تحلیل عمیق: تأثیر کوئنچ معمولی و کوئنچ تأخیری بر خواص آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱

شکل ۴ نتایج خواص کششی نمونه شماره ۳ را نشان می‌دهد. از شکل ۴ می‌توان دریافت که هرچه از خط تقسیم دورتر شویم، سختی انتهای کوئنچ تأخیری کمتر می‌شود. کاهش سختی نشان می‌دهد که عملکرد نمونه کاهش یافته است، اما سختی به آرامی کاهش می‌یابد و فقط در انتهای بخش موازی از ۹۵HB به حدود ۹۱HB کاهش می‌یابد. همانطور که از نتایج عملکرد در جدول ۱ مشاهده می‌شود، استحکام کششی برای خنک‌کاری با آب از ۳۴۲MPa به ۳۲۰MPa کاهش یافته است. در عین حال، مشخص شد که نقطه شکست نمونه کششی نیز در انتهای بخش موازی با کمترین سختی قرار دارد. دلیل این امر این است که از خنک‌کاری با آب دور است، عملکرد آلیاژ کاهش می‌یابد و ابتدا انتهای آن به حد استحکام کششی می‌رسد تا یک گردنه تشکیل دهد. در نهایت، از پایین‌ترین نقطه عملکرد می‌شکند و موقعیت شکست با نتایج آزمایش عملکرد سازگار است.

شکل ۵ منحنی سختی مقطع موازی نمونه شماره ۴ و موقعیت شکست را نشان می‌دهد. می‌توان دریافت که هرچه از خط تقسیم خنک‌کننده با آب دورتر باشیم، سختی انتهای خنک‌کننده با تأخیر کمتر است. در عین حال، محل شکست نیز در انتهایی است که کمترین سختی را دارد، یعنی شکستگی‌های ۸۶HB. از جدول ۲ مشخص است که تقریباً هیچ تغییر شکل پلاستیکی در انتهای خنک‌کننده با آب وجود ندارد. از جدول ۱ مشخص است که عملکرد نمونه (استحکام کششی ۲۹۸ مگاپاسکال، بازده ۲۶۶ مگاپاسکال) به طور قابل توجهی کاهش یافته است. استحکام کششی تنها ۲۹۸ مگاپاسکال است که به استحکام تسلیم انتهای خنک‌کننده با آب (۳۱۵ مگاپاسکال) نمی‌رسد. انتهای آن وقتی کمتر از ۳۱۵ مگاپاسکال باشد، یک گردنه تشکیل داده است. قبل از شکست، فقط تغییر شکل الاستیک در ناحیه خنک‌کننده با آب رخ داده است. با ناپدید شدن تنش، کرنش در انتهای خنک‌کننده با آب نیز ناپدید شده است. در نتیجه، مقدار تغییر شکل در ناحیه خنک‌کننده با آب در جدول ۲ تقریباً هیچ تغییری نکرده است. نمونه در انتهای آتش با نرخ تأخیری می‌شکند، ناحیه تغییر شکل یافته کاهش می‌یابد و سختی انتهایی کمترین مقدار را دارد که منجر به کاهش قابل توجه نتایج عملکرد می‌شود.

از ناحیه کوئنچ با تأخیر ۱۰۰٪ در انتهای نمونه ۴۰۰ میلی‌متری نمونه بگیرید. شکل ۶ منحنی سختی را نشان می‌دهد. سختی بخش موازی به حدود ۸۳-۸۴HB کاهش یافته و نسبتاً پایدار است. به دلیل فرآیند یکسان، عملکرد تقریباً یکسان است. هیچ الگوی مشخصی در موقعیت شکست مشاهده نمی‌شود. عملکرد آلیاژ کمتر از نمونه کوئنچ شده با آب است.

به منظور بررسی بیشتر نظم عملکرد و شکست، مقطع موازی نمونه کششی نزدیک به پایین‌ترین نقطه سختی (77HB) انتخاب شد. از جدول 1 مشخص شد که عملکرد به طور قابل توجهی کاهش یافته است و نقطه شکست در پایین‌ترین نقطه سختی در شکل 2 ظاهر شده است.

۲.۳ نتایج تحلیل ANSYS

شکل 7 نتایج شبیه‌سازی ANSYS از منحنی‌های خنک‌سازی در موقعیت‌های مختلف را نشان می‌دهد. می‌توان مشاهده کرد که دمای نمونه در ناحیه خنک‌سازی با آب به سرعت کاهش یافته است. پس از 5 ثانیه، دما به زیر 100 درجه سانتیگراد کاهش یافته و در 80 میلی‌متری از خط تقسیم، دما در 90 ثانیه به حدود 210 درجه سانتیگراد کاهش یافته است. میانگین افت دما 3.5 درجه سانتیگراد بر ثانیه است. پس از 90 ثانیه در ناحیه خنک‌سازی با هوای ترمینال، دما به حدود 360 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد و میانگین نرخ افت 1.9 درجه سانتیگراد بر ثانیه است.

از طریق تجزیه و تحلیل عملکرد و نتایج شبیه‌سازی، مشخص شد که عملکرد ناحیه خنک‌کننده با آب و ناحیه کوئنچ تأخیری، یک الگوی تغییر است که ابتدا کاهش و سپس کمی افزایش می‌یابد. تحت تأثیر خنک‌کننده با آب در نزدیکی خط تقسیم، هدایت حرارتی باعث می‌شود نمونه در یک ناحیه خاص با سرعت خنک‌کننده‌ای کمتر از خنک‌کننده با آب (3.5 درجه سانتیگراد بر ثانیه) افت کند. در نتیجه، Mg2Si که در ماتریس جامد شده بود، در مقادیر زیادی در این ناحیه رسوب کرد و دما پس از 90 ثانیه به حدود 210 درجه سانتیگراد کاهش یافت. مقدار زیاد Mg2Si رسوب شده منجر به تأثیر کمتر خنک‌کننده با آب پس از 90 ثانیه شد. مقدار فاز تقویت‌کننده Mg2Si رسوب شده پس از عملیات پیرسازی به میزان زیادی کاهش یافت و متعاقباً عملکرد نمونه نیز کاهش یافت. با این حال، ناحیه کوئنچ تأخیری که دور از خط تقسیم قرار دارد، کمتر تحت تأثیر هدایت حرارتی خنک‌کننده با آب قرار می‌گیرد و آلیاژ در شرایط خنک‌کننده با هوا نسبتاً آهسته خنک می‌شود (سرعت خنک‌کننده 1.9 درجه سانتیگراد بر ثانیه). تنها بخش کوچکی از فاز Mg2Si به آرامی رسوب می‌کند و دما پس از 90 ثانیه 360 درجه سانتیگراد است. پس از خنک شدن با آب، بیشتر فاز Mg2Si هنوز در ماتریس است و پس از پیرسازی پراکنده و رسوب می‌کند که نقش تقویت‌کننده دارد.

۳. نتیجه‌گیری

از طریق آزمایش‌ها مشخص شد که کوئنچ تأخیری باعث می‌شود سختی ناحیه کوئنچ تأخیری در تقاطع کوئنچ معمولی و کوئنچ تأخیری ابتدا کاهش و سپس کمی افزایش یابد تا در نهایت تثبیت شود.

برای آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱، استحکام کششی پس از کوئنچ معمولی و کوئنچ تأخیری به مدت ۹۰ ثانیه به ترتیب ۳۴۲ مگاپاسکال و ۲۸۸ مگاپاسکال و استحکام تسلیم ۳۱۵ مگاپاسکال و ۲۵۲ مگاپاسکال است که هر دو مطابق با استانداردهای عملکرد نمونه هستند.

ناحیه‌ای با کمترین سختی وجود دارد که پس از کوئنچ معمولی از ۹۵HB به ۷۷HB کاهش می‌یابد. عملکرد در اینجا نیز کمترین مقدار را دارد، با استحکام کششی ۲۷۱MPa و استحکام تسلیم ۲۲۰MPa.

از طریق تحلیل ANSYS، مشخص شد که سرعت خنک‌سازی در پایین‌ترین نقطه عملکرد در ناحیه کوئنچ تأخیری 90 ثانیه تقریباً 3.5 درجه سانتیگراد در ثانیه کاهش می‌یابد که منجر به محلول جامد ناکافی فاز استحکام‌بخش Mg2Si می‌شود. طبق این مقاله، می‌توان مشاهده کرد که نقطه خطر عملکرد در ناحیه کوئنچ تأخیری در محل اتصال کوئنچ معمولی و کوئنچ تأخیری ظاهر می‌شود و از محل اتصال دور نیست، که اهمیت هدایتی مهمی برای حفظ معقول ضایعات انتهای فرآیند اکستروژن دارد.

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum