Büyük duvar kalınlığına sahip 6061T6 alüminyum alaşımının sıcak ekstrüzyondan sonra söndürülmesi gerekir. Kesintili ekstrüzyonun sınırlaması nedeniyle, profilin bir kısmı su soğutma bölgesine gecikmeli olarak girecektir. Bir sonraki kısa külçe ekstrüde edilmeye devam edildiğinde, profilin bu kısmı gecikmeli söndürmeye maruz kalacaktır. Gecikmeli söndürme alanıyla nasıl başa çıkılacağı, her üretim şirketinin göz önünde bulundurması gereken bir konudur. Ekstrüzyon kuyruk ucu işlem atığı kısa olduğunda, alınan performans örnekleri bazen nitelikli, bazen niteliksizdir. Yandan yeniden örnekleme yapıldığında, performans tekrar nitelikli hale gelir. Bu makale, deneyler yoluyla ilgili açıklamayı verir.
1. Test malzemeleri ve yöntemleri
Bu deneyde kullanılan malzeme 6061 alüminyum alaşımıdır. Spektral analizle ölçülen kimyasal bileşimi aşağıdaki gibidir: GB/T 3190-1996 uluslararası 6061 alüminyum alaşım bileşim standardına uygundur.
Bu deneyde, ekstrüde edilmiş profilin bir kısmı katı çözelti işlemine tabi tutuldu. 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 gösterilmiştir.
Bu deneyde kullanılan 6061 alüminyum alaşım profili 4000UST ekstrüder ile ekstrüde edilmiştir. Kalıp sıcaklığı 500°C, döküm çubuğu sıcaklığı 510°C, ekstrüzyon çıkış sıcaklığı 525°C, ekstrüzyon hızı 2,1 mm/s'dir, ekstrüzyon işlemi sırasında yüksek yoğunluklu su soğutması kullanılır ve ekstrüde edilmiş bitmiş profilin ortasından 400 mm uzunluğunda bir test parçası alınır. Numune genişliği 150 mm ve yüksekliği 10,00 mm'dir.
Alınan numuneler bölümlere ayrıldı ve daha sonra tekrar çözelti işlemine tabi tutuldu. Çözelti sıcaklığı 530°C ve çözelti süresi 4 saatti. Numuneler çıkarıldıktan sonra, 100 mm su derinliğine sahip büyük bir su tankına yerleştirildi. Daha büyük su tankı, 1. bölgedeki numune su ile soğutulduktan sonra su tankındaki 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 saat yaşlandırıldı.
400 mm uzunluğunda, 30 mm genişliğinde ve 10 mm kalınlığında bir numune parçası alın ve bir Brinell sertlik testi yapın. Her 10 mm'de 5 ölçüm yapın. Bu noktada Brinell sertlik sonucu olarak 5 Brinell sertliğinin ortalama değerini alın ve sertlik değişim desenini gözlemleyin.
Profilin mekanik özellikleri test edilmiş ve çekme özellikleri ile kırılma yerini gözlemlemek için 400 mm'lik numunenin farklı pozisyonlarında 60 mm'lik çekme paralel kesiti kontrol edilmiştir.
Numunenin su soğutmalı söndürülmesi ve 90 saniyelik gecikmeden sonra söndürülmesi sıcaklık alanı ANSYS yazılımı ile simüle edilerek, profillerin farklı pozisyonlardaki soğuma hızları analiz edilmiştir.
2. Deneysel sonuçlar ve analiz
2.1 Sertlik testi sonuçları
Şekil 2, Brinell sertlik test cihazıyla ölçülen 400 mm uzunluğundaki bir numunenin sertlik değişim eğrisini göstermektedir (apsisin birim uzunluğu 10 mm'yi temsil eder ve 0 ölçeği normal söndürme ile gecikmeli söndürme arasındaki ayrım çizgisidir). Su soğutmalı uçtaki sertliğin 95HB civarında sabit olduğu görülebilir. Su soğutmalı söndürme ile gecikmeli 90 saniyelik su soğutmalı söndürme arasındaki ayrım çizgisinden sonra sertlik düşmeye başlar, ancak düşüş hızı erken aşamada yavaştır. 40 mm'den (89 HB) sonra sertlik keskin bir şekilde düşer ve 80 mm'de en düşük değere (77 HB) düşer. 80 mm'den sonra sertlik azalmaya devam etmedi, ancak bir miktar arttı. Artış nispeten küçüktü. 130 mm'den sonra sertlik 83 HB civarında değişmeden kaldı. Isı iletimi etkisinden dolayı gecikmeli söndürme parçasının soğuma hızının değiştiği düşünülebilir.
2.2 Performans test sonuçları ve analizi
Tablo 2, paralel kesitin farklı konumlarından alınan numuneler üzerinde gerçekleştirilen çekme deneylerinin sonuçlarını göstermektedir. 1 ve 2 numaralı numunelerin çekme dayanımı ve akma dayanımının hemen hemen hiç değişmediği görülebilir. Gecikmeli söndürme uçlarının oranı arttıkça, alaşımın çekme dayanımı ve akma dayanımı önemli ölçüde aşağı yönlü bir eğilim göstermektedir. Ancak, her örnekleme noktasındaki çekme dayanımı standart dayanımın üzerindedir. Sadece en düşük sertliğe sahip alanda, akma dayanımı numune standardından düşüktür, numune performansı niteliksizdir.
Şekil 4, 3 numaralı numunenin çekme özellikleri sonuçlarını göstermektedir. Şekil 4'ten, ayırma çizgisinden uzaklaştıkça gecikmeli söndürme ucunun sertliğinin azaldığı görülebilir. Sertlikteki azalma, numunenin performansının azaldığını, ancak sertliğin yavaşça azaldığını, yalnızca paralel bölümün sonunda 95HB'den yaklaşık 91HB'ye düştüğünü gösterir. Tablo 1'deki performans sonuçlarından görülebileceği gibi, su soğutması için çekme dayanımı 342MPa'dan 320MPa'ya düşmüştür. Aynı zamanda, çekme numunesinin kırılma noktasının da en düşük sertliğe sahip paralel bölümün sonunda olduğu bulunmuştur. Bunun nedeni, su soğutmasından uzak olması, alaşım performansının azalması ve ucun önce çekme dayanımı sınırına ulaşarak boyun eğme oluşturmasıdır. Son olarak, en düşük performans noktasından kopma gerçekleşir ve kopma pozisyonu performans test sonuçlarıyla tutarlıdır.
Şekil 5, 4 numaralı numunenin paralel kesitinin sertlik eğrisini ve kırılma pozisyonunu göstermektedir. Su soğutma bölme çizgisinden uzaklaştıkça gecikmeli söndürme ucunun sertliğinin azaldığı görülebilir. Aynı zamanda, kırılma yeri de sertliğin en düşük olduğu uçta, 86HB kırılmalarındadır. Tablo 2'den, su soğutmalı uçta neredeyse hiç plastik deformasyon olmadığı görülmektedir. Tablo 1'den, numune performansının (çekme dayanımı 298MPa, akma 266MPa) önemli ölçüde azaldığı görülmektedir. Çekme dayanımı sadece 298MPa'dır ve bu su soğutmalı ucun akma dayanımına (315MPa) ulaşmaz. Uç, 315MPa'dan düşük olduğunda boyun eğme oluşturmuştur. Kırılmadan önce, su soğutmalı alanda sadece elastik deformasyon meydana gelmiştir. Gerilim ortadan kalktıkça, su soğutmalı uçtaki gerinim de ortadan kalkmıştır. Sonuç olarak, Tablo 2'deki su soğutma bölgesindeki deformasyon miktarı neredeyse hiç değişmemiştir. Numune gecikmeli hız ateşlemesinin sonunda kırılır, deforme olan alan azalır ve uç sertliği en düşük seviyededir, bu da performans sonuçlarında önemli bir azalmaya neden olur.
400 mm numunenin sonunda %100 gecikmeli söndürme alanından numuneler alın. Şekil 6 sertlik eğrisini göstermektedir. Paralel bölümün sertliği yaklaşık 83-84HB'ye düşürülmüştür ve nispeten sabittir. Aynı işlem nedeniyle performans hemen hemen aynıdır. Kırılma pozisyonunda belirgin bir desen bulunmaz. Alaşım performansı su ile söndürülmüş numuneden daha düşüktür.
Performans ve kırılmanın düzenliliğini daha fazla araştırmak için, çekme numunesinin paralel kesiti en düşük sertlik noktasına (77HB) yakın seçildi. Tablo 1'den, performansın önemli ölçüde azaldığı ve kırılma noktasının Şekil 2'deki en düşük sertlik noktasında göründüğü bulundu.
2.3 ANSYS analiz sonuçları
Şekil 7, farklı pozisyonlardaki soğutma eğrilerinin ANSYS simülasyonunun sonuçlarını göstermektedir. Su soğutma alanındaki numunenin sıcaklığının hızla düştüğü görülebilir. 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 yaklaşık 360°C'ye düşer ve ortalama düşüş hızı 1,9°C/s'dir.
Performans analizi ve simülasyon sonuçları aracılığıyla, su soğutma alanı ve gecikmeli söndürme alanının performansının önce azalan ve sonra hafifçe artan bir değişim deseni olduğu bulunmuştur. Bölme çizgisine yakın su soğutmasından etkilenen ısı iletimi, belirli bir alandaki numunenin su soğutmasından daha düşük bir soğutma hızında (3,5 °C/s) düşmesine neden olur. Sonuç olarak, matriste katılaşan Mg2Si, bu alanda büyük miktarlarda çökeldi ve sıcaklık 90 saniye sonra yaklaşık 210 °C'ye düştü. Çöken büyük miktardaki Mg2Si, 90 saniye sonra su soğutmasının daha küçük bir etkiye sahip olmasına yol açtı. Yaşlandırma işleminden sonra çöken Mg2Si güçlendirme fazı miktarı büyük ölçüde azaldı ve numune performansı daha sonra azaldı. Bununla birlikte, bölme çizgisinden uzak olan gecikmeli söndürme bölgesi, su soğutma ısı iletiminden daha az etkilenir ve alaşım hava soğutma koşulları altında nispeten yavaş soğur (soğutma hızı 1,9 °C/s). Mg2Si fazının sadece küçük bir kısmı yavaşça çöker ve sıcaklık 90 saniye sonra 360C olur. Su soğutmasından sonra, Mg2Si fazının çoğu hala matristedir ve yaşlanmadan sonra dağılır ve çöker, bu da güçlendirme rolü oynar.
3. Sonuç
Yapılan deneyler sonucunda, gecikmeli söndürmenin, normal söndürme ile gecikmeli söndürmenin kesiştiği noktadaki gecikmeli söndürme bölgesinin sertliğinin önce azalıp sonra hafifçe artarak sonunda sabitlendiği bulunmuştur.
6061 alüminyum alaşımı için, normal söndürme ve 90 saniye gecikmeli söndürme sonrası çekme dayanımları sırasıyla 342 MPa ve 288 MPa, akma dayanımları ise sırasıyla 315 MPa ve 252 MPa olup, her ikisi de numune performans standartlarını karşılamaktadır.
Normal söndürmeden sonra 95HB'den 77HB'ye düşen en düşük sertliğe sahip bir bölge vardır. Buradaki performans da en düşük olup, 271MPa çekme dayanımı ve 220MPa akma dayanımına sahiptir.
ANSYS analizi ile 90'lı gecikmeli söndürme bölgesindeki en düşük performans noktasındaki soğutma hızının saniyede yaklaşık 3,5°C azaldığı ve bunun da güçlendirme fazı Mg2Si fazının yetersiz katı çözeltisine yol açtığı bulunmuştur. Bu makaleye göre, performans tehlike noktasının normal söndürme ve gecikmeli söndürmenin birleştiği noktadaki gecikmeli söndürme alanında ortaya çıktığı ve ekstrüzyon kuyruk ucu işlem atığının makul bir şekilde tutulması için önemli bir kılavuz öneme sahip olan birleşme noktasından çok uzakta olmadığı görülebilir.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderi zamanı: 28-Ağu-2024
