Термична обработка на алуминиеви сплави?
Алуминиевите части често не могат да достигнат пълния си потенциал по отношение на здравина и производителност без правилна обработка. Това е особено вярно при конструктивни приложения или приложения с високо натоварване.
Топлинната обработка на алуминия подобрява здравината, устойчивостта на натоварване и издръжливостта, особено при сплавите от сериите 2xxx, 6xxx и 7xxx.
Ако работите с алуминиеви компоненти, може би се чудите какви термични обработки да използвате и защо времето, изборът на сплав и стареенето имат значение. Нека се потопим и да разгледаме всичко това.
Кои алуминиеви сплави реагират най-добре на термична обработка?
Не всички алуминиеви сплави са еднакви. Някои от тях реагират много добре на топлина, а други изобщо не се променят.
Термично обработваемите алуминиеви сплави включват сериите 2xxx, 6xxx и 7xxx - те придобиват здравина и издръжливост благодарение на подходящи термични процеси.
Сериите алуминиеви сплави са разделени на два вида: подлежащи на термична обработка и неподлежащи на термична обработка. Само някои серии се възползват значително от термичните процеси.
Семейства от алуминиева сплав, подлежаща на термична обработка
| Серия сплави | Основни елементи | Отговор на термичната обработка | Общи приложения |
|---|---|---|---|
| 2xxx | Алуминий-мед | Отличен | Аерокосмическа индустрия, автомобилостроене |
| 6xxx | Алуминий, магнезий и силиций | Много добър | Структурни, транспортни |
| 7xxx | Алуминий-цинк-магнезий | Изключителен | Аерокосмическа промишленост, спортно оборудване |
Защо тези сплави?
Тези сплави съдържат елементи, които при правилно нагряване и охлаждане образуват укрепващи утайки. Например 6061 е добре позната сплав 6ххх, която става много по-здрава след обработка Т6.
За разлика от тях сериите 1xxx, 3xxx и 5xxx разчитат основно на студена обработка за постигане на здравина. Те не се възползват много от топлинната обработка.
Алуминиевите сплави от сериите 2xxx, 6xxx и 7xxx подлежат на термична обработка.Истински
Тези серии сплави се поддават на термична обработка, която подобрява механичните свойства.
Всички алуминиеви сплави стават по-здрави при термична обработка.Фалшив
Само някои сплави реагират на термична обработка поради химичния си състав.
Кои са основните видове термична обработка на алуминиеви сплави?
Термичната обработка не е единичен процес. Това е последователност. Всяка стъпка влияе върху крайните свойства на алуминиевите части.
Топлинната обработка на алуминия включва отгряване, топлинна обработка с разтвор, закаляване и стареене - всяко от тях цели подобряване на специфични свойства.
Различните алуминиеви продукти се нуждаят от различна обработка в зависимост от начина, по който ще се използват.
Видове термична обработка
-
Отгряване
Нагрява алуминия, за да го омекоти и да го направи по-лесен за огъване или обработка. Полезна е за отстраняване на напрежението след студено формоване. -
Топлинна обработка на разтвора
Представлява нагряване на сплавта до определена температура за разтваряне на легиращите елементи в твърд разтвор. -
Потушаване
Бързо охлаждане на метала (често във вода или въздух), за да се "заключат" разтворените елементи, преди да могат да се утаят. -
Естествено стареене (T4)
Алуминиевите части се оставят на стайна температура. С течение на времето се образуват укрепващи утайки. -
Изкуствено стареене (T5/T6/T7)
Нагрява метала при ниски температури (напр. 175°C), за да ускори процеса на утаяване.
Таблица на етапите на термична обработка
| Етап | Температурен диапазон | Цел |
|---|---|---|
| Отгряване | 300-400°C | Омекотяване, облекчаване на стреса |
| Лечение на решението | 450-575°C | Разтваряне на легиращите елементи |
| Потушаване | Стайна температура или <100°C | Улавяне на разтворени вещества в разтвор |
| Естествено стареене | Стайна температура | Постепенно втвърдяване |
| Изкуствено стареене | 160-220°C | Бързо втвърдяване, намаляване на напрежението |
Всяка стъпка трябва да бъде внимателно премерена и контролирана. Малка грешка във времето или температурата може да повлияе на крайната якост, устойчивост на корозия или стабилност.
Обработката с разтвор и стареенето обикновено се използват за укрепване на алуминиеви сплави.Истински
Тези етапи променят микроструктурата чрез образуване на укрепващи утайки.
Отгряването увеличава здравината на алуминиевите части.Фалшив
Отгряването омекотява алуминия, като намалява якостта, но подобрява формообразуването.
Как протича обработката с разтвор и стареене на алуминиеви сплави?
Повечето от подобренията в здравината на алуминия се дължат на обработката с разтвори и стареенето. Заедно те са в основата на термичната обработка.
Обработката с разтвор разтваря елементи в алуминиевата матрица, а стареенето контролира начина, по който тези елементи образуват укрепващи частици.
При този процес частите се нагряват, докато легиращите елементи като магнезий, силиций или мед се разтворят в алуминия. След това се охлаждат бързо.
Това предотвратява утаяването на тези елементи. Вместо това атомите остават "в капан" в пренаситения разтвор.
Изкуствено срещу естествено стареене
Естественото стареене (T4) се извършва при стайна температура. То е просто, но отнема повече време - обикновено няколко дни.
Изкуственото стареене (T5, T6, T7) включва повторно загряване на детайла до по-ниска температура (около 175°C). Това кара разтворените елементи да образуват малки частици.
Тези частици действат като преграда за дислокациите - повишават здравината и твърдостта.
Често срещани бури и тяхното значение
| Температура | Последователност на процеса | Резултат |
|---|---|---|
| T4 | Лечение с решение + естествено стареене | Средна якост, еластичност |
| T5 | Охладени от гореща работа + изкуствено стареене | Умерена до висока якост |
| T6 | Лечение с разтвор + изкуствено стареене | Висока якост, обща употреба |
| T7 | Престараване за подобряване на стабилността | По-малко сила, повече облекчаване на стреса |
Този подход се използва за продукти като самолетни части, автомобилни компоненти, рамки за велосипеди и конструктивни греди.
При стареенето се образуват фини утайки, които увеличават здравината на алуминия.Истински
Тези частици пречат на движението на дислокациите, което повишава твърдостта.
Естественото стареене е по-бързо от изкуственото стареене.Фалшив
Изкуственото стареене ускорява процеса чрез нагряване на метала.
Защо да се контролира времето на закаляване при термична обработка на алуминий?
Много хора пренебрегват охлаждането, но то е важна стъпка. Лошото закаляване разрушава всичко, направено преди това.
Охлаждането трябва да бъде достатъчно бързо, за да се запазят разтворените вещества в разтвора, но да се контролира, за да се избегне изкривяване или напукване.
Ако охлаждането е твърде бавно, елементите започват да образуват частици преждевременно. Това намалява количеството на укрепването, което може да настъпи по време на стареенето.
Ако закаляването е твърде агресивно, особено при тънки детайли, може да се получи деформация или вътрешни пукнатини.
Фактори, които влияят на времето за закаляване
- Тип сплав: Сплавите с високо съдържание на мед или цинк се нуждаят от по-бързо закаляване.
- Дебелина на частта: По-дебелите части задържат топлината по-дълго, така че закаляването трябва да е по-бързо.
- Средство за гасене: Водата гаси по-бързо от маслото или въздуха.
Добри практики
| Тип на гасене | Скорост | Риск от изкривяване | Типична употреба |
|---|---|---|---|
| Вода | Много бързо | Висока | Аерокосмически части с висока якост |
| Air | Бавен | Нисък | Структурни части, тънки профили |
| Смес от гликол | Среден | Среден | Баланс между изкривяване и здравина |
Чрез адаптиране на методите за закаляване, ние адаптираме всеки процес към сплавта и типа на продукта.
Бавното закаляване подобрява здравината на термично обработения алуминий.Фалшив
Бавното охлаждане позволява образуването на нежелани утайки, които отслабват сплавта.
Бързото закаляване запазва обработената с разтвор структура на алуминиевите сплави.Истински
Бързото охлаждане предотвратява преждевременното утаяване, което позволява правилното стареене.
Как да намалим напрежението и да подобрим якостта чрез термична обработка?
Топлинната обработка не е само за укрепване на частите - тя също така им помага да останат стабилни под напрежение.
Изкуственото стареене и контролираното закаляване спомагат за намаляване на вътрешното напрежение, което прави частите по-здрави и стабилни.
Вътрешните напрежения се натрупват по време на обработката, формоването или заваряването. Това може да доведе до огъване, усукване или напукване на частите при натиск.
Основни методи за облекчаване на стреса
-
Изкуствено стареене (T6/T7)
Този процес балансира здравината с намалено вътрешно напрежение. Т6 е по-здрав, а Т7 е по-стабилен. -
Отгряване за облекчаване на напрежението
Частите се нагряват внимателно (150-260°C) и се охлаждат бавно, за да се намали натрупаното напрежение. -
Механично разтягане или вибриращо облекчаване на стреса
След закаляване частите могат да бъдат механично разтеглени, за да се изравнят вътрешните сили.
Сравнителна таблица за термична обработка
| Метод | Облекчаване на стреса | Увеличаване на силата | Типична употреба |
|---|---|---|---|
| T6 Изкуствено стареене | Умерен | Висока | Носещи рамки, греди |
| T7 Престараване | Висока | Умерен | Аерокосмическа индустрия, големи структури |
| Облекчаване на стреса Anneal | Висока | Няма | След механична обработка или формоване |
| Разтягане | Среден | Нисък | Плочи, пръти, тънки профили |
Без тези процеси частите могат да се деформират с течение на времето или да се повредят при многократни натоварвания.
Изкуственото стареене може да подобри както якостта, така и стабилността на напреженията в алуминиевите части.Истински
Стареенето спомага за правилния баланс между сила и облекчаване на вътрешния стрес.
Алуминиевите части винаги се нуждаят от отгряване за намаляване на напрежението след формоване.Фалшив
Отгряването за намаляване на напрежението е полезно, но не винаги задължително.
Заключение
Топлинната обработка на алуминия включва прецизна поредица от стъпки. Всяка част от процеса - от обработката с разтвор до стареенето и закаляването - променя структурата на метала. Когато се извършва правилно, се увеличава здравината, намалява се вътрешното напрежение и се създава продукт, който работи надеждно при тежки условия.
