Какова температура отжига алюминия для алюминия 6061?

Большинство инженеров пытаются подобрать правильные условия отжига для алюминия 6061. Неправильно подобранные температуры приводят к несовместимым механическим свойствам, растрескиванию или напрасному расходу материала.

Идеальная температура отжига для алюминия 6061 составляет около 775°F (415°C), выдерживается в течение 2-3 часов, после чего следует контролируемое охлаждение печи.

Многие не понимают, насколько важны время замачивания и скорость охлаждения. В этой статье я объясню каждую переменную, чтобы помочь вам избежать проб и ошибок.

В каком диапазоне температур достигается полный отжиг сплава 6061?

Большинство производителей дают путаные рекомендации по термообработке. В некоторых источниках указаны широкие температурные диапазоны или отсутствуют конкретные временные интервалы.

Чтобы полностью отжечь алюминий 6061, нагрейте его до температуры около 775°F (415°C). Эта температура позволяет провести рекристаллизацию, не приближаясь к точке плавления.

При повышении температуры свыше 500°F (260°C) начинается рекристаллизация, но для полного отжига требуется более высокая и постоянная температура. Цель заключается в снятии внутренних напряжений и восстановлении микроструктуры металла. При температуре 775°F материал становится достаточно мягким для глубокой формовки или дальнейшей механической обработки.

Понимание условий полного отжига

6061 - это алюминиевый сплав, закаливаемый осаждением, то есть его твердость зависит от истории термообработки. Полный отжиг удаляет все предыдущие эффекты закалки. В результате образуется мягкая, вязкая основа, называемая состоянием "О".

Здесь представлены диапазоны температур отжига и ожидаемые результаты:

Любая температура свыше 800°F чревата огрублением зерна, деформацией и повреждением механического профиля. Поэтому очень важно избегать перегрева при отжиге.

Как отжиг влияет на твердость и микроструктуру 6061?

Вы можете подумать, что отжиг просто делает алюминий мягче. Но он делает гораздо больше. Он изменяет саму структуру металла.

Отжиг значительно снижает твердость и заменяет деформированные зерна мелкими, равноострыми, что делает сплав более пластичным и обрабатываемым.

Во время формовки или экструзии в 6061 образуются удлиненные зерна и высокая плотность дислокаций. Это внутреннее напряжение подобно невидимому повреждению. Отжиг устраняет его. Атомы реорганизуются в новую, свободную от напряжений структуру.

Изменения в микроструктуре

При повышении температуры происходят следующие изменения:

1. Фаза восстановления (250-350°C): Плотность дислокаций уменьшается. Происходит незначительное размягчение.
2. Перекристаллизация (350-415°C): Зарождаются новые зерна. Металл становится намного мягче.
3. Рост зерна (>415°C): Если держать слишком долго, зерна становятся крупными, что снижает прочность.

Вот сводная таблица изменений при отжиге:

Эти изменения полезны перед глубокой штамповкой или механической обработкой с ЧПУ. Но если вы планируете повторную термическую обработку сплава (например, до T6), избегайте чрезмерного роста зерна при отжиге.

Каково оптимальное время выдержки при температуре отжига?

Многие магазины используют метод проб и ошибок для определения времени выдержки. Но непоследовательные результаты приводят к ухудшению качества продукции и напрасной трате энергии.

Для полного отжига алюминия 6061 выдержите сплав при температуре 775°F (415°C) в течение 2-3 часов, чтобы обеспечить полную рекристаллизацию.

Время выдержки - это время пребывания металла при заданной температуре, а не время работы печи. Оно начинается, когда сердцевина металла достигает 775°F. Большим секциям требуется больше времени для выравнивания внутренней температуры.

Время против толщины

Как правило, время выдержки увеличивается с ростом толщины металла:

Такой медленный процесс нагрева также помогает предотвратить коробление или растрескивание во время отжига. Тонкие листы могут быстро достичь заданной температуры, но заготовки или прутки требуют большего терпения.

Более короткое время (1 час или менее) может только инициировать восстановление, но не полный отжиг. Это полезно только для снятия напряжения, но не для полного восстановления свойств.

Если энергопотребление вызывает озабоченность, рассмотрите возможность пакетной обработки для повышения эффективности. Но всегда проверяйте время замачивания с учетом размера и однородности деталей.

Какой метод охлаждения следует за отжигом 6061?

Очень соблазнительно вытащить деталь из печи и дать ей остыть на воздухе. Но это может свести на нет все преимущества отжига.

После отжига алюминий 6061 должен медленно остыть в печи - примерно на 50°F (10°C) в час до 500°F (260°C) - а затем охладиться на воздухе.

Такое медленное охлаждение позволяет новым зернам стабилизироваться без образования внутренних напряжений. При слишком быстром охлаждении металл может деформироваться, растрескаться или приобрести неоднородные свойства.

Стратегия охлаждения

Вот рекомендуемый процесс охлаждения после отжига:

1. Выдержите при температуре 775°F (2-3 ч): Полный отжиг.
2. Охладите до 500°F: При 50°F/час (около 10°C/час).
3. Охлаждение воздуха до комнатной температуры: Как только температура станет меньше 500°F.

Избегайте принудительного охлаждения воздухом или закалки водой после отжига, если только вы не собираетесь проводить обработку раствором. Быстрое охлаждение нарушает только что сформировавшуюся зернистую структуру.

Сводная таблица охлаждения

В моей практике пропуск контролируемого охлаждения приводил к браку. Твердость варьировалась между партиями. Как только мы начали охлаждать печь должным образом, качество продукции стабилизировалось.

Заключение

Чтобы правильно отжечь алюминий 6061, нагрейте его до 775°F (415°C), выдержите 2-3 часа и медленно охладите в печи перед воздушным охлаждением. Это обеспечит мягкий, пластичный материал, готовый к формовке или механической обработке.