Die Aluminiumlegierung 6061T6 mit großer Wandstärke muss nach dem Warmfließpressen abgeschreckt werden. Aufgrund der Einschränkung der diskontinuierlichen Extrusion gelangt ein Teil des Profils verzögert in die Wasserkühlzone. Wenn der nächste kurze Barren weiter extrudiert wird, wird dieser Teil des Profils verzögert abgeschreckt. Der Umgang mit dem Bereich der verzögerten Abschreckung ist ein Thema, das jedes Produktionsunternehmen berücksichtigen muss. Wenn der Abfall am Ende des Extrusionsprozesses gering ist, sind die entnommenen Leistungsproben manchmal qualifiziert und manchmal unqualifiziert. Beim Resampling von der Seite wird die Leistung erneut qualifiziert. Dieser Artikel liefert die entsprechende Erklärung durch Experimente.
1. Testmaterialien und -methoden
Das in diesem Experiment verwendete Material ist eine 6061-Aluminiumlegierung. Seine durch Spektralanalyse gemessene chemische Zusammensetzung ist wie folgt: Es entspricht dem internationalen Standard 6061 für die Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen GB/T 3190-1996.
In diesem Experiment wurde ein Teil des extrudierten Profils zur Behandlung mit fester Lösung verwendet. Das 400mm lange Profil wurde in zwei Bereiche unterteilt. Bereich 1 wurde direkt wassergekühlt und abgeschreckt. Bereich 2 wurde 90 Sekunden lang an der Luft abgekühlt und anschließend wassergekühlt. Das Testdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt.
Das in diesem Experiment verwendete Profil aus der Aluminiumlegierung 6061 wurde mit einem 4000UST-Extruder extrudiert. Die Formtemperatur beträgt 500 °C, die Gussstangentemperatur beträgt 510 °C, die Extrusionsauslasstemperatur beträgt 525 °C, die Extrusionsgeschwindigkeit beträgt 2,1 mm/s, während des Extrusionsprozesses wird eine hochintensive Wasserkühlung verwendet und ein 400 mm Das Längenprüfstück wird aus der Mitte des extrudierten Fertigprofils entnommen. Die Probenbreite beträgt 150 mm und die Höhe 10,00 mm.
Die entnommenen Proben wurden aufgeteilt und anschließend erneut einer Lösungsbehandlung unterzogen. Die Lösungstemperatur betrug 530°C und die Lösungszeit betrug 4 Stunden. Nach der Entnahme wurden die Proben in einen großen Wassertank mit einer Wassertiefe von 100 mm gegeben. Der größere Wassertank kann sicherstellen, dass sich die Wassertemperatur im Wassertank nach der Wasserkühlung der Probe in Zone 1 kaum ändert, wodurch verhindert wird, dass der Anstieg der Wassertemperatur die Intensität der Wasserkühlung beeinträchtigt. Stellen Sie während des Wasserkühlvorgangs sicher, dass die Wassertemperatur im Bereich von 20–25 °C liegt. Die abgeschreckten Proben wurden bei 165°C*8h gealtert.
Nehmen Sie einen 400 mm langen, 30 mm breiten und 10 mm dicken Teil der Probe und führen Sie einen Brinell-Härtetest durch. Führen Sie alle 10 mm 5 Messungen durch. Nehmen Sie den Durchschnittswert der 5 Brinell-Härten als Ergebnis der Brinell-Härte zu diesem Zeitpunkt und beobachten Sie das Härteänderungsmuster.
Die mechanischen Eigenschaften des Profils wurden getestet und der 60-mm-Parallelzugabschnitt wurde an verschiedenen Positionen der 400-mm-Probe kontrolliert, um die Zugeigenschaften und die Bruchstelle zu beobachten.
Das Temperaturfeld des wassergekühlten Abschreckens der Probe und das Abschrecken nach einer Verzögerung von 90 Sekunden wurde mit der ANSYS-Software simuliert und die Abkühlgeschwindigkeiten der Profile an verschiedenen Positionen analysiert.
2. Experimentelle Ergebnisse und Analyse
2.1 Ergebnisse der Härteprüfung
Abbildung 2 zeigt die Härteänderungskurve einer 400 mm langen Probe, gemessen mit einem Brinell-Härteprüfer (die Längeneinheit der Abszisse stellt 10 mm dar und die 0-Skala ist die Trennlinie zwischen normalem Abschrecken und verzögertem Abschrecken). Es lässt sich feststellen, dass die Härte am wassergekühlten Ende stabil bei etwa 95HB liegt. Nach der Trennlinie zwischen Wasserkühlungs-Abschreckung und verzögerter 90er-Wasserkühlungs-Abschreckung beginnt die Härte zu sinken, aber die Abnahmerate ist in der Anfangsphase langsam. Nach 40 mm (89 HB) fällt die Härte stark ab und fällt bei 80 mm auf den niedrigsten Wert (77 HB). Nach 80 mm nahm die Härte nicht weiter ab, sondern nahm bis zu einem gewissen Grad zu. Der Anstieg war relativ gering. Nach 130 mm blieb die Härte unverändert bei etwa 83 HB. Es kann vermutet werden, dass sich aufgrund des Effekts der Wärmeleitung die Abkühlgeschwindigkeit des Teils mit verzögerter Abschreckung verändert hat.
2.2 Ergebnisse und Analyse der Leistungstests
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse von Zugversuchen, die an Proben durchgeführt wurden, die an verschiedenen Positionen des Parallelabschnitts entnommen wurden. Es lässt sich feststellen, dass sich die Zugfestigkeit und Streckgrenze von Nr. 1 und Nr. 2 nahezu nicht verändert haben. Mit zunehmendem Anteil verzögerter Abschreckenden zeigen Zugfestigkeit und Streckgrenze der Legierung einen deutlichen Abwärtstrend. Allerdings liegt die Zugfestigkeit an jedem Probenahmeort über der Standardfestigkeit. Nur im Bereich mit der niedrigsten Härte ist die Streckgrenze niedriger als der Probenstandard, die Probenleistung ist uneingeschränkt.
Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse der Zugeigenschaften von Probe Nr. 3. Aus Abbildung 4 geht hervor, dass die Härte des Endes mit verzögerter Abschreckung umso geringer ist, je weiter von der Trennlinie entfernt. Die Abnahme der Härte weist darauf hin, dass die Leistung der Probe nachlässt, die Härte nimmt jedoch langsam ab und sinkt lediglich von 95HB auf etwa 91HB am Ende des Parallelabschnitts. Wie aus den Leistungsergebnissen in Tabelle 1 ersichtlich ist, verringerte sich die Zugfestigkeit bei Wasserkühlung von 342 MPa auf 320 MPa. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Bruchstelle der Zugprobe auch am Ende des Parallelabschnitts mit der geringsten Härte liegt. Dies liegt daran, dass die Legierungsleistung durch die große Entfernung zur Wasserkühlung verringert wird und das Ende zuerst die Zugfestigkeitsgrenze erreicht und eine Einschnürung bildet. Brechen Sie schließlich vom niedrigsten Leistungspunkt ab, und die Bruchposition stimmt mit den Ergebnissen des Leistungstests überein.
Abbildung 5 zeigt den Härteverlauf des Parallelschnitts der Probe Nr. 4 und die Bruchlage. Es lässt sich feststellen, dass die Härte des verzögerten Abschreckendes umso geringer ist, je weiter von der Wasserkühlungs-Trennlinie entfernt ist. Gleichzeitig liegt die Bruchstelle auch am Ende, wo die Härte am niedrigsten ist, nämlich 86HB-Brüche. Aus Tabelle 2 geht hervor, dass es am wassergekühlten Ende nahezu keine plastische Verformung gibt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Probenleistung (Zugfestigkeit 298 MPa, Streckgrenze 266 MPa) deutlich reduziert ist. Die Zugfestigkeit beträgt nur 298 MPa und erreicht damit nicht die Streckgrenze des wassergekühlten Endes (315 MPa). Wenn der Druck unter 315 MPa liegt, hat sich am Ende eine Einschnürung gebildet. Vor dem Bruch trat im wassergekühlten Bereich lediglich eine elastische Verformung auf. Mit dem Verschwinden der Spannung verschwand auch die Spannung am wassergekühlten Ende. Infolgedessen änderte sich der Verformungsgrad in der Wasserkühlungszone in Tabelle 2 nahezu nicht. Die Probe bricht am Ende des verzögerten Feuers, der verformte Bereich wird reduziert und die Endhärte ist am niedrigsten, was zu einer erheblichen Leistungsreduzierung führt.
Nehmen Sie Proben aus dem Bereich mit 100 % verzögerter Abschreckung am Ende der 400-mm-Probe. Abbildung 6 zeigt den Härteverlauf. Die Härte des Parallelabschnitts ist auf etwa 83-84HB reduziert und relativ stabil. Aufgrund des gleichen Prozesses ist die Leistung ungefähr gleich. In der Frakturposition ist kein offensichtliches Muster zu erkennen. Die Legierungsleistung ist geringer als die der mit Wasser abgeschreckten Probe.
Um die Regelmäßigkeit von Leistung und Bruch weiter zu untersuchen, wurde der parallele Abschnitt der Zugprobe nahe dem niedrigsten Härtepunkt (77HB) ausgewählt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Leistung deutlich nachgelassen hat und der Bruchpunkt am niedrigsten Härtepunkt in Abbildung 2 erschien.
2.3 ANSYS-Analyseergebnisse
Abbildung 7 zeigt die Ergebnisse der ANSYS-Simulation von Abkühlungskurven an verschiedenen Positionen. Es ist zu erkennen, dass die Temperatur der Probe im Wasserkühlungsbereich schnell abfiel. Nach 5 Sekunden fiel die Temperatur auf unter 100 °C, und 80 mm von der Trennlinie entfernt sank die Temperatur nach 90 Sekunden auf etwa 210 °C. Der durchschnittliche Temperaturabfall beträgt 3,5°C/s. Nach 90 Sekunden im Terminal-Luftkühlungsbereich sinkt die Temperatur auf etwa 360 °C, mit einer durchschnittlichen Abfallrate von 1,9 °C/s.
Durch Leistungsanalysen und Simulationsergebnisse wurde festgestellt, dass die Leistung des Wasserkühlungsbereichs und des Bereichs mit verzögerter Abschreckung ein Änderungsmuster darstellt, das zunächst abnimmt und dann leicht zunimmt. Durch die Wasserkühlung in der Nähe der Trennlinie bewirkt die Wärmeleitung, dass die Probe in einem bestimmten Bereich mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit abfällt, die geringer ist als die der Wasserkühlung (3,5 °C/s). Dadurch fiel in diesem Bereich in großen Mengen Mg2Si aus, das sich in der Matrix verfestigte, und die Temperatur sank nach 90 Sekunden auf etwa 210 °C. Die große Menge an ausgefälltem Mg2Si führte zu einem geringeren Effekt der Wasserkühlung nach 90 s. Die Menge an Mg2Si-Verfestigungsphase, die nach der Alterungsbehandlung ausgefällt wurde, wurde stark reduziert, und die Leistung der Probe wurde anschließend verringert. Allerdings wird die verzögerte Abschreckzone weit entfernt von der Trennlinie weniger durch die Wärmeleitung der Wasserkühlung beeinflusst und die Legierung kühlt unter Luftkühlungsbedingungen relativ langsam ab (Abkühlrate 1,9 °C/s). Nur ein kleiner Teil der Mg2Si-Phase fällt langsam aus und die Temperatur beträgt nach 90 Sekunden 360 °C. Nach der Wasserkühlung befindet sich der größte Teil der Mg2Si-Phase noch in der Matrix und dispergiert und fällt nach der Alterung aus, was eine verstärkende Rolle spielt.
3. Fazit
Durch Experimente wurde festgestellt, dass verzögertes Abschrecken dazu führt, dass die Härte der Zone mit verzögertem Abschrecken am Schnittpunkt von normalem Abschrecken und verzögertem Abschrecken zunächst abnimmt und dann leicht zunimmt, bis sie sich schließlich stabilisiert.
Für die Aluminiumlegierung 6061 betragen die Zugfestigkeiten nach normalem Abschrecken und verzögertem Abschrecken für 90 s 342 MPa bzw. 288 MPa und die Streckgrenzen 315 MPa bzw. 252 MPa, was beide den Leistungsstandards der Probe entspricht.
Es gibt einen Bereich mit der niedrigsten Härte, die nach normalem Abschrecken von 95HB auf 77HB reduziert wird. Auch hier ist die Leistung mit einer Zugfestigkeit von 271 MPa und einer Streckgrenze von 220 MPa am niedrigsten.
Durch ANSYS-Analyse wurde festgestellt, dass die Abkühlungsrate am niedrigsten Leistungspunkt in der verzögerten Abschreckzone der 90er-Jahre um etwa 3,5 °C pro Sekunde abnahm, was zu einer unzureichenden festen Lösung der festigenden Phase Mg2Si führte. Aus diesem Artikel geht hervor, dass der Leistungsgefährdungspunkt im Bereich der verzögerten Abschreckung an der Verbindungsstelle zwischen normaler Abschreckung und verzögerter Abschreckung liegt und nicht weit von der Verbindungsstelle entfernt ist, was eine wichtige Orientierungsbedeutung für die angemessene Beibehaltung des Extrusionsendes hat Endprozessabfall.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. August 2024
