Paduan aluminium 6061T6 dengan ketebalan dinding besar perlu di-quenching setelah ekstrusi panas. Karena keterbatasan ekstrusi terputus-putus, sebagian profil akan memasuki zona pendinginan air dengan penundaan. Ketika ingot pendek berikutnya dilanjutkan untuk diekstrusi, bagian profil ini akan mengalami quenching tertunda. Bagaimana menangani area quenching tertunda merupakan 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 kembali memenuhi syarat. Artikel ini memberikan penjelasan yang sesuai melalui eksperimen.
1. Bahan dan metode pengujian
Material yang digunakan dalam percobaan ini adalah paduan aluminium 6061. Komposisi kimianya, yang diukur melalui analisis spektral, adalah sebagai berikut: Material ini memenuhi standar komposisi paduan aluminium 6061 internasional GB/T 3190-1996.
Dalam percobaan ini, sebagian profil ekstrusi diambil untuk perlakuan larutan padat. Profil sepanjang 400 mm dibagi menjadi dua area. Area 1 didinginkan secara langsung dengan air dan diquenching. Area 2 didinginkan di udara selama 90 detik, kemudian didinginkan dengan air. Diagram pengujian ditunjukkan pada Gambar 1.
Profil paduan aluminium 6061 yang digunakan dalam percobaan ini diekstrusi menggunakan ekstruder 4000UST. Suhu cetakan 500°C, suhu batang cor 510°C, suhu outlet ekstrusi 525°C, kecepatan ekstrusi 2,1 mm/s, pendinginan air berintensitas tinggi digunakan selama proses ekstrusi, dan benda uji sepanjang 400 mm diambil dari tengah profil akhir yang telah diekstrusi. Lebar sampel 150 mm dan tinggi 10,00 mm.
Sampel yang diambil dipartisi dan kemudian dilakukan perlakuan larutan kembali. Suhu larutan adalah 530°C dan waktu larutan adalah 4 jam. Setelah dikeluarkan, sampel ditempatkan dalam tangki air besar dengan kedalaman air 100 mm. Tangki air yang lebih besar dapat memastikan bahwa suhu air di dalam tangki air hanya sedikit berubah setelah sampel di zona 1 didinginkan, sehingga mencegah peningkatan suhu air memengaruhi intensitas pendinginan air. Selama proses pendinginan air, pastikan suhu air berada dalam kisaran 20-25°C. Sampel yang telah di-quenching di-aging pada suhu 165°C x 8 jam.
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 kali kekerasan Brinell sebagai hasil kekerasan Brinell pada titik ini, dan amati pola perubahan kekerasannya.
Sifat mekanis profil diuji, dan bagian paralel tarik 60mm dikontrol pada posisi berbeda dari sampel 400mm 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 dan analisis percobaan
2.1 Hasil uji kekerasan
Gambar 2 menunjukkan kurva perubahan kekerasan sampel sepanjang 400 mm yang diukur dengan alat uji 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 di 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 di sekitar 83HB. Dapat dispekulasikan bahwa karena efek konduksi panas, laju pendinginan bagian pendinginan tertunda berubah.
2.2 Hasil dan analisis uji kinerja
Tabel 2 menunjukkan hasil eksperimen 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. Seiring dengan meningkatnya proporsi ujung yang mengalami pendinginan tertunda, 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 pada area dengan kekerasan terendah, kekuatan luluh lebih rendah dari standar sampel, sehingga kinerja sampel tidak memenuhi syarat.
Gambar 4 menunjukkan hasil sifat tarik 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 pada akhir 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 down. Akhirnya, patah dari titik kinerja terendah, dan posisi patah konsisten dengan hasil uji kinerja.
Gambar 5 menunjukkan kurva kekerasan penampang paralel sampel No. 4 dan posisi patahannya. Dapat diketahui bahwa semakin jauh dari garis pemisah pendinginan air, semakin rendah kekerasan ujung pendinginan tunda. Pada saat yang sama, lokasi patahan juga berada di ujung dengan kekerasan terendah, patahan 86HB. Dari Tabel 2, ditemukan bahwa hampir tidak ada deformasi plastis pada ujung yang didinginkan air. Dari Tabel 1, ditemukan bahwa kinerja sampel (kekuatan tarik 298MPa, luluh 266MPa) berkurang secara signifikan. Kekuatan tariknya hanya 298MPa, yang tidak mencapai kekuatan luluh ujung yang didinginkan air (315MPa). Ujung tersebut telah membentuk necking down ketika lebih rendah dari 315MPa. Sebelum patah, hanya deformasi elastis yang terjadi di area yang didinginkan air. Ketika tegangan menghilang, regangan pada ujung yang didinginkan air menghilang. Akibatnya, jumlah deformasi di zona pendinginan air pada Tabel 2 hampir tidak berubah. Sampel pecah di akhir pembakaran dengan laju tunda, area yang terdeformasi berkurang, dan kekerasan ujung berada pada titik terendah, sehingga menghasilkan penurunan kinerja yang signifikan.
Ambil sampel dari area quenching tunda 100% di ujung spesimen 400 mm. Gambar 6 menunjukkan kurva kekerasan. Kekerasan penampang paralel berkurang menjadi sekitar 83-84HB dan relatif stabil. Berkat proses yang sama, kinerjanya kurang lebih sama. Tidak ditemukan pola yang jelas pada posisi fraktur. Kinerja paduan lebih rendah dibandingkan sampel yang diquenching dengan air.
Untuk mengeksplorasi lebih lanjut keteraturan kinerja dan fraktur, penampang paralel spesimen tarik dipilih di dekat titik kekerasan terendah (77HB). Berdasarkan 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 untuk kurva pendinginan pada berbagai posisi. Terlihat bahwa suhu sampel di area pendingin air turun dengan cepat. Setelah 5 detik, suhu turun hingga di bawah 100°C, dan pada jarak 80 mm dari garis pemisah, suhu turun menjadi sekitar 210°C pada 90 detik. Penurunan suhu rata-rata adalah 3,5°C/detik. Setelah 90 detik di area pendingin udara terminal, suhu turun menjadi 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 tunda menunjukkan pola perubahan yang awalnya menurun, 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/detik). 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 Mg2Si yang terendap dalam jumlah besar menyebabkan efek pendinginan air yang lebih kecil setelah 90 detik. Jumlah fase penguatan Mg2Si yang terendap setelah perlakuan penuaan sangat berkurang, dan kinerja sampel selanjutnya menurun. Namun, zona pendinginan tunda 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/detik). Hanya sebagian kecil fase Mg2Si yang mengendap perlahan, dan suhunya mencapai 360°C setelah 90 detik. Setelah pendinginan air, sebagian besar fase Mg2Si masih berada di dalam matriks, dan setelah penuaan, fase ini terdispersi dan mengendap, yang berperan sebagai penguat.
3. Kesimpulan
Melalui percobaan ditemukan bahwa pendinginan tertunda akan menyebabkan kekerasan zona pendinginan tertunda di persimpangan pendinginan normal dan pendinginan tertunda menurun 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 area dengan kekerasan terendah, yang berkurang dari 95HB menjadi 77HB setelah pendinginan normal. Performanya juga terendah, dengan kekuatan tarik 271MPa dan kekuatan luluh 220MPa.
Melalui analisis ANSYS, ditemukan bahwa laju pendinginan pada titik kinerja terendah di zona pendinginan tunda 90 detik menurun sekitar 3,5°C per detik, sehingga mengakibatkan larutan padat fase penguat Mg2Si tidak mencukupi. Berdasarkan artikel ini, dapat dilihat bahwa titik bahaya kinerja muncul di area pendinginan tunda pada persimpangan pendinginan normal dan pendinginan tunda, dan tidak jauh dari persimpangan tersebut, yang memiliki signifikansi penting untuk retensi limbah proses akhir ekstrusi yang wajar.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminum
Waktu posting: 28-Agu-2024
