Մեծ պատի հաստությամբ 6061T6 ալյումինե համաձուլվածքը տաք արտամղումից հետո պետք է հանգցվի։ Անընդհատ արտամղման սահմանափակման պատճառով, պրոֆիլի մի մասը ջրային սառեցման գոտի կմտնի ուշացումով։ Երբ հաջորդ կարճ ձուլակտորը շարունակվի արտամղվել, պրոֆիլի այս մասը կենթարկվի ուշացած հանգցման։ Ուշացած հանգցման տարածքի հետ գործ ունենալը այն հարցն է, որը յուրաքանչյուր արտադրական ընկերություն պետք է հաշվի առնի։ Երբ արտամղման պոչի վերջնամասի գործընթացի թափոնները կարճ են, վերցված աշխատանքային նմուշները երբեմն որակավորված են, երբեմն՝ ոչ որակավորված։ Կողքից վերցված նմուշառման ժամանակ աշխատանքային ցուցանիշները կրկին որակավորվում են։ Այս հոդվածը համապատասխան բացատրություն է տալիս փորձերի միջոցով։
1. Փորձարկման նյութեր և մեթոդներ
Այս փորձի մեջ օգտագործված նյութը 6061 ալյումինե համաձուլվածք է: Սպեկտրալ վերլուծությամբ չափված դրա քիմիական կազմը հետևյալն է. Այն համապատասխանում է GB/T 3190-1996 միջազգային 6061 ալյումինե համաձուլվածքի կազմի ստանդարտին:
Այս փորձի ընթացքում էքստրուդացված պրոֆիլի մի մասը վերցվել է պինդ լուծույթի մշակման համար: 400 մմ երկարությամբ պրոֆիլը բաժանվել է երկու մասի: 1-ին տարածքը անմիջապես ջրով սառեցվել և մարվել է: 2-րդ տարածքը սառեցվել է օդում 90 վայրկյան, ապա ջրով սառեցվել: Փորձարկման դիագրամը ներկայացված է նկար 1-ում:
Այս փորձի մեջ օգտագործված 6061 ալյումինե համաձուլվածքի պրոֆիլը էքստրուդացվել է 4000UST էքստրուդերով: Ձուլվածքի ջերմաստիճանը 500°C է, ձուլման ձողի ջերմաստիճանը՝ 510°C, էքստրուզիայի ելքի ջերմաստիճանը՝ 525°C, էքստրուզիայի արագությունը՝ 2.1 մմ/վրկ, էքստրուզիայի գործընթացի ընթացքում օգտագործվում է բարձր ինտենսիվությամբ ջրային սառեցում, և էքստրուդացված ավարտուն պրոֆիլի կենտրոնից վերցվում է 400 մմ երկարությամբ փորձարկման կտոր: Նմուշի լայնությունը 150 մմ է, իսկ բարձրությունը՝ 10.00 մմ:
Վերցված նմուշները բաժանվել են բաժանիչ մասերի և կրկին ենթարկվել լուծույթի մշակման: Լուծույթի ջերմաստիճանը կազմել է 530°C, իսկ լուծույթի տևողությունը՝ 4 ժամ: Դրանք հանելուց հետո նմուշները տեղադրվել են 100 մմ խորությամբ մեծ ջրամբարի մեջ: Ավելի մեծ ջրամբարը կարող է ապահովել, որ 1-ին գոտում գտնվող նմուշի ջրով սառեցումից հետո ջրամբարի ջրի ջերմաստիճանը քիչ փոխվի, կանխելով ջրի ջերմաստիճանի բարձրացումը, որը կազդի ջրի սառեցման ինտենսիվության վրա: Ջրով սառեցման գործընթացի ընթացքում համոզվեք, որ ջրի ջերմաստիճանը 20-25°C միջակայքում է: Հագեցած նմուշները հնեցվել են 165°C*8 ժամ ջերմաստիճանում:
Վերցրեք նմուշի մի մասը՝ 400 մմ երկարությամբ, 30 մմ լայնությամբ և 10 մմ հաստությամբ, և կատարեք Բրինելի կարծրության չափում: Կատարեք 5 չափում յուրաքանչյուր 10 մմ-ը մեկ: Այս կետում որպես Բրինելի կարծրության արդյունք վերցրեք 5 Բրինելի կարծրության միջին արժեքը և դիտարկեք կարծրության փոփոխության պատկերը:
Փորձարկվել են պրոֆիլի մեխանիկական հատկությունները, և 60 մմ ձգման զուգահեռ հատվածը վերահսկվել է 400 մմ նմուշի տարբեր դիրքերում՝ ձգման հատկությունները և կոտրման տեղը դիտարկելու համար։
ANSYS ծրագրի միջոցով մոդելավորվել է նմուշի ջրով սառեցված մարման և 90 վայրկյան ուշացումից հետո մարման ջերմաստիճանային դաշտը, և վերլուծվել են տարբեր դիրքերում պրոֆիլների սառեցման արագությունները։
2. Փորձարարական արդյունքներ և վերլուծություն
2.1 Կարծրության փորձարկման արդյունքներ
Նկար 2-ը ցույց է տալիս 400 մմ երկարությամբ նմուշի կարծրության փոփոխության կորը, որը չափվել է Բրինելի կարծրության չափիչով (աբսցիսի միավորի երկարությունը կազմում է 10 մմ, իսկ 0 սանդղակը նորմալ մարման և ուշացած մարման միջև բաժանարար գիծն է): Կարելի է տեսնել, որ ջրով սառեցված ծայրում կարծրությունը կայուն է մոտ 95HB-ի վրա: Ջրով սառեցված մարման և 90-ականների ուշացած ջրով սառեցված մարման միջև բաժանարար գծից հետո կարծրությունը սկսում է նվազել, բայց վաղ փուլում անկման տեմպը դանդաղ է: 40 մմ-ից (89HB) հետո կարծրությունը կտրուկ նվազում է և իջնում է մինչև ամենացածր արժեքը (77HB)՝ 80 մմ-ի վրա: 80 մմ-ից հետո կարծրությունը չի շարունակել նվազել, այլ որոշակիորեն աճել է: Աճը համեմատաբար փոքր է եղել: 130 մմ-ից հետո կարծրությունը մնացել է անփոփոխ՝ մոտ 83HB: Կարելի է ենթադրել, որ ջերմահաղորդականության ազդեցության պատճառով ուշացած մարման մասի սառեցման տեմպը փոխվել է:
2.2 Արդյունավետության թեստի արդյունքներ և վերլուծություն
Աղյուսակ 2-ում ներկայացված են զուգահեռ հատվածքի տարբեր դիրքերից վերցված նմուշների վրա կատարված ձգման փորձերի արդյունքները: Կարելի է պարզել, որ թիվ 1 և թիվ 2 նմուշների ձգման ամրությունը և հոսունության սահմանները գրեթե չեն փոխվել: Հետաձգված մարման ծայրերի համամասնության աճին զուգընթաց, համաձուլվածքի ձգման ամրությունը և հոսունության սահմանները ցույց են տալիս զգալի նվազման միտում: Այնուամենայնիվ, յուրաքանչյուր նմուշառման վայրում ձգման ամրությունը գերազանցում է ստանդարտ ամրությունը: Միայն ամենացածր կարծրություն ունեցող տարածքում հոսունության սահմանը ցածր է նմուշի ստանդարտից, նմուշի աշխատանքը անբավարար է:
Նկար 4-ը ցույց է տալիս թիվ 3 նմուշի ձգման հատկությունների արդյունքները: Նկար 4-ից կարելի է տեսնել, որ որքան հեռու է բաժանարար գծից, այնքան ցածր է ուշացած մարման ծայրի կարծրությունը: Կարծրության նվազումը ցույց է տալիս, որ նմուշի կատարողականությունը նվազում է, բայց կարծրությունը դանդաղորեն նվազում է՝ միայն 95HB-ից մինչև մոտ 91HB՝ զուգահեռ հատվածի վերջում: Ինչպես երևում է աղյուսակ 1-ում ներկայացված կատարողականության արդյունքներից, ձգման ամրությունը նվազել է 342 ՄՊա-ից մինչև 320 ՄՊա՝ ջրային սառեցման դեպքում: Միևնույն ժամանակ, պարզվել է, որ ձգման նմուշի կոտրման կետը նույնպես գտնվում է ամենացածր կարծրություն ունեցող զուգահեռ հատվածի վերջում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ այն հեռու է ջրային սառեցումից, համաձուլվածքի կատարողականությունը նվազում է, և ծայրը առաջինը հասնում է ձգման ամրության սահմանին՝ պարանոցի ներքև ձևավորելու համար: Վերջապես, կոտրվում է ամենացածր կատարողականության կետից, և կոտրման դիրքը համապատասխանում է կատարողականության փորձարկման արդյունքներին:
Նկար 5-ը ցույց է տալիս թիվ 4 նմուշի զուգահեռ հատվածի կարծրության կորը և կոտրման դիրքը: Կարելի է տեսնել, որ որքան հեռու է ջրային սառեցման բաժանարար գծից, այնքան ցածր է ուշացած մարման ծայրի կարծրությունը: Միաժամանակ, կոտրման տեղը նաև այն ծայրում է, որտեղ կարծրությունն ամենացածրն է՝ 86HB կոտրվածքներ: Աղյուսակ 2-ից երևում է, որ ջրային սառեցման ծայրում գրեթե պլաստիկ դեֆորմացիա չկա: Աղյուսակ 1-ից երևում է, որ նմուշի բնութագրերը (ձգման ամրություն 298 ՄՊա, ելքային ամրություն 266 ՄՊա) զգալիորեն նվազել են: Ձգման ամրությունը կազմում է ընդամենը 298 ՄՊա, որը չի հասնում ջրային սառեցման ծայրի ելքային ամրությանը (315 ՄՊա): Ծայրը ձևավորել է պարանոց, երբ այն ցածր է 315 ՄՊա-ից: Կոտրվածքից առաջ ջրային սառեցման տարածքում տեղի էր ունենում միայն առաձգական դեֆորմացիա: Լարվածության անհետացմանը զուգընթաց, ջրային սառեցման ծայրի լարվածությունը անհետանում է: Արդյունքում, աղյուսակ 2-ում ջրային սառեցման գոտում դեֆորմացիայի չափը գրեթե չի փոխվել: Նմուշը կոտրվում է ուշացած արագության կրակի վերջում, դեֆորմացված տարածքը նվազում է, և վերջնամասի կարծրությունը ամենացածրն է, ինչը հանգեցնում է կատարողականի արդյունքների զգալի նվազմանը։
Վերցրեք նմուշներ 400 մմ նմուշի վերջում գտնվող 100% ուշացված մարման տարածքից: Նկար 6-ը ցույց է տալիս կարծրության կորը: Զուգահեռ հատվածի կարծրությունը նվազեցվել է մինչև մոտ 83-84HB և համեմատաբար կայուն է: Նույն գործընթացի շնորհիվ աշխատանքը մոտավորապես նույնն է: Կոտրվածքի դիրքում որևէ ակնհայտ օրինաչափություն չի հայտնաբերվել: Համաձուլվածքի աշխատանքը ավելի ցածր է, քան ջրով մարված նմուշինը:
Կատարողականության և կոտրման կանոնավորությունը ավելի մանրամասն ուսումնասիրելու համար ձգման նմուշի զուգահեռ հատվածը ընտրվել է կարծրության ամենացածր կետին մոտ (77HB): Աղյուսակ 1-ից պարզվել է, որ կատարողականությունը զգալիորեն նվազել է, և կոտրման կետը հայտնվել է կարծրության ամենացածր կետում Նկար 2-ում:
2.3 ANSYS վերլուծության արդյունքներ
Նկար 7-ը ցույց է տալիս ANSYS-ի սառեցման կորերի մոդելավորման արդյունքները տարբեր դիրքերում: Կարելի է տեսնել, որ ջրային սառեցման տարածքում նմուշի ջերմաստիճանը արագորեն նվազել է: 5 վայրկյան անց ջերմաստիճանը իջել է 100°C-ից ցածր, իսկ բաժանարար գծից 80 մմ հեռավորության վրա ջերմաստիճանը 90 վայրկյանում իջել է մինչև մոտ 210°C: Միջին ջերմաստիճանի անկումը կազմում է 3.5°C/վ: Վերջնական օդային սառեցման տարածքում 90 վայրկյան անց ջերմաստիճանը իջել է մինչև մոտ 360°C, միջին անկման արագությամբ՝ 1.9°C/վ:
Արդյունավետության վերլուծության և մոդելավորման արդյունքների միջոցով պարզվել է, որ ջրային սառեցման տարածքի և ուշացած մարման տարածքի արտադրողականությունը փոփոխության օրինաչափություն է, որը սկզբում նվազում է, ապա փոքր-ինչ աճում: Բաժանարար գծի մոտ ջրային սառեցման ազդեցության տակ ջերմահաղորդականությունը որոշակի տարածքում նմուշի անկման պատճառ է դառնում ջրային սառեցման արագությունից ցածր (3.5°C/վրկ): Արդյունքում, մատրիցայի մեջ պնդացած Mg2Si-ը մեծ քանակությամբ նստվածք է ստացել այս տարածքում, և ջերմաստիճանը 90 վայրկյան անց իջել է մինչև մոտ 210°C: Նստվածքի մեծ քանակը հանգեցրել է ջրային սառեցման ավելի փոքր ազդեցության 90 վայրկյանից հետո: Ծերացման մշակումից հետո նստվածքի ենթարկված Mg2Si ամրացնող փուլի քանակը զգալիորեն նվազել է, և հետագայում նվազել է նմուշի արտադրողականությունը: Այնուամենայնիվ, բաժանարար գծից հեռու գտնվող ուշացած մարման գոտին ավելի քիչ է տուժում ջրային սառեցման ջերմահաղորդականությունից, և համաձուլվածքը համեմատաբար դանդաղ է սառչում օդային սառեցման պայմաններում (սառեցման արագություն՝ 1.9°C/վրկ): Mg2Si փուլի միայն մի փոքր մասն է դանդաղ նստվածք տալիս, և ջերմաստիճանը 90 վայրկյանից հետո կազմում է 360C: Ջրային սառեցումից հետո Mg2Si փուլի մեծ մասը դեռևս մնում է մատրիցում և ծերացումից հետո ցրվում ու նստվածք է տալիս, ինչը ամրապնդող դեր է խաղում:
3. Եզրակացություն
Փորձերի միջոցով պարզվել է, որ ուշացած մարումը կհանգեցնի ուշացած մարման գոտու կարծրության՝ նորմալ մարման և ուշացած մարման հատման կետում, սկզբում նվազմանը, ապա փոքր-ինչ աճի, մինչև վերջնականապես կայունանա։
6061 ալյումինե համաձուլվածքի համար նորմալ մարումից և 90 վայրկյան ուշացած մարումից հետո ձգման ամրությունները համապատասխանաբար 342 ՄՊա և 288 ՄՊա են, իսկ հոսունության սահմանները՝ 315 ՄՊա և 252 ՄՊա, որոնք երկուսն էլ համապատասխանում են նմուշի աշխատանքային չափանիշներին։
Կա ամենացածր կարծրություն ունեցող մի շրջան, որը նորմալ մարումից հետո 95HB-ից նվազում է մինչև 77HB: Այստեղ ցուցանիշները նույնպես ամենացածրն են՝ 271 ՄՊա ձգման ամրությամբ և 220 ՄՊա հոսունության սահմանով:
ANSYS վերլուծության միջոցով պարզվել է, որ 90-ականների ուշացած մարման գոտու ամենացածր աշխատանքային կետում սառեցման արագությունը նվազել է մոտավորապես 3.5°C վայրկյանում, ինչը հանգեցրել է ամրացնող փուլի Mg2Si փուլի անբավարար պինդ լուծույթի առաջացմանը: Այս հոդվածի համաձայն, կարելի է տեսնել, որ աշխատանքային վտանգավոր կետը հայտնվում է ուշացած մարման տարածքում՝ նորմալ մարման և ուշացած մարման միացման կետում, և գտնվում է միացումից ոչ հեռու, ինչը կարևոր ուղեցույց նշանակություն ունի էքստրուզիայի պոչի վերջնամասի գործընթացի թափոնների ողջամիտ պահպանման համար:
Խմբագրել է Մեյ Ջիանգը՝ MAT Aluminum-ից
Հրապարակման ժամանակը. Օգոստոսի 28-2024
