إن سبائك الألومنيوم 6061T6 ذات سمك الجدار الكبير تحتاج إلى التبريد بعد البثق الساخن. نظرًا لمحدودية البثق المتقطع، سيدخل جزء من المقطع الجانبي إلى منطقة تبريد الماء مع تأخير. عندما يستمر بثق السبيكة القصيرة التالية، فإن هذا الجزء من التشكيل سوف يخضع للتبريد المتأخر. إن كيفية التعامل مع منطقة التبريد المتأخرة هي مشكلة يجب على كل شركة إنتاج أن تأخذها بعين الاعتبار. عندما تكون نفايات نهاية عملية البثق قصيرة، تكون عينات الأداء المأخوذة مؤهلة أحيانًا وغير مؤهلة أحيانًا. عند إعادة أخذ العينات من الجانب، يصبح الأداء مؤهلاً مرة أخرى. تقدم هذه المقالة التفسير المقابل من خلال التجارب.
1. مواد وطرق الاختبار
المادة المستخدمة في هذه التجربة هي سبائك الألومنيوم 6061. تركيبها الكيميائي المقاس بالتحليل الطيفي هو كما يلي: إنه يتوافق مع معيار تكوين سبائك الألومنيوم GB/T 3190-1996 الدولي 6061.
في هذه التجربة، تم أخذ جزء من المقطع المبثوق لمعالجة المحلول الصلب. تم تقسيم المظهر الجانبي الطويل 400 مم إلى منطقتين. تم تبريد المنطقة 1 مباشرة بالماء وإطفائها. تم تبريد المنطقة 2 في الهواء لمدة 90 ثانية ثم تم تبريدها بالماء. يظهر مخطط الاختبار في الشكل 1.
تم بثق ملف سبائك الألومنيوم 6061 المستخدم في هذه التجربة بواسطة جهاز بثق 4000UST. درجة حرارة القالب 500 درجة مئوية، ودرجة حرارة قضيب الصب 510 درجة مئوية، ودرجة حرارة مخرج البثق 525 درجة مئوية، وسرعة البثق 2.1 مم / ثانية، ويتم استخدام تبريد الماء عالي الكثافة أثناء عملية البثق، و400 مم يتم أخذ قطعة اختبار الطول من منتصف الملف النهائي المبثوق. عرض العينة 150 ملم والارتفاع 10.00 ملم.
تم تقسيم العينات المأخوذة ومن ثم إخضاعها للمعالجة بالمحلول مرة أخرى. كانت درجة حرارة المحلول 530 درجة مئوية وكان زمن الحل 4 ساعات. وبعد إخراجها، توضع العينات في خزان مياه كبير بعمق مياه 100 ملم. يمكن لخزان المياه الأكبر أن يضمن أن درجة حرارة الماء في خزان المياه تتغير قليلاً بعد تبريد العينة الموجودة في المنطقة 1 بالماء، مما يمنع الزيادة في درجة حرارة الماء من التأثير على كثافة تبريد الماء. أثناء عملية تبريد الماء، تأكد من أن درجة حرارة الماء تتراوح بين 20-25 درجة مئوية. كان عمر العينات المروية عند 165 درجة مئوية * 8 ساعات.
خذ جزءًا من العينة بطول 400 مم وعرض 30 مم وسمك 10 مم، وقم بإجراء اختبار صلابة برينل. قم بإجراء 5 قياسات كل 10 ملم. خذ القيمة المتوسطة لصلابة برينل الخمسة التي تنتج عن صلابة برينل عند هذه النقطة، ولاحظ نمط تغير الصلابة.
تم اختبار الخواص الميكانيكية للقطاع، وتم التحكم في المقطع الموازي للشد 60 مم في مواضع مختلفة لعينة 400 مم لمراقبة خصائص الشد وموقع الكسر.
تمت محاكاة مجال درجة الحرارة للتبريد المائي للعينة والتبريد بعد تأخير قدره 90 ثانية من خلال برنامج ANSYS، وتم تحليل معدلات تبريد الملفات الشخصية في مواقع مختلفة.
2. النتائج التجريبية والتحليل
2.1 نتائج اختبار الصلابة
يوضح الشكل 2 منحنى تغير الصلابة لعينة طولها 400 مم تم قياسها بواسطة جهاز اختبار صلابة برينل (يمثل طول وحدة الإحداثي 10 مم، والمقياس 0 هو الخط الفاصل بين التبريد العادي والتبريد المتأخر). يمكن العثور على أن الصلابة عند الطرف المبرد بالماء مستقرة عند حوالي 95HB. بعد الخط الفاصل بين تبريد الماء والتبريد المتأخر في التسعينات، تبدأ الصلابة في الانخفاض، ولكن معدل الانخفاض يكون بطيئًا في المرحلة المبكرة. بعد 40 مم (89HB)، تنخفض الصلابة بشكل حاد، وتنخفض إلى أدنى قيمة (77HB) عند 80 مم. بعد 80 مم، لم تستمر الصلابة في الانخفاض، بل زادت إلى حد ما. وكانت الزيادة صغيرة نسبيا. بعد 130 مم، ظلت الصلابة دون تغيير عند حوالي 83HB. يمكن التكهن أنه بسبب تأثير التوصيل الحراري، تغير معدل التبريد لجزء التبريد المتأخر.
2.2 نتائج اختبار الأداء والتحليل
ويبين الجدول 2 نتائج تجارب الشد التي أجريت على عينات مأخوذة من مواضع مختلفة للمقطع الموازي. يمكن العثور على أن قوة الشد ومقاومة الخضوع رقم 1 ورقم 2 لم تتغير تقريبًا. مع زيادة نسبة نهايات التبريد المتأخرة، تظهر قوة الشد وقوة الخضوع للسبيكة اتجاهًا هبوطيًا كبيرًا. ومع ذلك، فإن قوة الشد في كل موقع أخذ العينات أعلى من القوة القياسية. فقط في المنطقة ذات الصلابة الأقل، تكون قوة الخضوع أقل من معيار العينة، وأداء العينة غير مؤهل.
ويبين الشكل 4 نتائج خصائص الشد للعينة رقم 3. ويمكن أن نجد من الشكل 4 أنه كلما ابتعدنا عن الخط الفاصل، انخفضت صلابة طرف التبريد المتأخر. ويشير الانخفاض في الصلابة إلى انخفاض أداء العينة، ولكن الصلابة تتناقص ببطء، حيث تنخفض فقط من 95HB إلى حوالي 91HB في نهاية المقطع الموازي. كما يتبين من نتائج الأداء في الجدول 1، انخفضت قوة الشد من 342MPa إلى 320MPa لتبريد المياه. وفي الوقت نفسه، وجد أن نقطة الكسر لعينة الشد تقع أيضًا في نهاية المقطع الموازي بأقل صلابة. وذلك لأنه بعيد عن تبريد الماء، ويقل أداء السبيكة، وتصل النهاية إلى حد قوة الشد أولاً لتشكل عنقًا للأسفل. أخيرًا، الكسر من أدنى نقطة أداء، ويكون موضع الكسر متوافقًا مع نتائج اختبار الأداء.
ويبين الشكل 5 منحنى الصلابة للقسم الموازي للعينة رقم 4 وموضع الكسر. يمكن العثور على أنه كلما ابتعدنا عن خط تقسيم تبريد الماء، انخفضت صلابة نهاية التبريد المتأخرة. وفي الوقت نفسه، يقع موقع الكسر أيضًا في النهاية حيث تكون الصلابة في أدنى مستوياتها، وهي كسور 86HB. من الجدول 2، وجد أنه لا يوجد تقريبًا أي تشوه بلاستيكي عند الطرف المبرد بالماء. من الجدول 1، وجد أن أداء العينة (قوة الشد 298MPa، العائد 266MPa) انخفض بشكل كبير. قوة الشد هي 298MPa فقط، والتي لا تصل إلى قوة الخضوع للطرف المبرد بالماء (315MPa). تشكل النهاية عنقًا لأسفل عندما تكون أقل من 315 ميجا باسكال. قبل الكسر، حدث تشوه مرن فقط في المنطقة المبردة بالماء. ومع اختفاء الضغط، اختفى الضغط عند الطرف المبرد بالماء. ونتيجة لذلك، فإن كمية التشوه في منطقة التبريد المائي في الجدول 2 لم تتغير تقريبًا. تنكسر العينة عند نهاية معدل الحريق المتأخر، وتقل المنطقة المشوهة، وتكون صلابة النهاية هي الأدنى، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في نتائج الأداء.
أخذ عينات من منطقة التبريد المتأخر بنسبة 100% في نهاية العينة مقاس 400 مم. ويبين الشكل 6 منحنى الصلابة. يتم تقليل صلابة المقطع الموازي إلى حوالي 83-84HB وهو مستقر نسبيًا. بسبب نفس العملية، يكون الأداء هو نفسه تقريبًا. لم يتم العثور على نمط واضح في موضع الكسر. أداء السبائك أقل من أداء العينة المروية بالماء.
من أجل مواصلة استكشاف انتظام الأداء والكسر، تم اختيار القسم الموازي لعينة الشد بالقرب من أدنى نقطة من الصلابة (77HB). من الجدول 1، وجد أن الأداء انخفض بشكل كبير، وظهرت نقطة الكسر عند أدنى نقطة من الصلابة في الشكل 2.
2.3 نتائج تحليل أنسيس
ويبين الشكل 7 نتائج محاكاة ANSYS لمنحنيات التبريد في مواضع مختلفة. ويمكن ملاحظة أن درجة حرارة العينة في منطقة تبريد الماء انخفضت بسرعة. بعد 5 ثوانٍ، انخفضت درجة الحرارة إلى أقل من 100 درجة مئوية، وعلى بعد 80 ملم من الخط الفاصل، انخفضت درجة الحرارة إلى حوالي 210 درجة مئوية عند 90 ثانية. متوسط انخفاض درجة الحرارة هو 3.5 درجة مئوية / ثانية. وبعد 90 ثانية في منطقة تبريد الهواء الطرفي، تنخفض درجة الحرارة إلى حوالي 360 درجة مئوية، بمعدل انخفاض متوسط قدره 1.9 درجة مئوية/ثانية.
من خلال تحليل الأداء ونتائج المحاكاة، وجد أن أداء منطقة التبريد المائي ومنطقة التبريد المتأخر هو نمط تغيير يتناقص أولاً ثم يزيد قليلاً. بسبب تأثرها بتبريد الماء بالقرب من الخط الفاصل، يؤدي التوصيل الحراري إلى انخفاض العينة في منطقة معينة بمعدل تبريد أقل من معدل تبريد الماء (3.5 درجة مئوية/ ثانية). ونتيجة لذلك، ترسب Mg2Si، الذي تتصلب في المصفوفة، بكميات كبيرة في هذه المنطقة، وانخفضت درجة الحرارة إلى حوالي 210 درجة مئوية بعد 90 ثانية. أدت الكمية الكبيرة من Mg2Si المترسبة إلى تأثير أقل لتبريد الماء بعد 90 ثانية. تم تقليل كمية مرحلة تقوية Mg2Si المترسبة بعد علاج الشيخوخة بشكل كبير، كما انخفض أداء العينة لاحقًا. ومع ذلك، فإن منطقة التبريد المتأخرة البعيدة عن خط التقسيم تكون أقل تأثرًا بتوصيل حرارة تبريد الماء، وتبرد السبيكة ببطء نسبيًا في ظل ظروف تبريد الهواء (معدل التبريد 1.9 درجة مئوية / ثانية). يترسب ببطء جزء صغير فقط من طور Mg2Si، وتكون درجة الحرارة 360 درجة مئوية بعد التسعينات. بعد تبريد الماء، معظم مرحلة Mg2Si لا تزال في المصفوفة، وتنتشر وتترسب بعد الشيخوخة، والتي تلعب دورًا معززًا.
3. الاستنتاج
وقد وجد من خلال التجارب أن تأخير التبريد سيؤدي إلى انخفاض صلابة منطقة التبريد المتأخر عند تقاطع التبريد العادي والتبريد المتأخر ثم زيادة طفيفة حتى تستقر في النهاية.
بالنسبة لسبائك الألومنيوم 6061، فإن قوة الشد بعد التبريد العادي والتبريد المؤجل لمدة 90 ثانية هي 342MPa و288MPa على التوالي، وقوة الخضوع هي 315MPa و252MPa، وكلاهما يفي بمعايير أداء العينة.
توجد منطقة ذات صلابة أقل، والتي يتم تقليلها من 95HB إلى 77HB بعد التبريد العادي. الأداء هنا هو أيضًا الأدنى، حيث تبلغ قوة الشد 271 ميجا باسكال وقوة الخضوع 220 ميجا باسكال.
من خلال تحليل ANSYS، وجد أن معدل التبريد عند أدنى نقطة أداء في منطقة التبريد المتأخرة في التسعينيات انخفض بحوالي 3.5 درجة مئوية في الثانية، مما أدى إلى عدم كفاية المحلول الصلب لمرحلة التعزيز Mg2Si. وفقًا لهذه المقالة، يمكن ملاحظة أن نقطة خطر الأداء تظهر في منطقة التبريد المتأخر عند تقاطع التبريد العادي والتبريد المتأخر، وهي ليست بعيدة عن الوصلة، والتي لها أهمية توجيهية مهمة للاحتفاظ المعقول بذيل البثق نهاية عملية النفايات.
حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium
وقت النشر: 28 أغسطس 2024
