Eng Aluminiumlegierung 6061T6 mat grousser Wanddicke muss no der waarmer Extrusioun ofgekillt ginn. Wéinst der Limitatioun vun der diskontinuéierlecher Extrusioun kënnt en Deel vum Profil mat enger Verspéidung an d'Waasserkillzon. Wann déi nächst kuerz Barren weider extrudéiert gëtt, gëtt dësen Deel vum Profil verspéit ofgekillt. Wéi een mat der verspéiterter Ofkillzon ëmgeet, ass e Problem, dat all Produktiounsfirma berécksiichtege muss. Wann den Offall vum Extrusiounsprozess kuerz ass, ginn d'Performanceprouwen heiansdo qualifizéiert an heiansdo net qualifizéiert. Wann vun der Säit nei getest gëtt, gëtt d'Performance nach eng Kéier qualifizéiert. Dësen Artikel gëtt déi entspriechend Erklärung duerch Experimenter.
1. Testmaterialien a Methoden
D'Material, dat an dësem Experiment benotzt gouf, ass eng Aluminiumlegierung 6061. Seng chemesch Zesummesetzung, gemooss duerch Spektralanalyse, ass wéi follegt: Et entsprécht dem internationale Standard GB/T 3190-1996 fir d'Zesummesetzung vun der Aluminiumlegierung 6061.
An dësem Experiment gouf en Deel vum extrudéierte Profil fir d'Behandlung mat enger Festléisung geholl. De 400 mm laange Profil gouf an zwou Beräicher opgedeelt. Beräich 1 gouf direkt mat Waasser gekillt a gehëtzt. Beräich 2 gouf 90 Sekonnen an der Loft gekillt an duerno mat Waasser gekillt. Den Testdiagramm ass an der Figur 1 gewisen.
De Profil aus enger Aluminiumlegierung 6061, deen an dësem Experiment benotzt gouf, gouf mat engem 4000UST-Extruder extrudéiert. D'Formtemperatur ass 500°C, d'Temperatur vun der Gossstang ass 510°C, d'Ausgangstemperatur vun der Extrusioun ass 525°C, d'Extrusiounsgeschwindegkeet ass 2,1 mm/s, wärend dem Extrusiounsprozess gëtt eng héichintensiv Waasserkillung benotzt, an e 400 mm laangt Teststéck gëtt aus der Mëtt vum extrudéierte fäerdege Profil geholl. D'Breet vun der Prouf ass 150 mm an d'Héicht ass 10,00 mm.
Déi geholl Prouwe goufen opgedeelt an duerno nach eng Kéier enger Léisung behandelt. D'Léisungstemperatur war 530°C an d'Léisungszäit war 4 Stonnen. Nodeems se erausgeholl goufen, goufen d'Prouwe an en groussen Waassertank mat enger Waasserdéift vun 100mm geluecht. De gréisseren Waassertank kann dofir suergen, datt d'Waassertemperatur am Waassertank sech wéineg ännert nodeems d'Prouf an der Zon 1 mat Waasser ofgekillt gouf, sou datt d'Erhéijung vun der Waassertemperatur d'Intensitéit vum Waasserkillen net beaflosst. Wärend dem Waasserkillungsprozess soll séchergestallt ginn, datt d'Waassertemperatur am Beräich vun 20-25°C läit. Déi ofgekillte Prouwe goufen bei 165°C*8 Stonnen altert.
Huelt en Deel vun der Prouf mat enger Längt vu 400 mm, enger Breet vun 30 mm an enger Déckt vun 10 mm a maacht en Brinell-Härtetest. Maacht 5 Miessungen all 10 mm. Huelt den Duerchschnëttswäert vun de 5 Brinell-Härten als Brinell-Härteresultat op dësem Punkt a beobachtet d'Verännerungsmuster vun der Härte.
Déi mechanesch Eegeschafte vum Profil goufen getest, an de parallele Zuchduerchschnëtt vun 60 mm gouf op verschiddene Positioune vun der 400 mm Prouf kontrolléiert, fir d'Zucheigenschaften an d'Brochlokatioun ze beobachten.
D'Temperaturfeld vum waassergekillte Läschmëttel vun der Prouf an dem Läschmëttel no enger Verzögerung vun 90 Sekonnen gouf mat der ANSYS Software simuléiert, an d'Ofkillungsraten vun de Profiler op verschiddene Positiounen goufen analyséiert.
2. Experimentell Resultater an Analysen
2.1 Resultater vum Härtetest
Figur 2 weist d'Häertännerungskurve vun enger 400 mm laanger Prouf, déi mat engem Brinell-Häertmesser gemooss gouf (d'Eenheetslängt vun der Absziss representéiert 10 mm, an d'Skala 0 ass d'Trennlinn tëscht normaler Ofkillung an verzögerter Ofkillung). Et kann festgestallt ginn, datt d'Häert um waassergekillten Enn stabil bei ongeféier 95 HB ass. No der Trennlinn tëscht Waasserofkillung an verzögerter 90er-Joren-Waasserofkillung fänkt d'Häert un ze falen, awer d'Ofkierzungsquote ass an der fréier Phas lues. No 40 mm (89 HB) fällt d'Häert staark a fält op den niddregsten Wäert (77 HB) bei 80 mm. No 80 mm ass d'Häert net weider erofgaang, mä bis zu engem gewësse Grad zougeholl. D'Erhéijung war relativ kleng. No 130 mm ass d'Häert onverännert bei ongeféier 83 HB bliwwen. Et kann spekuléiert ginn, datt sech wéinst dem Effekt vun der Hëtztleitung d'Ofkillungsquote vum verzögerte Ofkillungsdeel geännert huet.
2.2 Resultater an Analyse vun de Leeschtungstester
Tabelle 2 weist d'Resultater vun Zugversich, déi op Prouwe vun ënnerschiddleche Positioune vum parallele Sektioun duerchgefouert goufen. Et kann festgestallt ginn, datt d'Zugfestigkeit an d'Flëssgrenz vun Nr. 1 an Nr. 2 bal onverännert sinn. Mat der Erhéijung vum Undeel vun den verzögerte Läschenden weisen d'Zugfestigkeit an d'Flëssgrenz vun der Legierung eng bedeitend Tendenz no ënnen. Wéi och ëmmer, d'Zugfestigkeit op all Proufplaz ass iwwer der Standardfestigkeit. Nëmmen am Beräich mat der niddregster Häert ass d'Flëssgrenz méi niddreg wéi de Proufstandard, d'Leeschtung vun der Prouf ass onqualifizéiert.
Figur 4 weist d'Resultater vun den Zuchegenschafte vun der Prouf Nr. 3. Aus der Figur 4 gesäit een, datt wat méi wäit ewech vun der Trennlinn, wat méi niddreg d'Häert vum verzögerte Läschenden ass. Den Réckgang vun der Häert weist drop hin, datt d'Leeschtung vun der Prouf reduzéiert gëtt, awer d'Häert hëlt lues of, nëmme vu 95HB op ongeféier 91HB um Enn vum parallele Sektioun. Wéi aus de Leeschtungsresultater an der Tabell 1 ze gesinn ass, ass d'Zuchfestigkeit bei der Waasserkillung vu 342 MPa op 320 MPa erofgaang. Gläichzäiteg gouf festgestallt, datt de Brochpunkt vun der Zuchprouf och um Enn vum parallele Sektioun mat der niddregster Häert läit. Dëst ass well se wäit ewech vun der Waasserkillung ass, d'Legierungsleistung reduzéiert gëtt, an d'Enn als éischt d'Zuchfestigkeitsgrenz erreecht fir eng Verengung ze bilden. Schlussendlech brécht vum niddregsten Leeschtungspunkt, an d'Brochpositioun entsprécht de Resultater vum Leeschtungstest.
Figur 5 weist d'Häertkurve vum parallele Schnëtt vun der Prouf Nr. 4 an d'Brochpositioun. Et kann een feststellen, datt wat méi wäit ewech vun der Waasserkillungs-Trennlinn, wat méi niddreg d'Häert vum verzögerte Läschenden ass. Gläichzäiteg ass d'Brochpositioun och um Enn, wou d'Häert am niddregsten ass, 86HB-Broch. Aus der Tabell 2 gesäit een, datt et bal keng plastesch Deformatioun um waassergekillten Enn gëtt. Aus der Tabell 1 gesäit een, datt d'Leeschtung vun der Prouf (Zuchfestigkeit 298 MPa, Streckgrenz 266 MPa) däitlech reduzéiert ass. D'Zuchfestigkeit ass nëmmen 298 MPa, wat d'Streckgrenz vum waassergekillten Enn (315 MPa) net erreecht. D'Enn huet eng Verengung geformt, wann se méi niddreg wéi 315 MPa ass. Virum Broch ass nëmmen eng elastesch Deformatioun am waassergekillte Beräich opgetrueden. Wéi d'Spannung verschwonnen ass, ass d'Deformatioun um waassergekillten Enn verschwonnen. Dofir huet sech d'Deformatiounsquantitéit an der Waasserkillungszon an der Tabell 2 bal net geännert. D'Prouf brécht um Enn vum Feier mat verzögerter Geschwindegkeet, déi deforméiert Fläch gëtt reduzéiert, an d'Endhärte ass am niddregsten, wat zu enger bedeitender Reduktioun vun de Leeschtungsresultater féiert.
Huelt Proben aus dem 100% verzögerten Ofkillungsberäich um Enn vun der 400mm Prouf. Figur 6 weist d'Häertkurve. D'Häert vum parallele Sektioun ass op ongeféier 83-84HB reduzéiert an ass relativ stabil. Wéinst dem selwechte Prozess ass d'Leeschtung ongeféier d'selwecht. Kee kloert Muster gëtt an der Brochpositioun fonnt. D'Leeschtung vun der Legierung ass méi niddereg wéi déi vun der waasserofgekillter Prouf.
Fir d'Reegelméissegkeet vun der Leeschtung an dem Broch weider z'ënnersichen, gouf de parallele Schnëtt vun der Zuchprobe no beim niddregsten Härtheetspunkt (77HB) ausgewielt. Aus der Tabell 1 gouf festgestallt, datt d'Leeschtung däitlech reduzéiert war, an de Brochpunkt um niddregsten Härtheetspunkt an der Figur 2 erschéngt.
2.3 Resultater vun der ANSYS-Analyse
Figur 7 weist d'Resultater vun der ANSYS Simulatioun vu Killkurven op verschiddene Positiounen. Et ass ze gesinn, datt d'Temperatur vun der Prouf am Waasserkillberäich séier gefall ass. No 5 Sekonnen ass d'Temperatur op ënner 100°C gefall, an 80 mm vun der Trennlinn ass d'Temperatur no 90 Sekonnen op ongeféier 210°C gefall. Den duerchschnëttlechen Temperaturfall ass 3,5°C/s. No 90 Sekonnen am terminalen Loftkillberäich fällt d'Temperatur op ongeféier 360°C, mat enger duerchschnëttlecher Ofsenkungsquote vun 1,9°C/s.
Duerch Leeschtungsanalysen a Simulatiounsresultater gouf festgestallt, datt d'Leeschtung vum Waasserkillungsberäich an dem verzögerten Ofkillungsberäich e Verännerungsmuster ass, dat fir d'éischt ofhëlt an dann liicht eropgeet. Beaflosst vun der Waasserkillung no bei der Trennlinn, verursaacht d'Hëtzeleitung, datt d'Prouf an engem bestëmmte Beräich mat enger Ofkillungsquote fällt, déi manner ass wéi déi vun der Waasserkillung (3,5°C/s). Als Resultat ass Mg2Si, dat an d'Matrix fest gouf, an dësem Beräich a grousse Quantitéiten ausgefällt, an d'Temperatur ass no 90 Sekonnen op ongeféier 210°C gefall. Déi grouss Quantitéit u Mg2Si, déi ausgefällt ass, huet zu engem méi klenge Effekt vun der Waasserkillung no 90 Sekonnen gefouert. D'Quantitéit vun der Mg2Si-Stäerkungsphase, déi no der Alterungsbehandlung ausgefällt ass, gouf staark reduzéiert, an d'Leeschtung vun der Prouf gouf duerno reduzéiert. Wéi och ëmmer, d'Zon vun der verzögerter Ofkillung wäit vun der Trennlinn ass manner beaflosst vun der Hëtzeleitung duerch d'Waasserkillung, an d'Legierung killt relativ lues ënner Loftkillungsbedingungen of (Ofkillungsquote 1,9°C/s). Nëmmen en klengen Deel vun der Mg2Si-Phas fällt lues a lues aus, an d'Temperatur ass no 90 Sekonnen 360°C. Nom Ofkille mat Waasser ass de gréissten Deel vun der Mg2Si-Phas nach ëmmer an der Matrix, an si dispergéiert a fällt no der Alterung aus, wat eng stäerkend Roll spillt.
3. Schlussfolgerung
Duerch Experimenter gouf festgestallt, datt eng verzögert Läschung d'Häert vun der verzögerter Läschungszon op der Kräizung vun der normaler Läschung an der verzögerter Läschung fir d'éischt erofgeet an dann liicht eropgeet, bis se sech schliisslech stabiliséiert.
Fir d'Aluminiumlegierung 6061 sinn d'Zuchfestigkeiten no normaler Ofkillung an no verzögertem Ofkillung fir 90 Sekonnen 342 MPa respektiv 288 MPa, an d'Flëssegkeetsgrenzen sinn 315 MPa an 252 MPa, déi allebéid d'Leeschtungsnormen vun der Prouf erfëllen.
Et gëtt eng Regioun mat der niddregster Häert, déi no normaler Ofkillung vun 95HB op 77HB reduzéiert gëtt. D'Leeschtung hei ass och am niddregsten, mat enger Zuchfestigkeit vun 271MPa an enger Streckgrenz vun 220MPa.
Duerch d'ANSYS-Analyse gouf festgestallt, datt d'Ofkillungsquote um niddregsten Leistungspunkt an der 90er-Zon mat verzögerter Ofkillung ëm ongeféier 3,5°C pro Sekonn erofgaangen ass, wat zu enger net genuch fester Léisung vun der Mg2Si-Phas an der Stäerkungsphas gefouert huet. Laut dësem Artikel kann een erkennen, datt de Leistungsgeforpunkt am Beräich vun der verzögerter Ofkillung um Kräizungspunkt vum normale Ofkillen an dem verzögerten Ofkillen erschéngt, an net wäit vun der Kräizung ewech ass, wat eng wichteg leedend Bedeitung fir déi vernünfteg Erhaalung vun Offall vum Extrusiouns-Ennprozess huet.
Geännert vum May Jiang vu MAT Aluminum
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 28. August 2024
