Термообработка алюминиевых сплавов: Термообработка алюминиевых сплавов: виды и режимы

Содержание

Термообработка алюминиевых сплавов: виды и режимы

Термическая обработка алюминиевых сплавов предназначена для корректировки характеристик материала с помощью воздействия высоких температур. Различными способами обработки можно добиться широкого разнообразия структуры и свойств.

Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В качестве дополнительных компонентов применяются медь, магний, цинк, кремний и другие вещества, различное сочетание которых и их процентное соотношение прямо пропорционально влияют на свойства материала.

В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.

С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.

Термообработка алюминиевых сплавовТермообработка алюминиевых сплавов Термообработка алюминиевых сплавов

На сегодняшний день разработано множество методов термообработки алюминиевых изделий, среди которых наибольшую популярность обрели три: отжиг, закалка, старение.

Особенности термообработки алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.

Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.

Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.

Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.

Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой
Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой

Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой

Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.

От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала.  Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.

Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.

Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.

Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.

В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.

Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.

Методы отжига алюминиевых листов

Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.

Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.

Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:

  1. Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
  2. Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
  3. Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.

Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.

На сегодняшний день выделяют три режима отжига:

  1. Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
  2. Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
  3. Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.

Закалка алюминиевых отливов

Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.

Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.

Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31
Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31

Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31

При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.

В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.

Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.

Старение алюминиевых сплавов

Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.

Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.

Термообработка дюралюминия
Термообработка дюралюминия

Термообработка дюралюминия

Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.

Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.

Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.

Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.

Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.

Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.

Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций  к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Термическую обработку алюминиевых профилей применяют для модификации свойств алюминиевых сплавов, из которых они сделаны, путем изменения их микроструктуры. Основными упрочняющими механизмами в алюминиевых сплавах являются упрочнение за счет легирования твердого раствора и упрочнение за счет выделений вторичных фаз. Как правило, один из этих механизмов в сплаве является доминирующим. 

Твердый раствор алюминиевых сплавов

Твердый раствор получают нагревом алюминиевого сплава, при котором все имеющиеся в нем фазы растворяются с образованием одной гомогенной фазы – алюминия с растворенными в нем легирующими элементами. С повышением температуры растворимость элементов увеличивается, со снижением температуры – снижается. Механизм упрочнения заключается в том, что при достаточно быстром охлаждении алюминиевого сплава растворенные элементы остаются в атомной решетке алюминия и искажают, упруго деформируют ее. Эта искаженная атомная решетка затрудняет движение дислокаций и, следовательно, пластическую деформацию сплава и тем самым повышает его механическую прочность.   

Старение алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, которые упрочняются старением, содержат определенное количество растворимых легирующих элементов, например, некоторых комбинаций из меди, магния, кремния, марганца и цинка. При соответствующей термической обработке эти растворенные атомы соединяются в виде очень малых частиц, которые выделяются внутри зерен алюминиевого сплава. Этот процесс и называют старением, так он происходит «сам собой» при комнатной температуре. Для ускорения и достижения большей эффективности упрочнения алюминиевого сплава старение проводят при повышенной температуре, скажем, 200 °С.    

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе является весьма экономически выгодной технологией термической обработки алюминиевых профилей по сравнению с закалкой с отдельного нагрева. При закалке на прессе охлаждение алюминиевых профилей проводят от температуры, с которой они выходят из матрицы. Необходимое условие для закалки на прессе – интервал температур нагрева алюминиевого сплава под закалку должен совпадать с интервалом температур алюминиевых профилей на выходе из пресса. Это, в принципе, выполняется только для «мягких» и «полутвердых» алюминиевых сплавов – технического алюминия, алюминиевых сплавов серий 3ххх и 6ххх, а также малолегированных сплавов серии 5ххх (с магнием до 3 %) и некоторых алюминиевых сплавов серии 7ххх без легирования медью (7020, 7005 (наш 1915), 7003). Эффект закалки для алюминиевых сплавов 3ххх и 5ххх очень незначителен и, как правило, не принимается во внимание. Окончательные механические свойства алюминиевые сплавы 3ххх и 5ххх принимают не в результате термического упрочнения, а при последующей нагартовке, что может включать и операции термической обработки: один или несколько отжигов. Упрочняющей фазой для сплавов серии 6ххх является соединение Mg2Si. Подробнее см. Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе сплавов АД31, 6060 и 6063

Все алюминиевые сплавы серии 6ххх могут получать закалку непосредственно на прессе. Для фиксирования растворенных фаз в твердом растворе алюминия необходимо охлаждение алюминиевых профилей на выходе из пресса со скоростью не ниже некоторой критической скорости. Эта скорость зависит от химического состава алюминиевого сплава. Обычно усиленного охлаждения вентиляторами бывает достаточно для большинства алюминиевых профилей, однако иногда бывает необходимым и охлаждение их водой или смесью воздуха и воды. Успешная закалка алюминиевых сплавов серии 6ххх зависит от толщины профиля, а также от типа сплава и его химического состава. В случае чрезмерно массивных алюминиевых профилей, например, из сплава АД33 (6061) и относительно медленной скорости прессования материал на выходе из матрицы может не достигать интервала температур, необходимого для закалки и часть частиц Mg2Si останется не растворенной. Поэтому при последующем воздушном, или даже водяном, охлаждении профилей их полной закалки не получится. В таких случаях применяют отдельный нагрев под закалку в специальных печах – обычно вертикальных с последующим охлаждением  в вертикальных баках с водой. После закалки алюминиевых профилей производят их растяжение на 1,5 – 3 %  для правки и снятия остаточных напряжений.      

Старение алюминиевых профилей: искусственное и естественное

Заключительной операцией термической обработки алюминиевых профилей является старение, естественное или искусственное. Естественное старение происходит само собой в течение некоторого времени, разного для различных алюминиевых сплавов – от нескольких недель до нескольких месяцев. Искусственное старение производят в специальных печах старения. Типичные режимы термической обработки для некоторых алюминиевых сплавов 6ххх приведены в таблице 1.  

termicheskaya-obrabotka-alyuminievyx-splavov-6000Таблица 1

Термическая обработка алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg

Алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg без легирования медью (7020, 7005 (1915), 7003) также относят к «полутвердым» сплавам. Их успешно применяют при изготовлении кузовов вагонов, несущих, в том числе, сварных, конструкций. Эти алюминиевые сплавы успешно подвергаются упрочнению старением, если температура профилей на выходе из пресса составляет хотя бы 400 °С. Чаще всего их применяют вообще без принудительного охлаждения в виду их склонности к коррозии под напряжением. Вместе с тем, например, алюминиевый сплав 1915 обеспечивает даже в горячепрессованном состоянии с естественным старением от 30 до 35 суток предел прочности более 315 МПа.

Закалка алюминиевых профилей с отдельного нагрева

Алюминиевые сплавы Al–Cu–Mg и Al–Zn–Mg–Cu, а также сплавы серии Al–Mg при содержании магния более 3 % относят к труднопрессуемым. Алюминиево-магниевые сплавы не подвергаются термическому упрочнению, а процесс термического упрочнения алюминиевых сплавов Al–Cu–Mg и Al–Zn–Mg–Cu(2ххх и 7ххх) значительно отличается от термической обработки сплавов 6ххх, которые всегда закаливают на прессе. Закалку этих сплавов, например, сплавов 7075 и 2024 (Д16),  производят только с отдельного нагрева, чаще всего в вертикальных печах, с последующей быстрой закалкой в вертикальных ваннах-баках с водой. Заключительную операцию термической обработки – операцию старения – проводят или при комнатной температуре (естественное старение) или при заданной повышенной температуре в течение необходимого времени (искусственное старение).

Закалка твердых алюминиевых сплавов

В таблице 2 представлены упрочняющие фазы термически упрочняемых твердых сплавов. При печном нагреве под закалку они растворяются в твердом растворе. Процесс нагрева включает выдержку при заданной температуре для достижения почти гомогенного твердого раствора. Скорость охлаждения алюминиевых профилей от температуры закалки должна превышать некоторую критическую скорость, разную для разных алюминиевых сплавов, чтобы получить максимальные прочностные свойства и сопротивление межкристаллитной в состаренном состоянии. Например, для сплава 7075 скорость охлаждения должна быть не менее чем 300 °С/c в температурном интервале от 400 до 280 °С.  В закаленном состоянии алюминиевые сплавы, упрочняемые старением, являются нестабильными. При старении алюминиевых сплавов выделяются субмикроскопические частицы вторичной фазы, которые образуют нерегулярную дислокационную структуру. За счет формирования этой структуры и происходит упрочнение сплава. Размер и распределение этих выделений определяет оптимальные механические свойства алюминиевого сплава. Типичные режимы термической обработки некоторых твердых алюминиевых сплавов приведены в таблице 3. Длительность нагрева зависит от толщины алюминиевых профилей.             

uprochnyayushchie-fazy-alyuminievyx-splavov-2000-7000                                                                    Таблица 2 rezhimy-termicheskoy-obrabotky-alyuminievyx-splavov-2000-7000                                                                   Таблица 3

Источники:
1. Saha P.
2. Aluminium and Aluminium Alloys: ASM, 1993

Термообработка алюминиевых сплавов | Всё о цветных металлах и сплавах (бронза, медь, латунь и др)

Термическая обработка алюминиевых сплавов предназначена для корректировки характеристик материала с помощью воздействия высоких температур. Различными способами обработки можно добиться широкого разнообразия структуры и свойств.

Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В качестве дополнительных компонентов применяются медь, магний, цинк, кремний и другие вещества, различное сочетание которых и их процентное соотношение прямо пропорционально влияют на свойства материала.

В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.

С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.

На сегодняшний день разработано множество методов термообработки алюминиевых изделий, среди которых наибольшую популярность обрели три: отжиг, закалка, старение.

Особенности термообработки алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.

Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.

 

Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.

Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.

Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.

От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала.  Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.

Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.

Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.

Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.

В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.

Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.

Методы отжига алюминиевых листов

Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.

Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.

Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:

  1. Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
  2. Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
  3. Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.

Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.

На сегодняшний день выделяют три режима отжига:

  1. Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
  2. Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
  3. Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.

Закалка алюминиевых отливов

Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.

Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.

При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.

В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.

Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.

Старение алюминиевых сплавов

Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.

Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.

Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.

Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.

Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.

Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.

Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.

Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций  к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала

Термическая обработка алюминиевых отливок

Термическая алюминиевых литых деталей дает возможность улучшения их механических свойств или даже коррозионной стойкости.

Виды термической обработки отливок

В зависимости от метода литья и применяемого сплава к алюминиевой отливке могут применяться следующие виды термической обработки:

  • отжиг для снятия остаточных напряжений;
  • стабилизирующий отпуск;
  • гомогенизация;
  • полный отжиг;
  • упрочнение старением.

Наиболее важным видом термической обработки для алюминиевых отливок является старение, обычно – искусственное старение.

Принципы упрочнения алюминиевых сплавов старением

Необходимым условием для того, чтобы в алюминиевом сплаве происходило упрочнение старением, является уменьшение растворимости в твердом растворе алюминия одного или нескольких компонентов сплава с понижением температуры.

Как правило, процесс искусственного старения включает три стадии:

  1. При нагреве на твердый раствор (нагреве под закалку) происходит растворение в твердом растворе алюминия достаточного количества компонентов сплава, которые обеспечивают упрочнение старением.
  2. При достаточно быстром охлаждении при закалке эти компоненты остаются в твердом растворе. В этом состоянии отливки остаются относительно мягкими.
  3. При старении – для литых изделий, в основном, искусственном – происходит выделение этих растворенных компонентов в форме мельчайших субмикроскопических фаз, которые дают повышение твердости и прочности алюминиевого сплава. Эти мельчайшие фазы, которые по-научному называют «когерентными или полукогерентными фазами», представляют  собой препятствия для движения дислокаций в металле и поэтому упрочняют до этого мягкий металл.

Термически упрочняемые литейные алюминиевые сплавы

Термической обработке старением поддаются следующие типы алюминиевых литейных сплавов:

  • алюминий-медь;
  • алюминий-медь-магний;
  • алюминий-кремний- магний;
  • алюминий-магний-кремний;
  • алюминий-цинк-магний.

Нагрев на твердый раствор (нагрев под закалку)

Для того, чтобы ввести упрочняющие компоненты сплава в твердый раствор так быстро, как это только возможно, температура нагрева на твердый раствор должна быть максимально высокой, не ближе чем 15 °С к температуре ликвидус, чтобы избежать локального подплавления. По этой причине часто литейные алюминиевые сплавы, содержащие медь, подвергают нагреву на твердый раствор в два этапа: сначала до 480 °С, потом до 520 °С.

Длительность нагрева под закалку зависит от толщины стенки отливки и метода литья. По сравнению с литьем в песчаные формы, литье в кокиль требует более короткий нагрев под закалку для растворения упрочняющих компонентов сплава благодаря более измельченной микроструктуре. В принципе, нагрева около одного часа обычно достаточно. Более длительный нагрев под закалку – до 12 часов – применяют, например, для сплавов алюминий-кремний-магний для сфероидизации или округления эвтектического кремния, чтобы повысить пластические свойства сплава (относительное удлинение).

В ходе нагрева под закалку прочность отливок остается еще очень низкой. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению их прогиба и коробления. Для этого большие и сложные отливки закрепляют в специальных приспособлениях.

Закалка алюминиевых отливок

Горячую отливку необходимо охладить в воде как можно быстрее – за 5-20 секунд в зависимости от толщины ее стенок, чтобы подавить любое нежелательное и преждевременное выделение растворенных компонентов сплава.

После закалки отливки имеют высокую пластичность. Резкое охлаждение отливки при закалке может приводить к образованию больших внутренних напряжений и короблению изделия. Эту проблему решают выбором закалочной среды и способа ее подачи: погружение в воду или подача воды через спрейеры – вода холодная, вода горячая или масло.

В любом случае, любые действия по правке изделия должны производиться после закалки, но до старения.

Операция старения

Операция старения приводит к значительному увеличению твердости и прочности литейной структуры за счет выделения мельчайших упрочняющих фаз. Только после этой операции изделие получает свои заданные свойства, свою окончательную форму и размеры.

Обычные сплавы подвергают искусственному старению. Искусственное старение – это старение при повышенных температурах, в отличие от естественного старения, которое проводят при температуре окружающей среды («комнатной» температуре).

Температура старения и ее длительность могут быть различными в зависимости от требуемых свойств алюминиевого сплава в отливке. Например, механические свойства можно «отрегулировать» так, чтобы получить высокую твердость и прочность, но за счет более низкой пластичности (относительного удлинения) материала отливки. И наоборот, можно достичь более высокой пластичности (относительного удлинения), но в ущерб твердости и прочности. При выборе температуры старения и длительности его выдержки применяют диаграммы старения конкретного сплава, которые разработаны для многих сплавов (рисунки 1-4).

1-starenie-alyuminiyaРисунок 1 – Зависимость предела текучести литейного алюминиевого сплава
Al Si10Mg от температуры его искусственного старения

2-starenie-alyuminiyaРисунок 2 – Зависимость относительного удлинения литейного алюминиевого сплава Al Si10Mg от температуры его искусственного старения

3-starenie-alyuminiyaРисунок 3 – Зависимость предела прочности литейного алюминиевого сплава
Al Si10Mg от температуры его искусственного старения

4-starenie-alyuminiyaРисунок 4 – Зависимость твердости литейного алюминиевого сплава Al Si10Mg
от температуры его искусственного старения

В сплавах алюминий-кремний-магний имеется дополнительная возможность влиять на уровень предела прочности и относительного удлинения материала отливки путем изменения содержания магния в комбинации с варьированием параметров термической обработки (рисунок 5).

5-starenie-alyuminiyaРисунок 5 – Влияние содержания магния в сплаве Al Si7 на предел прочности в литом и состаренном состояниях

Типичные параметры искусственного старения для различных типов литейных алюминиевых сплавов представлены на рисунке 6.

6-starenie-alyuminiyaРисунок 6 – Параметры искусственного старения литейных алюминиевых сплавов

Источник: Aleris International, 2014

Термообработка алюминиевых сплавов — Студопедия

Она позволяет получить большое разнообразие структур. В этом случае можно добиться значи­тельного упрочнения, что и обеспечило самое широкое применениетермообработки алюминиевых сплавов. Физический смысл термообработки сплавов алюминия состоит в том, что при этом изменяется и концентрация твердого раствора легирующих элементов в алюминии, При этом меняется фазовый состав, что повышает прочность сплайн при сохранении достаточной пластичности. Рассмотрим этоположение на конкретном примере. В сплаве системы Аl — Си образуется интерметаллическое соединение CuAI2. Если этот сплав нагреть до 500 — 540°С, то частицы СuАl2растворятся в алюминии. При быстром охлаждении фаза СuАl2 не успевает выделиться из твердого раствора и остается в нем, в результате чего получается упрочнение сплава (закалка). Фазовые изменения в алюминиевых сплавах могут происходить не только при нагреве, но и при комнатной температуре. Для алюминиевых сплавов наиболее широкое распространение получили следующие виды термообработки: отжиг, закалка и старение.

Отжиг применяют для улучшения пластичности. При этом полу­чается более равновесное фазовое состояние. В зависимости от поставленной цели отжиг разделяют на три вида: гомогенизирую­щий, рекристаллизационный, а также для разупрочнения.

Гомогенизирующий отжиг проводят, как правило, для устранения неоднородностей структуры сплава. Температура нагрева при этом 450 — 520°С. Время выдержки при этой температуре 4 — 40 ч. После этого сплав охлаждают.


Рекристаллизационный отжиг выполняют для обеспечения высо­кой пластичности и снижения прочности деталей после пластической деформации. Алюминиевые сплавы нагревают до 300 — 500°С, соот­ветствующих температуре окончания первичной рекристаллизации. Длительность такого отжига 0,5 — 2 ч.

Отжиг для разупрочнения применяют для снижения прочности перед последующей обработкой давлением, например штамповкой.

Закалка может быть применена только для тех сплавов, которые в твердом состоянии могут претерпевать фазовые превращения. Цель закалки — получить в сплаве предельно неравномерную структуру — пресыщенный твердый раствор с максимальным содержанием леги­рующих элементов. Такая структура обеспечивает возможностьдаль­нейшего упрочнения старением. Сразу после закалки алюминиевые сплавы не становятся более прочными. Они приобретают заданные характеристики прочности после завершения процесса старения, т.е. после окончания фазовых превращений в твердом состоянии.


Таким образом, если в сплаве находятся только компоненты, не растворимые в твердом алюминии, его закалка невозможна.

Закалка алюминиевых сплавов заключается в нагреве их до температуры, при которой легирующие элементы частично или пол­ностью растворяются в алюминии. При этой температуре сплав выдер­живают, а затем быстро охлаждают до весьма низкой температуры (10 — 20 °С). Выдержка нужна для прохождения процесса растворения. Кик правило, охлаждение алюминиевых сплавов производят в воде.

Алюминиевые сплавы могут подвергаться процессам старения при нагреве (обычно 100 — 200 °С) или при комнатной температуре. Старение с нагревом называют искусственным старением. Старение при комнатной температуре называют естественным старением.

Состояние алюминиевых сплавов сразу после закалки называют свежезакаленным. Поскольку при этом существенное повышение прочности еще не началось, деталь или заготовку можно легко обра­батывать (например, гнуть) в течение нескольких часов. Затем твердость и прочность возрастают. В самолетостроительном производстве это свойство используется очень широко.

Закалка и старение алюминия

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Скорость охлаждения алюминиевых профилей – закалка – сразу после выхода из пресса должна быть достаточно быстрой, чтобы задержать магний и кремний в твердом растворе. Это обеспечивает достижение максимальных механических свойств материала профиля за счет их выделения при последующем упрочнении старением.

Необходимая скорость охлаждения твердого раствора легирующих элементов – магния и кремния в алюминии – для обеспечения эффекта закалки зависят от размеров поперечного сечения алюминиевого профиля и способов его охлаждения:

  • спокойным воздухом,
  • вентиляторами,
  • водяным туманом,
  • водяным спрейерным охлаждением или
  • в потоке воды.

На рисунке и в таблице показаны минимально допустимые скорости охлаждения алюминиевых профилей для различных сплавов серии 6ххх. Для алюминиевых профилей из сплава 6060 (алюминиевого сплава АД31) обычно бывает достаточно охлаждения на спокойном воздухе или вентиляторами, тогда как для профилей из сплава 6061 необходимо спрейерное охлаждение водой или охлаждение в потоке воды.

закалка алюминиевых профилей из сплавов 6060/АД31 и 6061/АД33

 закалка алюминевых профилей из сплавов 6060/АД31, 6061 и др.

Старение алюминиевых сплавов   

Старение сплавов серии 6ххх производят для повышения механических свойств алюминиевых профилей. Степень этого повышения свойств зависит от типа сплава и условий старения. Эти условия различаются для:

  • естественного старения, которое происходит “само собой” при комнатной температуре, и
  • искусственного старения, которое проводят при повышенных температурах, около 160-200 ºС.

Прочность сплавов серии 6ххх прямо связана с их способностью сопротивляться движению дислокаций в ходе деформирования. При приложении к материалу напряжений в нем образуются и двигаются дислокации. С увеличением напряжений количество и плотность дислокаций, двигающихся в материале, возрастает до тех пор, пока, наконец, материал не разрушается.

Движение дислокаций тормозится из-за присутствия частиц Mg2Si и поэтому прочность состаренного алюминиевого сплава возрастает. Размеры и плотность этих частиц контролируются параметрами старения. Небольшое количество мелких частиц β”-Mg2Si мало могут сделать, чтобы остановить дислокации, которые двигаются через материал, но когда их много они препятствуют движению дислокаций и это повышает прочность материала.

Если же частицы вырастают слишком большими (β’-Mg2Si и β-Mg2Si), их становится слишком мало из-за ограниченного содержания Mg и Si в алюминии. В этом случае дислокации легко обходят эти частицы и прочность материала снижается.

Это демонстрирует схематический график типичного искусственного старения на рисунке ниже.

термическая обработка алюминевого сплава 6060 (/АД31) термическая обработка алюминевого сплава 6060 (АД31)

Пик прочностных свойств достигается при большом количестве мелких частиц β”-Mg2Si. Для сплавов 6ххх типичными параметрами искусственного старения являются температура 170 ºС при выдержке 8 часов или 185 ºС при выдержке 6 часов.

Т-состояния алюминиевых сплавов

Различным вариантам параметров старения соответствуют  различные обозначения состояния алюминиевых сплавов:

  • Т1 – охлажденый после прессования до комнатной температуры и естественно состаренный;
  • Т4 – после прессования закаленный с отдельного нагрева и естественно состаренный;
  • Т5 – охлажденный после прессования до комнатной температуры и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств;
  • Т6 – после прессования закаленный с отдельного нагрева и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств.  

Для обозначения других обработок старением, которые специально разработаны для получения механических свойств, которые отличаются от максимальных прочностных свойств. Например, состояния Т52 и Т591 применяются для алюминиевых профилей, которые подвергаются гибке, а состояние Т7 – для профилей, которые применяются при повышенных температурах.

Растяжение и вылеживание профилей

Обычная практика изготовления прессованных алюминиевых профилей включает их растяжение от 0,5 % до 3 % и затем вылеживание с задержкой на сутки искусственного старения для профилей из малолегированных сплавов 6ххх (не более 0,9 % Mg2Si), например, алюминиевые сплавы АД31, 6060 и 6063. Это способствует достижению оптимальных механических свойств профилей после старения.

Однако такая задержка для более высокопрочных алюминиевых сплавов (содержание Mg2Si более 0,9 %), например, 6061, может привести к пониженным механическим свойствам материала алюминиевых профилей. Эти сплавы содержат медь в количестве не менее 0,1 %, которая противодействует влиянию задержки искусственного старения на конечные механические свойства термически упрочненных алюминиевых профилей.    

Отжиг алюминия

Под отжигом алюминия и алюминиевых сплавов обычно понимают полный отжиг, в отличие от частичного отжига, отжига для снятия деформационного упрочнения или отжига в контролируемой атмосфере.

Полный отжиг алюминия и алюминиевых сплавов

После полного отжига все алюминиевые сплавы – как термически упрочняемые, так термически не упрочняемые – получают состояние, которое является самым мягким, самым пластичным и наиболее благоприятным для пластической деформации.

Международное обозначение этого состояния буква «О». Иногда эту букву «О» путают с цифрой «0». 

В отечественных стандартах на алюминиевую продукцию есть состояние просто «отжига» и  это состояние обозначают буквой «М». По смыслу и по механическим свойствам сплавов в этом состоянии этот «просто» отжиг является именно полным отжигом, как его понимают в международных стандартах.

Температура отжига

Снижение или полное снятие деформационного упрочнения от холодной пластической деформации (нагартовки или наклепа) достигается при нагреве до температуры от 260 до 440 °С. Это справедливо как для термически упрочняемых, так и для термически не упрочняемых алюминиевых сплавов. 

Скорость разупрочнения нагартованного материала сильно зависит от  температуры. Поэтому время, которое требуется для полного отжига данного алюминиевого сплава с данной степенью нагартовки, может различаться от нескольких часов при низких температурах до нескольких секунд при высоких температурах.      

Какова цель отжига – такова температура отжига

Если целью отжига является просто снятие деформационного наклепа, то нагрева до температуры около 345 °С будет вполне достаточно. Если же необходимо удалить упрочнение от термической обработки или даже просто от охлаждения с температуры горячей обработки, то нужна специальная термическая обработка для получения структуры с выделением упрочняющей фазы в виде крупных  и отдельно стоящих частиц. Такой термической обработкой и является полный отжиг: выдержка при температуре от 415 до 440 °С и медленное охлаждение со скоростью около 30 °С в час до 260 °С.

Высокие скорости диффузии легирующих элементов в алюминии, которые характерны для такой высокой температуры, длительность выдержки и медленное охлаждение обеспечивают максимальную коалесценцию (укрупнение) частиц упрочняющей фазы, что и дает в результате материалу – алюминиевому сплаву –  минимальную твердость.

Выдержка отжига и охлаждение после отжига

При отжиге важно обеспечить, чтобы заданная температура была достигнута во всех частях садки и во всех точках каждого изделия. Поэтому обычно назначают длительность выдержки при температуре отжига не менее 1 часа. Максимальная температура отжига является умеренно критической: рекомендуется не превышать температуру 415 °С из-за возможного окисления и роста зерна. Скорость нагрева может быть критической, например, для сплава 3003, который обычно требует быстрого нагрева для предотвращения роста зерна. Относительно медленное охлаждение на спокойном воздухе или с печью рекомендуется для всех сплавов для минимизации коробления.

Типичные параметры полного отжига для некоторых алюминиевых сплавов представлены ниже.

Параметры полного отжига для снятия деформационного упрочнения

Алюминиевые сплавы

1060, 1100, 1350
3003, 3004, 3105
5005, 5050, 5052, 5083, 5086, 5154, 5182, 5254, 5454, 5456, 5457, 5652
7005
Применяется также для термически упрочняемых сплавов, если целью отжига является только снятие деформационного упрочнения или частичный отжиг.

Температура отжига

345 °С

Длительность выдержки при температуре отжига

Около 1 часа. Длительность пребывания в печи должна быть не более, чем это необходимо, что довести бы все части садки до температуры отжига.

Охлаждение после отжига

Скорость охлаждения после отжига не имеет значения.

Параметры полного отжига для снятия термического упрочнения  

Алюминиевые сплавы

2014, 2017, 2024, 2036, 2117, 2124, 2219
6005, 6061, 6060, 6063, 6066
7079, 7050, 7075, 7079, 7178, 7475

Температура отжига

415 °С

Длительность выдержки при температуре отжига

От 2 до 3 часов

Охлаждение после отжига

Охлаждение со скоростью около 30 °С в час от температуры отжига до 260 °С. Скорость последующего охлаждения не имеет значения.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993. 

ТЕПЛООБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ Термическая обработка стали Большинство операций термообработки начинаются с нагрева сплава до состояния аустенитной фазы для растворения карбида в чугуне.Практика термической обработки стали

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Североамериканский нержавеющий сортовой прокат Лист нержавеющей стали 2205 UNS S2205 EN 1.4462 2304 UNS S2304 EN 1.4362 ВВЕДЕНИЕ Типы 2205 и 2304 представляют собой дуплексные марки нержавеющей стали с микроструктурой

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Плоские изделия из нержавеющей стали для Северной Америки Лист из нержавеющей стали T409 ВВЕДЕНИЕ NAS 409 — это стабилизированная ферритная нержавеющая сталь с содержанием 11% хрома.Он не так устойчив к коррозии или высокотемпературному окислению

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Лист 430 (S43000) / EN 1.4016 из нержавеющей стали для Северной Америки. Введение: SS430 — это низкоуглеродистая ферритная нержавеющая сталь с простым хромом без какой-либо стабилизации углерода

. Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Лист AISI 304 UNS S30400 EN 1.4301 AISI 304L UNS S30430 EN 1.4307 ВВЕДЕНИЕ: Типы 304 и 304L являются наиболее универсальными и широко используемыми из

Дополнительная информация

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали. Стали могут подвергаться термообработке для получения самых разных микроструктур и свойств. Обычно при термообработке используется фазовое превращение во время нагрева и охлаждения для изменения

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Лист 310S (S31008) / EN 1 нержавеющей стали для листового проката из нержавеющей стали Северной Америки.4845 Введение: SS310 — это высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, предназначенная для работы при повышенных температурах.

Дополнительная информация

ME349 Проекты инженерного дизайна

ME349 Проекты инженерного проектирования Введение в выбор материалов Проблема выбора материалов Проектирование инженерного компонента включает три взаимосвязанные проблемы: (i) выбор материала, (ii)

Дополнительная информация

Аустенитные нержавеющие стали

Авторское право 2008 ASM International.Все права защищены. Нержавеющая сталь для инженеров-проектировщиков (# 05231G) www.asminternational.org ГЛАВА 6 Обзор аустенитных нержавеющих сталей АУСТЕНИТНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Североамериканский плоский прокат из нержавеющей стали Лист нержавеющей стали марки 304 (S30400) / EN 1.4301 304L (S30403) / EN 1.4307 304H (S30409) Введение: Типы 304, 304L и 304H являются наиболее универсальными и широко распространенными

Дополнительная информация

Решение для домашнего задания №1

Решение домашнего задания # 1 Глава 2: Вопросы с несколькими вариантами ответов (2.5, 2.6, 2.8, 2.11) 2.5 Какие из следующих типов облигаций классифицируются как первичные (более одной)? (а) ковалентная связь, (б) водород

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Североамериканский сортовой прокат нержавеющая сталь Лист марок нержавеющей стали AISI 316 UNS S31600 EN 1.4401 AISI 316L UNS S31630 EN 1.4404 ВВЕДЕНИЕ NAS обеспечивает нержавеющую сталь 316 и 316L, которые являются молибденосодержащими аустенитными

Дополнительная информация

Материалы подшипников двигателя

Материалы подшипников двигателя Dr.Дмитрий Копелиович (менеджер по исследованиям и разработкам) Долговечность подшипника двигателя достигается, если в его материалах сочетаются высокая прочность (грузоподъемность, износостойкость,

). Дополнительная информация

Рисунок 1: Типичные кривые S-N

Диаграмма «стресс-долговечность» (диаграмма S-N) В основе метода «стресс-долговечность» лежит диаграмма Wohler S-N, схематически показанная для двух материалов на рисунке 1. Диаграмма S-N отображает номинальную амплитуду напряжения S в сравнении с

Дополнительная информация

Технические данные СИНИЙ ЛИСТ.Мартенситный. нержавеющие стали. Типы 410, 420, 425 Mod и 440A ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМА ИЗДЕЛИЯ

Технические данные СИНИЙ ЛИСТ Allegheny Ludlum Corporation Питтсбург, Пенсильвания Мартенситные нержавеющие стали типов 410, 420, 425 Mod и 440A ОБЩИЕ СВОЙСТВА Allegheny Ludlum типов 410, 420, 425 Modified и

Дополнительная информация

СПЛАВ 2205 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

СПЛАВ 2205 ТЕХНИЧЕСКИЙ ЛИСТ UNS S32205, EN 1.4462 / UNS S31803 ОБЩИЕ СВОЙСТВА /////////////////////////////////////////////// ////////// //// 2205 (обозначения UNS S32205 / S31803) — это 22% хрома, 3% молибдена,

Дополнительная информация

Глава 8. Фазовые диаграммы.

Фазовые диаграммы Фаза в материале — это область, которая отличается по своей микроструктуре или составу от другой области Al Al 2 CuMg H 2 O (твердая, ледяная) в H 2 O (жидкая) 2 фазы, однородные в кристалле

Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Введение: Лист 309S (S30908) / EN1 из нержавеющей стали для Северной Америки.4833 SS309 — высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, обладающая превосходной стойкостью к окислению,

Дополнительная информация

3 — Атомно-абсорбционная спектроскопия

3 — Атомно-абсорбционная спектроскопия Введение В атомно-абсорбционной (АА) спектроскопии используется поглощение света для измерения концентрации атомов в газовой фазе. Поскольку образцы обычно жидкие или твердые,

Дополнительная информация

Инструментальная сталь для холодных работ AISI O1

ФАКТЫ О СТАЛИ AISI O1 Инструментальная сталь для холодных работ Здесь начинается отличная оснастка! Эта информация основана на наших текущих знаниях и предназначена для предоставления общих сведений о наших продуктах и ​​их

Дополнительная информация

Таблица марок нержавеющей стали

Таблица марок нержавеющей стали ATLAS STEELS РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛА Указанный химический анализ (%) C Si Mn P S Cr Mo Ni Прочие аустенитные нержавеющие стали 253MA S30815 0.05 1,1-2,0 0,8 0,040 0,030 20,0-22,0 10,0-12,0

Дополнительная информация

Фаза. Правило фазы Гиббса

Фазовые диаграммы Фаза Фаза может быть определена как физически обособленная и химически однородная часть системы, которая имеет определенный химический состав и структуру. Вода в жидком или парообразном состоянии

Дополнительная информация

Лекция 35: Атмосфера в печах

Лекция 35: Атмосфера в печах Содержание: Выбор атмосферы: Газы и их поведение: Подготовленные атмосферы Применение в защитных атмосферах Требования к объему атмосферы Датчики атмосферы

Дополнительная информация .

Термообработка алюминия и алюминиевых сплавов

Общие типы термообработки алюминия и его сплавов: предварительный нагрев или гомогенизация для уменьшения химической сегрегации литых конструкций и улучшения их обрабатываемости; Отжиг для размягчения деформационно-упрочненных (деформированных) и термообработанных структур из сплавов, снятия напряжений и стабилизации свойств и размеров; Термическая обработка на твердый раствор для получения твердого раствора легирующих компонентов и улучшения механических свойств; Осадочная термообработка для отверждения за счет осаждения компонентов из твердого раствора

Процессы термообработки алюминия — это прецизионные процессы.Их необходимо проводить в правильно спроектированных и построенных печах. для обеспечения требуемых тепловых условий и надлежащим образом оборудованный с инструментами контроля для обеспечения желаемой непрерывности и равномерность температурно-временных циклов. Чтобы застраховать последнее желаемое характеристики, детали процесса должны быть установлены и контролироваться внимательно относиться к каждому виду продукции.

Общие виды термической обработки алюминия и его сплавов:

  • Предварительный нагрев или гомогенизация для уменьшения химической сегрегации литых конструкций и улучшения их обрабатываемости
  • Отжиг для разупрочнения деформационно-упрочненных (деформационно-упрочненных) и термообработанных структур из сплавов, снятия напряжений и стабилизации свойств и размеров
  • Термическая обработка на твердый раствор для получения твердого раствора легирующих компонентов и улучшения механических свойств
  • Термическая обработка с осаждением для обеспечения твердения путем осаждения компонентов из твердого раствора.

ПРОЦЕДУРА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА INGOT (ГОМОГЕНИЗАЦИЯ)

Начальная термическая операция, применяемая к слиткам перед горячей обработкой: называется «предварительным нагревом слитка», который имеет одну или несколько целей в зависимости от сплава, продукта и процесса изготовления. Одна из основных целей — улучшение работоспособности. В микроструктура большинства сплавов в литом состоянии довольно неоднородный. Это верно для сплавов, образующих твердые растворы. в равновесных условиях и даже для относительно разбавленных сплавов

ОТЖИГ

Деформированная, смещенная структура в результате холодной обработки алюминий менее стабилен, чем недеформированное отожженное состояние, до которого он имеет тенденцию возвращаться.Алюминий низкой чистоты и технические алюминиевые сплавы претерпевают эти структурные изменения только при отжиге при повышенных температуры. Структурную реверсию сопровождают изменения в различные свойства, влияющие на холодную обработку. Эти изменения происходят в несколько стадий, в зависимости от температуры или времени, и привели к концепция различных механизмов или процессов отжига.

Восстановление . Уменьшение количества дислокаций наибольшее. в центре фрагментов зерна, создавая субзеренную структуру с сетками или группами дислокаций на границах субзерен.С увеличением времени и температуры нагрева полигонизация становится более почти идеальный, и размер субзерен постепенно увеличивается. На этом этапе многие субзерен имеют границы которые свободны от клубков и скоплений дислокаций.

Восстановительный отжиг сопровождается также изменением других свойств. холоднодеформированного алюминия. Полное выздоровление от воздействия холода обработка получается только при перекристаллизации.

Рекристаллизация характеризуется постепенным формирование и появление микроскопически разрешимой зеренной структуры. Новая структура практически не деформируется — дислокаций практически нет. внутри зерен и отсутствие концентраций на границах зерен.

Рост зерна после перекристаллизации . Нагрев после перекристаллизация может привести к укрупнению зерна. Это может занять одно из несколько форм.

ОСАДКА

Общие принципы дисперсионного твердения . Жара обрабатываемые сплавы содержат количество растворимых легирующих элементов, превышающее равновесный предел растворимости твердых веществ при комнатной и умеренно более высокой температуры. Присутствующее количество может быть меньше или больше максимального растворим при эвтектической температуре.

Природа осадков и источники твердения .Интенсивный исследования в течение последних сорока лет привели к прогрессивному накопление знаний по атомной и кристаллографической структурные изменения, происходящие в пересыщенных твердых растворах при осаждение и механизмы, с помощью которых структуры формируются и изменить свойства сплава. В большинстве систем, устойчивых к атмосферным осадкам, сложный присутствует последовательность зависимых от времени и температурных изменений.

Кинетика раствора и осаждения .Относительные ставки при которых происходят реакции растворения и осаждения с различными растворенными веществами зависят от соответствующих скоростей диффузии, а также от растворимости и содержание сплава. Коэффициенты объемной диффузии для нескольких коммерчески важные легирующие элементы в алюминии определялись различными экспериментальные методы.

Нуклеация . Формирование зон может происходить в практически непрерывная кристаллическая решетка в результате процесса однородного зарождение.Недавние исследования свидетельствуют о том, что критический для этого процесса требуется концентрация вакансий и чтобы зародышеобразование модель, включающая кластеры атомов растворенных вакансий, согласуется с некоторыми влияние температуры раствора и скорости закалки.

На зарождение новой фазы большое влияние оказывает наличие разрывов в решетке. Поскольку в поликристаллических сплавах зерно границы, границы субзерен, дислокации и межфазные границы места с большим беспорядком и большей энергией, чем твердый раствор матрицы, они являются предпочтительными центрами зарождения преципитатов.

Закалка

Закалка во многих отношениях является наиболее важным этапом в последовательности нагрева. лечебные операции. Целью закалки является сохранение как можно более по возможности неповрежденный твердый раствор, образовавшийся при термообработке раствора температуры, путем быстрого охлаждения до некоторой более низкой температуры, обычно около комнатная температура.

Диапазон критических температур . Основы, связанные с закалка дисперсионно-твердеющих сплавов основана на теории зародышеобразования применяется к твердотельным реакциям, управляемым диффузией.Эффекты температура от кинетики изотермического осаждения зависит в основном от степени пересыщения и скорости диффузии.

Закалочная среда . Вода не только широко используется закалка средний, но и самый эффективный. Очевидно, что в закалка погружением, скорость охлаждения можно уменьшить за счет увеличения воды температура. Условия, повышающие стабильность паровой пленки вокруг детали уменьшают скорость охлаждения; различные добавки к воде такое же более низкое поверхностное натяжение.

Старение при комнатной температуре (естественное старение)

Большинство термообрабатываемых сплавов демонстрируют упрочнение старения при комнатной температуре. после закалки скорость и степень такого твердения варьируются от одного сплав к другому. Никаких заметных микроструктурных изменений не сопровождает старение при комнатной температуре, так как эффекты упрочнения объясняются исключительно к формированию зонной структуры внутри твердого раствора.

Поскольку сплавы более мягкие и пластичные сразу после закалки. чем после старения могут выполняться операции правки или формования легче в свежезакаленном состоянии.

Термообработка с осаждением (искусственное старение)

Влияние атмосферных осадков на механические свойства очень велико. ускоренный и обычно усиленный повторным нагревом закаленного материала примерно от 100 до 200 ° C. Эффекты не могут быть полностью связаны с изменилась скорость реакции; как упоминалось ранее, структурные изменения происходящие при повышенных температурах принципиально отличаются от те, которые происходят при комнатной температуре.Эти различия отражены в механические характеристики и некоторые физические свойства. Характерная особенность воздействия старения при повышенных температурах на растяжимость заключается в том, что увеличение предела текучести больше выражено, чем увеличение прочности на разрыв. Также пластичность, как измеряется процентным удлинением, уменьшается. Таким образом, сплав в Состояние T6 имеет более высокую прочность, но более низкую пластичность, чем тот же сплав в темпераменте Т4.

Термическая обработка с осаждением без предварительной термообработки

Некоторые сплавы, относительно нечувствительные к скорости охлаждения во время закалка может быть либо с воздушным охлаждением, либо с закалкой в ​​воде непосредственно после конечной горячая рабочая операция.В любом случае эти сплавы будут реагировать сильно к осадочной термообработке.

Термообработка литых изделий с осаждением

Механические свойства постоянных форм, песчаных и гипсовых отливок. большинства сплавов значительно улучшаются путем термообработки на твердый раствор, закалки, и термообработка с осаждением с использованием методов, аналогичных применяемым для кованых изделий.

добавлены, или когда некоторые другие характеристики значительно изменены..

Термическая обработка цветных металлов — Часть первая (Алюминий)

Алюминиевые сплавы

В деформируемой форме технически чистый алюминий известен как 1100. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии и легко формуется в сложные формы. Он относительно невысок по прочности и не обладает свойствами, необходимыми для конструкционных деталей самолетов. Высокая прочность обычно достигается за счет легирования. Полученные сплавы менее легко образуются и, за некоторыми исключениями, имеют более низкую коррозионную стойкость, чем алюминий 1100.

Легирование — не единственный метод повышения прочности алюминия. Как и другие материалы, алюминий становится прочнее и твердее при прокатке, формовании или другой холодной обработке. Поскольку твердость зависит от объема холодной обработки, 1100 и некоторые деформируемые алюминиевые сплавы доступны с несколькими степенями деформации. Мягкое или отожженное состояние обозначается как O. Если материал подвергается деформационному упрочнению, говорят, что он находится в состоянии H.

Сплавы, наиболее широко используемые в авиастроении, упрочняются термической обработкой, а не холодной обработкой.Эти сплавы обозначаются несколько другим набором символов: T4 и W обозначают термообработку на твердый раствор и закалку, но не состаренную, а T6 обозначает сплав в закаленном состоянии после термообработки.

  • W — термообработка на твердый раствор, нестабильное состояние
  • T — обработка для получения стабильных состояний, отличных от F, O или H
  • T2 — отжиг (только литые изделия)
  • T3 — термообработка на твердый раствор, а затем холодная деформация
  • T4 — термообработка в растворе
  • T5 — только искусственное старение
  • T6 — термообработка в растворе и затем искусственное старение
  • T7 — ​​термообработка в растворе, а затем стабилизация
  • T8 — термообработка в растворе, холодная обработка и затем искусственное старение
  • T9 — термообработка в растворе, искусственное старение, а затем холодная обработка
  • T10 — искусственное старение, а затем холодная обработка

Дополнительные цифры могут быть добавлены к T1 — T10 для обозначения вариации обработки, которая значительно изменяет характеристики продукта .

Листы из алюминиевого сплава маркируются номером спецификации примерно на каждом квадратном футе материала. Если по какой-либо причине этот идентификатор отсутствует на материале, можно отделить термически обрабатываемые сплавы от нетермообрабатываемых сплавов, погрузив образец материала в 10-процентный раствор едкого натра (гидроксида натрия). Термообрабатываемые сплавы станут черными из-за содержания меди, тогда как другие останутся светлыми. В случае плакированного материала поверхность останется светлой, но при взгляде с края будет темная область посередине.

Alclad Aluminium

Термины «Alclad» и «Pureclad» используются для обозначения листов, которые состоят из сердечника из алюминиевого сплава, покрытого слоем чистого алюминия толщиной примерно 5 1⁄2 процента с каждой стороны. Покрытие из чистого алюминия обеспечивает двойную защиту сердечника, предотвращая контакт с любыми коррозионными агентами и обеспечивая электролитическую защиту сердечника, предотвращая любые повреждения, вызванные царапинами или другими истиранием.

Существует два типа термической обработки алюминиевых сплавов.Один из них называется термообработкой на раствор, а другой — термообработкой с осаждением. Некоторые сплавы, такие как 2017 и 2024, полностью проявляют свои свойства в результате термообработки на твердый раствор с последующим примерно 4-дневным старением при комнатной температуре. Другие сплавы, такие как 2014 и 7075, требуют обеих термических обработок.

Сплавы, требующие дисперсионной термообработки (искусственного старения) для достижения полной прочности, также в ограниченной степени стареют при комнатной температуре; скорость и степень упрочнения зависят от сплава.Некоторые из них достигают максимальной прочности при естественном старении или при комнатной температуре за несколько дней и обозначаются как -T4 или -T3. Другие продолжают заметно стареть в течение длительного периода времени.

Из-за этого естественного старения обозначение -W указывается только при указании периода старения, например, 7075-W (1⁄2 часа). Таким образом, существует значительная разница в механических и физических свойствах свежезамороженного (-W) материала и материала с состоянием -T3 или -T4.

Закалка алюминиевого сплава термической обработкой состоит из четырех отдельных этапов:

  1. Нагрев до заданной температуры.
  2. Замачивание при температуре в течение определенного времени.
  3. Быстрая закалка до относительно низкой температуры.
  4. Старение или дисперсионное твердение либо самопроизвольно при комнатной температуре, либо в результате низкотемпературной термической обработки.

Первые три вышеуказанных шага известны как термообработка на твердый раствор, хотя стало обычной практикой использовать более короткий термин «термообработка».Закалка при комнатной температуре известна как естественное старение, а закалка при умеренных температурах называется искусственным старением или термообработкой с осаждением.

Бортовой механик рекомендует

.

Термическая обработка алюминия — Технические условия на термообработку алюминия

Заказчики из аэрокосмической и оборонной промышленности обращаются к Jones Metal Products для обработки алюминиевых деталей, как и коммерческие заказчики с точными спецификациями для термообработки алюминия. Мы понимаем, что качество и рентабельность имеют первостепенное значение и обеспечиваем одинаковые отличные результаты для каждого заказа.

Аккредитация: аккредитован NADCAP, ISO 9001: 2015 (без дизайна), AS9100: 2016 и зарегистрирован в ITAR.Устройство также признано Федеральным авиационным управлением за соблюдение протоколов Программы предотвращения злоупотребления наркотиками и алкоголем.

Одобрения клиентов: одобрений клиентов на термическую обработку алюминия включают Goodrich, Gentz, Honeywell (утвержденный список поставщиков), Lockheed Martin, Parker Hannafin, Pratt Whitney (по частям), Cessna, Gulfstream и Rolls Royce.

Виды обрабатываемых деталей: кованых алюминиевых листов, пластин, деталей, поковки и литья по выплавляемым моделям.

Предлагаемые нами виды лечения: старение, закалка на воздухе, закалка в горячей и холодной воде, закалка гликолем, частичный и полный отжиг, закалка, обработка раствором и снятие напряжений.

Испытания, которые мы проводим: твердость и электропроводность .

Специальная обработка в соответствии с вашими требованиями:

  • У нас есть опыт работы со многими алюминиевыми сплавами, используемыми на аэрокосмическом и оборонном рынках, включая алюминиевые сплавы 2014, 2024, 6013, 6061 и 7075, а также сплавы для литья по выплавляемым моделям 355, 356 и 357.
  • Мы упакуем и отправим детали на сухом льду для сохранения «W» или мягкости.
  • Мы предоставим точные температуры и процессы для достижения состояния алюминиевого сплава, которое вы укажете.
  • Мы удалим детали из упаковочных приспособлений для испытаний на проводимость и повторно установим приспособления перед отправкой деталей обратно заказчику.
  • Мы соблюдаем ваши сроки доставки. Наш послужной список по своевременной доставке составляет образцовые 99 процентов. Если ваш объект расположен в районе Кантона, Акрона или Кливленда, мы предлагаем услуги по доставке и доставке.

Технологическое оборудование: При работе уделяется особое внимание точным температурам и времени, чтобы соответствовать вашим спецификациям и высоким стандартам.

  • Печи Recco с капельным подом и резервуарами для закалки и промывки
    • 8 футов длиной, до 1010 градусов F, нагрузка 900 фунтов
    • Длина 6 футов, до 1010 градусов по Фаренгейту, нагрузка 900 фунтов
  • Wisconsin Aging Oven: 17 футов в длину, до 800 градусов F.
  • Печь старения Grieve: 8 футов длиной, до 350 градусов F.
  • Cincinnati Sub Zero Freezer: длина 5 футов, -10 градусов F.

Испытательное оборудование:

  • Твердомер Wilson Rockwell Series B2000
  • 2 мобильных кондуктометра: SigmaCheck Ether NDE и Verimet M4900C

Для прецизионной обработки алюминиевых деталей и надежной доставки положитесь на людей, которые правильно проводят термообработку. Мы также предлагаем услуги вакуумной термообработки и термообработки алюминиевых отливок по выплавляемым моделям.Позвоните нам сегодня по телефону 888-868-6535, чтобы поговорить с экспертом.

.

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о