Stórveggja þykkt álfelgur 6061T6 þarf að vera kældur eftir heitpressun. Vegna takmarkana á ósamfelldri pressun mun hluti af prófílnum fara inn í vatnskælisvæðið með töf. Þegar næsta stutta stöng er haldið áfram að pressast mun þessi hluti prófílsins gangast undir seinkuð kælingu. Hvernig á að takast á við seinkuð kælingarsvæði er mál sem hvert framleiðslufyrirtæki þarf að hafa í huga. Þegar úrgangur úr útpressunarferlinu er stuttur eru afköstin sem tekin eru stundum hæf og stundum óhæf. Þegar endursýni eru tekin frá hliðinni er afköstin hæfð aftur. Þessi grein gefur samsvarandi útskýringu með tilraunum.
1. Prófunarefni og aðferðir
Efnið sem notað var í þessari tilraun er 6061 álblöndu. Efnasamsetning þess, mæld með litrófsgreiningu, er sem hér segir: Það er í samræmi við alþjóðlegan staðal GB/T 3190-1996 fyrir 6061 álblöndu.
Í þessari tilraun var hluti af pressuðu prófílnum tekinn til meðhöndlunar í föstu formi. 400 mm langi prófílnum var skipt í tvö svæði. Svæði 1 var kælt beint með vatni og síðan hitað. Svæði 2 var kælt í lofti í 90 sekúndur og síðan vatnskælt. Prófunarskýringarmyndin er sýnd á mynd 1.
6061 álprófíllinn sem notaður var í þessari tilraun var pressaður út með 4000UST pressuvél. Hitastig mótsins er 500°C, hitastig steypustöngarinnar er 510°C, útrásarhitastig pressunarinnar er 525°C, pressuhraðinn er 2,1 mm/s, hástyrks vatnskæling er notuð við pressunarferlið og 400 mm langur prófunarhluti er tekinn úr miðju pressaða prófílsins. Breidd sýnisins er 150 mm og hæðin er 10,00 mm.
Sýnin sem tekin voru voru skipt niður og síðan meðhöndluð aftur í lausn. Hitastig lausnarinnar var 530°C og lausnartíminn var 4 klukkustundir. Eftir að sýnin voru tekin út voru þau sett í stóran vatnstank með 100 mm dýpi. Stærri vatnstankurinn getur tryggt að vatnshitinn í vatnstankinum breytist lítið eftir að sýnið í svæði 1 er vatnskælt, sem kemur í veg fyrir að hækkun vatnshita hafi áhrif á kælistyrk vatnsins. Gætið þess að vatnshitinn sé á bilinu 20-25°C meðan á vatnskælingu stendur. Sýnin sem hafa verið kæfð voru látin þroskast við 165°C * 8 klst.
Takið hluta af sýninu, 400 mm langan, 30 mm breiðan og 10 mm þykkan, og framkvæmið Brinell hörkupróf. Gerið 5 mælingar á 10 mm fresti. Takið meðalgildi 5 Brinell hörkunnar sem Brinell hörkunarniðurstöðu á þessum tímapunkti og fylgist með breytingamynstri hörkunnar.
Vélrænir eiginleikar sniðsins voru prófaðir og togþolið, 60 mm samsíða þversnið, var stjórnað á mismunandi stöðum á 400 mm sýninu til að fylgjast með togþoli og staðsetningu brotsins.
Hitasviðið fyrir vatnskælda kælingu sýnisins og kælingu eftir 90 sekúndna töf var hermt eftir með ANSYS hugbúnaði og kælingarhraði sniðanna á mismunandi stöðum greindur.
2. Tilraunaniðurstöður og greining
2.1 Niðurstöður hörkuprófa
Mynd 2 sýnir breytingarkúrfu hörku 400 mm langs sýnis, mælt með Brinell hörkuprófara (einingarlengd abscissunnar táknar 10 mm og 0-kvarðinn er skilin milli venjulegrar kælingar og seinkaðrar kælingar). Þar má sjá að hörkan við vatnskælda endann er stöðug í kringum 95HB. Eftir skilin milli vatnskælingarkælingar og seinkaðrar 90s vatnskælingarkælingar byrjar hörkan að lækka, en lækkunarhraðinn er hægur í upphafi. Eftir 40 mm (89HB) lækkar hörkan skarpt og fellur niður í lægsta gildi (77HB) við 80 mm. Eftir 80 mm hélt hörkan ekki áfram að lækka, heldur jókst að vissu marki. Aukningin var tiltölulega lítil. Eftir 130 mm hélst hörkan óbreytt í kringum 83HB. Hægt er að gera ráð fyrir að vegna áhrifa varmaleiðni hafi kælingarhraði seinkuðu kælingarhlutans breyst.
2.2 Niðurstöður og greining á afköstum
Tafla 2 sýnir niðurstöður togþolstilrauna sem gerðar voru á sýnum sem tekin voru frá mismunandi stöðum á samsíða þversniðinu. Þar má sjá að togstyrkur og sveigjanleiki nr. 1 og nr. 2 breytast nánast ekki. Þegar hlutfall seinkuðu slökkvienda eykst, sýnir togstyrkur og sveigjanleiki málmblöndunnar verulega lækkandi þróun. Hins vegar er togstyrkurinn á hverjum sýnatökustað yfir staðlaðri styrkleika. Aðeins á svæðinu með lægstu hörku er sveigjanleiki lægri en sýnisstaðallinn, og afköst sýnisins eru ófullnægjandi.
Mynd 4 sýnir niðurstöður togþolsmælinga sýnis nr. 3. Á mynd 4 má sjá að því lengra sem er frá skiptingarlínunni, því minni er hörkan á seinkuðu slökkviendanum. Minnkuð hörka gefur til kynna að afköst sýnisins minnki, en hörkan minnkar hægt og lækkar aðeins úr 95HB í um 91HB í lok samsíða hlutans. Eins og sjá má af afkastaniðurstöðum í töflu 1 minnkaði togstyrkurinn úr 342 MPa í 320 MPa við vatnskælingu. Á sama tíma kom í ljós að brotpunktur togþolssýnisins er einnig í enda samsíða hlutans með lægstu hörku. Þetta er vegna þess að hann er langt frá vatnskælingunni, afköst málmblöndunnar minnka og endinn nær fyrst togþolsmörkum og myndar hálsmálm. Að lokum brotnar frá lægsta afkastapunktinum og brotstaðsetningin er í samræmi við niðurstöður afkastaprófunarinnar.
Mynd 5 sýnir hörkuferil samsíða hluta sýnis nr. 4 og brotstaðsetningu. Þar sést að því lengra sem er frá vatnskælingarlínunni, því minni er hörkan á seinkuðu kælingarendanum. Á sama tíma er brotstaðsetningin einnig á þeim enda þar sem hörkan er minnst, 86HB brot. Af töflu 2 sést að nánast engin plastaflögun er við vatnskælda endann. Af töflu 1 sést að afköst sýnisins (togstyrkur 298 MPa, aflögun 266 MPa) eru verulega minni. Togstyrkurinn er aðeins 298 MPa, sem nær ekki aflögunarstyrk vatnskælda endans (315 MPa). Endinn hefur myndað hálsmál þegar hann er lægri en 315 MPa. Fyrir brotið átti sér aðeins stað teygjanleg aflögun á vatnskælda svæðinu. Þegar spennan hvarf, hvarf álagið á vatnskælda endanum. Þar af leiðandi breytist aflögunarmagnið í vatnskælda svæðinu í töflu 2 nánast ekki. Sýnið brotnar í lok seinkaðrar brunahraða, afmyndaða svæðið minnkar og lokahörkunni er lægst, sem leiðir til verulegrar lækkunar á afköstum.
Takið sýni úr svæðinu þar sem 100% seinkuð slökkvun er í lok 400 mm sýnisins. Mynd 6 sýnir hörkuferilinn. Hörku samsíða hlutans er lækkað í um 83-84HB og er tiltölulega stöðug. Vegna sama ferlis er afköstin nokkurn veginn sú sama. Ekkert augljóst mynstur sést í brotstöðunni. Afköst málmblöndunnar eru lægri en hjá sýninu sem hefur verið slökkt með vatni.
Til að kanna frekar reglufestu í afköstum og brotum var samsíða þversnið togprófsins valið nálægt lægsta hörkupunktinum (77HB). Af töflu 1 kom í ljós að afköstin voru verulega minnkuð og brotpunkturinn birtist á lægsta hörkupunktinum á mynd 2.
2.3 Niðurstöður ANSYS greiningar
Mynd 7 sýnir niðurstöður ANSYS hermunar á kælikúrfum á mismunandi stöðum. Þar má sjá að hitastig sýnisins í vatnskælingarsvæðinu lækkaði hratt. Eftir 5 sekúndur lækkaði hitastigið niður fyrir 100°C og 80 mm frá skiptingarlínunni lækkaði hitastigið niður í um 210°C á 90 sekúndum. Meðalhitastigslækkunin er 3,5°C/s. Eftir 90 sekúndur í lokaloftkælingarsvæðinu lækkar hitastigið niður í um 360°C, með meðalhitastigslækkun upp á 1,9°C/s.
Með afköstagreiningu og niðurstöðum hermunar kom í ljós að afköst vatnskælingarsvæðisins og svæðisins með seinkuðu kælingu eru breytingar sem fyrst minnka og síðan aukast lítillega. Varmaleiðni, sem hefur áhrif á vatnskælingu nálægt skiptilínunni, veldur því að sýnið á ákveðnu svæði lækkar með minni kælihraða en vatnskæling (3,5°C/s). Þar af leiðandi féll Mg2Si, sem storknaði í fylliefnið, út í miklu magni á þessu svæði og hitastigið lækkaði í um 210°C eftir 90 sekúndur. Stórt magn af Mg2Si sem féll út leiddi til minni áhrifa vatnskælingar eftir 90 sekúndur. Magn Mg2Si styrkingarfasa sem féll út eftir öldrunarmeðferð minnkaði verulega og afköst sýnisins lækkuðu síðan. Hins vegar hefur varmaleiðni vatnskælingar minni áhrif á svæðið með seinkuðu kælingu langt frá skiptilínunni og málmblandan kólnar tiltölulega hægt við loftkælingarskilyrði (kælihraði 1,9°C/s). Aðeins lítill hluti af Mg2Si fasanum fellur hægt út og hitastigið er 360°C eftir 90 sekúndur. Eftir vatnskælingu er megnið af Mg2Si fasanum enn í grunnefninu og það dreifist og fellur út eftir öldrun, sem gegnir styrkjandi hlutverki.
3. Niðurstaða
Með tilraunum kom í ljós að seinkuð slökkvun veldur því að hörku svæðisins með seinkuðu slökkvun, á mótum eðlilegrar slökkvunar og seinkaðrar slökkvunar, minnkar fyrst og eykst síðan lítillega þar til hún nær loksins jafnvægi.
Fyrir 6061 álfelgur er togstyrkurinn eftir venjulega slökkvun og seinkaða slökkvun í 90 sekúndur 342 MPa og 288 MPa, og aflögunarstyrkurinn er 315 MPa og 252 MPa, sem báðir uppfylla kröfur um afköst sýnisins.
Það er svæði með lægsta hörku, sem lækkar úr 95HB í 77HB eftir venjulega slökkvun. Afköstin hér eru einnig lægst, með togstyrk upp á 271MPa og sveigjanleika upp á 220MPa.
Með ANSYS greiningu kom í ljós að kælingarhraðinn við lægsta afkastapunktinn í 90s seinkaða kælingarsvæðinu minnkaði um það bil 3,5°C á sekúndu, sem leiddi til ófullnægjandi fastrar lausnar af styrkingarfasanum Mg2Si. Samkvæmt þessari grein má sjá að afkastahættupunkturinn birtist á seinkaða kælingarsvæðinu á mótum venjulegrar kælingar og seinkaðrar kælingar og er ekki langt frá mótunum, sem hefur mikilvæga leiðarljósi fyrir sanngjarna varðveislu úrgangs frá útdráttarferlinu.
Ritstýrt af May Jiang frá MAT Aluminum
Birtingartími: 28. ágúst 2024
