A aliaxe de aluminio 6061T6 de gran grosor de parede necesita ser temperada despois da extrusión en quente. Debido á limitación da extrusión descontinua, unha parte do perfil entrará na zona de arrefriamento por auga con atraso. Cando se continúe a extrusión do seguinte lingote curto, esta parte do perfil sufrirá un temperado retardado. Como xestionar a área de temperado retardado é unha cuestión que toda empresa de produción debe ter en conta. Cando os residuos do proceso final da extrusión son curtos, as mostras de rendemento tomadas ás veces están cualificadas e ás veces non. Ao reamostrar desde o lateral, o rendemento volve cualificarse. Este artigo ofrece a explicación correspondente mediante experimentos.
1. Materiais e métodos de proba
O material empregado neste experimento é unha aliaxe de aluminio 6061. A súa composición química medida por análise espectral é a seguinte: Cumpre coa norma internacional de composición da aliaxe de aluminio 6061 GB/T 3190-1996.
Neste experimento, tomouse unha parte do perfil extruído para tratamento en solución sólida. O perfil de 400 mm de longo dividiuse en dúas áreas. A área 1 arrefriouse e trempou directamente con auga. A área 2 arrefriouse ao aire durante 90 segundos e despois con auga. O diagrama da proba móstrase na Figura 1.
O perfil de aliaxe de aluminio 6061 empregado neste experimento foi extruído por unha extrusora 4000UST. A temperatura do molde é de 500 °C, a temperatura da varilla de fundición é de 510 °C, a temperatura de saída da extrusión é de 525 °C, a velocidade de extrusión é de 2,1 mm/s, utilízase refrixeración por auga de alta intensidade durante o proceso de extrusión e tómase unha peza de proba de 400 mm de lonxitude do centro do perfil acabado extruído. A anchura da mostra é de 150 mm e a altura é de 10,00 mm.
As mostras tomadas foron divididas e logo sometidas a un tratamento en solución de novo. A temperatura da solución foi de 530 °C e o tempo de solución foi de 4 horas. Despois de retiralas, as mostras colocáronse nun tanque de auga grande cunha profundidade de auga de 100 mm. O tanque de auga máis grande pode garantir que a temperatura da auga no tanque de auga cambie pouco despois de que a mostra na zona 1 se arrefríe con auga, evitando que o aumento da temperatura da auga afecte á intensidade de arrefriamento da auga. Durante o proceso de arrefriamento da auga, asegúrese de que a temperatura da auga estea dentro do rango de 20-25 °C. As mostras arrefriadas foron envellecidas a 165 °C x 8 h.
Colle unha parte da mostra de 400 mm de longo, 30 mm de ancho e 10 mm de grosor e realiza unha proba de dureza Brinell. Fai 5 medicións cada 10 mm. Toma o valor medio das 5 durezas Brinell como resultado da dureza Brinell neste punto e observa o patrón de cambio de dureza.
Probáronse as propiedades mecánicas do perfil e controlouse a sección paralela a tracción de 60 mm en diferentes posicións da mostra de 400 mm para observar as propiedades a tracción e a localización da fractura.
O campo de temperatura do arrefriamento rápido da mostra arrefriada con auga e o arrefriamento rápido despois dun retardo de 90 segundos simulouse mediante o software ANSYS, e analizáronse as velocidades de arrefriamento dos perfís en diferentes posicións.
2. Resultados experimentais e análise
2.1 Resultados da proba de dureza
A figura 2 mostra a curva de cambio de dureza dunha mostra de 400 mm de lonxitude medida cun durómetro Brinell (a unidade de lonxitude da abscisa representa 10 mm e a escala 0 é a liña divisoria entre o temple normal e o temple retardado). Pódese observar que a dureza no extremo arrefriado por auga é estable arredor de 95 HB. Despois da liña divisoria entre o temple con arrefriamento por auga e o temple con arrefriamento por auga retardado a 90 s, a dureza comeza a diminuír, pero a velocidade de diminución é lenta na fase inicial. Despois de 40 mm (89 HB), a dureza diminúe bruscamente e baixa ao valor máis baixo (77 HB) a 80 mm. Despois de 80 mm, a dureza non continuou a diminuír, senón que aumentou ata certo punto. O aumento foi relativamente pequeno. Despois de 130 mm, a dureza permaneceu sen cambios arredor de 83 HB. Pódese especular que, debido ao efecto da condución térmica, a velocidade de arrefriamento da parte de temple retardado cambiou.
2.2 Resultados e análise das probas de rendemento
A táboa 2 mostra os resultados dos experimentos de tracción realizados en mostras tomadas de diferentes posicións da sección paralela. Pódese observar que a resistencia á tracción e o límite elástico das n.º 1 e n.º 2 case non cambian. A medida que aumenta a proporción de extremos de temple retardado, a resistencia á tracción e o límite elástico da aliaxe mostran unha tendencia á baixa significativa. Non obstante, a resistencia á tracción en cada lugar de mostraxe está por riba da resistencia estándar. Só na zona coa menor dureza, o límite elástico é inferior ao estándar da mostra, o rendemento da mostra non está cualificado.
A figura 4 mostra os resultados das propiedades de tracción da mostra nº 3. Na figura 4 pódese observar que canto máis lonxe da liña divisoria, menor é a dureza do extremo de temple retardado. A diminución da dureza indica que o rendemento da mostra se reduce, pero a dureza diminúe lentamente, só diminuíndo de 95HB a aproximadamente 91HB no extremo da sección paralela. Como se pode ver nos resultados de rendemento da táboa 1, a resistencia á tracción diminuíu de 342MPa a 320MPa para o arrefriamento por auga. Ao mesmo tempo, descubriuse que o punto de fractura da mostra de tracción tamén se atopa no extremo da sección paralela coa menor dureza. Isto débese a que está lonxe do arrefriamento por auga, o rendemento da aliaxe redúcese e o extremo alcanza primeiro o límite de resistencia á tracción para formar un estreitamento. Finalmente, a rotura comeza co punto de rendemento máis baixo e a posición de rotura é consistente cos resultados da proba de rendemento.
A figura 5 mostra a curva de dureza da sección paralela da mostra nº 4 e a posición da fractura. Pódese observar que canto máis lonxe da liña divisoria de refrixeración por auga, menor é a dureza do extremo de temple retardado. Ao mesmo tempo, a localización da fractura tamén se atopa no extremo onde a dureza é máis baixa, fracturas de 86HB. Na táboa 2, obsérvase que case non hai deformación plástica no extremo refrixerado por auga. Na táboa 1, obsérvase que o rendemento da mostra (resistencia á tracción 298MPa, límite elástico 266MPa) redúcese significativamente. A resistencia á tracción é só de 298MPa, o que non alcanza o límite elástico do extremo refrixerado por auga (315MPa). O extremo formou un estreitamento cando é inferior a 315MPa. Antes da fractura, só se producía deformación elástica na zona refrixerada por auga. A medida que a tensión desaparecía, a deformación no extremo refrixerado por auga desaparecía. Como resultado, a cantidade de deformación na zona de refrixeración por auga na táboa 2 case non cambia. A mostra rómpese ao final do disparo de velocidade retardada, a área deformada redúcese e a dureza final é a máis baixa, o que resulta nunha redución significativa nos resultados de rendemento.
Tome mostras da área de temple retardado ao 100 % ao final da mostra de 400 mm. A figura 6 mostra a curva de dureza. A dureza da sección paralela redúcese a aproximadamente 83-84 HB e é relativamente estable. Debido ao mesmo proceso, o rendemento é aproximadamente o mesmo. Non se atopa ningún patrón obvio na posición de fractura. O rendemento da aliaxe é inferior ao da mostra templeada en auga.
Para explorar máis a fondo a regularidade do rendemento e a fractura, seleccionouse a sección paralela da probeta de tracción preto do punto de dureza máis baixo (77HB). Na Táboa 1, observouse que o rendemento se reduciu significativamente e que o punto de fractura apareceu no punto de dureza máis baixo da Figura 2.
2.3 Resultados da análise ANSYS
A figura 7 mostra os resultados da simulación ANSYS das curvas de arrefriamento en diferentes posicións. Pódese observar que a temperatura da mostra na zona de arrefriamento con auga baixou rapidamente. Despois de 5 segundos, a temperatura baixou por debaixo dos 100 °C e, a 80 mm da liña divisoria, a temperatura baixou a uns 210 °C aos 90 segundos. A caída media da temperatura é de 3,5 °C/s. Despois de 90 segundos na zona de arrefriamento con aire do terminal, a temperatura baixa a uns 360 °C, cunha taxa media de caída de 1,9 °C/s.
Mediante a análise do rendemento e os resultados da simulación, comprobouse que o rendemento da área de arrefriamento por auga e da área de arrefriamento retardado presenta un patrón de cambio que primeiro diminúe e despois aumenta lixeiramente. Afectada polo arrefriamento por auga preto da liña divisoria, a condución térmica fai que a mostra nunha determinada área caia a unha velocidade de arrefriamento menor que a do arrefriamento por auga (3,5 °C/s). Como resultado, o Mg2Si, que solidificou na matriz, precipitou en grandes cantidades nesta área, e a temperatura baixou a uns 210 °C despois de 90 segundos. A gran cantidade de Mg2Si precipitado levou a un menor efecto do arrefriamento por auga despois de 90 s. A cantidade de fase de fortalecemento de Mg2Si precipitada despois do tratamento de envellecemento reduciuse considerablemente e, posteriormente, o rendemento da mostra reduciuse. Non obstante, a zona de arrefriamento retardado afastada da liña divisoria vese menos afectada pola condución térmica do arrefriamento por auga, e a aliaxe arrefría relativamente lentamente en condicións de arrefriamento por aire (velocidade de arrefriamento de 1,9 °C/s). Só unha pequena parte da fase Mg2Si precipita lentamente, e a temperatura é de 360 °C despois de 90 segundos. Despois do arrefriamento con auga, a maior parte da fase Mg2Si aínda está na matriz, e dispérsase e precipita despois do envellecemento, o que desempeña un papel de fortalecemento.
3. Conclusión
Descubriuse mediante experimentos que o temple retardado fai que a dureza da zona de temple retardado na intersección do temple normal e o temple retardado primeiro diminúa e despois aumente lixeiramente ata que finalmente se estabiliza.
Para a aliaxe de aluminio 6061, as resistencias á tracción despois do temple normal e do temple retardado durante 90 s son de 342 MPa e 288 MPa respectivamente, e os límites de cedencia son de 315 MPa e 252 MPa, ambos cumprindo os estándares de rendemento da mostra.
Hai unha rexión coa dureza máis baixa, que se reduce de 95HB a 77HB despois dun temperado normal. O rendemento aquí tamén é o máis baixo, cunha resistencia á tracción de 271MPa e un límite elástico de 220MPa.
Mediante a análise ANSYS, descubriuse que a velocidade de arrefriamento no punto de rendemento máis baixo na zona de temple retardado dos anos 90 diminuíu aproximadamente 3,5 °C por segundo, o que resultou nunha solución sólida insuficiente da fase de Mg2Si da fase de fortalecemento. Segundo este artigo, pódese observar que o punto de perigo de rendemento aparece na área de temple retardado na unión do temple normal e o temple retardado, e non está lonxe da unión, o que ten unha importancia guía importante para a retención razoable dos residuos do proceso final da extrusión.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 28 de agosto de 2024
