L'alliage d'aluminium 6061T6 de grande épaisseur de paroi doit être trempé après extrusion à chaud. En raison de la limitation de l'extrusion discontinue, une partie du profilé entrera avec un certain retard dans la zone de refroidissement par eau. Lorsque l'extrusion du lingot court suivant continue, cette partie du profil subit une trempe retardée. Comment gérer la zone de trempe retardée est une question que chaque entreprise de production doit prendre en compte. Lorsque les déchets du processus d'extrusion sont courts, les échantillons de performances prélevés sont parfois qualifiés et parfois non qualifiés. Lors d'un rééchantillonnage latéral, la performance est à nouveau qualifiée. Cet article donne l'explication correspondante à travers des expériences.
1. Matériels et méthodes de test
Le matériau utilisé dans cette expérience est un alliage d’aluminium 6061. Sa composition chimique mesurée par analyse spectrale est la suivante : Il est conforme à la norme internationale de composition de l'alliage d'aluminium GB/T 3190-1996 6061.
Dans cette expérience, une partie du profilé extrudé a été prélevée pour un traitement en solution solide. Le profil de 400 mm de long a été divisé en deux zones. La zone 1 a été directement refroidie et trempée par eau. La zone 2 a été refroidie à l’air pendant 90 secondes puis refroidie à l’eau. Le diagramme de test est présenté à la figure 1.
Le profilé en alliage d'aluminium 6061 utilisé dans cette expérience a été extrudé par une extrudeuse 4000UST. La température du moule est de 500 °C, la température de la tige de coulée est de 510 °C, la température de sortie d'extrusion est de 525 °C, la vitesse d'extrusion est de 2,1 mm/s, un refroidissement par eau à haute intensité est utilisé pendant le processus d'extrusion et un diamètre de 400 mm. L'éprouvette de longueur est prélevée au milieu du profilé fini extrudé. La largeur de l'échantillon est de 150 mm et la hauteur est de 10,00 mm.
Les échantillons prélevés ont été divisés puis soumis à nouveau à un traitement en solution. La température de la solution était de 530°C et la durée de la solution était de 4 heures. Après les avoir retirés, les échantillons ont été placés dans un grand réservoir d’eau d’une profondeur de 100 mm. Le réservoir d'eau plus grand peut garantir que la température de l'eau dans le réservoir d'eau change peu une fois que l'échantillon dans la zone 1 est refroidi à l'eau, empêchant ainsi l'augmentation de la température de l'eau d'affecter l'intensité du refroidissement par eau. Pendant le processus de refroidissement par eau, assurez-vous que la température de l'eau est comprise entre 20 et 25 °C. Les échantillons trempés ont été vieillis à 165°C*8h.
Prélevez une partie de l'échantillon de 400 mm de long, 30 mm de large et 10 mm d'épaisseur et effectuez un test de dureté Brinell. Effectuez 5 mesures tous les 10 mm. Prenez la valeur moyenne des 5 duretés Brinell comme résultat de dureté Brinell à ce stade et observez le modèle de changement de dureté.
Les propriétés mécaniques du profilé ont été testées et la section parallèle de traction de 60 mm a été contrôlée à différentes positions de l'échantillon de 400 mm pour observer les propriétés de traction et l'emplacement de la fracture.
Le champ de température de la trempe refroidie à l'eau de l'échantillon et de la trempe après un délai de 90 secondes a été simulé via le logiciel ANSYS, et les vitesses de refroidissement des profils à différentes positions ont été analysées.
2. Résultats expérimentaux et analyse
2.1 Résultats des tests de dureté
La figure 2 montre la courbe de changement de dureté d'un échantillon de 400 mm de long mesuré par un testeur de dureté Brinell (la longueur unitaire de l'abscisse représente 10 mm, et l'échelle 0 est la ligne de démarcation entre la trempe normale et la trempe retardée). On constate que la dureté à l'extrémité refroidie à l'eau est stable à environ 95HB. Après la ligne de démarcation entre la trempe par refroidissement par eau et la trempe par refroidissement par eau retardée des années 90, la dureté commence à diminuer, mais le taux de déclin est lent au début. Après 40 mm (89HB), la dureté chute fortement et chute jusqu'à la valeur la plus basse (77HB) à 80 mm. Après 80 mm, la dureté n'a pas continué à diminuer, mais a augmenté dans une certaine mesure. L'augmentation a été relativement faible. Après 130 mm, la dureté est restée inchangée à environ 83HB. On peut supposer qu'en raison de l'effet de la conduction thermique, la vitesse de refroidissement de la partie de trempe retardée a changé.
2.2 Résultats et analyse des tests de performances
Le tableau 2 montre les résultats d'expériences de traction menées sur des échantillons prélevés à différentes positions de la section parallèle. On peut constater que la résistance à la traction et la limite d'élasticité des n° 1 et n° 2 n'ont pratiquement aucun changement. À mesure que la proportion d'extrémités de trempe retardées augmente, la résistance à la traction et la limite d'élasticité de l'alliage présentent une tendance à la baisse significative. Cependant, la résistance à la traction à chaque emplacement d'échantillonnage est supérieure à la résistance standard. Seulement dans la zone avec la dureté la plus faible, la limite d'élasticité est inférieure à la norme de l'échantillon, les performances de l'échantillon ne sont pas qualifiées.
La figure 4 montre les résultats des propriétés de traction de l'échantillon n° 3. On peut constater à partir de la figure 4 que plus on s'éloigne de la ligne de démarcation, plus la dureté de l'extrémité de trempe retardée est faible. La diminution de la dureté indique que les performances de l'échantillon sont réduites, mais la dureté diminue lentement, ne diminuant que de 95HB à environ 91HB à la fin de la section parallèle. Comme le montrent les résultats de performances du tableau 1, la résistance à la traction a diminué de 342 MPa à 320 MPa pour le refroidissement par eau. Dans le même temps, il a été constaté que le point de rupture de l’échantillon de traction se trouve également à l’extrémité de la section parallèle ayant la dureté la plus faible. En effet, il est éloigné du refroidissement par eau, les performances de l'alliage sont réduites et l'extrémité atteint d'abord la limite de résistance à la traction pour former une striction. Enfin, rompez à partir du point de performance le plus bas et la position de rupture est cohérente avec les résultats des tests de performance.
La figure 5 montre la courbe de dureté de la section parallèle de l'échantillon n°4 et la position de fracture. On peut constater que plus on s'éloigne de la ligne de démarcation du refroidissement par eau, plus la dureté de l'extrémité de trempe retardée est faible. Dans le même temps, l'emplacement de la fracture se trouve également à l'extrémité où la dureté est la plus faible, fractures 86HB. D'après le tableau 2, on constate qu'il n'y a pratiquement aucune déformation plastique à l'extrémité refroidie à l'eau. D'après le tableau 1, il apparaît que les performances de l'échantillon (résistance à la traction 298 MPa, rendement 266 MPa) sont considérablement réduites. La résistance à la traction n'est que de 298 MPa, ce qui n'atteint pas la limite d'élasticité de l'extrémité refroidie à l'eau (315 MPa). L'extrémité a formé une striction lorsqu'elle est inférieure à 315 MPa. Avant la fracture, seule une déformation élastique se produisait dans la zone refroidie à l'eau. À mesure que la contrainte disparaissait, la contrainte à l'extrémité refroidie à l'eau disparaissait. En conséquence, l'ampleur de la déformation dans la zone de refroidissement par eau dans le tableau 2 n'a pratiquement aucun changement. L'échantillon se brise à la fin du tir retardé, la zone déformée est réduite et la dureté finale est la plus faible, ce qui entraîne une réduction significative des résultats de performance.
Prélevez des échantillons dans la zone de trempe retardée à 100 % à l'extrémité de l'éprouvette de 400 mm. La figure 6 montre la courbe de dureté. La dureté de la section parallèle est réduite à environ 83-84HB et est relativement stable. Grâce au même processus, les performances sont à peu près les mêmes. Aucun motif évident n’est trouvé dans la position de fracture. Les performances de l'alliage sont inférieures à celles de l'échantillon trempé à l'eau.
Afin d'explorer davantage la régularité des performances et de la rupture, la section parallèle de l'éprouvette de traction a été sélectionnée près du point de dureté le plus bas (77HB). À partir du tableau 1, il a été constaté que les performances étaient considérablement réduites et que le point de fracture apparaissait au point de dureté le plus bas sur la figure 2.
2.3 Résultats de l'analyse ANSYS
La figure 7 montre les résultats de la simulation ANSYS des courbes de refroidissement à différentes positions. On peut constater que la température de l’échantillon dans la zone de refroidissement par eau a chuté rapidement. Après 5 s, la température est tombée en dessous de 100°C, et à 80 mm de la ligne de démarcation, la température est tombée à environ 210°C en 90 s. La baisse moyenne de température est de 3,5°C/s. Après 90 secondes dans la zone de refroidissement de l'air du terminal, la température descend à environ 360°C, avec une vitesse de chute moyenne de 1,9°C/s.
Grâce à l'analyse des performances et aux résultats de simulation, il s'avère que les performances de la zone de refroidissement par eau et de la zone de trempe retardée sont un modèle de changement qui diminue d'abord puis augmente légèrement. Affectée par le refroidissement par eau près de la ligne de démarcation, la conduction thermique fait chuter l'échantillon dans une certaine zone à une vitesse de refroidissement inférieure à celle du refroidissement par eau (3,5 °C/s). En conséquence, le Mg2Si, qui s'est solidifié dans la matrice, a précipité en grande quantité dans cette zone, et la température est tombée à environ 210°C après 90 secondes. La grande quantité de Mg2Si précipitée a entraîné un moindre effet de refroidissement par eau après 90 s. La quantité de phase de renforcement Mg2Si précipitée après le traitement de vieillissement a été considérablement réduite, et les performances de l'échantillon ont ensuite été réduites. Cependant, la zone de trempe retardée éloignée de la ligne de démarcation est moins affectée par la conduction thermique du refroidissement par eau, et l'alliage refroidit relativement lentement dans des conditions de refroidissement par air (vitesse de refroidissement de 1,9 °C/s). Seule une petite partie de la phase Mg2Si précipite lentement et la température est de 36°C après 90 secondes. Après refroidissement par eau, la majeure partie de la phase Mg2Si est encore dans la matrice, et elle se disperse et précipite après vieillissement, ce qui joue un rôle de renforcement.
3. Conclusion
Des expériences ont montré qu'une trempe retardée entraînerait une diminution de la dureté de la zone de trempe retardée à l'intersection de la trempe normale et de la trempe retardée, puis une légère augmentation jusqu'à ce qu'elle se stabilise finalement.
Pour l'alliage d'aluminium 6061, les résistances à la traction après trempe normale et trempe retardée de 90 s sont respectivement de 342 MPa et 288 MPa, et les limites d'élasticité sont de 315 MPa et 252 MPa, qui répondent toutes deux aux normes de performance des échantillons.
Il existe une région avec la dureté la plus faible, qui est réduite de 95HB à 77HB après une trempe normale. Les performances ici sont également les plus faibles, avec une résistance à la traction de 271 MPa et une limite d'élasticité de 220 MPa.
Grâce à l'analyse ANSYS, il a été constaté que la vitesse de refroidissement au point de performance le plus bas dans la zone de trempe retardée des années 90 diminuait d'environ 3,5 °C par seconde, ce qui entraînait une solution solide insuffisante de la phase de renforcement Mg2Si. Selon cet article, on peut voir que le point dangereux de performance apparaît dans la zone de trempe retardée à la jonction de la trempe normale et de la trempe retardée, et n'est pas loin de la jonction, ce qui a une importance directrice importante pour la rétention raisonnable de la queue d'extrusion. déchets de processus final.
Edité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure de publication : 28 août 2024
