6061T6 aluminiozko aleazio horma handiko lodiera estrusio beroaren ondoren hoztu behar da. Estrusio etenaren mugak direla eta, profilaren zati bat atzerapen batekin sartuko da ur-hozte eremuan. Hurrengo lingote laburra estrusioan jarraitzen denean, profilaren zati honek hozte atzeratua jasango du. Atzeratutako hozte eremuari nola aurre egin ekoizpen-enpresa guztiek kontuan hartu behar duten gaia da. Estrusio amaierako prozesuko hondakinak laburrak direnean, hartutako errendimendu-laginak batzuetan kualifikatuak dira eta beste batzuetan kualifikatu gabe. Albotik berriro lagintzen denean, errendimendua berriro kualifikatzen da. Artikulu honek dagokion azalpena ematen du esperimentuen bidez.
1. Proba-materialak eta -metodoak
Esperimentu honetan erabilitako materiala 6061 aluminiozko aleazioa da. Bere konposizio kimikoa analisi espektralaren bidez neurtua honako hau da: GB/T 3190-1996 nazioarteko 6061 aluminiozko aleazioaren konposizio-arauarekin bat dator.
Esperimentu honetan, estrusio-profilaren zati bat hartu zen disoluzio solidoan tratatzeko. 400 mm-ko luzera zuen profila bi eremutan banatu zen. 1. eremua zuzenean urarekin hoztu eta hoztu zen. 2. eremua airean hoztu zen 90 segundoz eta ondoren urarekin hoztu zen. Probaren diagrama 1. irudian ageri da.
Esperimentu honetan erabilitako 6061 aluminiozko aleaziozko profila 4000UST estrusore batekin estrusatu da. Moldearen tenperatura 500 °C da, galdaketa-hagaren tenperatura 510 °C da, estrusioaren irteerako tenperatura 525 °C da, estrusio-abiadura 2,1 mm/s da, intentsitate handiko ur-hozte sistema erabiltzen da estrusio-prozesuan, eta 400 mm-ko luzerako proba-pieza bat hartzen da estrusatutako amaitutako profilaren erdialdetik. Laginaren zabalera 150 mm da eta altuera 10,00 mm.
Hartutako laginak zatitu eta berriro disoluzio-tratamendura eraman ziren. Disoluzioaren tenperatura 530 °C-koa zen eta disoluzio-denbora 4 ordukoa. Atera ondoren, laginak 100 mm-ko sakonera zuen ur-tanga handi batean jarri ziren. Ur-tanga handiagoak bermatzen du ur-tangako uraren tenperatura gutxi aldatzen dela 1. eremuko lagina urez hoztu ondoren, uraren tenperaturaren igoerak uraren hozte-intentsitatean eragina izan ez dezan. Ura hozteko prozesuan, ziurtatu uraren tenperatura 20-25 °C-ko tartean dagoela. Hoztutako laginak 165 °C*8 ordutan zahartu ziren.
Hartu laginaren 400 mm luze, 30 mm zabal eta 10 mm lodi den zati bat, eta egin Brinell gogortasun proba bat. Egin 5 neurketa 10 mm-ko bakoitzean. Hartu 5 Brinell gogortasunen batez besteko balioa Brinell gogortasun emaitza gisa puntu honetan, eta behatu gogortasunaren aldaketa eredua.
Profilaren propietate mekanikoak probatu ziren, eta 60 mm-ko trakzio-sekzio paraleloa kontrolatu zen 400 mm-ko laginaren posizio desberdinetan trakzio-propietateak eta hausturaren kokapena behatzeko.
Laginaren urarekin hoztutako hoztearen tenperatura-eremua eta 90 segundoko atzerapenaren ondorengo hoztea ANSYS softwarearen bidez simulatu ziren, eta profileko hozte-tasak posizio desberdinetan aztertu ziren.
2. Esperimentuen emaitzak eta analisia
2.1 Gogortasun-probaren emaitzak
2. irudiak Brinell gogortasun-probatzaile batekin neurtutako 400 mm-ko luzerako lagin baten gogortasun-aldaketaren kurba erakusten du (abzisaren luzera unitarioak 10 mm adierazten du, eta 0 eskala hozte normalaren eta hozte atzeratuaren arteko marra da). Urarekin hoztutako muturreko gogortasuna 95 HB inguruan egonkorra dela ikus daiteke. Urarekin hozteko hoztearen eta 90 segundoko urarekin hozteko hozte atzeratuaren arteko marra igaro ondoren, gogortasuna jaisten hasten da, baina beherakada-tasa motela da hasierako fasean. 40 mm-ren ondoren (89 HB), gogortasuna nabarmen jaisten da, eta balio baxuenera (77 HB) jaisten da 80 mm-tan. 80 mm-ren ondoren, gogortasunak ez zuen jaisten jarraitu, baina neurri batean handitu zen. Igoera nahiko txikia izan zen. 130 mm-ren ondoren, gogortasuna aldatu gabe mantendu zen 83 HB inguruan. Espekula daiteke bero-eroapenaren efektuagatik, hozte atzeratuaren zatiaren hozte-tasa aldatu egin zela.
2.2 Errendimendu-proben emaitzak eta analisia
2. taulak sekzio paraleloaren posizio desberdinetatik hartutako laginetan egindako trakzio-esperimentuen emaitzak erakusten ditu. Ikus daiteke 1. eta 2. zenbakikoen trakzio-erresistentzia eta elastikotasun-erresistentzia ia ez direla aldatzen. Atzeratutako tenplatze-muturren proportzioa handitzen den heinean, aleazioaren trakzio-erresistentzia eta elastikotasun-erresistentzia beheranzko joera nabarmena erakusten dute. Hala ere, laginketa-kokapen bakoitzean trakzio-erresistentzia estandarraren gainetik dago. Gogortasun txikiena duen eremuan bakarrik da elastikotasun-erresistentzia laginaren estandarra baino txikiagoa, laginaren errendimendua ez da kalifikagarria.
4. irudiak 3. laginaren trakzio-propietateen emaitzak erakusten ditu. 4. iruditik ikus daitekeenez, zatitze-lerrotik zenbat eta urrunago egon, orduan eta txikiagoa da atzeratutako hozte-muturraren gogortasuna. Gogortasunaren jaitsierak laginaren errendimendua murriztu egiten dela adierazten du, baina gogortasuna poliki-poliki gutxitzen da, 95HB-tik 91HB ingurura bakarrik jaitsiz sekzio paraleloaren amaieran. 1. taulako errendimendu-emaitzetan ikus daitekeen bezala, trakzio-erresistentzia 342MPa-tik 320MPa-ra jaitsi zen ur bidezko hoztean. Aldi berean, ikusi zen trakzio-laginaren haustura-puntua gogortasun txikieneko sekzio paraleloaren amaieran ere dagoela. Hau da, ur bidezko hoztetik urrun dagoenez, aleazioaren errendimendua murriztu egiten da, eta muturrak lehenengo trakzio-erresistentziaren mugara iristen da lepoa sortzeko. Azkenik, errendimendu-puntu baxuenetik hausten da, eta haustura-posizioa errendimendu-proben emaitzekin bat dator.
5. irudiak 4. laginaren sekzio paraleloaren gogortasun kurba eta hausturaren posizioa erakusten ditu. Ikus daiteke ur-hozte banaketa-lerrotik zenbat eta urrunago egon, orduan eta txikiagoa dela atzeratutako hozte-muturraren gogortasuna. Aldi berean, hausturaren kokapena gogortasun baxuena duen muturrean ere badago, 86HB hausturetan. 2. taulan ikusten da ia ez dagoela deformazio plastikorik ur-hoztutako muturrean. 1. taulan ikusten da laginaren errendimendua (trakzio-erresistentzia 298MPa, etekina 266MPa) nabarmen murrizten dela. Trakzio-erresistentzia 298MPa baino ez da, eta ez da iristen ur-hoztutako muturraren etekin-erresistentziara (315MPa). Muturrak lepoa sortu du 315MPa baino txikiagoa denean. Haustura baino lehen, deformazio elastikoa bakarrik gertatzen zen ur-hoztutako eremuan. Tentsioa desagertzen zen heinean, ur-hoztutako muturreko deformazioa desagertu egiten zen. Ondorioz, 2. taulan ur-hozte eremuko deformazio-kantitatea ia ez da aldatzen. Lagina atzeratutako su-tasaren amaieran hausten da, deformatutako eremua murrizten da eta muturreko gogortasuna da baxuena, eta horren ondorioz errendimendu-emaitzetan murrizketa nabarmena gertatzen da.
Hartu laginak % 100eko atzerapeneko hozte-eremutik, 400 mm-ko laginaren amaieran. 6. irudiak gogortasun-kurba erakusten du. Sekzio paraleloaren gogortasuna 83-84HB ingurura murrizten da eta nahiko egonkorra da. Prozesu berari esker, errendimendua gutxi gorabehera berdina da. Ez da eredu nabarmenik ikusten haustura-posizioan. Aleazioaren errendimendua uretan hoztutako laginarena baino txikiagoa da.
Errendimenduaren eta hausturaren erregulartasuna gehiago aztertzeko, trakzio-laginaren sekzio paraleloa gogortasun-puntu baxuenetik gertu hautatu zen (77HB). 1. taulan ikusi zen errendimendua nabarmen murriztu zela, eta haustura-puntua gogortasun-puntu baxuenean agertu zela 2. irudian.
2.3 ANSYS analisi emaitzak
7. irudiak ANSYS simulazioaren emaitzak erakusten ditu hozte-kurben posizio desberdinetan. Ikus daiteke laginaren tenperatura ur-hozte eremuan azkar jaitsi zela. 5 segundo igaro ondoren, tenperatura 100 °C-tik behera jaitsi zen, eta banaketa-lerrotik 80 mm-ra, tenperatura 210 °C ingurura jaitsi zen 90 segundotan. Batez besteko tenperatura-jaitsiera 3,5 °C/s da. Terminaleko aire-hozte eremuan 90 segundo igaro ondoren, tenperatura 360 °C ingurura jaisten da, 1,9 °C/s-ko batez besteko jaitsiera-tasarekin.
Errendimenduaren analisi eta simulazio emaitzen bidez, ikusi da ur-hozte eremuaren eta atzeratutako hozte eremuaren errendimendua lehenik gutxitzen den eta gero apur bat handitzen den aldaketa-eredua dela. Zatitze-lerroaren ondoan ur-hozteak eraginda, bero-eroapenak eremu jakin bateko lagina ur-hozteak baino hozte-abiadura txikiagoan jaistea eragiten du (3,5 °C/s). Ondorioz, matrizean solidotutako Mg2Si kantitate handitan prezipitatu zen eremu horretan, eta tenperatura 210 °C ingurura jaitsi zen 90 segundo igaro ondoren. Prezipitatutako Mg2Si kopuru handiak ur-hoztearen efektu txikiagoa ekarri zuen 90 segundo igaro ondoren. Zahartze-tratamenduaren ondoren prezipitatutako Mg2Si indartze-fasearen kantitatea asko murriztu zen, eta ondoren laginaren errendimendua murriztu zen. Hala ere, zatitze-lerrotik urrun dagoen atzeratutako hozte eremua ur-hoztearen bero-eroapenak gutxiago eragiten dio, eta aleazioa nahiko poliki hozten da aire-hozte baldintzetan (hozte-abiadura 1,9 °C/s). Mg2Si fasearen zati txiki bat bakarrik prezipitatzen da poliki, eta tenperatura 360 °C-koa da 90 segundoren ondoren. Urarekin hoztu ondoren, Mg2Si fasearen gehiena matrizean dago oraindik, eta zahartu ondoren sakabanatu eta prezipitatu egiten da, eta horrek indartze-eginkizuna betetzen du.
3. Ondorioa
Esperimentuen bidez aurkitu zen hozte atzeratuak hozte normalaren eta hozte atzeratuaren arteko elkargunean dagoen hozte atzeratuaren eremuaren gogortasuna lehenik gutxitzea eta gero apur bat handitzea eragiten duela, azkenean egonkortu arte.
6061 aluminiozko aleazioarentzat, tenplatze normalaren eta 90 segundoko tenplatze atzeratuaren ondoren trakzio-erresistentziak 342MPa eta 288MPa dira, hurrenez hurren, eta etekin-erresistentziak 315MPa eta 252MPa, eta biak betetzen dituzte laginaren errendimendu-estandarrak.
Gogortasun txikiena duen eskualde bat dago, 95HB-tik 77HB-ra jaisten dena hozte normalaren ondoren. Hemen ere errendimendua da baxuena, 271MPa-ko trakzio-erresistentzia eta 220MPa-ko etekin-erresistentziarekin.
ANSYS analisi bidez, ikusi zen 90eko hamarkadako atzeratutako hozte-eremuko errendimendu-puntu baxuenean hozte-abiadura segundoko 3,5 °C inguru jaitsi zela, eta horrek Mg2Si faseko indartze-faseko soluzio solido nahikorik ez zegoela. Artikulu honen arabera, ikus daiteke errendimendu-arrisku-puntua atzeratutako hozte-eremuan agertzen dela, hozte normalaren eta atzeratutako hozte-eremuaren arteko lotunean, eta ez dagoela lotunetik urrun, eta horrek garrantzi handia du estrusio-amaierako prozesuko hondakinak arrazoiz atxikitzeko.
May Jiangek editatua, MAT Aluminum-etik
Argitaratze data: 2024ko abuztuaren 28a
