Алюмініевы сплаў 6061T6 з вялікай таўшчынёй сценкі павінен быць загартаваны пасля гарачага экструзіі. З-за абмежавання перарывістага выціскання частка профілю будзе трапляць у зону астуджэння вады са спазненнем. Калі наступны кароткі злітак працягваецца экструзія, гэтая частка профілю будзе падвяргацца адтэрмінаванай загартоўцы. Як змагацца з зонай адтэрмінаванай загартоўкі - пытанне, якое павінна разглядаць кожная вытворчая кампанія. Калі адходы канцавога канца экструзіі кароткія, узоры прадукцыйнасці часам кваліфікаваныя, а часам некваліфікаваныя. Пры паўторнай выбарцы збоку прадукцыйнасць зноў кваліфікуецца. Гэты артыкул дае адпаведнае тлумачэнне праз эксперыменты.
1. Матэрыялы і метады выпрабаванняў
Матэрыял, выкарыстаны ў гэтым эксперыменце, - алюмініевы сплаў 6061. Яго хімічны склад, вымераны спектральным аналізам, наступны: ён адпавядае міжнароднаму стандарту GB/T 3190-1996 6061 на склад алюмініевага сплаву.
У гэтым эксперыменце частка экструдаванага профілю была ўзятая для апрацоўкі цвёрдым растворам. Профіль даўжынёй 400 мм быў падзелены на дзве зоны. Зона 1 непасрэдна астуджалася вадой і загартавалася. Зона 2 астуджалася на паветры на працягу 90 секунд, а затым астуджалася вадой. Дыяграма тэсту паказана на малюнку 1.
Профіль з алюмініевага сплаву 6061, які выкарыстоўваўся ў гэтым эксперыменце, быў экструдаваны з дапамогай экструдара 4000UST. Тэмпература прэс-формы складае 500 °C, тэмпература ліцейнага стрыжня складае 510 °C, тэмпература на выхадзе экструзіі складае 525 °C, хуткасць экструзіі складае 2,1 мм/с, у працэсе экструзіі выкарыстоўваецца высокаінтэнсіўнае вадзяное астуджэнне, і 400 мм даўжыня пробнага ўзору бярэцца з сярэдзіны экструдаванага гатовага профілю. Шырыня ўзору складае 150 мм, а вышыня - 10,00 мм.
Узятыя пробы падзялялі і затым зноў падвяргалі апрацоўцы растворам. Тэмпература раствора была 530°C, а час растворэння - 4 гадзіны. Пасля іх вымання ўзоры змяшчалі ў вялікі рэзервуар для вады з глыбінёй вады 100 мм. Большы рэзервуар для вады можа гарантаваць, што тэмпература вады ў рэзервуары для вады нязначна зменіцца пасля вадзянога астуджэння ўзору ў зоне 1, прадухіляючы ўплыў павышэння тэмпературы вады на інтэнсіўнасць астуджэння вады. У працэсе астуджэння вады сочыце за тым, каб тэмпература вады была ў межах 20-25°C. Загартаваныя ўзоры вытрымлівалі пры 165°C*8h.
Вазьміце частку ўзору даўжынёй 400 мм, шырынёй 30 мм і таўшчынёй 10 мм і правядзіце тэст на цвёрдасць па Брынелю. Зрабіце 5 вымярэнняў праз кожныя 10 мм. Вазьміце сярэдняе значэнне 5 цвёрдасці па Брынелю ў якасці выніку цвёрдасці па Брынелю ў гэты момант і назірайце за мадэллю змены цвёрдасці.
Былі правераны механічныя ўласцівасці профілю, і паралельны ўчастак даўжынёй 60 мм на расцяжэнне кантраляваўся ў розных месцах узору 400 мм, каб назіраць за ўласцівасцямі расцяжэння і размяшчэннем разломаў.
Тэмпературнае поле астуджанай вадой загартоўкі ўзору і загартоўкі пасля затрымкі ў 90 с было змадэлявана з дапамогай праграмнага забеспячэння ANSYS, і былі прааналізаваны хуткасці астуджэння профіляў у розных пазіцыях.
2. Эксперыментальныя вынікі і аналіз
2.1 Вынікі выпрабаванняў на цвёрдасць
На малюнку 2 паказана крывая змены цвёрдасці ўзору даўжынёй 400 мм, вымераная цвёрдамерам па Брынелю (адзінка даўжыні па восі абсцыс складае 10 мм, а шкала 0 - гэта лінія падзелу паміж звычайнай загартоўкай і адкладзенай загартоўкай). Можна выявіць, што цвёрдасць на канцы з вадзяным астуджэннем стабільная каля 95HB. Пасля лініі падзелу паміж загартоўкай вадзяным астуджэннем і адкладзенай загартоўкай вадзяным астуджэннем 90-х гадоў цвёрдасць пачынае змяншацца, але хуткасць зніжэння павольная на ранняй стадыі. Пасля 40 мм (89HB) цвёрдасць рэзка падае і падае да самага нізкага значэння (77HB) на 80 мм. Пасля 80 мм цвёрдасць не стала змяншацца, а ў пэўнай ступені павялічылася. Павелічэнне было адносна невялікім. Пасля 130 мм цвёрдасць засталася нязменнай і складае каля 83HB. Можна выказаць здагадку, што з-за эфекту цеплаправоднасці хуткасць астуджэння часткі з запаволенай загартоўкай змянілася.
2.2 Вынікі тэставання прадукцыйнасці і аналіз
Табліца 2 паказвае вынікі эксперыментаў на расцяжэнне, праведзеных на ўзорах, узятых з розных пазіцый паралельнага ўчастка. Можна выявіць, што трываласць на разрыў і мяжа цякучасці № 1 і № 2 практычна не змяняюцца. Па меры павелічэння долі запаволенай загартоўкі трываласць на разрыў і мяжа цякучасці сплаву дэманструюць значную тэндэнцыю да зніжэння. Аднак трываласць на расцяжэнне ў кожным месцы адбору ўзораў перавышае стандартную трываласць. Толькі ў вобласці з самай нізкай цвёрдасцю мяжа цякучасці ніжэй, чым стандартны ўзор, прадукцыйнасць ўзору некваліфікаваная.
На малюнку 4 паказаны вынікі ўласцівасцей пры расцяжэнні ўзору № 3. З малюнка 4 відаць, што чым далей ад раздзяляльнай лініі, тым ніжэй цвёрдасць канца з запаволенай загарткай. Зніжэнне цвёрдасці паказвае на тое, што характарыстыкі ўзору зніжаюцца, але цвёрдасць зніжаецца павольна, толькі памяншаючыся з 95HB да прыкладна 91HB у канцы паралельнага ўчастка. Як відаць з вынікаў прадукцыйнасці ў табліцы 1, трываласць на разрыў знізілася з 342 МПа да 320 МПа для вадзянога астуджэння. У той жа час было ўстаноўлена, што кропка разбурэння ўзору на расцяжэнне таксама знаходзіцца ў канцы паралельнага ўчастка з найменшай цвёрдасцю. Гэта таму, што ён знаходзіцца далёка ад вадзянога астуджэння, характарыстыкі сплаву зніжаюцца, і канец дасягае мяжы трываласці на разрыў першым, каб утварыць шыйку ўніз. І, нарэшце, перапынак ад самай нізкай кропкі прадукцыйнасці, і пазіцыя разрыву адпавядае вынікам тэсту прадукцыйнасці.
На малюнку 5 паказаны крывая цвёрдасці паралельнага ўчастка ўзору № 4 і становішча разлому. Можна выявіць, што чым далей ад раздзяляльнай лініі вадзянога астуджэння, тым ніжэй цвёрдасць канца з запаволенай загартоўкай. У той жа час, месца пералому таксама ў тым канцы, дзе цвёрдасць самая нізкая, пераломы 86HB. З табліцы 2 выяўлена, што пластычная дэфармацыя на вадзяным астуджэнні канца практычна адсутнічае. З табліцы 1 выяўлена, што характарыстыкі ўзору (трываласць расцяжэння 298 МПа, цякучасць 266 МПа) значна зніжаюцца. Мяжа трываласці на разрыў складае ўсяго 298 МПа, што не дасягае мяжы цякучасці вадзянога астуджанага канца (315 МПа). Канец утварыў шыйку ўніз, калі ён ніжэйшы за 315 МПа. Перад разбурэннем у астуджанай вадой зоне адбывалася толькі пругкая дэфармацыя. Калі напружанне знікла, дэфармацыя на астуджаным вадой канцы знікла. У выніку велічыня дэфармацыі ў зоне астуджэння вады ў табліцы 2 амаль не змянілася. Узор ламаецца ў канцы стральбы з запаволенай хуткасцю, дэфармаваная плошча памяншаецца, а канчатковая цвёрдасць становіцца самай нізкай, што прыводзіць да значнага зніжэння вынікаў прадукцыйнасці.
Вазьміце ўзоры з зоны 100% адтэрмінаванай загартоўкі ў канцы ўзору 400 мм. Малюнак 6 паказвае крывую цвёрдасці. Цвёрдасць паралельнага ўчастка зніжана прыкладна да 83-84HB і з'яўляецца адносна стабільнай. З-за таго ж працэсу прадукцыйнасць прыкладна аднолькавая. Ніякай відавочнай карціны ў становішчы пералому не выяўляецца. Прадукцыйнасць сплаву ніжэй, чым у загартаванага ў вадзе ўзору.
Для далейшага вывучэння заканамернасці прадукцыйнасці і разбурэння паралельны ўчастак узору для расцяжэння быў абраны каля самай нізкай кропкі цвёрдасці (77HB). З табліцы 1 было выяўлена, што прадукцыйнасць значна знізілася, а кропка разлому апынулася ў самай нізкай кропцы цвёрдасці на малюнку 2.
2.3 Вынікі аналізу ANSYS
На малюнку 7 паказаны вынікі мадэлявання ANSYS крывых астуджэння ў розных месцах. Відаць, што тэмпература ўзору ў зоне вадзянога астуджэння хутка падала. Праз 5 секунд тэмпература апусцілася ніжэй за 100 °C, а на адлегласці 80 мм ад раздзяляльнай лініі тэмпература апусцілася прыкладна да 210 °C праз 90 секунд. Сярэдні перапад тэмпературы 3,5°C/с. Пасля 90 секунд у зоне паветранага астуджэння тэрмінала тэмпература падае прыкладна да 360°C з сярэдняй хуткасцю падзення 1,9°C/с.
З дапамогай аналізу прадукцыйнасці і вынікаў мадэлявання было выяўлена, што прадукцыйнасць зоны вадзянога астуджэння і зоны адкладзенай загартоўкі ўяўляе сабой схему змены, якая спачатку памяншаецца, а потым нязначна павялічваецца. Пад уздзеяннем вадзянога астуджэння паблізу раздзяляльнай лініі цеплаправоднасць выклікае падзенне ўзору ў пэўнай вобласці з меншай хуткасцю астуджэння, чым вадзяное астуджэнне (3,5°C/с). У выніку Mg2Si, які зацвярдзеў у матрыцы, выпаў у вялікай колькасці ў гэтай вобласці, і тэмпература ўпала прыкладна да 210°C праз 90 секунд. Вялікая колькасць асаджанага Mg2Si прывяла да меншага эфекту астуджэння вады праз 90 с. Колькасць фазы ўмацавання Mg2Si, якая выпадае ў асадак пасля апрацоўкі старэння, была значна зменшана, і характарыстыкі ўзору пасля гэтага паменшыліся. Аднак зона запаволенай загартоўкі, якая знаходзіцца далёка ад раздзяляльнай лініі, менш падвяргаецца ўздзеянню цеплаправоднасці вадзянога астуджэння, і сплаў адносна павольна астывае ва ўмовах паветранага астуджэння (хуткасць астуджэння 1,9 °C/с). Толькі невялікая частка фазы Mg2Si павольна выпадае ў асадак, і тэмпература складае 360C пасля 90-х. Пасля вадзянога астуджэння большая частка фазы Mg2Si па-ранейшаму знаходзіцца ў матрыцы, і яна рассейваецца і выпадае ў асадак пасля старэння, што гуляе ролю ўмацавання.
3. Заключэнне
У ходзе эксперыментаў было выяўлена, што запаволеная загартоўка прывядзе да таго, што цвёрдасць зоны запаволенай загартоўкі на скрыжаванні нармальнай загартоўкі і запаволенай загартоўкі спачатку паменшыцца, а затым трохі павялічыцца, пакуль канчаткова не стабілізуецца.
Для алюмініевага сплаву 6061 трываласць на расцяжэнне пасля звычайнай загартоўкі і адкладзенай загартоўкі на працягу 90 с складае 342 МПа і 288 МПа адпаведна, а мяжа цякучасці складае 315 МПа і 252 МПа, абодва з якіх адпавядаюць стандартам характарыстык узору.
Ёсць вобласць з найменшай цвёрдасцю, якая зніжаецца з 95HB да 77HB пасля звычайнай загартоўкі. Прадукцыйнасць тут таксама самая нізкая, з мяжой трываласці на разрыў 271 МПа і мяжой цякучасці 220 МПа.
З дапамогай аналізу ANSYS было выяўлена, што хуткасць астуджэння ў самай нізкай кропцы прадукцыйнасці ў зоне адкладзенай загартоўкі 90-х гадоў знізілася прыблізна на 3,5 °C у секунду, што прывяло да недастатковага цвёрдага раствора фазы ўмацавання фазы Mg2Si. Згодна з гэтым артыкулам, відаць, што кропка небяспекі для прадукцыйнасці з'яўляецца ў зоне затрымкі загартоўкі на стыку нармальнай загартоўкі і затрымкі загартоўкі і знаходзіцца недалёка ад стыку, які мае важнае кіруючае значэнне для разумнага захавання экструзійнага хваста канчатковыя адходы працэсу.
Пад рэдакцыяй Мэй Цзян з MAT Aluminium
Час публікацыі: 28 жніўня 2024 г
