ગરમ એક્સટ્રુઝન પછી મોટી દિવાલ જાડાઈ 6061T6 એલ્યુમિનિયમ એલોયને શાંત કરવાની જરૂર છે. અસંગત એક્સટ્રુઝનની મર્યાદાને કારણે, પ્રોફાઇલનો એક ભાગ વિલંબ સાથે વોટર-કૂલિંગ ઝોનમાં પ્રવેશ કરશે. જ્યારે આગામી શોર્ટ ઇન્ગોટને બહાર કાઢવાનું ચાલુ રાખવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રોફાઇલનો આ ભાગ વિલંબિત ક્વેન્ચિંગમાંથી પસાર થશે. વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ ક્ષેત્રનો સામનો કેવી રીતે કરવો તે એક મુદ્દો છે જેનો દરેક ઉત્પાદન કંપનીએ વિચાર કરવો જોઈએ. જ્યારે એક્સટ્રુઝન ટેઇલ એન્ડ પ્રોસેસ કચરો ઓછો હોય છે, ત્યારે લેવામાં આવેલા પ્રદર્શન નમૂનાઓ ક્યારેક લાયક હોય છે અને ક્યારેક અયોગ્ય હોય છે. બાજુથી ફરીથી નમૂના લેતી વખતે, પ્રદર્શન ફરીથી લાયક બને છે. આ લેખ પ્રયોગો દ્વારા અનુરૂપ સમજૂતી આપે છે.
૧. પરીક્ષણ સામગ્રી અને પદ્ધતિઓ
આ પ્રયોગમાં વપરાયેલ સામગ્રી 6061 એલ્યુમિનિયમ એલોય છે. સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ દ્વારા માપવામાં આવતી તેની રાસાયણિક રચના નીચે મુજબ છે: તે GB/T 3190-1996 આંતરરાષ્ટ્રીય 6061 એલ્યુમિનિયમ એલોય રચના ધોરણનું પાલન કરે છે.
આ પ્રયોગમાં, એક્સટ્રુડેડ પ્રોફાઇલનો એક ભાગ ઘન દ્રાવણની સારવાર માટે લેવામાં આવ્યો હતો. 400 મીમી લાંબી પ્રોફાઇલને બે વિસ્તારોમાં વિભાજિત કરવામાં આવી હતી. ક્ષેત્ર 1 ને સીધા જ પાણીથી ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું અને શાંત કરવામાં આવ્યું હતું. ક્ષેત્ર 2 ને 90 સેકન્ડ માટે હવામાં ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી પાણીથી ઠંડુ કરવામાં આવ્યું હતું. પરીક્ષણ આકૃતિ આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે.
આ પ્રયોગમાં વપરાયેલ 6061 એલ્યુમિનિયમ એલોય પ્રોફાઇલ 4000UST એક્સ્ટ્રુડર દ્વારા બહાર કાઢવામાં આવી હતી. મોલ્ડ તાપમાન 500°C છે, કાસ્ટિંગ રોડ તાપમાન 510°C છે, એક્સ્ટ્રુઝન આઉટલેટ તાપમાન 525°C છે, એક્સ્ટ્રુઝન ઝડપ 2.1mm/s છે, એક્સ્ટ્રુઝન પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉચ્ચ-તીવ્રતાવાળા પાણીના ઠંડકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને એક્સ્ટ્રુડેડ ફિનિશ્ડ પ્રોફાઇલની વચ્ચેથી 400mm લંબાઈનો ટેસ્ટ પીસ લેવામાં આવે છે. નમૂનાની પહોળાઈ 150mm છે અને ઊંચાઈ 10.00mm છે.
લેવામાં આવેલા નમૂનાઓને વિભાજીત કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી ફરીથી દ્રાવણની સારવાર આપવામાં આવી હતી. દ્રાવણનું તાપમાન 530°C હતું અને દ્રાવણનો સમય 4 કલાકનો હતો. તેમને બહાર કાઢ્યા પછી, નમૂનાઓને 100mm ની પાણીની ઊંડાઈવાળી મોટી પાણીની ટાંકીમાં મૂકવામાં આવ્યા હતા. મોટી પાણીની ટાંકી ખાતરી કરી શકે છે કે ઝોન 1 માં નમૂનાને પાણીથી ઠંડુ કર્યા પછી પાણીની ટાંકીમાં પાણીનું તાપમાન થોડું બદલાય છે, જેનાથી પાણીના તાપમાનમાં વધારો પાણીની ઠંડકની તીવ્રતાને અસર કરતું નથી. પાણીની ઠંડક પ્રક્રિયા દરમિયાન, ખાતરી કરો કે પાણીનું તાપમાન 20-25°C ની રેન્જમાં હોય. ઠંડક પામેલા નમૂનાઓ 165°C*8h પર વૃદ્ધ હતા.
નમૂનાનો એક ભાગ 400 મીમી લાંબો, 30 મીમી પહોળો અને 10 મીમી જાડા લો, અને બ્રિનેલ કઠિનતા પરીક્ષણ કરો. દર 10 મીમી પર 5 માપન કરો. આ બિંદુએ બ્રિનેલ કઠિનતા પરિણામ તરીકે 5 બ્રિનેલ કઠિનતાનું સરેરાશ મૂલ્ય લો, અને કઠિનતામાં ફેરફાર પેટર્નનું અવલોકન કરો.
પ્રોફાઇલના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને તાણ ગુણધર્મો અને ફ્રેક્ચર સ્થાનનું નિરીક્ષણ કરવા માટે 400 મીમી નમૂનાના વિવિધ સ્થાનો પર તાણ સમાંતર વિભાગ 60 મીમીનું નિયંત્રણ કરવામાં આવ્યું હતું.
નમૂનાના વોટર-કૂલ્ડ ક્વેન્ચિંગ અને 90 ના દાયકાના વિલંબ પછી ક્વેન્ચિંગના તાપમાન ક્ષેત્રનું ANSYS સોફ્ટવેર દ્વારા સિમ્યુલેટ કરવામાં આવ્યું હતું, અને વિવિધ સ્થાનો પર પ્રોફાઇલ્સના ઠંડક દરનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
2. પ્રાયોગિક પરિણામો અને વિશ્લેષણ
૨.૧ કઠિનતા પરીક્ષણ પરિણામો
આકૃતિ 2 બ્રિનેલ કઠિનતા પરીક્ષક દ્વારા માપવામાં આવેલા 400mm લાંબા નમૂનાના કઠિનતા પરિવર્તન વળાંક દર્શાવે છે (એબ્સિસાની એકમ લંબાઈ 10mm દર્શાવે છે, અને 0 સ્કેલ એ સામાન્ય ક્વેન્ચિંગ અને વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ વચ્ચે વિભાજન રેખા છે). તે શોધી શકાય છે કે વોટર-કૂલ્ડ છેડે કઠિનતા લગભગ 95HB પર સ્થિર છે. વોટર-કૂલ્ડિંગ ક્વેન્ચિંગ અને વિલંબિત 90 ના દાયકાના વોટર-કૂલ્ડિંગ ક્વેન્ચિંગ વચ્ચે વિભાજન રેખા પછી, કઠિનતા ઘટવાનું શરૂ થાય છે, પરંતુ પ્રારંભિક તબક્કામાં ઘટાડો દર ધીમો છે. 40mm (89HB) પછી, કઠિનતા ઝડપથી ઘટી જાય છે, અને 80mm પર સૌથી નીચા મૂલ્ય (77HB) સુધી ઘટી જાય છે. 80mm પછી, કઠિનતા ઘટતી રહી નહીં, પરંતુ ચોક્કસ હદ સુધી વધી. વધારો પ્રમાણમાં નાનો હતો. 130mm પછી, કઠિનતા લગભગ 83HB પર યથાવત રહી. એવું અનુમાન કરી શકાય છે કે ગરમી વહનની અસરને કારણે, વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ ભાગનો ઠંડક દર બદલાઈ ગયો.
૨.૨ પ્રદર્શન પરીક્ષણ પરિણામો અને વિશ્લેષણ
કોષ્ટક 2 સમાંતર વિભાગના વિવિધ સ્થાનોમાંથી લેવામાં આવેલા નમૂનાઓ પર હાથ ધરવામાં આવેલા તાણ પ્રયોગોના પરિણામો દર્શાવે છે. તે શોધી શકાય છે કે નંબર 1 અને નંબર 2 ની તાણ શક્તિ અને ઉપજ શક્તિમાં લગભગ કોઈ ફેરફાર થયો નથી. વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ એન્ડ્સનું પ્રમાણ વધતાં, એલોયની તાણ શક્તિ અને ઉપજ શક્તિ નોંધપાત્ર ઘટાડો વલણ દર્શાવે છે. જો કે, દરેક નમૂના સ્થાન પર તાણ શક્તિ પ્રમાણભૂત શક્તિ કરતા વધારે છે. ફક્ત સૌથી ઓછી કઠિનતાવાળા વિસ્તારમાં, ઉપજ શક્તિ નમૂના ધોરણ કરતા ઓછી હોય છે, નમૂનાનું પ્રદર્શન અયોગ્ય છે.
આકૃતિ 4 નમૂના નંબર 3 ના તાણ ગુણધર્મોના પરિણામો દર્શાવે છે. આકૃતિ 4 પરથી જોઈ શકાય છે કે વિભાજન રેખાથી જેટલું દૂર હશે, વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ અંતની કઠિનતા ઓછી થશે. કઠિનતામાં ઘટાડો સૂચવે છે કે નમૂનાનું પ્રદર્શન ઘટે છે, પરંતુ કઠિનતા ધીમે ધીમે ઘટે છે, ફક્ત સમાંતર વિભાગના અંતે 95HB થી ઘટીને લગભગ 91HB થાય છે. કોષ્ટક 1 માં પ્રદર્શન પરિણામો પરથી જોઈ શકાય છે તેમ, પાણી ઠંડક માટે તાણ શક્તિ 342MPa થી ઘટીને 320MPa થઈ ગઈ છે. તે જ સમયે, એવું જાણવા મળ્યું કે તાણ નમૂનાનો ફ્રેક્ચર બિંદુ પણ સમાંતર વિભાગના અંતે સૌથી ઓછી કઠિનતા સાથે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે તે પાણી ઠંડકથી ખૂબ દૂર છે, એલોયનું પ્રદર્શન ઘટે છે, અને અંત પહેલા તાણ શક્તિ મર્યાદા સુધી પહોંચે છે જેથી નીચે એક ગળું બને. અંતે, સૌથી નીચા પ્રદર્શન બિંદુથી બ્રેક કરો, અને બ્રેક સ્થિતિ પ્રદર્શન પરીક્ષણ પરિણામો સાથે સુસંગત છે.
આકૃતિ 5 નમૂના નંબર 4 ના સમાંતર વિભાગના કઠિનતા વળાંક અને ફ્રેક્ચર સ્થિતિ દર્શાવે છે. તે શોધી શકાય છે કે પાણી-ઠંડક વિભાજન રેખાથી જેટલું દૂર હશે, વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ છેડાની કઠિનતા ઓછી હશે. તે જ સમયે, ફ્રેક્ચર સ્થાન પણ છેડે છે જ્યાં કઠિનતા સૌથી ઓછી છે, 86HB ફ્રેક્ચર. કોષ્ટક 2 માંથી, એવું જાણવા મળ્યું છે કે પાણી-ઠંડુ છેડે લગભગ કોઈ પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ નથી. કોષ્ટક 1 માંથી, એવું જાણવા મળ્યું છે કે નમૂનાનું પ્રદર્શન (તાણ શક્તિ 298MPa, ઉપજ 266MPa) નોંધપાત્ર રીતે ઘટ્યું છે. તાણ શક્તિ ફક્ત 298MPa છે, જે પાણી-ઠંડુ છેડાની ઉપજ શક્તિ (315MPa) સુધી પહોંચતી નથી. જ્યારે તે 315MPa કરતા ઓછી હોય છે ત્યારે છેડે નીચે તરફ ગરદન બનાવી છે. ફ્રેક્ચર પહેલાં, પાણી-ઠંડુ વિસ્તારમાં ફક્ત સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ થઈ હતી. જેમ જેમ તણાવ અદૃશ્ય થઈ ગયો, પાણી-ઠંડુ છેડા પરનો તાણ અદૃશ્ય થઈ ગયો. પરિણામે, કોષ્ટક 2 માં વોટર-કૂલિંગ ઝોનમાં વિકૃતિની માત્રામાં લગભગ કોઈ ફેરફાર થયો નથી. વિલંબિત દર આગના અંતે નમૂના તૂટી જાય છે, વિકૃત વિસ્તાર ઘટે છે, અને અંતિમ કઠિનતા સૌથી ઓછી હોય છે, જેના પરિણામે કામગીરીના પરિણામોમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે.
400 મીમી નમૂનાના અંતે 100% વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ વિસ્તારમાંથી નમૂના લો. આકૃતિ 6 કઠિનતા વળાંક દર્શાવે છે. સમાંતર વિભાગની કઠિનતા લગભગ 83-84HB સુધી ઘટી ગઈ છે અને પ્રમાણમાં સ્થિર છે. સમાન પ્રક્રિયાને કારણે, કામગીરી લગભગ સમાન છે. ફ્રેક્ચર સ્થિતિમાં કોઈ સ્પષ્ટ પેટર્ન જોવા મળતી નથી. એલોયનું પ્રદર્શન પાણી-ક્વેન્ચ્ડ નમૂના કરતા ઓછું છે.
કામગીરી અને ફ્રેક્ચરની નિયમિતતાનું વધુ અન્વેષણ કરવા માટે, તાણ નમૂનાના સમાંતર વિભાગને કઠિનતાના સૌથી નીચા બિંદુ (77HB) ની નજીક પસંદ કરવામાં આવ્યો હતો. કોષ્ટક 1 માંથી, એવું જાણવા મળ્યું કે કામગીરી નોંધપાત્ર રીતે ઓછી થઈ ગઈ હતી, અને ફ્રેક્ચર બિંદુ આકૃતિ 2 માં કઠિનતાના સૌથી નીચા બિંદુ પર દેખાયો હતો.
૨.૩ ANSYS વિશ્લેષણ પરિણામો
આકૃતિ 7 વિવિધ સ્થાનો પર ઠંડક વળાંકોના ANSYS સિમ્યુલેશનના પરિણામો દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે પાણી-ઠંડક ક્ષેત્રમાં નમૂનાનું તાપમાન ઝડપથી ઘટ્યું. 5 સેકંડ પછી, તાપમાન 100°C થી નીચે આવી ગયું, અને વિભાજન રેખાથી 80mm દૂર, 90 સેકંડમાં તાપમાન લગભગ 210°C સુધી ઘટી ગયું. સરેરાશ તાપમાનમાં ઘટાડો 3.5°C/s છે. ટર્મિનલ એર કૂલિંગ વિસ્તારમાં 90 સેકન્ડ પછી, તાપમાન લગભગ 360°C સુધી ઘટી જાય છે, જેનો સરેરાશ ઘટાડો દર 1.9°C/s છે.
પ્રદર્શન વિશ્લેષણ અને સિમ્યુલેશન પરિણામો દ્વારા, એવું જાણવા મળ્યું છે કે પાણી-ઠંડક વિસ્તાર અને વિલંબિત શમન ક્ષેત્રનું પ્રદર્શન એક પરિવર્તન પેટર્ન છે જે પહેલા ઘટે છે અને પછી થોડું વધે છે. વિભાજન રેખાની નજીક પાણીના ઠંડકથી પ્રભાવિત, ગરમી વહન ચોક્કસ વિસ્તારમાં નમૂનાને પાણીના ઠંડક (3.5°C/s) કરતા ઓછા ઠંડક દરે નીચે આવવાનું કારણ બને છે. પરિણામે, Mg2Si, જે મેટ્રિક્સમાં ઘન બન્યું, આ વિસ્તારમાં મોટી માત્રામાં અવક્ષેપિત થયું, અને તાપમાન 90 સેકન્ડ પછી લગભગ 210°C સુધી ઘટી ગયું. Mg2Si ની મોટી માત્રામાં અવક્ષેપિત થવાથી 90 સેકન્ડ પછી પાણીના ઠંડકની અસર ઓછી થઈ. વૃદ્ધત્વ સારવાર પછી અવક્ષેપિત Mg2Si મજબૂતીકરણ તબક્કાનું પ્રમાણ ખૂબ જ ઓછું થયું, અને નમૂનાનું પ્રદર્શન ત્યારબાદ ઘટ્યું. જો કે, વિભાજન રેખાથી દૂર વિલંબિત શમન ક્ષેત્ર પાણીના ઠંડક ગરમી વહનથી ઓછું પ્રભાવિત થાય છે, અને એલોય હવાના ઠંડકની સ્થિતિમાં પ્રમાણમાં ધીમે ધીમે ઠંડુ થાય છે (ઠંડક દર 1.9°C/s). Mg2Si તબક્કાનો માત્ર એક નાનો ભાગ ધીમે ધીમે અવક્ષેપિત થાય છે, અને 90 ના દાયકા પછી તાપમાન 360C હોય છે. પાણી ઠંડુ થયા પછી, મોટાભાગનો Mg2Si તબક્કો હજુ પણ મેટ્રિક્સમાં હોય છે, અને તે વૃદ્ધત્વ પછી વિખેરાઈ જાય છે અને અવક્ષેપિત થાય છે, જે મજબૂતીકરણની ભૂમિકા ભજવે છે.
3. નિષ્કર્ષ
પ્રયોગો દ્વારા એવું જાણવા મળ્યું છે કે વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ સામાન્ય ક્વેન્ચિંગ અને વિલંબિત ક્વેન્ચિંગના આંતરછેદ પર વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ ઝોનની કઠિનતાનું કારણ બનશે, જે પહેલા ઘટશે અને પછી તે આખરે સ્થિર ન થાય ત્યાં સુધી થોડી વધશે.
6061 એલ્યુમિનિયમ એલોય માટે, સામાન્ય ક્વેન્ચિંગ અને 90 સેકન્ડ માટે વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ પછી તાણ શક્તિ અનુક્રમે 342MPa અને 288MPa છે, અને ઉપજ શક્તિ 315MPa અને 252MPa છે, જે બંને નમૂના પ્રદર્શન ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે.
સૌથી ઓછી કઠિનતા ધરાવતો પ્રદેશ છે, જે સામાન્ય ક્વેન્ચિંગ પછી 95HB થી ઘટાડીને 77HB કરવામાં આવે છે. અહીંનું પ્રદર્શન પણ સૌથી ઓછું છે, જેની તાણ શક્તિ 271MPa અને ઉપજ શક્તિ 220MPa છે.
ANSYS વિશ્લેષણ દ્વારા, એવું જાણવા મળ્યું કે 90 ના દાયકાના વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ ઝોનમાં સૌથી નીચા પ્રદર્શન બિંદુ પર ઠંડક દર આશરે 3.5°C પ્રતિ સેકન્ડ ઘટ્યો હતો, જેના પરિણામે મજબૂતીકરણ તબક્કા Mg2Si તબક્કાનું અપૂરતું ઘન દ્રાવણ બન્યું. આ લેખ મુજબ, તે જોઈ શકાય છે કે પ્રદર્શન જોખમ બિંદુ સામાન્ય ક્વેન્ચિંગ અને વિલંબિત ક્વેન્ચિંગના જંકશન પર વિલંબિત ક્વેન્ચિંગ ક્ષેત્રમાં દેખાય છે, અને તે જંકશનથી દૂર નથી, જે એક્સટ્રુઝન ટેઇલ એન્ડ પ્રોસેસ કચરાના વાજબી રીટેન્શન માટે મહત્વપૂર્ણ માર્ગદર્શક મહત્વ ધરાવે છે.
MAT એલ્યુમિનિયમમાંથી મે જિયાંગ દ્વારા સંપાદિત
પોસ્ટ સમય: ઓગસ્ટ-28-2024
