큰 벽 두께의 6061T6 알루미늄 합금은 열간 압출 후 담금질해야 합니다. 불연속 압출의 한계로 인해 프로파일의 일부가 수냉식 영역으로 지연되어 들어갑니다. 다음 짧은 주괴가 계속해서 압출되면 프로파일의 이 부분은 지연된 담금질을 겪게 됩니다. 지연된 담금질 영역을 어떻게 처리할 것인지는 모든 생산업체가 고려해야 할 문제입니다. 압출 테일엔드 공정 낭비가 짧은 경우, 채취된 성능 샘플은 때로는 적격성을 갖기도 하고 때로는 부적합하기도 합니다. 측면에서 리샘플링하면 성능이 다시 검증됩니다. 이 글은 실험을 통해 이에 대한 설명을 제공합니다.
1. 시험재료 및 방법
본 실험에 사용된 재료는 6061 알루미늄 합금이다. 스펙트럼 분석으로 측정한 화학 조성은 다음과 같습니다. GB/T 3190-1996 국제 6061 알루미늄 합금 조성 표준을 준수합니다.
이 실험에서는 압출 프로파일의 일부를 고용체 처리용으로 사용했습니다. 400mm 길이의 프로파일은 두 영역으로 나누어졌습니다. 영역 1은 직접 수냉 및 담금질되었습니다. 영역 2는 공기 중에서 90초 동안 냉각시킨 후 수냉시켰습니다. 테스트 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다.
이 실험에 사용된 6061 알루미늄 합금 프로파일은 4000UST 압출기로 압출되었습니다. 금형 온도는 500°C, 주조봉 온도는 510°C, 압출 출구 온도는 525°C, 압출 속도는 2.1mm/s, 압출 공정 중 고강도 수냉식을 사용하고 400mm 길이 테스트 조각은 압출 마감 프로파일의 중앙에서 채취됩니다. 샘플 너비는 150mm이고 높이는 10.00mm입니다.
채취한 시료를 분할한 후 다시 용체화 처리하였다. 용액 온도는 530°C였으며 용액 시간은 4시간이었습니다. 꺼낸 후 수심 100mm의 대형 수조에 시료를 담았다. 더 큰 물 탱크는 구역 1의 샘플이 수냉된 후 물 탱크의 수온이 거의 변하지 않도록 보장하여 수온 상승이 수냉 강도에 영향을 미치는 것을 방지합니다. 수냉 과정 중에 수온이 20~25°C 범위 내에 있는지 확인하십시오. 담금질된 샘플을 165°C*8h에서 숙성시켰습니다.
길이 400mm, 너비 30mm, 두께 10mm의 샘플 일부를 채취하여 브리넬 경도 시험을 실시합니다. 10mm마다 5번 측정합니다. 이때의 브리넬 경도 결과를 5개의 브리넬 경도의 평균값으로 취하고, 경도 변화 패턴을 관찰한다.
프로파일의 기계적 특성을 테스트하고 인장 특성과 파손 위치를 관찰하기 위해 400mm 샘플의 서로 다른 위치에서 60mm 인장 평행 단면을 제어했습니다.
샘플의 수냉식 담금질과 90초 지연 후 담금질의 온도장을 ANSYS 소프트웨어를 통해 시뮬레이션하고 다양한 위치에서 프로파일의 냉각 속도를 분석했습니다.
2. 실험결과 및 분석
2.1 경도시험 결과
그림 2는 브리넬 경도 시험기로 측정한 400mm 길이의 샘플의 경도 변화 곡선을 보여줍니다(가로축의 단위 길이는 10mm를 나타내며 눈금 0은 일반 담금질과 지연 담금질을 구분하는 선입니다). 수냉식 끝부분의 경도는 95HB 부근에서 안정적인 것을 알 수 있습니다. 수냉식 담금질과 지연 90년대 수냉식 담금질의 구분선 이후 경도는 감소하기 시작하지만 초기에는 감소 속도가 느리다. 40mm(89HB) 이후에는 경도가 급격히 떨어지며, 80mm에서 가장 낮은 값(77HB)으로 떨어집니다. 80mm 이후에는 경도가 계속 감소하지 않고 어느 정도 증가했습니다. 증가폭은 상대적으로 적었습니다. 130mm 이후에도 경도는 약 83HB로 변함이 없었습니다. 이는 열전도의 영향으로 지연담금 부분의 냉각속도가 변화된 것으로 추측할 수 있다.
2.2 성능 테스트 결과 및 분석
표 2는 평행 단면의 서로 다른 위치에서 채취한 샘플에 대해 수행된 인장 실험 결과를 보여줍니다. No.1과 No.2의 인장강도와 항복강도는 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 지연 담금질 종료 비율이 증가함에 따라 합금의 인장 강도와 항복 강도는 크게 감소하는 경향을 나타냅니다. 그러나 각 샘플링 위치의 인장 강도는 표준 강도보다 높습니다. 경도가 가장 낮은 영역에서만 항복 강도가 샘플 표준보다 낮고 샘플 성능이 부적합합니다.
그림 4는 샘플 번호 3의 인장 특성 결과를 보여줍니다. 그림 4에서 구분선에서 멀어질수록 지연 담금질 끝의 경도가 낮아지는 것을 알 수 있습니다. 경도의 감소는 샘플의 성능이 저하되었음을 의미하지만 경도는 천천히 감소하며 평행 구간 끝에서 95HB에서 약 91HB까지만 감소합니다. Table 1의 성능결과에서 알 수 있듯이 수냉 시 인장강도가 342MPa에서 320MPa로 감소하였다. 동시에 인장시편의 파단점 역시 경도가 가장 낮은 평행단면의 끝부분에 있음을 알 수 있었다. 이는 수냉식과 거리가 멀어 합금 성능이 저하되고 끝부분이 인장강도 한계에 먼저 도달하여 네킹다운이 형성되기 때문이다. 마지막으로 가장 낮은 성능 지점에서 브레이크를 수행하며 브레이크 위치는 성능 테스트 결과와 일치합니다.
그림 5는 시료 번호 4의 평행 단면의 경도 곡선과 파단 위치를 보여줍니다. 수냉식 구분선에서 멀어질수록 지연담금질 끝의 경도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 동시에 파단 위치도 경도가 가장 낮은 끝인 86HB 파단에 있습니다. 표 2로부터 수냉식 단부에서는 소성 변형이 거의 없는 것을 알 수 있다. 표 1에서 샘플 성능(인장 강도 298MPa, 항복 266MPa)이 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 인장 강도는 298MPa에 불과하며 수냉식 끝단의 항복 강도(315MPa)에 도달하지 않습니다. 315MPa보다 낮을 때 끝부분이 네킹다운을 형성합니다. 파단 전 수냉부에서는 탄성변형만 발생하였다. 응력이 사라지면서 수냉식 단부의 변형도 사라졌습니다. 그 결과, 표 2의 수냉부에서의 변형량은 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 지연율 화재가 끝나면 샘플이 파손되고 변형 면적이 감소하며 끝 경도가 가장 낮아 성능 결과가 크게 감소합니다.
400mm 시편 끝부분의 100% 지연 담금질 영역에서 샘플을 채취합니다. 그림 6은 경도 곡선을 보여줍니다. 평행 단면의 경도는 약 83-84HB로 감소되어 비교적 안정적입니다. 동일한 프로세스로 인해 성능은 거의 동일합니다. 골절 위치에서는 뚜렷한 패턴이 발견되지 않습니다. 합금 성능은 물 담금질 샘플보다 낮습니다.
성능과 파괴의 규칙성을 더욱 조사하기 위해 인장 시편의 평행 단면이 가장 낮은 경도점(77HB) 근처에서 선택되었습니다. Table 1을 보면 성능이 현저히 떨어지는 것을 알 수 있으며, Figure 2에서는 경도가 가장 낮은 지점에서 파단점이 나타나는 것을 알 수 있다.
2.3 ANSYS 해석 결과
그림 7은 다양한 위치에서의 냉각 곡선에 대한 ANSYS 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 수냉식 영역에서 시료의 온도가 급격하게 떨어지는 것을 볼 수 있다. 5초 후 온도는 100°C 이하로 떨어졌고, 구분선에서 80mm 지점에서는 90초에 온도가 약 210°C까지 떨어졌습니다. 평균 온도 강하는 3.5°C/s입니다. 터미널 공기 냉각 영역에서 90초 후에 온도는 약 360°C로 떨어지며 평균 강하율은 1.9°C/s입니다.
성능분석 및 시뮬레이션 결과를 통해 수냉식 영역과 지연급랭 영역의 성능은 처음에는 감소하다가 약간 증가하는 변화 패턴임을 알 수 있었다. 분할선 근처에서 수냉의 영향을 받아 열 전도로 인해 특정 영역의 샘플이 수냉보다 낮은 냉각 속도(3.5°C/s)로 낙하하게 됩니다. 그 결과, 매트릭스로 응고된 Mg2Si가 이 영역에 대량으로 석출되었고, 90초 후에 온도가 약 210℃까지 떨어졌다. 침전된 Mg2Si의 양이 많아 90초 후에 수냉 효과가 작아졌습니다. 시효 처리 후에 침전된 Mg2Si 강화상의 양은 크게 줄어들었고, 이후 샘플 성능도 감소했습니다. 그러나 분할선에서 멀리 떨어진 지연 담금질 영역은 수냉식 열전도의 영향을 덜 받고 공랭 조건(냉각 속도 1.9°C/s)에서 합금이 상대적으로 천천히 냉각됩니다. Mg2Si 상의 작은 부분만이 천천히 석출되며 온도는 90초 후에 360C입니다. 수냉 후에도 대부분의 Mg2Si 상은 여전히 매트릭스에 남아 있으며, 노화 후에는 분산 및 침전되어 강화 역할을 합니다.
3. 결론
지연 담금질은 일반 담금질과 지연 담금질의 교차점에서 지연 담금질 영역의 경도가 먼저 감소한 다음 최종적으로 안정화될 때까지 약간 증가한다는 것이 실험을 통해 밝혀졌습니다.
6061 알루미늄 합금의 경우 90초 동안 일반 담금질 및 지연 담금질 후 인장 강도는 각각 342MPa 및 288MPa이고 항복 강도는 315MPa 및 252MPa로 둘 다 샘플 성능 표준을 충족합니다.
경도가 가장 낮은 영역이 있는데, 이는 일반 담금질 후 95HB에서 77HB로 감소됩니다. 여기서 성능도 인장강도 271MPa, 항복강도 220MPa로 가장 낮다.
ANSYS 분석을 통해 90년대 지연 담금질 영역에서 성능이 가장 낮은 지점에서의 냉각 속도가 초당 약 3.5°C 감소하여 강화상 Mg2Si 상의 고용체가 불충분한 것으로 나타났습니다. 이 기사에 따르면 성능 위험 지점은 일반 담금질과 지연 담금질의 교차점에서 지연 담금질 영역에 나타나고 접합부에서 멀지 않은 것으로 볼 수 있으며 이는 압출 테일의 합리적인 유지에 중요한 지침 중요성을 갖습니다. 최종 프로세스 폐기물.
MAT Aluminium의 May Jiang이 편집함
게시 시간: 2024년 8월 28일
