肉厚の大きい 6061T6 アルミニウム合金は、熱間押出後に焼き入れする必要があります。不連続押出の制限により、プロファイルの一部が遅れて水冷ゾーンに入ります。次の短いインゴットが引き続き押出されると、プロファイルのこの部分は遅延焼入れを受けます。焼き入れ遅れ領域をどのように対処するかは、すべての制作会社が検討する必要がある課題です。押出最終プロセスの廃棄物が短い場合、採取された性能サンプルは認定される場合もあれば、認定されない場合もあります。側面からリサンプリングすると、パフォーマンスが再度認定されます。この記事では、実験を通じて対応する説明を提供します。
1. 試験材料と試験方法
今回の実験で使用した材質は6061アルミニウム合金です。スペクトル分析により測定された化学組成は次のとおりです。 GB/T 3190-1996 国際 6061 アルミニウム合金組成規格に準拠しています。
この実験では、押出プロファイルの一部を固溶体処理のために採取しました。長さ 400 mm のプロファイルは 2 つのエリアに分割されました。エリア 1 は直接水冷して急冷しました。エリア 2 は空冷で 90 秒間冷却し、その後水冷しました。テスト図を図 1 に示します。
この実験で使用した 6061 アルミニウム合金プロファイルは、4000UST 押出機によって押出成形されました。金型温度は 500°C、鋳造ロッド温度は 510°C、押出出口温度は 525°C、押出速度は 2.1 mm/s、押出プロセス中に強力な水冷が使用され、400 mm長さの試験片は、押し出された完成プロファイルの中央から採取されます。サンプルの幅は 150 mm、高さは 10.00 mm です。
採取したサンプルを小分けし、再度溶体化処理を行った。溶液温度は５３０℃、溶液時間は４時間であった。取り出したサンプルを水深100mmの大型水槽に入れました。 水槽を大きくすることで、ゾーン 1 のサンプルを水冷した後の水槽内の水温の変化が少なく、水温の上昇による水冷強度への影響を防ぐことができます。水冷プロセス中は、水温が20〜25℃の範囲内であることを確認してください。急冷したサンプルを 165℃×8 時間でエージングしました。
長さ400mm、幅30mm、厚さ10mmのサンプルの一部を採取し、ブリネル硬さ試験を行います。 10mmごとに5回測定します。 5つのブリネル硬さの平均値をこの時点のブリネル硬さの結果とし、硬さの変化パターンを観察します。
プロファイルの機械的特性がテストされ、引張平行セクション 60 mm が 400 mm サンプルのさまざまな位置で制御され、引張特性と破断位置が観察されました。
サンプルの水冷急冷および90秒の遅延後の急冷の温度領域をANSYSソフトウェアによってシミュレートし、さまざまな位置でのプロファイルの冷却速度を分析しました。
2. 実験結果と解析
2.1 硬さ試験結果
図2にブリネル硬さ試験機で測定した長さ400mmのサンプルの硬さ変化曲線を示します（横軸の単位長さは10mmを表し、0目盛りが通常焼入れと遅延焼入れの境界線です）。水冷端の硬度は95HB程度で安定していることが分かります。水冷焼入れと90年代遅れ水冷焼入れの境界線を過ぎると硬度は低下し始めますが、初期段階では低下速度が緩やかです。 40mm(89HB)を過ぎると硬度は急激に低下し、80mmで最低値(77HB)まで低下します。 80mm以降も硬度は低下し続けるのではなく、ある程度増加しました。増加は比較的小さかった。 130mm以降も硬度は83HB程度で変化なし。熱伝導の影響により、遅れ焼入れ部の冷却速度が変化したものと推測される。
2.2 性能テストの結果と分析
表 2 は、平行断面のさまざまな位置から採取したサンプルに対して実施した引張実験の結果を示しています。 No.1とNo.2の引張強さ、降伏強さはほとんど変化していないことが分かります。遅延焼入れの割合が増加するにつれて、合金の引張強度と降伏強度は大幅に低下する傾向を示します。ただし、各採取箇所の引張強度は基準強度を上回っています。硬度が最も低い領域のみ、降伏強度がサンプル標準より低く、サンプルの性能は不適格です。
試料No.3の引張特性結果を図4に示す。図4より、分割線から離れるほど遅れ焼入れ端部の硬さが低下することがわかる。硬度の減少は、サンプルの性能が低下していることを示していますが、硬度はゆっくりと減少し、平行セクションの終わりで 95HB から約 91HB まで減少するだけです。表1の性能結果からわかるように、水冷では引張強さが342MPaから320MPaに低下しました。同時に、引張サンプルの破断点も最も硬度の低い平行断面の端にあることがわかりました。これは水冷から遠いため合金性能が低下し、端部が先に引張強度限界に達してネッキングが発生するためである。最後に、最低パフォーマンス ポイントからブレークします。ブレーク位置はパフォーマンス テストの結果と一致します。
図5に試料No.4の平行部の硬さ曲線と破断位置を示す。水冷分割線から遠ざかるほど遅れ焼入れ端部の硬さが低下していることがわかる。同時に破断位置も硬度が最も低い端部である86HB破断となっています。表２より、水冷端では塑性変形がほとんどないことがわかる。表１より、サンプル性能（引張強さ２９８ＭＰａ、降伏点２６６ＭＰａ）が大幅に低下していることが分かる。引張強さは298MPaに過ぎず、水冷端の降伏強さ（315MPa）には達しません。 315MPa以下では端部がくびれを起こします。破断前は、水冷部分では弾性変形のみが発生していました。応力がなくなると水冷端のひずみもなくなりました。その結果、表２の水冷ゾーンの変形量はほとんど変化しなかった。サンプルは遅延速度火災の終了時に破損し、変形領域が減少し、端部の硬度が最も低くなり、結果として性能結果が大幅に低下します。
400mm 試験片の端にある 100% 遅延焼入れ領域からサンプルを採取します。図6に硬度曲線を示します。平行部の硬度は83～84HB程度まで低くなり比較的安定しています。同じプロセスのため、性能はほぼ同じです。骨折位置には明らかなパターンは見つかりません。合金の性能は水冷サンプルよりも低くなります。
性能と破壊の規則性をさらに調査するために、硬度の最低点 (77HB) 付近の引張試験片の平行断面が選択されました。表 1 より、性能が大幅に低下し、図 2 の硬度の最低点に破断点が現れていることがわかりました。
2.3 ANSYSの分析結果
図 7 は、さまざまな位置での冷却曲線の ANSYS シミュレーションの結果を示しています。水冷エリアのサンプル温度が急激に低下していることがわかります。 5秒後、温度は100℃以下に下がり、分割線から80mmのところで90秒で約210℃まで下がりました。平均温度低下は 3.5°C/秒です。ターミナル空冷エリアで 90 秒後、温度は約 360°C まで低下し、平均降下速度は 1.9°C/s です。
性能解析とシミュレーションの結果、水冷部と遅れ焼入れ部の性能は、一旦低下し、その後若干上昇する変化パターンであることが判明した。分割線付近では水冷の影響を受け、熱伝導により一定領域の試料は水冷（3.5℃/s）よりも遅い冷却速度で低下します。その結果、マトリックス中に凝固したMg2Siがこの領域に大量に析出し、90秒後には温度が約210℃まで低下した。多量の Mg2Si が析出したため、90 秒後の水冷の効果は小さくなりました。時効処理後に析出する Mg2Si 強化相の量は大幅に減少し、その後サンプルの性能が低下しました。しかし、分割線から遠く離れた遅れ焼入れ領域では水冷熱伝導の影響が少なく、空冷条件下では比較的ゆっくりと冷却されます（冷却速度1.9℃/s）。 Mg2Si 相のごく一部だけがゆっくりと析出し、90 秒後の温度は 360℃になります。水冷後、Mg2Si 相の大部分は依然としてマトリックス内にあり、時効後に分散および析出し、強化の役割を果たします。
3. 結論
遅延焼入れを行うと、通常焼入れと遅延焼入れが交差する部分の遅延焼入れ部分の硬さが最初は低下し、その後わずかに増加して最終的に安定することが実験により判明しました。
6061 アルミニウム合金の場合、通常焼入れおよび遅延焼入れ 90 秒後の引張強さはそれぞれ 342MPa および 288MPa、降伏強さは 315MPa および 252MPa であり、いずれもサンプルの性能基準を満たしています。
最も硬度が低い領域があり、通常の焼入れ後は 95HB から 77HB に低下します。こちらの性能も最低で、引張強さは271MPa、降伏強さは220MPaとなっています。
ANSYS 解析により、90 年代の遅れ焼入れゾーンの最低性能点での冷却速度が 1 秒あたり約 3.5 ℃ 低下し、その結果、強化相である Mg2Si 相の固溶が不十分であることが判明しました。この記事によると、性能の危険点は通常の焼入れと遅延焼入れの接合部の遅延焼入れ領域に現れ、接合部から遠く離れていないことがわかります。これは、押出テールの適切な保持にとって重要な指針となる重要な意味を持っています。最終工程の無駄。
MAT Aluminium の May Jiang が編集
投稿日時: 2024 年 8 月 28 日
