğini daha fazla araştırmak için çekme numunesinin paralel bölümü, en düşük sertlik noktasına (77HB) yakın bir yerde seçildi. Tablo 1'den performansın önemli ölçüde azaldığı ve kırılma noktasının Şekil 2'de sertliğin en düşük noktasında göründüğü bulunmuştur.
2.3 ANSYS analiz sonuçları
Şekil 7, farklı konumlardaki soğuma eğrilerinin ANSYS simülasyonunun sonuçlarını göstermektedir. Su soğutma alanındaki numunenin sıcaklığının hızla düştüğü görülmektedir. 5 saniye sonra sıcaklık 100°C'nin altına düştü ve bölme çizgisinden 80 mm uzakta sıcaklık 90 saniyede yaklaşık 210°C'ye düştü. Ortalama sıcaklık düşüşü 3,5°C/s'dir. Terminal hava soğutma alanında 90 saniye sonra sıcaklık, ortalama 1,9°C/s düşüş oranıyla yaklaşık 360°C'ye düşer.
Performans analizi ve simülasyon sonuçları sayesinde su soğutma alanı ve gecikmeli söndürme alanının performansının önce azalan, sonra biraz artan bir değişim paterni olduğu tespit edilmiştir. Bölme çizgisi yakınında suyun soğumasından etkilenen ısı iletimi, belirli bir alandaki numunenin su soğutmasından (3,5°C/s) daha düşük bir soğuma hızında düşmesine neden olur. Sonuç olarak matris içerisinde katılaşan Mg2Si bu alanda büyük miktarlarda çökeldi ve 90 saniye sonra sıcaklık yaklaşık 210°C'ye düştü. Çökelen Mg2Si miktarının büyük olması, 90 saniye sonra suyun soğuması etkisinin daha küçük olmasına yol açmıştır. Yaşlandırma işleminden sonra çöken Mg2Si güçlendirme fazının miktarı büyük ölçüde azaldı ve ardından numune performansı azaldı. Bununla birlikte, ayırma hattından uzaktaki gecikmeli söndürme bölgesi, su soğutmalı ısı iletiminden daha az etkilenir ve alaşım, havayla soğutma koşulları altında nispeten yavaş soğur (soğuma hızı 1,9°C/s). Mg2Si fazının sadece küçük bir kısmı yavaş yavaş çöker ve 90 saniye sonra sıcaklık 360C olur. Suyla soğutulduktan sonra Mg2Si fazının büyük bir kısmı hala matris içindedir ve yaşlanma sonrasında dağılıp çökelir, bu da güçlendirici bir rol oynar.
3. Sonuç
Geciktirilmiş söndürmenin, normal söndürme ile gecikmeli söndürmenin kesişimindeki gecikmeli söndürme bölgesinin sertliğinin önce azalmasına ve ardından nihayet stabilize olana kadar hafifçe artmasına neden olacağı deneyler yoluyla bulunmuştur.
6061 alüminyum alaşımı için, normal su verme ve 90 saniye gecikmeli su verme sonrası çekme mukavemetleri sırasıyla 342MPa ve 288MPa'dır ve akma mukavemetleri 315MPa ve 252MPa'dır ve her ikisi de numune performans standartlarını karşılar.
Normal su verme sonrasında 95HB'den 77HB'ye düşen sertliğin en düşük olduğu bir bölge vardır. Buradaki performans da 271 MPa'lık çekme mukavemeti ve 220 MPa'lık akma mukavemeti ile en düşük performanstır.
ANSYS analizi yoluyla, 90'lı yılların gecikmeli söndürme bölgesindeki en düşük performans noktasındaki soğutma oranının saniyede yaklaşık 3,5°C azaldığı, bunun da güçlendirme fazı Mg2Si fazının yetersiz katı çözümüne yol açtığı bulunmuştur. Bu makaleye göre performans tehlike noktasının, normal söndürme ve gecikmeli söndürme kavşağında gecikmeli söndürme alanında göründüğü ve ekstrüzyon kuyruğunun makul şekilde tutulması için önemli yol gösterici öneme sahip olan bağlantı noktasından uzak olmadığı görülebilir. proses israfını sonlandırın.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderim zamanı: Ağu-28-2024
