A liga de alumínio 6061T6 de grande espessura de parede precisa ser temperada após a extrusão a quente. Devido à limitação da extrusão descontínua, uma parte do perfil entrará na zona de resfriamento de água com atraso. Quando o próximo lingote curto continuar a ser extrudado, esta parte do perfil sofrerá têmpera retardada. Como lidar com a área de têmpera retardada é uma questão que toda empresa de produção precisa considerar. Quando o desperdício do processo de extrusão é curto, as amostras de desempenho coletadas são às vezes qualificadas e às vezes não qualificadas. Ao reamostrar lateralmente, o desempenho é qualificado novamente. Este artigo fornece a explicação correspondente por meio de experimentos.
1. Materiais e métodos de teste
O material utilizado neste experimento é a liga de alumínio 6061. Sua composição química medida por análise espectral é a seguinte: Está em conformidade com o padrão internacional de composição de liga de alumínio GB/T 3190-1996 6061.
Neste experimento, uma parte do perfil extrudado foi retirada para tratamento em solução sólida. O perfil de 400 mm de comprimento foi dividido em duas áreas. A área 1 foi diretamente resfriada com água e temperada. A área 2 foi resfriada ao ar por 90 segundos e depois resfriada com água. O diagrama de teste é mostrado na Figura 1.
O perfil de liga de alumínio 6061 utilizado neste experimento foi extrusado por uma extrusora 4000UST. A temperatura do molde é de 500°C, a temperatura da haste de fundição é de 510°C, a temperatura de saída de extrusão é de 525°C, a velocidade de extrusão é de 2,1 mm/s, resfriamento de água de alta intensidade é usado durante o processo de extrusão e 400 mm comprimento da peça de teste é retirada do meio do perfil acabado extrudado. A largura da amostra é 150 mm e a altura é 10,00 mm.
As amostras colhidas foram particionadas e depois submetidas novamente ao tratamento da solução. A temperatura da solução foi de 530°C e o tempo de solução foi de 4 horas. Após retirá-las, as amostras foram colocadas em um grande tanque d'água com lâmina d'água de 100mm. O tanque de água maior pode garantir que a temperatura da água no tanque de água mude pouco depois que a amostra na zona 1 for resfriada com água, evitando que o aumento da temperatura da água afete a intensidade do resfriamento da água. Durante o processo de resfriamento da água, certifique-se de que a temperatura da água esteja na faixa de 20-25°C. As amostras temperadas foram envelhecidas a 165°C*8h.
Pegue uma parte da amostra com 400 mm de comprimento, 30 mm de largura e 10 mm de espessura e realize um teste de dureza Brinell. Faça 5 medições a cada 10 mm. Tome o valor médio das 5 durezas Brinell como o resultado da dureza Brinell neste ponto e observe o padrão de mudança de dureza.
As propriedades mecânicas do perfil foram testadas, e a seção paralela de tração de 60 mm foi controlada em diferentes posições da amostra de 400 mm para observar as propriedades de tração e localização da fratura.
O campo de temperatura da têmpera da amostra resfriada a água e da têmpera após um atraso de 90s foi simulado através do software ANSYS, e as taxas de resfriamento dos perfis em diferentes posições foram analisadas.
2. Resultados experimentais e análises
2.1 Resultados do teste de dureza
A Figura 2 mostra a curva de mudança de dureza de uma amostra de 400 mm de comprimento medida por um durômetro Brinell (o comprimento unitário da abscissa representa 10 mm, e a escala 0 é a linha divisória entre a têmpera normal e a têmpera retardada). Pode-se descobrir que a dureza na extremidade resfriada a água é estável em torno de 95HB. Após a linha divisória entre a têmpera por resfriamento a água e a têmpera atrasada por resfriamento a água dos anos 90, a dureza começa a diminuir, mas a taxa de declínio é lenta no estágio inicial. Após 40mm (89HB), a dureza cai drasticamente e cai para o valor mais baixo (77HB) em 80mm. Após 80 mm, a dureza não continuou a diminuir, mas aumentou até certo ponto. O aumento foi relativamente pequeno. Após 130mm, a dureza permaneceu inalterada em torno de 83HB. Pode-se especular que devido ao efeito da condução de calor, a taxa de resfriamento da peça de têmpera retardada mudou.
2.2 Resultados e análises de testes de desempenho
A Tabela 2 mostra os resultados de experimentos de tração realizados em amostras retiradas de diferentes posições da seção paralela. Pode-se descobrir que a resistência à tração e a resistência ao escoamento dos nºs 1 e nº 2 quase não sofrem alterações. À medida que a proporção de extremidades de têmpera retardada aumenta, a resistência à tração e o limite de escoamento da liga mostram uma tendência decrescente significativa. No entanto, a resistência à tração em cada local de amostragem está acima da resistência padrão. Somente na área com menor dureza, o limite de escoamento é inferior ao padrão da amostra, o desempenho da amostra não é qualificado.
A Figura 4 mostra os resultados das propriedades de tração da amostra nº 3. Pode-se verificar na Figura 4 que quanto mais longe da linha divisória, menor será a dureza da extremidade de têmpera retardada. A diminuição da dureza indica que o desempenho da amostra é reduzido, mas a dureza diminui lentamente, diminuindo apenas de 95HB para cerca de 91HB no final da seção paralela. Como pode ser visto nos resultados de desempenho na Tabela 1, a resistência à tração diminuiu de 342MPa para 320MPa para resfriamento a água. Ao mesmo tempo, constatou-se que o ponto de fratura da amostra tensionada também está no final da seção paralela de menor dureza. Isso ocorre porque está longe do resfriamento a água, o desempenho da liga é reduzido e a extremidade atinge primeiro o limite de resistência à tração para formar um estreitamento. Finalmente, interrompa o ponto de desempenho mais baixo e a posição de interrupção seja consistente com os resultados do teste de desempenho.
A Figura 5 mostra a curva de dureza da seção paralela da amostra nº 4 e a posição da fratura. Pode-se descobrir que quanto mais longe da linha divisória de resfriamento a água, menor será a dureza da extremidade de têmpera retardada. Ao mesmo tempo, o local da fratura também está na extremidade onde a dureza é mais baixa, fraturas de 86HB. Na Tabela 2, verifica-se que quase não há deformação plástica na extremidade resfriada a água. Na Tabela 1, verifica-se que o desempenho da amostra (resistência à tração 298MPa, rendimento 266MPa) é significativamente reduzido. A resistência à tração é de apenas 298MPa, o que não atinge o limite de escoamento da extremidade resfriada a água (315MPa). A extremidade formou um estreitamento quando é inferior a 315MPa. Antes da fratura, apenas ocorria deformação elástica na área resfriada com água. À medida que a tensão desapareceu, a deformação na extremidade resfriada a água desapareceu. Como resultado, a quantidade de deformação na zona de resfriamento de água na Tabela 2 quase não muda. A amostra quebra no final da cadência de tiro retardada, a área deformada é reduzida e a dureza final é a mais baixa, resultando em uma redução significativa nos resultados de desempenho.
Retire amostras da área de têmpera 100% retardada no final da amostra de 400 mm. A Figura 6 mostra a curva de dureza. A dureza da seção paralela é reduzida para cerca de 83-84HB e é relativamente estável. Devido ao mesmo processo, o desempenho é praticamente o mesmo. Nenhum padrão óbvio é encontrado na posição da fratura. O desempenho da liga é inferior ao da amostra temperada com água.
A fim de explorar ainda mais a regularidade de desempenho e fratura, a seção paralela da amostra de tração foi selecionada próxima ao ponto mais baixo de dureza (77HB). Na Tabela 1 constatou-se que o desempenho foi significativamente reduzido, e o ponto de fratura apareceu no ponto mais baixo de dureza na Figura 2.
2.3 Resultados da análise ANSYS
A Figura 7 mostra os resultados da simulação ANSYS de curvas de resfriamento em diferentes posições. Pode-se observar que a temperatura da amostra na área de resfriamento de água caiu rapidamente. Após 5s, a temperatura caiu para menos de 100°C, e a 80mm da linha divisória, a temperatura caiu para cerca de 210°C aos 90s. A queda média da temperatura é de 3,5°C/s. Após 90 segundos na área de resfriamento do ar terminal, a temperatura cai para cerca de 360°C, com uma taxa média de queda de 1,9°C/s.
Através da análise de desempenho e dos resultados da simulação, verifica-se que o desempenho da área de resfriamento a água e da área de têmpera retardada é um padrão de mudança que primeiro diminui e depois aumenta ligeiramente. Afetada pelo resfriamento com água próximo à linha divisória, a condução de calor faz com que a amostra em uma determinada área caia a uma taxa de resfriamento menor que a do resfriamento com água (3,5°C/s). Como resultado, o Mg2Si, que solidificou na matriz, precipitou em grandes quantidades nesta área, e a temperatura caiu para cerca de 210°C após 90 segundos. A grande quantidade de Mg2Si precipitado levou a um menor efeito do resfriamento da água após 90 s. A quantidade de fase de fortalecimento de Mg2Si precipitada após o tratamento de envelhecimento foi bastante reduzida e o desempenho da amostra foi subsequentemente reduzido. No entanto, a zona de têmpera retardada distante da linha divisória é menos afetada pela condução de calor do resfriamento da água, e a liga esfria de forma relativamente lenta sob condições de resfriamento a ar (taxa de resfriamento de 1,9°C/s). Apenas uma pequena parte da fase Mg2Si precipita lentamente e a temperatura é de 360°C após 90s. Após o resfriamento da água, a maior parte da fase Mg2Si ainda está na matriz e se dispersa e precipita após o envelhecimento, o que desempenha um papel fortalecedor.
3. Conclusão
Foi descoberto por meio de experimentos que a têmpera retardada fará com que a dureza da zona de têmpera retardada na interseção da têmpera normal e da têmpera retardada diminua primeiro e depois aumente ligeiramente até finalmente se estabilizar.
Para a liga de alumínio 6061, as resistências à tração após têmpera normal e têmpera retardada por 90 s são 342MPa e 288MPa, respectivamente, e as tensões de escoamento são 315MPa e 252MPa, ambas atendendo aos padrões de desempenho da amostra.
Existe uma região com menor dureza, que é reduzida de 95HB para 77HB após a têmpera normal. O desempenho aqui também é o mais baixo, com resistência à tração de 271MPa e limite de escoamento de 220MPa.
Através da análise ANSYS, descobriu-se que a taxa de resfriamento no ponto de desempenho mais baixo na zona de têmpera retardada dos anos 90 diminuiu aproximadamente 3,5°C por segundo, resultando em solução sólida insuficiente da fase de reforço da fase Mg2Si. De acordo com este artigo, pode-se observar que o ponto de perigo de desempenho aparece na área de têmpera retardada na junção da têmpera normal e da têmpera retardada, e não está longe da junção, o que tem um significado orientador importante para a retenção razoável da cauda de extrusão desperdício final do processo.
Editado por May Jiang da MAT Aluminium
Horário da postagem: 28 de agosto de 2024
