Tepelné zpracování hliníkové slitiny?

Hliníkové díly často nedosahují svého plného potenciálu pevnosti a výkonu bez správného ošetření. To platí zejména pro konstrukční aplikace nebo aplikace s vysokým zatížením.

Tepelné zpracování hliníku zvyšuje pevnost, odolnost proti namáhání a trvanlivost, zejména u slitin řad 2xxx, 6xxx a 7xxx.

Pokud pracujete s hliníkovými součástmi, možná vás zajímá, jaké tepelné zpracování použít a proč záleží na načasování, výběru slitiny a stárnutí. Pojďme se do toho ponořit a vše si rozebrat.

Které hliníkové slitiny nejlépe reagují na tepelné zpracování?

Všechny slitiny hliníku nejsou stejné. Některé reagují na teplo velmi dobře, jiné se příliš nemění.

Mezi tepelně zpracovatelné hliníkové slitiny patří řady 2xxx, 6xxx a 7xxx - tyto slitiny získávají pevnost a odolnost vhodnými tepelnými procesy.

Slitiny hliníku se dělí na dva typy: tepelně zpracovatelné a tepelně nezpracovatelné. Pouze některé řady mají z tepelných procesů významný prospěch.

Rodiny tepelně zpracovatelných hliníkových slitin

Proč právě tyto slitiny?

Tyto slitiny obsahují prvky, které při správném zahřátí a ochlazení tvoří zpevňující sraženiny. Například 6061 je dobře známá slitina 6xxx, která se po úpravě T6 stává mnohem pevnější.

Naproti tomu řady 1xxx, 3xxx a 5xxx se spoléhají především na zpracování za studena, aby získaly pevnost. Tepelné zpracování jim příliš neprospívá.

Jaké jsou hlavní typy tepelného zpracování hliníkových slitin?

Tepelné zpracování není jediný proces. Jde o posloupnost. Každý krok ovlivňuje konečné vlastnosti hliníkových dílů.

Tepelné zpracování hliníku zahrnuje žíhání, tepelné zpracování roztokem, kalení a stárnutí - každé z nich je zaměřeno na zlepšení specifických vlastností.

Různé hliníkové výrobky vyžadují různé ošetření v závislosti na způsobu jejich použití.

Typy tepelného zpracování

1. Žíhání
   Zahřívá hliník, aby změkl a dal se snadněji ohýbat nebo opracovávat. Je užitečný pro odstranění napětí po tváření za studena.

2. Tepelné zpracování roztoku
   Zahříváním slitiny na určitou teplotu se legující prvky rozpustí do pevného roztoku.

3. Hašení
   Rychlé ochlazení kovu (často ve vodě nebo na vzduchu), aby se "uzamkly" rozpuštěné prvky dříve, než se vysráží.

4. Přirozené stárnutí (T4)
   Hliníkové díly se ponechají při pokojové teplotě. Časem se vytvoří zpevňující sraženiny.

5. Umělé stárnutí (T5/T6/T7)
   Zahřívá kov při nízkých teplotách (např. 175 °C), aby se urychlil proces srážení.

Tabulka fází tepelného zpracování

Každý krok musí být pečlivě načasován a kontrolován. Malá chyba v načasování nebo teplotě může ovlivnit konečnou pevnost, odolnost proti korozi nebo stabilitu.

Jak působí roztok a stárnutí na hliníkové slitiny?

Většina zvýšení pevnosti hliníku pochází z úpravy roztokem a stárnutí. Společně tvoří páteř tepelného zpracování.

Úprava roztokem rozpouští prvky v hliníkové matrici a stárnutí řídí, jak tyto prvky vytvářejí zpevňující částice.

Při tomto procesu se díly zahřívají, dokud se v hliníku nerozpustí legující prvky, jako je hořčík, křemík nebo měď. Poté se rychle ochladí.

To zabraňuje vysrážení těchto prvků. Místo toho zůstávají atomy "uvězněny" v přesyceném roztoku.

Umělé vs. přirozené stárnutí

Přirozené stárnutí (T4) probíhá při pokojové teplotě. Je to jednoduché, ale trvá to déle - obvykle několik dní.

Umělé stárnutí (T5, T6, T7) zahrnuje opětovné zahřátí dílu na nižší teplotu (přibližně 175 °C). To způsobí, že rozpuštěné prvky vytvoří drobné částice.

Tyto částice fungují jako zátarasy pro dislokace - zvyšují pevnost a tuhost.

Běžné bouřky a jejich význam

Tento přístup se používá u výrobků, jako jsou součásti letadel, automobilové komponenty, rámy kol a konstrukční nosníky.

Proč kontrolovat časování kalení při tepelném zpracování hliníku?

Mnoho lidí kalení přehlíží, ale je to zásadní krok. Špatné kalení zničí vše, co bylo provedeno předtím.

Chlazení musí být dostatečně rychlé, aby se rozpuštěné látky zachovaly v roztoku, ale kontrolované, aby nedošlo k deformaci nebo praskání.

Pokud je chlazení příliš pomalé, prvky začnou předčasně tvořit částice. Tím se snižuje množství zpevnění, ke kterému může během stárnutí dojít.

Při příliš agresivním kalení, zejména u tenkých dílů, může dojít k deformaci nebo vzniku vnitřních trhlin.

Faktory ovlivňující načasování hašení

• Typ slitiny: Slitiny s vysokým obsahem mědi nebo zinku vyžadují rychlejší kalení.
• Tloušťka dílu: Silnější díly déle drží teplo, takže ochlazování musí být rychlejší.
• Hašicí médium: Voda hasí rychleji než olej nebo vzduch.

Správné postupy

Úpravou metod kalení přizpůsobujeme každý proces slitině a typu výrobku.

Jak zmírnit napětí a zvýšit pevnost tepelným zpracováním?

Tepelné zpracování neznamená pouze zpevnění dílů - pomáhá také udržet jejich stabilitu při namáhání.

Umělé stárnutí a řízené kalení pomáhají snižovat vnitřní pnutí, takže díly jsou pevnější a stabilnější.

Vnitřní napětí vzniká při obrábění, tváření nebo svařování. To může způsobit ohýbání, kroucení nebo praskání dílů pod tlakem.

Klíčové metody pro zmírnění stresu

1. Umělé stárnutí (T6/T7)
   Tento proces vyrovnává pevnost se sníženým vnitřním pnutím. T6 je pevnější, T7 je stabilnější.

2. Žíhání pro zmírnění stresu
   Díly se mírně zahřívají (150-260 °C) a pomalu ochlazují, aby se snížilo nahromaděné napětí.

3. Mechanické protahování nebo vibrační uvolňování stresu
   Po kalení lze díly mechanicky natáhnout, aby se vyrovnaly vnitřní síly.

Srovnávací tabulka tepelného zpracování

Bez těchto procesů se mohou díly časem deformovat nebo selhat při opakovaném namáhání.

Závěr

Tepelné zpracování hliníku zahrnuje přesnou řadu kroků. Každá část procesu, od úpravy roztokem až po stárnutí a kalení, mění strukturu kovu. Při správném provedení se zvyšuje pevnost, snižuje vnitřní pnutí a vytváří výrobek, který spolehlivě funguje v náročných podmínkách.