آلیاژ آلومینیوم 6061T6 با ضخامت دیواره بزرگ باید پس از اکستروژن داغ خاموش شود. به دلیل محدودیت اکستروژن ناپیوسته، بخشی از پروفیل با تاخیر وارد منطقه خنک کننده آبی می شود. هنگامی که شمش کوتاه بعدی به اکسترود ادامه می‌یابد، این قسمت از پروفیل دچار کوئنچ با تاخیر می‌شود. نحوه برخورد با ناحیه خاموش شدن تاخیری موضوعی است که هر شرکت تولیدی باید به آن توجه کند. هنگامی که ضایعات انتهای فرآیند اکستروژن کوتاه است، نمونه های عملکردی گرفته شده گاهی واجد شرایط و گاهی اوقات فاقد شرایط هستند. هنگام نمونه برداری مجدد از کنار، عملکرد دوباره واجد شرایط است. این مقاله از طریق آزمایش توضیح مربوطه را ارائه می دهد.
1. مواد و روش های آزمایش
ماده مورد استفاده در این آزمایش آلیاژ آلومینیوم 6061 است. ترکیب شیمیایی آن که با تجزیه و تحلیل طیفی اندازه گیری می شود به شرح زیر است: مطابق با استاندارد بین المللی ترکیب آلیاژ آلومینیوم 6061 GB/T 3190-1996.
در این آزمایش، بخشی از پروفیل اکسترود شده برای تیمار محلول جامد گرفته شد. پروفیل 400 میلی متری به دو ناحیه تقسیم شد. منطقه 1 مستقیماً با آب خنک و خاموش شد. ناحیه 2 به مدت 90 ثانیه در هوا خنک شد و سپس با آب خنک شد. نمودار تست در شکل 1 نشان داده شده است.
پروفیل آلیاژ آلومینیوم 6061 مورد استفاده در این آزمایش توسط یک اکسترودر 4000UST اکسترود شد. دمای قالب 500 درجه سانتیگراد، دمای میله ریخته گری 510 درجه سانتیگراد، دمای خروجی اکستروژن 525 درجه سانتیگراد، سرعت اکستروژن 2.1 میلی متر بر ثانیه، خنک کننده آب با شدت بالا در طول فرآیند اکستروژن استفاده می شود و 400 میلی متر است. قطعه آزمایش طول از وسط پروفیل نهایی اکسترود شده گرفته می شود. عرض نمونه 150 میلی متر و ارتفاع 10.00 میلی متر است.
نمونه های گرفته شده تقسیم شدند و سپس مجدداً تحت تیمار محلول قرار گرفتند. دمای محلول 530 درجه سانتی گراد و زمان محلول 4 ساعت بود. نمونه ها پس از بیرون آوردن، در یک مخزن آب بزرگ با عمق آب 100 میلی متر قرار داده شدند. مخزن آب بزرگتر می تواند اطمینان حاصل کند که دمای آب در مخزن آب پس از خنک شدن نمونه در منطقه 1 با آب کمی تغییر می کند و از تأثیر افزایش دمای آب بر شدت خنک شدن آب جلوگیری می کند. در طول فرآیند خنک سازی آب، اطمینان حاصل کنید که دمای آب در محدوده 20-25 درجه سانتیگراد باشد. نمونه های خاموش شده در دمای 165 درجه سانتیگراد * 8 ساعت پیر شدند.
بخشی از نمونه را به طول 400 میلی متر و عرض 30 میلی متر و ضخامت 10 میلی متر بردارید و تست سختی برینل را انجام دهید. هر 10 میلی متر 5 اندازه گیری کنید. مقدار متوسط 5 سختی برینل را به عنوان سختی برینل در این نقطه در نظر بگیرید و الگوی تغییر سختی را مشاهده کنید.
خواص مکانیکی پروفیل مورد آزمایش قرار گرفت و بخش موازی کششی 60 میلی متر در موقعیت های مختلف نمونه 400 میلی متری برای مشاهده خواص کششی و محل شکست کنترل شد.
میدان دمایی کوئنچ نمونه با آب سرد و خاموش شدن پس از تاخیر 90 ثانیه از طریق نرم افزار ANSYS شبیه سازی شد و نرخ خنک سازی پروفیل ها در موقعیت های مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
2. نتایج تجربی و تجزیه و تحلیل
2.1 نتایج تست سختی
شکل 2 منحنی تغییر سختی یک نمونه به طول 400 میلی متر را نشان می دهد که توسط دستگاه سختی سنج برینل اندازه گیری شده است (طول واحد آبسیسا نشان دهنده 10 میلی متر است و مقیاس 0 خط تقسیم بین خاموش شدن معمولی و کوئنچ با تاخیر است). می توان دریافت که سختی انتهایی که با آب خنک می شود در حدود 95HB پایدار است. پس از خط تقسیم بین کوئنچ با آب خنک کننده و کوئنچ با آب خنک کننده تاخیری دهه 90، سختی شروع به کاهش می کند، اما سرعت کاهش در مراحل اولیه کند است. پس از 40 میلی متر (89HB)، سختی به شدت کاهش می یابد و به کمترین مقدار (77HB) در 80 میلی متر می رسد. پس از 80 میلی متر، سختی به کاهش ادامه نداد، بلکه تا حدی افزایش یافت. افزایش نسبتا کم بود. پس از 130 میلی متر، سختی بدون تغییر در حدود 83HB باقی ماند. می توان حدس زد که به دلیل تأثیر هدایت گرما، سرعت خنک کننده قسمت خاموش کننده تاخیری تغییر کرده است.
2.2 نتایج آزمون عملکرد و تجزیه و تحلیل
جدول 2 نتایج آزمایش های کششی انجام شده بر روی نمونه های گرفته شده از موقعیت های مختلف مقطع موازی را نشان می دهد. می توان دریافت که استحکام کششی و استحکام تسلیم شماره 1 و شماره 2 تقریباً هیچ تغییری ندارد. با افزایش نسبت انتهای خاموش شدن تاخیری، استحکام کششی و استحکام تسلیم آلیاژ روند نزولی قابل توجهی را نشان می دهد. با این حال، استحکام کششی در هر مکان نمونه برداری بالاتر از مقاومت استاندارد است. فقط در ناحیه با کمترین سختی، استحکام تسلیم کمتر از استاندارد نمونه است، عملکرد نمونه فاقد شرایط است.
شکل 4 نتایج خواص کششی نمونه شماره 3 را نشان می دهد. از شکل 4 می توان دریافت که هر چه از خط تقسیم دورتر باشد، سختی انتهای خاموش شدن تاخیری کمتر می شود. کاهش سختی نشان می دهد که عملکرد نمونه کاهش می یابد، اما سختی به آرامی کاهش می یابد و تنها از 95HB به حدود 91HB در انتهای مقطع موازی کاهش می یابد. همانطور که از نتایج عملکرد در جدول 1 مشاهده می شود، استحکام کششی از 342MPa به 320MPa برای خنک کننده آب کاهش یافته است. در همان زمان مشخص شد که نقطه شکست نمونه کششی نیز در انتهای مقطع موازی با کمترین سختی قرار دارد. این به این دلیل است که از خنک‌کننده آب دور است، عملکرد آلیاژ کاهش می‌یابد و انتهای آن ابتدا به حد استحکام کششی می‌رسد تا گلویی را تشکیل دهد. در نهایت، از پایین ترین نقطه عملکرد فاصله بگیرید و موقعیت شکست با نتایج تست عملکرد مطابقت دارد.
شکل 5 منحنی سختی مقطع موازی نمونه شماره 4 و موقعیت شکست را نشان می دهد. می توان دریافت که هر چه از خط تقسیم آب خنک کننده دورتر باشد، سختی انتهای خاموش شدن تاخیری کمتر می شود. در همان زمان، محل شکست نیز در انتهایی است که سختی کمترین آن است، شکستگی 86HB. از جدول 2، مشخص شده است که تقریباً هیچ تغییر شکل پلاستیکی در انتهای خنک شده با آب وجود ندارد. از جدول 1، مشخص شده است که عملکرد نمونه (مقاومت کششی 298 مگاپاسکال، عملکرد 266 مگاپاسکال) به طور قابل توجهی کاهش یافته است. استحکام کششی تنها 298 مگاپاسکال است که به استحکام تسلیم انتهای خنک‌شده با آب (315 مگا پاسکال) نمی‌رسد. انتهای آن زمانی که کمتر از 315 مگاپاسکال باشد، به سمت پایین شکل گرفته است. قبل از شکستگی، تنها تغییر شکل الاستیک در ناحیه خنک‌شده با آب رخ می‌دهد. با ناپدید شدن تنش، کرنش در انتهای خنک شده با آب ناپدید شد. در نتیجه، مقدار تغییر شکل در ناحیه خنک کننده آب در جدول 2 تقریباً هیچ تغییری ندارد. نمونه در پایان آتش سوزی با سرعت تاخیری شکسته می شود، ناحیه تغییر شکل یافته کاهش می یابد و سختی انتهایی کمترین مقدار است و در نتیجه نتایج عملکرد کاهش قابل توجهی دارد.
نمونه‌هایی را از ناحیه 100% خاموشی تاخیری در انتهای نمونه 400 میلی‌متری بگیرید. شکل 6 منحنی سختی را نشان می دهد. سختی بخش موازی به حدود 83-84HB کاهش یافته و نسبتاً پایدار است. به دلیل همین روند، عملکرد تقریباً یکسان است. هیچ الگوی واضحی در موقعیت شکستگی یافت نمی شود. عملکرد آلیاژ کمتر از نمونه کوئنچ شده با آب است.
به منظور بررسی بیشتر نظم عملکرد و شکست، بخش 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 پایین ترین نقطه سختی در شکل 2 ظاهر می شود.
2.3 نتایج تجزیه و تحلیل ANSYS
شکل 7 نتایج شبیه سازی ANSYS منحنی های خنک کننده را در موقعیت های مختلف نشان می دهد. مشاهده می شود که دمای نمونه در منطقه خنک کننده آب به سرعت کاهش یافته است. پس از 5 ثانیه، دما به زیر 100 درجه سانتیگراد کاهش یافت و در 80 میلی متر از خط تقسیم، دما در 90 ثانیه به حدود 210 درجه سانتیگراد کاهش یافت. میانگین کاهش دما 3.5 درجه سانتیگراد در ثانیه است. پس از 90 ثانیه در منطقه خنک‌کننده هوای پایانه، دما به حدود 360 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد که میانگین نرخ افت آن 1.9 درجه سانتیگراد در ثانیه است.
از طریق تجزیه و تحلیل عملکرد و نتایج شبیه‌سازی، مشخص شد که عملکرد منطقه خنک‌کننده با آب و منطقه خاموش کردن تاخیری یک الگوی تغییر است که ابتدا کاهش می‌یابد و سپس کمی افزایش می‌یابد. تحت تأثیر خنک کردن آب در نزدیکی خط تقسیم، هدایت گرما باعث می شود که نمونه در یک منطقه خاص با سرعت خنک کننده کمتر از خنک کننده آب (3.5 درجه سانتیگراد در ثانیه) افت کند. در نتیجه، Mg2Si که در ماتریس جامد شد، به مقدار زیادی در این ناحیه رسوب کرد و دما پس از 90 ثانیه به حدود 210 درجه سانتیگراد کاهش یافت. مقدار زیادی Mg2Si رسوب شده منجر به اثر کمتر خنک‌کننده آب پس از 90 ثانیه شد. مقدار فاز تقویت کننده Mg2Si رسوب شده پس از درمان پیری به میزان زیادی کاهش یافت و عملکرد نمونه متعاقبا کاهش یافت. با این حال، منطقه خاموش شدن تاخیری دور از خط تقسیم کمتر تحت تأثیر هدایت گرمای خنک کننده آب قرار می گیرد و آلیاژ در شرایط خنک کننده هوا نسبتاً آهسته خنک می شود (سرعت خنک کننده 1.9 درجه سانتیگراد در ثانیه). تنها بخش کوچکی از فاز Mg2Si به آرامی رسوب می‌کند و دمای آن بعد از دهه 90 به 360 درجه سانتیگراد می‌رسد. پس از خنک شدن با آب، بیشتر فاز Mg2Si هنوز در ماتریکس است و پس از پیری پراکنده شده و رسوب می کند که نقش تقویت کننده ای دارد.
3. نتیجه گیری
از طریق آزمایشات مشخص شد که کوئنچ با تأخیر باعث می شود که سختی ناحیه کوئنچ با تأخیر در تقاطع کوئنچ معمولی و کوئنچ با تأخیر ابتدا کاهش یابد و سپس اندکی افزایش یابد تا در نهایت تثبیت شود.
برای آلیاژ آلومینیوم 6061، استحکام کششی پس از خاموش کردن معمولی و خاموش کردن تاخیری برای 90 ثانیه به ترتیب 342 مگا پاسکال و 288 مگا پاسکال است و مقاومت های تسلیم 315 مگا پاسکال و 252 مگا پاسکال است که هر دو استانداردهای عملکرد نمونه را برآورده می کنند.
ناحیه ای با کمترین سختی وجود دارد که پس از کوئنچ معمولی از 95HB به 77HB کاهش می یابد. عملکرد در اینجا نیز با استحکام کششی 271 مگا پاسکال و استحکام تسلیم 220 مگا پاسکال کمترین میزان را دارد.
از طریق تجزیه و تحلیل ANSYS، مشخص شد که نرخ خنک‌سازی در پایین‌ترین نقطه عملکرد در منطقه خاموش شدن با تاخیر در دهه 90 تقریباً 3.5 درجه سانتیگراد در ثانیه کاهش یافت و در نتیجه محلول جامد کافی فاز تقویت‌کننده Mg2Si وجود نداشت. با توجه به این مقاله، مشاهده می شود که نقطه خطر عملکرد در ناحیه کوئنچ با تاخیر در محل اتصال کوئنچ معمولی و کوئنچ تاخیری ظاهر می شود و فاصله چندانی با محل اتصال ندارد که برای حفظ معقول دم اکستروژن دارای اهمیت راهنمایی است. ضایعات فرآیند پایان
ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT آلومینیوم
زمان ارسال: اوت-28-2024
