A lega d'aluminiu 6061T6 di grande spessore di parete deve esse temprata dopu l'estrusione à caldu. A causa di a limitazione di l'estrusione discontinua, una parte di u prufilu entrerà in a zona di raffreddamentu à acqua cun un ritardu. Quandu u prossimu lingotto cortu cuntinueghja à esse estrusu, sta parte di u prufilu serà sottumessa à una tempra ritardata. Cumu trattà a zona di tempra ritardata hè una questione chì ogni impresa di pruduzzione deve cunsiderà. Quandu u scartu di u prucessu di fine estrusione hè cortu, i campioni di prestazioni prelevati sò qualchì volta qualificati è qualchì volta micca qualificati. Quandu si ricampiona da u latu, a prestazione hè qualificata di novu. Questu articulu dà a spiegazione currispondente per mezu di esperimenti.
1. Materiali è metudi di prova
U materiale utilizatu in questu esperimentu hè una lega d'aluminiu 6061. A so cumpusizione chimica misurata per analisi spettrale hè a seguente: Hè cunforme à a norma internaziunale di cumpusizione di lega d'aluminiu 6061 GB/T 3190-1996.
In questu esperimentu, una parte di u prufilu estrusu hè stata presa per un trattamentu in soluzione solida. U prufilu longu 400 mm hè statu divisu in duie zone. A zona 1 hè stata raffreddata direttamente cù acqua è temprata. A zona 2 hè stata raffreddata à l'aria per 90 secondi è dopu raffreddata cù acqua. U diagrama di prova hè mostratu in a Figura 1.
U prufilu in lega d'aluminiu 6061 utilizatu in questu esperimentu hè statu estrusu da un estrusore 4000UST. A temperatura di u stampu hè 500 °C, a temperatura di a barra di colata hè 510 °C, a temperatura di uscita di l'estrusione hè 525 °C, a velocità di estrusione hè 2,1 mm / s, u raffreddamentu à acqua d'alta intensità hè utilizatu durante u prucessu di estrusione, è un pezzu di prova di 400 mm di lunghezza hè pigliatu da u centru di u prufilu finitu estrusu. A larghezza di u campione hè 150 mm è l'altezza hè 10,00 mm.
I campioni prelevati sò stati divisi è dopu sottumessi à un trattamentu in soluzione di novu. A temperatura di a soluzione era di 530 °C è u tempu di soluzione era di 4 ore. Dopu avè li cacciati, i campioni sò stati posti in un grande serbatoiu d'acqua cù una prufundità di 100 mm. U serbatoiu d'acqua più grande pò assicurà chì a temperatura di l'acqua in u serbatoiu cambi pocu dopu chì u campione in a zona 1 hè statu raffreddato cù acqua, impedendu chì l'aumentu di a temperatura di l'acqua affetti l'intensità di raffreddamentu di l'acqua. Durante u prucessu di raffreddamentu di l'acqua, assicuratevi chì a temperatura di l'acqua sia in l'intervallu di 20-25 °C. I campioni raffreddati sò stati invechjati à 165 °C * 8 ore.
Pigliate una parte di u campione longa 400 mm, larga 30 mm è spessa 10 mm, è eseguite una prova di durezza Brinell. Fate 5 misurazioni ogni 10 mm. Pigliate u valore mediu di e 5 durezze Brinell cum'è u risultatu di a durezza Brinell à questu puntu, è osservate u mudellu di cambiamentu di durezza.
E proprietà meccaniche di u prufilu sò state testate, è a sezione parallela à trazione di 60 mm hè stata cuntrullata in diverse pusizioni di u campione di 400 mm per osservà e proprietà di trazione è a locu di a frattura.
U campu di temperatura di u raffreddamentu di u campione raffreddato à acqua è u raffreddamentu dopu un ritardu di 90 secondi hè statu simulatu per mezu di u software ANSYS, è e velocità di raffreddamentu di i profili in diverse pusizioni sò state analizzate.
2. Risultati sperimentali è analisi
2.1 Risultati di a prova di durezza
A figura 2 mostra a curva di cambiamentu di durezza di un campione di 400 mm di lunghezza misurata da un tester di durezza Brinell (l'unità di lunghezza di l'ascissa rapprisenta 10 mm, è a scala 0 hè a linea di divisione trà a tempra normale è a tempra ritardata). Si pò truvà chì a durezza à l'estremità raffreddata à acqua hè stabile intornu à 95HB. Dopu a linea di divisione trà a tempra di raffreddamentu à acqua è a tempra di raffreddamentu à acqua ritardata di 90 secondi, a durezza cumencia à calà, ma a velocità di calu hè lenta in a fase iniziale. Dopu à 40 mm (89HB), a durezza cala bruscamente è cala à u valore più bassu (77HB) à 80 mm. Dopu à 80 mm, a durezza ùn hà micca cuntinuatu à calà, ma hè aumentata finu à un certu puntu. L'aumentu hè statu relativamente chjucu. Dopu à 130 mm, a durezza hè rimasta invariata intornu à 83HB. Si pò speculà chì per via di l'effettu di a conduzione di u calore, a velocità di raffreddamentu di a parte di tempra ritardata hè cambiata.
2.2 Risultati è analisi di i testi di prestazione
A Tavula 2 mostra i risultati di l'esperimenti di trazione realizati nantu à campioni prelevati da diverse pusizioni di a sezione parallela. Si pò truvà chì a resistenza à a trazione è a resistenza à u snervamentu di u n. 1 è di u n. 2 ùn anu guasi micca cambiamenti. Cù l'aumentu di a proporzione di estremità di tempra ritardata, a resistenza à a trazione è a resistenza à u snervamentu di a lega mostranu una tendenza significativa à a calata. Tuttavia, a resistenza à a trazione in ogni locu di campionamentu hè superiore à a resistenza standard. Solu in a zona cù a durezza più bassa, a resistenza à u snervamentu hè inferiore à u standard di u campione, a prestazione di u campione ùn hè micca qualificata.
A Figura 4 mostra i risultati di e proprietà di trazione di u campione n. 3. Si pò truvà da a Figura 4 chì più luntanu hè da a linea di divisione, più bassa hè a durezza di l'estremità di tempra ritardata. A diminuzione di a durezza indica chì a prestazione di u campione hè ridutta, ma a durezza diminuisce pianu pianu, diminuendu solu da 95HB à circa 91HB à a fine di a sezione parallela. Cum'è si pò vede da i risultati di prestazione in a Tavula 1, a resistenza à a trazione hè diminuita da 342MPa à 320MPa per u raffreddamentu à l'acqua. À u listessu tempu, hè statu trovu chì u puntu di frattura di u campione di trazione hè ancu à a fine di a sezione parallela cù a durezza più bassa. Questu hè perchè hè luntanu da u raffreddamentu à l'acqua, a prestazione di a lega hè ridutta, è l'estremità ghjunghje prima à u limite di resistenza à a trazione per furmà un necking down. Infine, si rompe da u puntu di prestazione più bassu, è a pusizione di frattura hè coerente cù i risultati di a prova di prestazione.
A figura 5 mostra a curva di durezza di a sezione parallela di u campione n. 4 è a pusizione di frattura. Si pò truvà chì più si hè luntanu da a linea di divisione di raffreddamentu à l'acqua, più bassa hè a durezza di l'estremità di tempra ritardata. À u listessu tempu, a locu di a frattura hè ancu à l'estremità induve a durezza hè a più bassa, fratture 86HB. Da a Tavula 2, si trova chì ùn ci hè quasi nisuna deformazione plastica à l'estremità raffreddata à l'acqua. Da a Tavula 1, si trova chì a prestazione di u campione (resistenza à a trazione 298MPa, snervamentu 266MPa) hè significativamente ridutta. A resistenza à a trazione hè solu 298MPa, chì ùn ghjunghje micca à a resistenza à u snervamentu di l'estremità raffreddata à l'acqua (315MPa). L'estremità hà furmatu un necking down quandu hè inferiore à 315MPa. Prima di a frattura, solu a deformazione elastica si verificava in a zona raffreddata à l'acqua. Quandu a tensione spariva, a deformazione à l'estremità raffreddata à l'acqua sparia. Di cunsiguenza, a quantità di deformazione in a zona di raffreddamentu à l'acqua in a Tavula 2 ùn hà quasi nisun cambiamentu. U campione si rompe à a fine di u focu à velocità ritardata, l'area deformata hè ridutta è a durezza finale hè a più bassa, ciò chì porta à una riduzione significativa di i risultati di prestazione.
Pigliate campioni da a zona di tempra ritardata à 100% à a fine di u campione di 400 mm. A figura 6 mostra a curva di durezza. A durezza di a sezione parallela hè ridutta à circa 83-84HB è hè relativamente stabile. Per via di u listessu prucessu, a prestazione hè più o menu a listessa. Nisun mudellu evidente hè statu trovu in a pusizione di frattura. A prestazione di a lega hè inferiore à quella di u campione tempratu in acqua.
Per esplorà più in prufundità a regularità di e prestazioni è di a frattura, a sezione parallela di u campione di trazione hè stata scelta vicinu à u puntu di durezza più bassu (77HB). Da a Tavula 1, hè statu trovu chì e prestazioni eranu significativamente ridutte, è u puntu di frattura apparia à u puntu di durezza più bassu in a Figura 2.
2.3 Risultati di l'analisi ANSYS
A figura 7 mostra i risultati di a simulazione ANSYS di e curve di raffreddamentu in diverse pusizioni. Si pò vede chì a temperatura di u campione in a zona di raffreddamentu à acqua hè calata rapidamente. Dopu à 5 secondi, a temperatura hè calata sottu à 100 °C, è à 80 mm da a linea di divisione, a temperatura hè calata à circa 210 °C à 90 secondi. A calata media di a temperatura hè di 3,5 °C/s. Dopu à 90 secondi in a zona di raffreddamentu à aria di u terminal, a temperatura cala à circa 360 °C, cù una velocità media di calata di 1,9 °C/s.
Attraversu l'analisi di e prestazioni è i risultati di simulazione, si hè constatatu chì e prestazioni di a zona di raffreddamentu à l'acqua è di a zona di tempra ritardata sò un mudellu di cambiamentu chì prima diminuisce è dopu aumenta ligeramente. Affettata da u raffreddamentu à l'acqua vicinu à a linea di divisione, a conduzione termica face chì u campione in una certa zona cali à una velocità di raffreddamentu inferiore à quella di u raffreddamentu à l'acqua (3,5 ° C / s). Di cunsiguenza, Mg2Si, chì s'hè solidificatu in a matrice, hà precipitatu in grande quantità in questa zona, è a temperatura hè cascata à circa 210 ° C dopu à 90 secondi. A grande quantità di Mg2Si precipitata hà purtatu à un effettu minore di u raffreddamentu à l'acqua dopu à 90 s. A quantità di fase di rinfurzamentu Mg2Si precipitata dopu à u trattamentu di invechjamentu hè stata assai ridutta, è e prestazioni di u campione sò state successivamente ridotte. Tuttavia, a zona di tempra ritardata luntanu da a linea di divisione hè menu affettata da a conduzione termica di u raffreddamentu à l'aria, è a lega si raffredda relativamente lentamente in cundizioni di raffreddamentu à l'aria (velocità di raffreddamentu 1,9 ° C / s). Solu una piccula parte di a fase Mg2Si precipita lentamente, è a temperatura hè 360 °C dopu à 90 s. Dopu u raffreddamentu à l'acqua, a maiò parte di a fase Mg2Si hè sempre in a matrice, è si disperde è precipita dopu l'invecchiamentu, ciò chì ghjoca un rolu di rinfurzamentu.
3. Cunclusione
Hè statu scupertu per via di sperimenti chì a tempra ritardata farà chì a durezza di a zona di tempra ritardata à l'intersezzione di a tempra nurmale è a tempra ritardata diminuisca prima è poi aumenti ligeramente finu à chì si stabilizza infine.
Per a lega d'aluminiu 6061, e resistenze à a trazione dopu à a tempra normale è a tempra ritardata per 90 s sò rispettivamente 342MPa è 288MPa, è e resistenze à u snervamentu sò 315MPa è 252MPa, tramindui rispondendu à i standard di prestazione di u campione.
Ci hè una regione cù a durezza a più bassa, chì hè ridutta da 95HB à 77HB dopu à una tempra nurmale. A prestazione quì hè ancu a più bassa, cù una resistenza à a trazione di 271MPa è una resistenza à u snervamentu di 220MPa.
Attraversu l'analisi ANSYS, hè statu trovu chì a velocità di raffreddamentu à u puntu di prestazione più bassu in a zona di tempra ritardata di l'anni 90 hè diminuita di circa 3,5 ° C per seconda, risultendu in una soluzione solida insufficiente di a fase di rinfurzamentu Mg2Si. Sicondu questu articulu, si pò vede chì u puntu di periculu di prestazione appare in a zona di tempra ritardata à a junzione di a tempra nurmale è di a tempra ritardata, è ùn hè micca luntanu da a junzione, chì hà una significazione guida impurtante per a ritenzione ragionevule di i rifiuti di u prucessu di fine estrusione.
Editatu da May Jiang da MAT Aluminum
Data di publicazione: 28 d'aostu 2024
