Didelio sienelės storio 6061T6 aliuminio lydinys po karštojo ekstruzijos turi būti grūdinamas. Dėl netolygaus ekstruzijos apribojimų dalis profilio į vandens aušinimo zoną pateks su vėlavimu. Kai tęsiamas kito trumpo luito ekstruzija, ši profilio dalis bus uždelstai grūdinama. Kaip elgtis su uždelsto grūdinimo zona, yra klausimas, į kurį turi atsižvelgti kiekviena gamybos įmonė. Kai ekstruzijos galo proceso atliekos yra trumpos, paimti našumo mėginiai kartais yra kvalifikuoti, o kartais ne. Pakartotinai imant mėginius iš šono, našumas vėl įvertinamas. Šiame straipsnyje pateikiamas atitinkamas paaiškinimas per eksperimentus.
1. Bandymo medžiagos ir metodai
Šiame eksperimente naudota medžiaga yra 6061 aliuminio lydinys. Jo cheminė sudėtis, išmatuota spektrine analize, yra tokia: ji atitinka tarptautinį 6061 aliuminio lydinių sudėties standartą GB/T 3190-1996.
Šiame eksperimente dalis ekstruzinio profilio buvo paimta kietojo tirpalo apdorojimui. 400 mm ilgio profilis buvo padalintas į dvi sritis. 1 sritis buvo tiesiogiai aušinama vandeniu ir grūdinama. 2 sritis buvo aušinama ore 90 sekundžių, o po to aušinama vandeniu. Bandymo schema parodyta 1 paveiksle.
Šiame eksperimente naudotas 6061 aliuminio lydinio profilis buvo ekstruduotas 4000UST ekstruderiu. Formos temperatūra yra 500 °C, liejimo strypo temperatūra – 510 °C, ekstruzijos išleidimo angos temperatūra – 525 °C, ekstruzijos greitis – 2,1 mm/s. Ekstruzijos proceso metu naudojamas didelio intensyvumo vandens aušinimas, o iš ekstruzuoto gatavo profilio vidurio paimamas 400 mm ilgio bandinys. Bandinio plotis – 150 mm, o aukštis – 10,00 mm.
Paimti mėginiai buvo padalinti ir vėl apdoroti tirpalu. Tirpalo temperatūra buvo 530 °C, o tirpalo laikas – 4 valandos. Išėmus mėginius, jie buvo sudėti į didelį vandens baką, kurio gylis buvo 100 mm. Didesnis vandens bakas užtikrina, kad vandens temperatūra bake mažai keistųsi po to, kai 1 zonoje esantis mėginys aušinamas vandeniu, todėl vandens temperatūros padidėjimas neturėtų įtakos vandens aušinimo intensyvumui. Vandens aušinimo proceso metu užtikrinkite, kad vandens temperatūra būtų 20–25 °C diapazone. Užgrūdinti mėginiai buvo brandinami 165 °C * 8 val.
Paimkite 400 mm ilgio, 30 mm pločio ir 10 mm storio mėginio dalį ir atlikite Brinelio kietumo bandymą. Atlikite 5 matavimus kas 10 mm. Šiame taške gautu Brinelio kietumo rezultatu laikykitės 5 Brinelio kietumo verčių vidutinės vertės ir stebėkite kietumo kitimo modelį.
Buvo išbandytos profilio mechaninės savybės, o 60 mm tempiamasis lygiagretus pjūvis buvo kontroliuojamas skirtingose 400 mm bandinio pozicijose, siekiant stebėti tempiamąsias savybes ir lūžio vietą.
Vandeniu aušinto mėginio gesinimo temperatūros laukas ir gesinimas po 90 s uždelsimo buvo modeliuojami naudojant ANSYS programinę įrangą, o profilių aušinimo greičiai skirtingose pozicijose buvo analizuojami.
2. Eksperimentiniai rezultatai ir analizė
2.1 Kietumo bandymo rezultatai
2 paveiksle parodyta 400 mm ilgio bandinio kietumo pokyčio kreivė, išmatuota Brinelio kietumo matuokliu (abscisės ilgis lygus 10 mm, o 0 skalė yra riba tarp įprasto ir uždelsto gesinimo). Galima pastebėti, kad vandeniu aušinamo galo kietumas yra stabilus ir siekia apie 95 HB. Peržengus skiriamąją liniją tarp vandeniu aušinamo ir uždelsto 90 s vandeniu aušinamo gesinimo, kietumas pradeda mažėti, tačiau ankstyvoje stadijoje mažėjimo tempas yra lėtas. Po 40 mm (89 HB) kietumas staigiai sumažėja ir pasiekia žemiausią vertę (77 HB) ties 80 mm. Po 80 mm kietumas nebemažėjo, o tam tikru mastu padidėjo. Padidėjimas buvo santykinai nedidelis. Po 130 mm kietumas nepakito ir buvo apie 83 HB. Galima spėlioti, kad dėl šilumos laidumo poveikio pasikeitė uždelsto gesinimo dalies aušinimo greitis.
2.2 Veikimo bandymų rezultatai ir analizė
2 lentelėje pateikti tempimo bandymų, atliktų su mėginiais, paimtais iš skirtingų lygiagretaus pjūvio padėčių, rezultatai. Galima pastebėti, kad Nr. 1 ir Nr. 2 tempiamasis stipris ir takumo riba beveik nepakito. Didėjant uždelsto grūdinimo galų daliai, lydinio tempiamasis stipris ir takumo riba rodo reikšmingą mažėjimo tendenciją. Tačiau kiekvienoje mėginių ėmimo vietoje tempiamasis stipris viršija standartinį stiprį. Tik toje srityje, kurioje kietumas mažiausias, takumo riba yra mažesnė nei mėginio standartinė, todėl mėginio charakteristikos yra nekvalifikuotos.
4 paveiksle pateikti 3 pavyzdžio tempiamųjų savybių rezultatai. Iš 4 paveikslo matyti, kad kuo toliau nuo skiriamosios linijos, tuo mažesnis uždelsto grūdinimo galo kietumas. Kietumo sumažėjimas rodo, kad pavyzdžio eksploatacinės savybės sumažėja, tačiau kietumas mažėja lėtai, mažėdamas tik nuo 95 HB iki maždaug 91 HB lygiagretaus pjūvio gale. Kaip matyti iš 1 lentelėje pateiktų eksploatacinių savybių rezultatų, tempiamasis stipris, aušinant vandeniu, sumažėjo nuo 342 MPa iki 320 MPa. Tuo pačiu metu nustatyta, kad tempiamojo pavyzdžio lūžio taškas taip pat yra lygiagretaus pjūvio gale, kuriame kietumas mažiausias. Taip yra todėl, kad jis yra toli nuo vandens aušinimo, lydinio eksploatacinės savybės sumažėja, o galas pirmiausia pasiekia tempiamojo stiprio ribą ir susidaro išlinkis. Galiausiai, lūžis įvyksta nuo žemiausio eksploatacinių savybių taško, ir lūžio padėtis atitinka eksploatacinių savybių bandymo rezultatus.
5 paveiksle parodyta 4 pavyzdžio lygiagretaus pjūvio kietumo kreivė ir lūžio padėtis. Galima pastebėti, kad kuo toliau nuo vandens aušinimo skiriamosios linijos, tuo mažesnis uždelsto grūdinimo galo kietumas. Tuo pačiu metu lūžio vieta yra ir gale, kuriame kietumas mažiausias – 86HB lūžiai. 2 lentelėje matyti, kad vandeniu aušinamame gale plastinės deformacijos beveik nėra. 1 lentelėje matyti, kad mėginio eksploatacinės savybės (tempiamasis stipris 298 MPa, takumas 266 MPa) yra žymiai sumažėjusios. Tempiamasis stipris yra tik 298 MPa, o tai nesiekia vandeniu aušinamo galo takumo ribos (315 MPa). Kai galas yra mažesnis nei 315 MPa, jis susiaurėja. Prieš lūžį vandeniu aušinamoje srityje atsirado tik elastinė deformacija. Išnykus įtempiui, vandeniu aušinamame gale išnyko ir deformacija. Dėl to deformacijos kiekis vandens aušinimo zonoje 2 lentelėje beveik nepasikeitė. Uždelsto greičio gaisro pabaigoje mėginys lūžta, deformuotas plotas sumažėja, o galutinis kietumas yra mažiausias, todėl eksploataciniai rezultatai žymiai sumažėja.
Imkite mėginius iš 100 % uždelsto gesinimo srities 400 mm bandinio gale. 6 paveiksle parodyta kietumo kreivė. Lygiagrečios dalies kietumas sumažėja iki maždaug 83–84 HB ir yra santykinai stabilus. Dėl to paties proceso eksploatacinės savybės yra maždaug tokios pačios. Lūžio vietoje nėra akivaizdaus dėsningumo. Lydinio eksploatacinės savybės yra prastesnės nei vandeniu grūdinto bandinio.
Siekiant toliau tirti eksploatacinių savybių ir lūžio dėsningumus, buvo pasirinktas lygiagretus tempiamojo bandinio pjūvis, esantis netoli žemiausio kietumo taško (77HB). 1 lentelėje nustatyta, kad eksploatacinės savybės buvo žymiai sumažėjusios, o lūžio taškas 2 paveiksle atsirado žemiausiame kietumo taške.
2.3 ANSYS analizės rezultatai
7 paveiksle pateikti ANSYS modeliavimo rezultatai, gauti nagrinėjant aušinimo kreives skirtingose padėtyse. Matyti, kad mėginio temperatūra vandens aušinimo zonoje sparčiai krito. Po 5 s temperatūra nukrito žemiau 100 °C, o 80 mm atstumu nuo skiriamosios linijos temperatūra nukrito iki maždaug 210 °C per 90 s. Vidutinis temperatūros kritimas yra 3,5 °C/s. Po 90 sekundžių galutinėje oro aušinimo zonoje temperatūra nukrito iki maždaug 360 °C, o vidutinis kritimo greitis buvo 1,9 °C/s.
Atlikus našumo analizę ir modeliavimo rezultatus, nustatyta, kad vandens aušinimo zonos ir uždelsto gesinimo zonos našumas yra kintamasis: pirmiausia mažėja, o vėliau šiek tiek didėja. Veikiamas vandens aušinimo šalia skiriamosios linijos, šilumos laidumas lemia, kad mėginio temperatūra tam tikroje srityje krenta mažesniu nei vandens aušinimo greičiu (3,5 °C/s). Dėl to šioje srityje dideliais kiekiais nusėdo Mg2Si, kuris sukietėjo į matricą, o temperatūra po 90 sekundžių nukrito iki maždaug 210 °C. Didelis nusėdusio Mg2Si kiekis lėmė mažesnį vandens aušinimo poveikį po 90 s. Po sendinimo apdorojimo nusėdusios Mg2Si stiprinimo fazės kiekis labai sumažėjo, todėl sumažėjo mėginio našumas. Tačiau uždelsto gesinimo zona, esanti toli nuo skiriamosios linijos, yra mažiau veikiama vandens aušinimo šilumos laidumo, o lydinys oro aušinimo sąlygomis vėsta santykinai lėtai (aušinimo greitis 1,9 °C/s). Tik nedidelė Mg2Si fazės dalis lėtai nusėda, o temperatūra po 90 s pasiekia 360 °C. Atvėsus vandeniu, didžioji dalis Mg2Si fazės vis dar yra matricoje, o po senėjimo ji išsisklaido ir nusėda, o tai atlieka stiprinimo vaidmenį.
3. Išvada
Eksperimentais nustatyta, kad uždelstas gesinimas uždelsto gesinimo zonos, esančios įprasto ir uždelsto gesinimo sankirtoje, kietumą pirmiausia sumažina, o po to šiek tiek padidina, kol galiausiai stabilizuojasi.
6061 aliuminio lydinio tempiamasis stipris po įprasto ir uždelsto 90 s gesinimo yra atitinkamai 342 MPa ir 288 MPa, o takumo stipris yra 315 MPa ir 252 MPa, abu šie rodikliai atitinka mėginio eksploatacinius standartus.
Yra sritis, kurioje kietumas mažiausias – po įprasto grūdinimo jis sumažėja nuo 95 HB iki 77 HB. Šioje srityje našumas taip pat mažiausias – tempiamasis stipris siekia 271 MPa, o takumo riba – 220 MPa.
Atlikus ANSYS analizę, nustatyta, kad žemiausio našumo taško 90-ųjų uždelsto gesinimo zonoje aušinimo greitis sumažėjo maždaug 3,5 °C per sekundę, todėl stiprinamosios fazės Mg2Si fazė nebuvo pakankamai ištirpusi kietoje terpėje. Remiantis šiuo straipsniu, galima pastebėti, kad našumo pavojaus taškas atsiranda uždelsto gesinimo srityje, įprasto ir uždelsto gesinimo sandūroje, netoli šios sandūros, o tai yra svarbi orientacinė reikšmė tinkamam ekstruzijos proceso atliekų sulaikymui.
Redagavo May Jiang iš MAT Aluminum
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 28 d.
