დიდი კედლის სისქის 6061T6 ალუმინის შენადნობი ცხელი ექსტრუზიის შემდეგ საჭიროებს გაქრობას. წყვეტილი ექსტრუზიის შეზღუდვის გამო, პროფილის ნაწილი წყლით გაგრილების ზონაში დაგვიანებით შევა. როდესაც შემდეგი მოკლე ზოდის ექსტრუდირება გრძელდება, პროფილის ეს ნაწილი დაგვიანებულ გაქრობას გაივლის. დაგვიანებული გაქრობის არეალის მართვის საკითხი ყველა მწარმოებელმა კომპანიამ უნდა გაითვალისწინოს. როდესაც ექსტრუზიის კუდის ბოლოს პროცესის ნარჩენები მოკლეა, აღებული ნიმუშების მახასიათებლები ზოგჯერ კვალიფიციურია, ზოგჯერ კი არაკვალიფიციური. გვერდიდან ხელახლა აღებისას, მახასიათებლები კვლავ კვალიფიცირდება. ეს სტატია ექსპერიმენტების საშუალებით შესაბამის ახსნას იძლევა.
1. ტესტირების მასალები და მეთოდები
ამ ექსპერიმენტში გამოყენებული მასალაა 6061 ალუმინის შენადნობი. მისი ქიმიური შემადგენლობა, რომელიც სპექტრული ანალიზით იზომება, შემდეგია: იგი შეესაბამება GB/T 3190-1996 საერთაშორისო 6061 ალუმინის შენადნობის შემადგენლობის სტანდარტს.
ამ ექსპერიმენტში, ექსტრუდირებული პროფილის ნაწილი აღებული იქნა მყარი ხსნარის დასამუშავებლად. 400 მმ სიგრძის პროფილი ორ ზონად გაიყო. ზონა 1 პირდაპირ წყლით გაცივდა და გაქრა. ზონა 2 გაცივდა ჰაერზე 90 წამის განმავლობაში და შემდეგ წყლით გაცივდა. ტესტის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში.
ამ ექსპერიმენტში გამოყენებული 6061 ალუმინის შენადნობის პროფილი ექსტრუდირებული იქნა 4000UST ექსტრუდერით. ყალიბის ტემპერატურაა 500°C, ჩამოსხმის ღეროს ტემპერატურაა 510°C, ექსტრუზიის გამოსასვლელის ტემპერატურაა 525°C, ექსტრუზიის სიჩქარეა 2.1 მმ/წმ, ექსტრუზიის პროცესში გამოიყენება მაღალი ინტენსივობის წყლით გაგრილება და ექსტრუდირებული დასრულებული პროფილის შუა ნაწილიდან აღებულია 400 მმ სიგრძის საცდელი ნაწილი. ნიმუშის სიგანეა 150 მმ და სიმაღლე 10.00 მმ.
აღებული ნიმუშები დაიყო და შემდეგ ხელახლა დაექვემდებარა ხსნარით დამუშავებას. ხსნარის ტემპერატურა იყო 530°C, ხოლო ხსნარის დამუშავების დრო - 4 საათი. მათი ამოღების შემდეგ, ნიმუშები მოათავსეს დიდ წყლის ავზში, რომლის სიღრმე 100 მმ-ია. უფრო დიდი წყლის ავზი უზრუნველყოფს, რომ ზონაში 1-ში ნიმუშის წყლით გაგრილების შემდეგ წყლის ტემპერატურა ოდნავ შეიცვალოს, რაც ხელს უშლის წყლის ტემპერატურის ზრდას წყლის გაგრილების ინტენსივობაზე გავლენის მოხდენის თავიდან აცილებაში. წყლით გაგრილების პროცესის დროს დარწმუნდით, რომ წყლის ტემპერატურა 20-25°C დიაპაზონშია. გაყინული ნიმუშები დაძველდა 165°C*8 სთ ტემპერატურაზე.
ნიმუშიდან აიღეთ 400 მმ სიგრძის, 30 მმ სიგანის და 10 მმ სისქის ნაწილი და ჩაატარეთ ბრინელის სიმტკიცის ტესტი. ყოველ 10 მმ-ზე გააკეთეთ 5 გაზომვა. ამ ეტაპზე ბრინელის სიმტკიცის 5 კოეფიციენტის საშუალო მნიშვნელობა აიღეთ ბრინელის სიმტკიცის შედეგად და დააკვირდით სიმტკიცის ცვლილების ნიმუშს.
პროფილის მექანიკური თვისებები შემოწმდა და 60 მმ-იანი პარალელური დაჭიმვის მონაკვეთი 400 მმ ნიმუშის სხვადასხვა პოზიციაზე გაკონტროლდა დაჭიმვის თვისებებისა და მოტეხილობის ადგილმდებარეობის დასადგენად.
ნიმუშის წყლით გაცივებული ჩაქრობის ტემპერატურული ველი და 90 წამიანი დაყოვნების შემდეგ ჩაქრობა სიმულირებული იქნა ANSYS პროგრამული უზრუნველყოფის მეშვეობით და გაანალიზდა პროფილების გაგრილების სიჩქარეები სხვადასხვა პოზიციაზე.
2. ექსპერიმენტული შედეგები და ანალიზი
2.1 სიმტკიცის ტესტის შედეგები
სურათი 2 გვიჩვენებს 400 მმ სიგრძის ნიმუშის სიხისტის ცვლილების მრუდს, რომელიც გაზომილია ბრინელის სიხისტის ტესტერით (აბსცისას ერთეულის სიგრძე წარმოადგენს 10 მმ-ს, ხოლო 0 შკალა არის გამყოფი ხაზი ნორმალურ ჩაქრობასა და დაგვიანებულ ჩაქრობას შორის). ჩანს, რომ სიხისტე წყლით გაცივებულ ბოლოში სტაბილურია დაახლოებით 95HB-ზე. წყლით გაგრილების ჩაქრობასა და 90-წმ-იანი დაგვიანებული წყლით გაგრილების ჩაქრობას შორის გამყოფი ხაზის გავლის შემდეგ, სიხისტე იწყებს კლებას, მაგრამ ადრეულ ეტაპზე კლების ტემპი ნელია. 40 მმ-ის (89HB) შემდეგ, სიხისტე მკვეთრად ეცემა და 80 მმ-ზე ყველაზე დაბალ მნიშვნელობამდე (77HB) ეცემა. 80 მმ-ის შემდეგ, სიხისტე არ განაგრძობდა კლებას, არამედ გარკვეულწილად გაიზარდა. ზრდა შედარებით მცირე იყო. 130 მმ-ის შემდეგ, სიხისტე უცვლელი დარჩა დაახლოებით 83HB-ზე. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ თბოგამტარობის ეფექტის გამო, დაგვიანებული ჩაქრობის ნაწილის გაგრილების სიჩქარე შეიცვალა.
2.2 შესრულების ტესტის შედეგები და ანალიზი
ცხრილი 2 გვიჩვენებს პარალელური მონაკვეთის სხვადასხვა პოზიციიდან აღებულ ნიმუშებზე ჩატარებული დაჭიმვის ექსპერიმენტების შედეგებს. ჩანს, რომ No. 1 და No. 2 შენადნობის დაჭიმვის სიმტკიცე და დენადობის ზღვარი თითქმის არ იცვლება. დაგვიანებული ჩაქრობის ბოლოების პროპორციის ზრდასთან ერთად, შენადნობის დაჭიმვის სიმტკიცე და დენადობის ზღვარი მნიშვნელოვან კლების ტენდენციას ავლენს. თუმცა, თითოეულ შერჩევის წერტილში დაჭიმვის სიმტკიცე სტანდარტულ სიმტკიცეს აღემატება. მხოლოდ ყველაზე დაბალი სიმტკიცის მქონე არეალში არის დენადობის ზღვარი ნიმუშის სტანდარტულზე დაბალი, რაც ნიშნავს, რომ ნიმუშის მახასიათებლები არაკვალიფიციურია.
სურათი 4 გვიჩვენებს ნიმუში №3-ის დაჭიმვის თვისებების შედეგებს. სურათი 4-დან ჩანს, რომ რაც უფრო შორს ვართ გამყოფი ხაზიდან, მით უფრო დაბალია დაგვიანებული ჩაქრობის ბოლოს სიმტკიცე. სიმტკიცის შემცირება მიუთითებს, რომ ნიმუშის მახასიათებლები მცირდება, მაგრამ სიმტკიცე ნელა მცირდება, მხოლოდ 95HB-დან დაახლოებით 91HB-მდე მცირდება პარალელური მონაკვეთის ბოლოს. როგორც ცხრილ 1-ში მოცემული მახასიათებლების შედეგებიდან ჩანს, წყლით გაგრილებისთვის დაჭიმვის სიმტკიცე 342MPa-დან 320MPa-მდე შემცირდა. ამავდროულად, აღმოჩნდა, რომ დაჭიმვის ნიმუშის მოტეხილობის წერტილი ასევე ყველაზე დაბალი სიმტკიცის მქონე პარალელური მონაკვეთის ბოლოსაა. ეს იმიტომ ხდება, რომ ის წყლით გაგრილებისგან შორს არის, შენადნობის მახასიათებლები მცირდება და ბოლო პირველი აღწევს დაჭიმვის სიმტკიცის ზღვარს, რათა წარმოქმნას კისრისებური ფორმა. და ბოლოს, ყველაზე დაბალი მახასიათებლების წერტილიდან წყდება და მოტეხილობის პოზიცია შეესაბამება მახასიათებლების ტესტის შედეგებს.
სურათი 5 გვიჩვენებს ნიმუში №4-ის პარალელური მონაკვეთის სიხისტის მრუდს და მოტეხილობის პოზიციას. ჩანს, რომ რაც უფრო შორს არის წყლით გაგრილების გამყოფი ხაზიდან, მით უფრო დაბალია დაგვიანებული ჩაქრობის ბოლოების სიხისტე. ამავდროულად, მოტეხილობის ადგილი ასევე არის ბოლო, სადაც სიხისტე ყველაზე დაბალია, 86HB მოტეხილობები. ცხრილი 2-დან ჩანს, რომ წყლით გაცივებულ ბოლოზე პლასტიკური დეფორმაცია თითქმის არ არის. ცხრილი 1-დან ჩანს, რომ ნიმუშის მახასიათებლები (დაჭიმვის სიმტკიცე 298 მპა, გამოსავლიანობა 266 მპა) მნიშვნელოვნად შემცირებულია. დაჭიმვის სიმტკიცე მხოლოდ 298 მპა-ა, რაც არ აღწევს წყლით გაცივებული ბოლოების დენადობის ზღვარს (315 მპა). ბოლო 315 მპა-ზე დაბალია და ყელისებური ფორმა აქვს. მოტეხილობამდე, წყლით გაცივებულ არეში მხოლოდ ელასტიური დეფორმაცია ხდებოდა. დაძაბულობის გაქრობასთან ერთად, წყლით გაცივებულ ბოლოზე დეფორმაციაც გაქრა. შედეგად, ცხრილი 2-ში მოცემული წყლით გაგრილების ზონაში დეფორმაციის რაოდენობა თითქმის არ შეცვლილა. შეფერხებული სიჩქარის სროლის ბოლოს ნიმუში ტყდება, დეფორმირებული არე მცირდება და ბოლოს სიმტკიცე ყველაზე დაბალია, რაც იწვევს შესრულების შედეგების მნიშვნელოვან შემცირებას.
აიღეთ ნიმუშები 400 მმ ნიმუშის ბოლოში არსებული 100%-ით დაგვიანებული ჩაქრობის არედან. სურათი 6 გვიჩვენებს სიმტკიცის მრუდს. პარალელური მონაკვეთის სიმტკიცე შემცირებულია დაახლოებით 83-84HB-მდე და შედარებით სტაბილურია. იგივე პროცესის გამო, მახასიათებლები დაახლოებით იგივეა. მოტეხილობის პოზიციაში აშკარა ნიმუში არ შეინიშნება. შენადნობის მახასიათებლები უფრო დაბალია, ვიდრე წყლით ჩაქრობის ნიმუშის.
შესრულებისა და მოტეხილობის რეგულარობის უკეთ შესასწავლად, დაჭიმვის ნიმუშის პარალელური მონაკვეთი შეირჩა სიმტკიცის ყველაზე დაბალ წერტილთან (77HB). ცხრილი 1-დან აღმოჩნდა, რომ შესრულება მნიშვნელოვნად შემცირდა და მოტეხილობის წერტილი ნახაზ 2-ში სიმტკიცის ყველაზე დაბალ წერტილში იყო ნაჩვენები.
2.3 ANSYS ანალიზის შედეგები
სურათი 7 გვიჩვენებს ANSYS-ის მიერ სხვადასხვა პოზიციებზე გაგრილების მრუდების სიმულაციის შედეგებს. ჩანს, რომ წყლის გაგრილების არეალში ნიმუშის ტემპერატურა სწრაფად დაეცა. 5 წამის შემდეგ, ტემპერატურა 100°C-ზე დაბლა დაეცა, ხოლო გამყოფი ხაზიდან 80 მმ-ზე, 90 წამში ტემპერატურა დაახლოებით 210°C-მდე დაეცა. ტემპერატურის საშუალო ვარდნა 3.5°C/წმ-ია. ტერმინალური ჰაერის გაგრილების არეალში 90 წამის შემდეგ, ტემპერატურა დაახლოებით 360°C-მდე ეცემა, საშუალო ვარდნის სიჩქარით 1.9°C/წმ.
მუშაობის ანალიზისა და სიმულაციის შედეგების მეშვეობით დადგინდა, რომ წყლით გაგრილების არეალის და დაგვიანებული ჩაქრობის არეალის მუშაობა ცვლილების ნიმუშია, რომელიც თავდაპირველად მცირდება და შემდეგ ოდნავ იზრდება. გამყოფ ხაზთან ახლოს წყლით გაგრილების ზემოქმედებით, თბოგამტარობა იწვევს გარკვეულ არეალში ნიმუშის დაცემას წყლით გაგრილების სიჩქარეზე ნაკლებით (3.5°C/წმ). შედეგად, Mg2Si, რომელიც გამყარდა მატრიცაში, დიდი რაოდენობით დაილექა ამ არეალში და ტემპერატურა 90 წამის შემდეგ დაახლოებით 210°C-მდე დაეცა. დალექილი Mg2Si-ის დიდი რაოდენობა 90 წამის შემდეგ წყლით გაგრილების უფრო მცირე ეფექტს იწვევდა. დაძველების დამუშავების შემდეგ დალექილი Mg2Si გამაძლიერებელი ფაზის რაოდენობა მნიშვნელოვნად შემცირდა და შემდგომში შემცირდა ნიმუშის მუშაობაც. თუმცა, გამყოფი ხაზიდან შორს დაგვიანებული ჩაქრობის ზონაზე ნაკლებად მოქმედებს წყლით გაგრილების თბოგამტარობა და შენადნობი შედარებით ნელა ცივდება ჰაერით გაგრილების პირობებში (გაგრილების სიჩქარე 1.9°C/წმ). Mg2Si ფაზის მხოლოდ მცირე ნაწილი ილექება ნელა და ტემპერატურა 90 წმ-ის შემდეგ 360C-ია. წყლით გაგრილების შემდეგ, Mg2Si ფაზის უმეტესი ნაწილი კვლავ მატრიცაშია და დაძველების შემდეგ იფანტება და ილექება, რაც გამაძლიერებელ როლს ასრულებს.
3. დასკვნა
ექსპერიმენტებით დადგინდა, რომ დაგვიანებული ჩაქრობა ნორმალური ჩაქრობისა და დაგვიანებული ჩაქრობის გადაკვეთაზე დაგვიანებული ჩაქრობის ზონის სიმტკიცის თავდაპირველად შემცირებას და შემდეგ ოდნავ გაზრდას იწვევს, სანამ საბოლოოდ არ სტაბილიზდება.
6061 ალუმინის შენადნობისთვის, ნორმალური გაქრობის და 90 წამიანი დაგვიანებული გაქრობის შემდეგ დაჭიმვის სიმტკიცე შესაბამისად 342 მპა და 288 მპა-ა, ხოლო დენადობის ზღვარი 315 მპა და 252 მპა-ა, რაც ორივე აკმაყოფილებს ნიმუშის მუშაობის სტანდარტებს.
არსებობს ყველაზე დაბალი სიმტკიცის მქონე რეგიონი, რომელიც ნორმალური გაქრობის შემდეგ 95HB-დან 77HB-მდე მცირდება. აქაც ყველაზე დაბალია მახასიათებლები, 271MPa დაჭიმვის სიმტკიცით და 220MPa დენადობის ზღვარით.
ANSYS ანალიზის მეშვეობით დადგინდა, რომ 90-იანი წლების დაგვიანებული ჩაქრობის ზონაში ყველაზე დაბალ მაჩვენებელზე გაგრილების სიჩქარე წამში დაახლოებით 3.5°C-ით შემცირდა, რაც გამაძლიერებელი ფაზის Mg2Si ფაზის არასაკმარისი მყარი ხსნარის წარმოქმნას იწვევდა. ამ სტატიის თანახმად, ჩანს, რომ მაჩვენებლის საშიშროების წერტილი დაგვიანებული ჩაქრობის არეალში ჩნდება ნორმალური ჩაქრობისა და დაგვიანებული ჩაქრობის შეერთების ადგილას და შეერთების წერტილიდან არც თუ ისე შორს მდებარეობს, რასაც მნიშვნელოვანი სახელმძღვანელო მნიშვნელობა აქვს ექსტრუზიის კუდის ბოლოს პროცესის ნარჩენების გონივრული შენარჩუნებისთვის.
რედაქტირებულია მეი ჯიანგის მიერ MAT Aluminum-დან
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 28 აგვისტო
