المعالجة الحرارية لسبائك الألومنيوم؟

غالبًا ما تفشل قطع الألومنيوم في الوصول إلى أقصى إمكاناتها من حيث القوة والأداء بدون المعالجة الصحيحة. وينطبق ذلك بشكل خاص على التطبيقات الهيكلية أو ذات الأحمال العالية.

تعمل المعالجة الحرارية للألومنيوم على تحسين القوة ومقاومة الإجهاد والمتانة، خاصةً بالنسبة للسبائك من السلسلة 2xxx و6xxx و7xxx.

إذا كنت تعمل مع مكونات الألومنيوم، فقد تتساءل عن المعالجات الحرارية التي يجب استخدامها ولماذا التوقيت واختيار السبيكة والتقادم مهمان. دعنا نتعمق في الأمر ونحلل كل ذلك.

ما هي سبائك الألومنيوم التي تستجيب بشكل أفضل للمعالجة الحرارية؟

سبائك الألومنيوم ليست كلها متساوية. فبعضها يستجيب جيدًا للحرارة، والبعض الآخر لا يتغير كثيرًا على الإطلاق.

تشتمل سبائك الألومنيوم القابلة للمعالجة الحرارية على سلاسل 2xxx و6xxx و7xxx - وتكتسب هذه السبائك القوة والمتانة من العمليات الحرارية المناسبة.

تنقسم سلاسل سبائك الألومنيوم إلى نوعين: قابلة للمعالجة الحرارية وغير قابلة للمعالجة الحرارية. تستفيد سلاسل معينة فقط من العمليات الحرارية بشكل كبير.

عائلات سبائك الألومنيوم القابلة للمعالجة بالحرارة

لماذا هذه السبائك؟

تحتوي هذه السبائك على عناصر تشكل رواسب تقوية عند تسخينها وتبريدها بشكل صحيح. على سبيل المثال، السبيكة 6061 هي سبيكة 6xxx معروفة جيداً وتصبح أقوى بكثير بعد معالجة T6.

وفي المقابل، تعتمد السلاسل 1xxx و3xxx و5xxx بشكل أساسي على الشغل على البارد للحصول على القوة. ولا تستفيد كثيرًا من المعالجة الحرارية.

ما هي أنواع المعالجة الحرارية الرئيسية لسبائك الألومنيوم؟

المعالجة الحرارية ليست عملية واحدة. إنها عملية متسلسلة. تؤثر كل خطوة على الخصائص النهائية لأجزاء الألومنيوم.

تشمل المعالجات الحرارية للألومنيوم التلدين والمعالجة الحرارية بالمحلول والتبريد والتعتيق - وكل منها يستهدف تحسينات محددة في الخصائص.

تتطلب منتجات الألومنيوم المختلفة معالجات مختلفة، اعتماداً على كيفية استخدامها.

أنواع المعالجة الحرارية

1. التلدين
   يسخّن الألومنيوم لتليينه وتسهيل ثنيه أو تشكيله آلياً. وهو مفيد لإزالة الإجهاد بعد التشكيل على البارد.

2. المعالجة الحرارية بالمحلول
   ينطوي على تسخين السبيكة إلى درجة حرارة محددة لإذابة عناصر السبائك في محلول صلب.

3. التبريد
   يبرد المعدن بسرعة (غالبًا في الماء أو الهواء) "لحبس" العناصر الذائبة قبل أن تترسب خارجًا.

4. الشيخوخة الطبيعية (T4)
   تُترك أجزاء الألومنيوم في درجة حرارة الغرفة. وبمرور الوقت، تتكون رواسب مقوية.

5. الشيخوخة الاصطناعية (T5/T6/T7)
   تسخين المعدن عند درجات حرارة منخفضة (على سبيل المثال، 175 درجة مئوية) لتسريع عملية الترسيب.

جدول مراحل المعالجة الحرارية

يجب ضبط توقيت كل خطوة والتحكم فيها بعناية. يمكن أن يؤثر خطأ صغير في التوقيت أو درجة الحرارة على القوة النهائية أو مقاومة التآكل أو الثبات.

كيف تعمل المعالجة بالمحلول والتقادم على سبائك الألومنيوم؟

تأتي معظم ترقيات قوة الألومنيوم من المعالجة بالمحلول والتعتيق. ويشكلان معًا العمود الفقري للمعالجة الحرارية.

تعمل المعالجة بالمحلول على إذابة العناصر في مصفوفة الألومنيوم، وتتحكم الشيخوخة في كيفية تشكيل هذه العناصر لجزيئات التقوية.

في هذه العملية، يتم تسخين الأجزاء حتى تذوب عناصر السبائك مثل المغنيسيوم أو السيليكون أو النحاس في الألومنيوم. ثم يتم تبريدها بسرعة.

وهذا يمنع هذه العناصر من الترسب إلى الخارج. وبدلاً من ذلك، تبقى الذرات "محصورة" في محلول فائق التشبع.

الشيخوخة الاصطناعية مقابل الشيخوخة الطبيعية

تحدث الشيخوخة الطبيعية (T4) في درجة حرارة الغرفة. الأمر بسيط ولكنه يستغرق وقتاً أطول - عادةً عدة أيام.

تتضمن الشيخوخة الاصطناعية (T5، T6، T7) إعادة تسخين الجزء إلى درجة حرارة أقل (حوالي 175 درجة مئوية). يؤدي ذلك إلى تكوين العناصر المذابة جزيئات صغيرة.

تعمل هذه الجسيمات كحواجز طرق للخلع - مما يعزز القوة والصلابة.

التقلبات المزاجية الشائعة وما تعنيه

يُستخدم هذا النهج في منتجات مثل أجزاء الطائرات ومكونات السيارات وإطارات الدراجات والعوارض الهيكلية.

لماذا التحكم في توقيت التسقية في المعالجة الحرارية للألومنيوم؟

يتجاهل الكثير من الناس عملية التبريد - لكنها خطوة حاسمة. فالتبريد السيئ يفسد كل ما تم القيام به من قبل.

يجب أن يكون التبريد سريعًا بما فيه الكفاية للحفاظ على المواد المذابة في المحلول، ولكن يجب التحكم فيه لتجنب التشويه أو التشقق.

إذا كان التبريد بطيئًا للغاية، تبدأ العناصر في تكوين جسيمات قبل الأوان. وهذا يقلل من مقدار التقوية التي يمكن أن تحدث أثناء الشيخوخة.

إذا كان التبريد عنيفًا للغاية، خاصةً على الأجزاء الرقيقة، فقد يتشكل التواء أو تشققات داخلية.

العوامل التي تؤثر على توقيت الإخماد

• نوع السبيكة: تحتاج السبائك عالية النحاس أو سبائك الزنك إلى تبريد أسرع.
• سُمك الجزء: تحتفظ الأجزاء السميكة بالحرارة لفترة أطول، لذا يجب أن يكون التبريد أسرع.
• وسيط التبريد: يطفئ الماء أسرع من الزيت أو الهواء.

الممارسات الجيدة

من خلال تعديل طرق التبريد، نقوم بتكييف كل عملية لتتناسب مع السبيكة ونوع المنتج.

كيف يمكن تخفيف الضغط وتحسين القوة عن طريق المعالجة الحرارية؟

لا تقتصر المعالجة الحرارية على جعل الأجزاء أقوى فحسب، بل تساعدها أيضًا على البقاء مستقرة تحت الضغط.

يساعد التقادم الاصطناعي والتبريد المضبوط على تقليل الإجهاد الداخلي، مما يجعل الأجزاء أقوى وأكثر ثباتًا.

يتراكم الإجهاد الداخلي أثناء التصنيع الآلي أو التشكيل أو اللحام. يمكن أن يتسبب ذلك في ثني الأجزاء أو التواءها أو تشققها تحت الضغط.

الطرق الرئيسية لتخفيف التوتر

1. الشيخوخة الاصطناعية (T6/T7)
   توازن هذه العملية بين القوة وانخفاض التوتر الداخلي. T6 أقوى، T7 أكثر استقراراً.

2. التلدين لتخفيف الإجهاد
   يتم تسخين الأجزاء برفق (150-260 درجة مئوية) وتبريدها ببطء لتقليل الإجهاد المتراكم.

3. التمدد الميكانيكي أو تخفيف الإجهاد الاهتزازي
   بعد التسقية، يمكن تمديد الأجزاء ميكانيكيًا بعد التسقية، لتوحيد القوى الداخلية.

جدول مقارنة المعالجة الحرارية

بدون هذه العمليات، قد تتشوه الأجزاء بمرور الوقت، أو قد تتعطل تحت الضغط المتكرر.

الخاتمة

تتضمن المعالجة الحرارية للألومنيوم سلسلة دقيقة من الخطوات. بدءًا من المعالجة بالمحلول إلى التقادم والتبريد، يعمل كل جزء من العملية على تغيير بنية المعدن. وعندما تتم المعالجة الحرارية بشكل صحيح، فإنها تزيد من القوة وتخفف من الإجهاد الداخلي وتخلق منتجًا يعمل بشكل موثوق في الظروف الصعبة.