Paduan aluminium 6061T6 dengan ketebalan dinding besar perlu didinginkan setelah ekstrusi panas. Karena keterbatasan ekstrusi terputus-putus, sebagian profil akan memasuki zona pendinginan air dengan penundaan. Ketika ingot pendek berikutnya terus diekstrusi, bagian profil ini akan mengalami pendinginan tertunda. Cara menangani area pendinginan tertunda adalah masalah yang perlu dipertimbangkan oleh setiap perusahaan produksi. Ketika limbah proses akhir ekstrusi pendek, sampel kinerja yang diambil terkadang memenuhi syarat dan terkadang tidak memenuhi syarat. Ketika pengambilan sampel ulang dari samping, kinerjanya memenuhi syarat lagi. Artikel ini memberikan penjelasan yang sesuai melalui eksperimen.
1. Bahan dan metode pengujian
Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah paduan aluminium 6061. Komposisi kimianya yang diukur dengan analisis spektral adalah sebagai berikut: Mematuhi standar komposisi paduan aluminium 6061 internasional GB/T 3190-1996.
Dalam percobaan ini, sebagian dari profil yang diekstrusi diambil untuk perlakuan larutan padat. Profil sepanjang 400 mm dibagi menjadi dua area. Area 1 didinginkan dengan air secara langsung dan didinginkan dengan pendinginan. Area 2 didinginkan di udara selama 90 detik dan kemudian didinginkan dengan air. Diagram pengujian ditunjukkan pada Gambar 1.
Profil paduan aluminium 6061 yang digunakan dalam percobaan ini diekstrusi oleh ekstruder 4000UST. Suhu cetakan adalah 500°C, suhu batang pengecoran adalah 510°C, suhu saluran keluar ekstrusi adalah 525°C, kecepatan ekstrusi adalah 2,1 mm/s, pendinginan air berintensitas tinggi digunakan selama proses ekstrusi, dan benda uji sepanjang 400 mm diambil dari bagian tengah profil akhir yang diekstrusi. Lebar sampel adalah 150 mm dan tingginya 10,00 mm.
Sampel yang diambil dipartisi dan kemudian dikenakan perlakuan larutan lagi. Suhu larutan adalah 530°C dan waktu larutan adalah 4 jam. Setelah dikeluarkan, sampel ditempatkan dalam tangki air besar dengan kedalaman air 100mm. Tangki air yang lebih besar dapat memastikan bahwa suhu air di tangki air berubah sedikit setelah sampel di zona 1 didinginkan dengan air, mencegah peningkatan suhu air mempengaruhi intensitas pendinginan air. Selama proses pendinginan air, pastikan bahwa suhu air berada dalam kisaran 20-25°C. Sampel yang didinginkan didiamkan pada suhu 165°C*8h.
Ambil sebagian sampel dengan panjang 400 mm, lebar 30 mm, dan tebal 10 mm, lalu lakukan uji kekerasan Brinell. Lakukan 5 kali pengukuran setiap 10 mm. Ambil nilai rata-rata dari 5 kekerasan Brinell sebagai hasil kekerasan Brinell pada titik ini, lalu amati pola perubahan kekerasannya.
Sifat mekanis profil diuji, dan bagian paralel tarik 60 mm dikontrol pada posisi berbeda dari sampel 400 mm untuk mengamati sifat tarik dan lokasi patahan.
Medan suhu pendinginan sampel dengan pendinginan air dan pendinginan setelah penundaan 90 detik disimulasikan melalui perangkat lunak ANSYS, dan laju pendinginan profil pada posisi yang berbeda dianalisis.
2. Hasil Eksperimen dan Analisis
2.1 Hasil uji kekerasan
Gambar 2 menunjukkan kurva perubahan kekerasan dari sampel sepanjang 400 mm yang diukur dengan penguji kekerasan Brinell (panjang satuan absis mewakili 10 mm, dan skala 0 adalah garis pemisah antara pendinginan normal dan pendinginan tertunda). Dapat ditemukan bahwa kekerasan pada ujung yang didinginkan dengan air stabil pada sekitar 95HB. Setelah garis pemisah antara pendinginan dengan pendinginan air dan pendinginan dengan pendinginan air tertunda 90 detik, kekerasan mulai menurun, tetapi laju penurunannya lambat pada tahap awal. Setelah 40 mm (89HB), kekerasan turun tajam, dan turun ke nilai terendah (77HB) pada 80 mm. Setelah 80 mm, kekerasan tidak terus menurun, tetapi meningkat sampai batas tertentu. Peningkatannya relatif kecil. Setelah 130 mm, kekerasan tetap tidak berubah pada sekitar 83HB. Dapat diperkirakan bahwa karena efek konduksi panas, laju pendinginan bagian pendinginan tertunda berubah.
2.2 Hasil dan analisis uji kinerja
Tabel 2 menunjukkan hasil percobaan tarik yang dilakukan pada sampel yang diambil dari berbagai posisi penampang paralel. Dapat ditemukan bahwa kekuatan tarik dan kekuatan luluh No. 1 dan No. 2 hampir tidak mengalami perubahan. Ketika proporsi ujung pendinginan tertunda meningkat, kekuatan tarik dan kekuatan luluh paduan menunjukkan tren penurunan yang signifikan. Namun, kekuatan tarik di setiap lokasi pengambilan sampel berada di atas kekuatan standar. Hanya di area dengan kekerasan terendah, kekuatan luluh lebih rendah dari standar sampel, kinerja sampel tidak memenuhi syarat.
Gambar 4 menunjukkan hasil sifat tarik dari sampel No. 3. Dapat ditemukan dari Gambar 4 bahwa semakin jauh dari garis pemisah, semakin rendah kekerasan ujung pendinginan tertunda. Penurunan kekerasan menunjukkan bahwa kinerja sampel berkurang, tetapi kekerasan menurun perlahan, hanya menurun dari 95HB menjadi sekitar 91HB di ujung bagian paralel. Seperti yang dapat dilihat dari hasil kinerja pada Tabel 1, kekuatan tarik menurun dari 342MPa menjadi 320MPa untuk pendinginan air. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa titik patah sampel tarik juga berada di ujung bagian paralel dengan kekerasan terendah. Ini karena jauh dari pendinginan air, kinerja paduan berkurang, dan ujungnya mencapai batas kekuatan tarik terlebih dahulu untuk membentuk necking ke bawah. Akhirnya, putus dari titik kinerja terendah, dan posisi putus konsisten dengan hasil uji kinerja.
Gambar 5 menunjukkan kurva kekerasan bagian paralel sampel No. 4 dan posisi patahan. Dapat ditemukan bahwa semakin jauh dari garis pemisah pendinginan air, semakin rendah kekerasan ujung pendinginan tertunda. Pada saat yang sama, lokasi patahan juga berada di ujung tempat kekerasan terendah, patahan 86HB. Dari Tabel 2, ditemukan bahwa hampir tidak ada deformasi plastik di ujung yang didinginkan dengan air. Dari Tabel 1, ditemukan bahwa kinerja sampel (kekuatan tarik 298MPa, luluh 266MPa) berkurang secara signifikan. Kekuatan tarik hanya 298MPa, yang tidak mencapai kekuatan luluh ujung yang didinginkan dengan air (315MPa). Ujung tersebut telah membentuk necking down ketika lebih rendah dari 315MPa. Sebelum patah, hanya deformasi elastis yang terjadi di area yang didinginkan dengan air. Saat tegangan menghilang, regangan di ujung yang didinginkan dengan air menghilang. Akibatnya, jumlah deformasi di zona pendinginan air pada Tabel 2 hampir tidak berubah. Sampel pecah pada akhir laju pembakaran yang tertunda, area yang mengalami deformasi berkurang, dan kekerasan ujungnya paling rendah, sehingga menghasilkan penurunan hasil kinerja yang signifikan.
Ambil sampel dari area quenching tertunda 100% di ujung spesimen 400mm. Gambar 6 menunjukkan kurva kekerasan. Kekerasan bagian paralel berkurang menjadi sekitar 83-84HB dan relatif stabil. Karena proses yang sama, kinerjanya kurang lebih sama. Tidak ditemukan pola yang jelas pada posisi fraktur. Kinerja paduan lebih rendah daripada sampel yang diquenching dengan air.
Untuk lebih mengeksplorasi keteraturan kinerja dan fraktur, penampang paralel spesimen tarik dipilih di dekat titik kekerasan terendah (77HB). Dari Tabel 1, ditemukan bahwa kinerja berkurang secara signifikan, dan titik fraktur muncul pada titik kekerasan terendah pada Gambar 2.
2.3 Hasil analisis ANSYS
Gambar 7 menunjukkan hasil simulasi ANSYS pada kurva pendinginan di berbagai posisi. Dapat dilihat bahwa suhu sampel di area pendinginan air turun dengan cepat. Setelah 5 detik, suhu turun hingga di bawah 100°C, dan pada jarak 80 mm dari garis pemisah, suhu turun hingga sekitar 210°C pada 90 detik. Penurunan suhu rata-rata adalah 3,5°C/detik. Setelah 90 detik di area pendinginan udara terminal, suhu turun hingga sekitar 360°C, dengan laju penurunan rata-rata 1,9°C/detik.
Melalui analisis kinerja dan hasil simulasi, ditemukan bahwa kinerja area pendinginan air dan area pendinginan tertunda merupakan pola perubahan yang pertama menurun dan kemudian sedikit meningkat. Dipengaruhi oleh pendinginan air di dekat garis pemisah, konduksi panas menyebabkan sampel di area tertentu turun pada laju pendinginan yang lebih rendah daripada pendinginan air (3,5°C/dtk). Akibatnya, Mg2Si, yang memadat ke dalam matriks, mengendap dalam jumlah besar di area ini, dan suhu turun menjadi sekitar 210°C setelah 90 detik. Jumlah besar Mg2Si yang diendapkan menyebabkan efek pendinginan air yang lebih kecil setelah 90 detik. Jumlah fase penguatan Mg2Si yang diendapkan setelah perlakuan penuaan sangat berkurang, dan kinerja sampel selanjutnya berkurang. Namun, zona pendinginan tertunda yang jauh dari garis pemisah kurang terpengaruh oleh konduksi panas pendinginan air, dan paduan mendingin relatif lambat dalam kondisi pendinginan udara (laju pendinginan 1,9°C/dtk). Hanya sebagian kecil dari fase Mg2Si yang mengendap perlahan, dan suhunya 360C setelah 90 detik. Setelah pendinginan air, sebagian besar fase Mg2Si masih berada dalam matriks, dan terdispersi serta mengendap setelah penuaan, yang berperan sebagai penguat.
3. Kesimpulan
Melalui percobaan ditemukan bahwa pendinginan tertunda akan menyebabkan kekerasan zona pendinginan tertunda pada persimpangan pendinginan normal dan pendinginan tertunda berkurang terlebih dahulu dan kemudian meningkat sedikit hingga akhirnya stabil.
Untuk paduan aluminium 6061, kekuatan tarik setelah pendinginan normal dan pendinginan tertunda selama 90 detik masing-masing adalah 342MPa dan 288MPa, dan kekuatan luluh adalah 315MPa dan 252MPa, yang keduanya memenuhi standar kinerja sampel.
Terdapat daerah dengan kekerasan terendah, yang berkurang dari 95HB menjadi 77HB setelah pendinginan normal. Kinerja di sini juga merupakan yang terendah, dengan kekuatan tarik 271MPa dan kekuatan luluh 220MPa.
Melalui analisis ANSYS, ditemukan bahwa laju pendinginan pada titik kinerja terendah di zona quenching tertunda 90 detik menurun sekitar 3,5°C per detik, yang mengakibatkan larutan padat fase penguatan Mg2Si tidak mencukupi. Menurut artikel ini, dapat dilihat bahwa titik bahaya kinerja muncul di area quenching tertunda di persimpangan quenching normal dan quenching tertunda, dan tidak jauh dari persimpangan, yang memiliki signifikansi panduan penting untuk retensi limbah proses tail end ekstrusi yang wajar.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: 28-Agu-2024
