Jaká je teplota žíhání hliníku 6061?

Většina konstruktérů má problém s nastavením správných podmínek žíhání hliníku 6061. Nesprávné teploty vedou k nestejným mechanickým vlastnostem, praskání nebo plýtvání materiálem.

Ideální teplota žíhání pro hliník 6061 je přibližně 415 °C (775 °F), udržuje se 2-3 hodiny a následuje řízené chlazení v peci.

Mnozí si neuvědomují, jak zásadní je doba namáčení a rychlost chlazení. V tomto článku vysvětlím jednotlivé proměnné, abych vám pomohl vyhnout se pokusům a omylům.

V jakém teplotním rozsahu se dosáhne úplného žíhání slitiny 6061?

Většina výrobců se zabývá matoucími doporučeními pro tepelné zpracování. Některé zdroje uvádějí široká teplotní rozpětí nebo chybí konkrétní doba trvání.

Pro úplné žíhání hliníku 6061 jej zahřejte na teplotu přibližně 415 °C (775 °F). Tato teplota umožňuje rekrystalizaci, aniž by se přiblížila bodu tání.

Rekrystalizace začíná při zvýšení teploty nad 260 °C (500 °F), ale úplné žíhání vyžaduje vyšší a stálou teplotu. Cílem je uvolnit vnitřní napětí a obnovit mikrostrukturu kovu. Při teplotě 775 °C se materiál stává dostatečně měkkým pro hluboké tváření nebo další obrábění.

Porozumění podmínkám žíhání

6061 je srážkově kalitelná hliníková slitina, což znamená, že její tvrdost závisí na průběhu tepelného zpracování. Úplné žíhání odstraní všechny předchozí kalicí účinky. Vznikne tak měkký, tvárný základ, tzv. stav "O".

Zde je rozpis teplotních rozsahů žíhání a očekávaných výsledků:

Při teplotě vyšší než 800 °C hrozí nebezpečí hrubnutí zrna, deformace a poškození mechanického profilu. Proto je nutné se při žíhání vyhnout přehřátí.

Jak žíhání ovlivňuje tvrdost a mikrostrukturu materiálu 6061?

Dalo by se očekávat, že žíháním hliník pouze změkne. Ale dělá toho mnohem víc. Mění samotnou strukturu kovu.

Žíháním se výrazně sníží tvrdost a namáhaná zrna se nahradí jemnými, rovnoměrně uspořádanými, čímž se slitina stane tvárnější a lépe zpracovatelná.

Při tváření nebo vytlačování se u 6061 vytvářejí protáhlá zrna a vysoká hustota dislokací. Toto vnitřní napětí je jako neviditelné poškození. Žíhání ho zacelí. Atomy se reorganizují do nové struktury bez napětí.

Změny mikrostruktury

Se zvyšující se teplotou dochází k následujícím změnám:

1. Fáze zotavení (250-350 °C): Hustota dislokací se snižuje. Dochází k mírnému změkčení.
2. Rekrystalizace (350-415 °C): Vznikají nová zrna. Kov je mnohem měkčí.
3. Růst zrn (>415 °C): Při příliš dlouhém skladování se zrna zvětšují a snižují houževnatost.

Zde je souhrnná tabulka změn během žíhání:

Tyto změny jsou výhodné před hlubokým tvářením nebo CNC obráběním. Pokud však plánujete slitinu znovu tepelně zpracovat (např. na T6), vyvarujte se nadměrného růstu zrn během žíhání.

Jaká je optimální doba namáčení při teplotě žíhání?

Mnoho obchodů používá k určení doby namáčení metodu pokusu a omylu. Nekonzistentní výsledky však vedou ke špatné kvalitě výrobků a plýtvání energií.

Pro úplné žíhání hliníku 6061 namočte slitinu při 415 °C (775 °F) na 2-3 hodiny, abyste zajistili úplnou rekrystalizaci.

Doba namáčení je doba, po kterou kov zůstává na cílové teplotě - nikoli doba, po kterou je pec zapnutá. Začíná, když jádro kovu dosáhne teploty 775 °C. Větší úseky potřebují více času na vnitřní vyrovnání.

Čas v závislosti na tloušťce

Obecně platí, že doba namáčení se prodlužuje s tloušťkou kovu:

Tento pomalý proces zahřívání také pomáhá zabránit deformaci nebo praskání během žíhání. Tenké plechy mohou dosáhnout cílové teploty rychle, ale předvalky nebo tyče potřebují více trpělivosti.

Kratší doba (1 hodina nebo méně) může pouze iniciovat zotavení, nikoli úplné žíhání. To je užitečné pouze pro zmírnění napětí, nikoli pro úplné obnovení vlastností.

Pokud je spotřeba energie problematická, zvažte dávkové zpracování, abyste zvýšili účinnost. Vždy však ověřte dobu namáčení na základě velikosti a rovnoměrnosti dílů.

Jaký způsob chlazení následuje po žíhání 6061?

Je lákavé vytáhnout díl z pece a nechat ho vychladnout na vzduchu. To však může zrušit výhody žíhání.

Po žíhání musí hliník 6061 pomalu chladnout v peci - rychlostí přibližně 10 °C za hodinu až na 260 °C - a poté se ochladit na vzduchu.

Toto pomalé ochlazování umožňuje stabilizaci nových zrn bez vzniku vnitřního pnutí. Při příliš rychlém ochlazení by se kov mohl deformovat, praskat nebo by se u něj mohly objevit nerovnoměrné vlastnosti.

Strategie chlazení

Zde je doporučený postup chlazení po žíhání:

1. Podržení při 775°F (2-3 h): Úplné žíhání.
2. Ochlazení na 500 °F: Při 50 °F/hod (asi 10 °C/hod).
3. Ochlazení vzduchu na pokojovou teplotu: Jakmile je teplota nižší než 500 °F.

Vyhněte se chlazení nuceným vzduchem nebo kalení vodou po žíhání, pokud se nechystáte k úpravě roztokem. Rychlé ochlazení naruší právě vytvořenou strukturu zrn.

Souhrnná tabulka chlazení

V mé praxi vedlo vynechání řízeného chlazení k vyřazení dílů. Tvrdost se u jednotlivých sérií lišila. Jakmile jsme začali pec správně chladit, kvalita výrobků se stabilizovala.

Závěr

Pro správné žíhání hliníku 6061 zahřejte na 415 °C (775 °F), nechte 2-3 hodiny působit a před ochlazením na vzduchu pomalu ochlaďte v peci. Tím zajistíte měkký, tvárný materiál připravený k tváření nebo obrábění.