Закаляването на алуминия е ключова технология за повишаване на стойността на нейните индустриални приложения, обхващаща принципа, процеса, тестването и други основни аспекти. Тази статия се фокусира върху сърцевината на стареенето, разглобява ключовите точки на практическата работа и помага за точното овладяване на уменията за укрепване на алуминиевите профили.
Какво означава „втвърдяващ се алуминий“?
Закаляването на алуминий, известно също като закаляване със стареене или закаляване чрез утаяване, е основен процес за подобряване на здравината и твърдостта на алуминия и алуминиевите сплави чрез термична обработка. Основният принцип е, че алуминият се нагрява до определена температура, така че легиращите елементи да се разтворят напълно и след това бързо се охлажда, за да се образува свръхнаситен твърд разтвор. Тази нестабилна микроструктура води до бавно утаяване на малки утаени фазови частици, които ефективно възпрепятстват движението на дислокациите в метала, като по този начин значително подобряват механичните свойства на профила, без да променят формата си. Този процес се използва широко в съвременната индустрия, особено в сценарии, които изискват баланс между здравина и лекота. За разлика от други методи за закаляване, закаляването със стареене може точно да регулира свойствата на алуминия и има висока стабилност на размерите по време на процеса, което го прави ключова технологична подкрепа за аерокосмическата, автомобилната и други области от висок клас.
Основни предимства на втвърдяващия се със стареене алуминий
Втвърдяването със стареене носи редица скокове в производителността на алуминиевите профили, като им дава незаменими предимства в широк спектър от сценарии на приложение. Първо, насила и твърдостна алуминиевите профили са значително подобрени. Чрез подсилващия ефект на частиците от утаената фаза, якостта на опън и твърдостта на алуминиевите профили могат да достигнат няколко пъти тези в необработено състояние, като същевременно се поддържа ниска плътност, като по този начин се реализира основното изискване за „леки и здрави“. Оптимизираната зърнеста структура е друг акцент, стриктният контрол на параметрите на процеса може да формира равномерно разпределение на фината утаена фаза, така чемеханичните свойства на алуминия са по-стабилни, за да избегнете повреда, причинена от локални слаби точки. По отношение наустойчивост на износване и устойчивост на корозия, повърхностната твърдост на закаления алуминий е подобрена, за да устои по-добре на загубата на триене, а някои от сплавите са обработени, за да подобрят устойчивостта на корозия, което е особено подходящо за тежки среди като морски и външни. Стабилност на размерите също е видно предимство на втвърдяването на възрастта, деформацията на процеса на топлинна обработка е много малка, може да отговори на изискванията за точност на размерите на прецизните части. В допълнение, чрез регулиране на температурата и времето на стареене, механичните свойства на алуминия могат да бъдат гъвкаво персонализирани, за да се намери най-добрият баланс между здравина, издръжливост, пластичност и в сравнение с други процеси на укрепване, закаляването със стареене е по-рентабилно и подходящо за широкомащабно промишлено производство.
Различни видове алуминиева топлинаЛечение
Отгряване
Отгряването е един от най-основните процеси в топлинната обработка на алуминия и се използва за премахване на втвърдяването при работа, което се получава по време на студена обработка, коване и други процеси. Процесът се състои от нагряване на алуминия до температурен диапазон от 570°F до 770°F, задържане за 30 минути до 3 часа в зависимост от размера на профила и състава на сплавта и след това бавно охлаждане до стайна температура. Този процес възстановява плъзгащите се повърхности в алуминия, освобождава натрупаните вътрешни напрежения и рестабилизира структурата на зърната. Пластичността на загрятия алуминий е значително повишена, което улеснява извършването на последващи процеси на огъване, щамповане и други процеси на формоване, както и коригира изкривяванията от деформация, които възникват по време на леене, и предотвратява напукване по време на употреба. Както подлежащите на термична обработка, така и неподлежащите на термична обработка сплави могат да бъдат отгрявани, за да се подобри обработваемостта.
Разтвор ТоплинаТповторно лечениеПпроцес
Стоплинната обработка на разтвора е критична стъпка преди втвърдяването със стареене и нейната основна цел е пълното разтваряне на легиращите елементи в алуминия, за да се образува хомогенен еднофазен твърд разтвор. Процесът включва нагряване на алуминия до 825°F-1050°F (малко под точката на топене на сплавта), като времето за задържане се регулира според размера на частта, вариращо от около 10 минути за малки части до до 12 часа за големи части. След нагряване алуминият бързо се охлажда, обикновено във вода или полимерен разтвор. Закаляването с вода е бързо и предотвратява ранното утаяване на легиращи елементи в максималната възможна степен, осигурявайки пренаситен твърд разтвор;докато полимерното закаляване е по-подходящо за сложни форми или тънкостенни профили, като намалява вътрешните напрежения, генерирани по време на процеса на охлаждане, и намалява риска от напукване и деформация. След обработка с твърд разтвор алуминият е в меко състояние, което улеснява последващата обработка и го подготвя за окончателно стареене.
Хомогенизиране
Хомогенизирането се използва главно за леене на алуминиеви профили за решаване на проблема с разделянето на състава, което възниква по време на процеса на леене. По време на охлаждането на отливката, външният слой от алуминий се втвърдява първо, за да образува чисти алуминиеви зърна, докато легиращи елементи с по-високи точки на топене ще се съберат в центъра, което води до неравномерни вътрешни и външни свойства на профила и засяга последващата обработка и употреба. Обработката с хомогенизиране се извършва чрез нагряване на лятия алуминий до 900°F-1000°F, задържане за определен период от време, за да се позволи на легиращите елементи да дифундират напълно и да се постигне равномерно разпределение на компонентите, и след това бавно се охлажда, за да се фиксира това състояние. След третиране, общите механични свойства на лятия алуминий са постоянни, което го прави по-малко труден за обработка и ефективно предотвратява повреди при формоване или структурни повреди по време на употреба поради локални разлики в състава.
Стареене
Обработката със стареене е основната връзка на втвърдяването на алуминий, разделена на естествено стареене и изкуствено стареене по два начина, същността е да се остави свръхнаситеният твърд разтвор след обработка с твърд разтвор да се утаи от равномерни фини фазови частици на утаяване. Естественото стареене не изисква допълнително нагряване, охладеният алуминий може да бъде поставен в среда със стайна температура, по-голямата част от ефекта на втвърдяване е завършен в рамките на 24 часа, напълно стабилизиран може значително да подобри здравината и твърдостта. Този метод е подходящ за сценарии, които не изискват висок производствен цикъл и относително леки изисквания за производителност, но трябва да се отбележи, че процесът на формоване трябва да се извърши възможно най-скоро след приключване на процеса на стареене, за да се избегне прекомерната твърдост, засягаща операцията. Изкуственото стареене (известно още като втвърдяване чрез утаяване) ускорява утаяването на утаената фаза чрез активно нагряване, нагряване на алуминия до 240°F-460°F, задържане за 6-24 часа и след това охлаждане. Този метод е по-ефективен и прецизен при контролиране на свойствата, позволявайки на алуминия да постигне по-високи нива на якост за приложения от висок клас, където твърдостта е критична. Параметрите на изкуственото стареене вариратзначително от сплав до сплав и изискват стриктни температурни и времеви профили въз основа на конкретния материал.
Разбиране на обозначенията за закаляване на алуминия и често срещаните типове
Алуминиевите екструзии имат код на състоянието с дефис, прикрепен към номера на основната сплав, например „-T73“ в 7075-T73 е кодът на състоянието. Алуминиевите сплави имат четири основни обозначения за състояние, -F (обработени), -O (отгряти), -H (закалени на деформация) и -T (топлинно обработени). Петото обозначение, - W, се използва за описание на охладеното състояние след термична обработка в разтвор и преди изкуствено стареене или стареене при стайна температура. Следват конкретни определения за всеки тип състояние: H111: Отнася се за продукти с деформационно закаляване под изискванията наконтролирано състояние H11. H112: Отнася се за продукти, които естествено са придобили определено състояние по време на формоването (няма специален контрол на втвърдяване на деформация или термична обработка), но имат определени граници на механичните свойства. Следните кодове на условия от серия H се използват изключително за деформирани алуминиеви сплави с номинално съдържание на магнезий над 4%: H311: За продукти с деформационно закаляване под изискванията на контролираното състояние H31. T1: Естествено отлежало до основно стабилно състояние след охлаждане чрез процес на формоване при висока температура. T2: Отгрято състояние (приложимо само за отлети продукти). Т3: Студена обработка след термична обработка на разтвор, приложима за продукти, при които якостта се повишава чрез студена обработка или където ролята на студената обработка в процеса на изравняване и изправяне е включена в разглеждането на границите на механичните свойства. T4: топлинна обработка на твърд разтвор след естествено стареене до основно стабилно състояние, приложимо за топлинна обработка на твърд разтвор без студена обработка или студена обработка в процеса на изравняване, изправяне, ролята на студената обработка не е включена в граничната стойност на механичните свойства при разглеждането на продукта. T5: След охлаждане чрез високотемпературен процес на формоване, изкуствено стареене. T6: Термична обработка на разтвор, последвана от изкуствено стареене, границите на механичните свойства не се влияят от студена обработка, повечето от сплавите в състояние - W и състояние - T4 могат да достигнат състояние - T6 след изкуствено стареене. T7: Топлинна обработка на разтвор, последвана от стабилизиране, подходящо за продукти, които са били стабилизирани над точката на максимална якост, за да се постигне контрол на растежа на размерите и контрол на остатъчното напрежение. T8: Термична обработка в твърд разтвор, последвана от студена обработка и след това изкуствено стареене, за продукти, при които якостта е увеличена чрез студена обработка или където ролята на студената обработка в процеса на изравняване и изправяне е взета предвид при разглеждането на ограниченията на механичните свойства.
Фактори, които влияят върху твърдостта на алуминия
Съдържание на легиращи елементи
Легиращите елементи са основните фактори, които определят твърдостта на алуминиевите профили, а съотношението на различните елементи пряко влияе върху ефекта на закаляване. Например, 7075 алуминиева сплав съдържа 5,1%-6,1% цинк, 1,2%-2,0% мед и 2,1%-2,9% магнезий, твърдостта е значително по-висока от тази на 6061 алуминиева сплав, докато 6061 алуминиева сплав с магнезий (1,0%-1,5%) и силиций (0,4%-0,8%) като основни легиращи елементи, твърдостта е сравнително ниска, но с по-добра заваряемост и обработваемост. Цинкът, медта и магнезият са основните елементи за подобряване на твърдостта на алуминия и тяхното съдържание трябва да бъде прецизно регулирано според изискванията на приложението: високото съдържание на легиращи елементи е подходящо за постигане на максимална якост на сценария, докато балансираното съотношение може да вземе предвид както здравината, така и производителността на обработка, за да отговори на нуждите на общата индустрия.
ТоплинаТповторно лечениеПпараметри
Процесът на топлинна обработка е основното средство за регулиране на твърдостта на алуминиевите профили и отклонението на всеки параметър ще повлияе пряко на крайната твърдост. Температурата и времето за задържане на третирането с твърд разтвор трябва да гарантират, че легиращите елементи са напълно разтворени, недостатъчната температура или времето на задържане е твърде кратко ще доведе до недостатъчно разтваряне, последващият ефект на втвърдяване от стареенето е значително намален; скоростта на охлаждане определя стабилността на пренаситения твърд разтвор, бавното охлаждане ще направи легиращите елементи да се утаят предварително, намалявайки потенциала на втвърдяване. Изкуственото стареене при температура, която е твърде висока или твърде дълга, ще намали твърдостта; температурата е твърде ниска или времето не е достатъчно твърдостта не отговаря на стандарта. Температурата и влажността на естествената среда на стареене също ще повлияят на скоростта на втвърдяване и крайната твърдост, както и на съхранениетоСредата трябва да бъде контролирана.
Производство и завършено състояние
Производственият процес и крайното състояние на алуминия оказват влияние върху твърдостта. Алуминият, произведен чрез горещо пресоване или леене, обикновено е с по-ниска твърдост; студено обработеният алуминий е по-твърд чрез закаляване при работа. Състоянието на повърхността на крайния продукт влияе върху резултатите от теста за твърдост, напр. окислени слоеве, драскотини и масло могат да причинят изкривяване на теста, докато гладката повърхност отразява по-добре истинската твърдост. Последователността на последващата обработка също е от решаващо значение. Интензивната механична обработка след втвърдяване със стареене може да доведе до загуба на твърдост поради вътрешно освобождаване на напрежението.
Често срещани грешки при втвърдяване на алуминий
Проблеми с напукване при деформация и втвърдяване
Втвърдяването на алуминиевите профили често води до изкривяване и напукване порадинеравномерно охлаждане и вътрешни напрежения. Острите вътрешни ъгли, вариациите в дебелината на напречното сечение, тънките стени и асиметричните форми са податливи на концентрация на напрежение и увеличават риска от напукване при охлаждане. Може да бъде решен от аспекти на дизайна и процеса. Дизайнът трябва да има заоблени ъгли, за да се избегнат остри ъгли и резки промени в дебелината; процесът трябва да бъде избран в съответствие със средата за охлаждане на профила, сложни или тънкостенни части могат да бъдат избрани полимерен разтвор, а не чиста вода. В същото време, използването на приспособления и приспособления за контрол на разположението и посоката на охлаждане могат да намалят деформацията.
Недостатъчното втвърдяване се дължи на недостатъчно стареене, което може да е резултат от твърде ниска температура на стареене, недостатъчно време на задържане или неадекватна обработка с разтвор, което води до твърде малко утаяващи се легиращи елементи. Освен това, ако охлаждането се остави твърде дълго преди изкуственото стареене, естественото стареене ще настъпи по-рано, отслабвайки укрепващия ефект, което също може да доведе до нестандартна твърдост. Прекомерното стареене се дължи на твърде високата температура или времето е твърде дълго, в резултат на което частиците на утаената фаза растат, разстоянието се увеличава, укрепващият ефект е отслабен, така че твърдостта на алуминиевия материал намалява, издръжливостта се повишава. Ключът за определяне на недостатъчното или прекомерното стареене в консистенцията на твърдостта: цялата партида с ниска твърдост е проблем с параметрите, локалната неравномерност е неравномерното разпределение на температурата на пещта или частите поради твърде плътни. За да се избегнат подобни проблеми, е необходимо стриктно да се калибрира оборудването за топлинна обработка, за да се гарантира, че точността на контрол на температурата е в диапазона от ±5-10 ° C; според класа на сплавта и размера на частите, за да се разработи прецизна крива на стареене, за да се избегне сляпо регулиране на параметрите; закалените части трябва да бъдат прехвърлени към процес на изкуствено стареене възможно най-скоро, обикновено не трябва да бъде повече от 4 часа, за да се предотврати излишъкът от естествено стареене.
Когато ефектът на втвърдяване на алуминия не отговаря на стандартите, в някои случаи може да бъде коригиран чрез вторична топлинна обработка, но трябва да се следват стриктни спецификации. Вторичната термична обработка обикновено изисква обработка с повторно разтваряне и стареене, но ако алуминият е преминал през няколко термични обработки, това може да доведе до едър размер на зърното, което се отразява на цялостната производителност. Температурата на вторичния твърд разтвор трябва да бъде малко по-ниска от първата, за да се избегне прегряване, водещо до растеж на зърното или топене на границата на зърното; закаляването трябва да се обърне повече внимание на равномерността на охлаждане, тъй като първоначалното втвърдяване на вътрешното напрежение е сложно и лесно за вторично напукване. След втората термична обработка твърдостта и производителността трябва да бъдат тествани отново, за да се гарантира съответствие с изискванията.
Как да тествате твърдостта на алуминия
Тест за твърдост по Рокуел
Тестът за твърдост на Rockwell е лесен за работа и ефективен при тестване на твърдостта на алуминий, подходящ за партиден контрол на качеството. Твърдостта се определя от дълбочината на вдлъбнатина на индентора при натоварване, а стойността на твърдостта се изчислява чрез изчисляване на разликата в дълбочината след предварително натоварване и основно натоварване. Тестът за твърдост на алуминиевия профил използва предимно HRB скала, използвайки натоварване от 100 kgf и индентор със стоманена топка, подходящ за алуминий с ниска твърдост; подсиленият алуминий с по-висока твърдост може да избере друга скала на Rockwell. Този метод е бърз, директно четене, малка вдлъбнатина и малко увреждане на профила.
БринелзусърдиеТпрогноза
Тестът за твърдост по Бринел приема стоманена топка с голям диаметър и голямо натоварване, подходящо за откриване на едрозърнести алуминиеви профили или големи алуминиеви части. Той образува голяма вдлъбнатина върху повърхността, усреднява разликите в състава на материала и размера на зърното и получава представителна стойност на твърдостта. Тестът трябва да измери диаметъра на вдлъбнатината и да изчисли стойността на HB, което може да избегне погрешната преценка на местните твърди и меки петна и да отрази общата твърдост, но вдлъбнатината е голяма и не е подходяща за прецизни готови продукти.
ВикерсзусърдиеТпрогноза
Тестът за твърдост по Vickers е универсален и може да измерва различна твърдост на алуминиеви профили. Той използва диамантен тетрагонален индентор, прилага променливо натоварване и изчислява твърдостта според диагонала на вдлъбнатината. Широк диапазон на натоварване, микроскопско и макроскопско изпитване, възможност за измерване на покрития, малки площи и обща твърдост, висока точност, подходящ за научни изследвания и други взискателни сценарии, но изисква специализиран персонал за работа и анализ.
Тест за твърдост по Кнуп
Тестването на твърдостта на Knoop използва индентор с форма на диамант, за да образува тънка вдлъбнатина и изчислява твърдостта чрез измерване на дългия диагонал. Неговото натоварване от 10-1000 gf е подходящо за тестване на крехки материали, тънък алуминий, покрития и области в близост до ръбовете. Плитката дълга вдлъбнатина предотвратява напукване на образеца и е особено подходяща за тънък или повърхностно обработен алуминий. За анизотропен алуминий регулирането на посоката на изпитване отразява разликите в твърдостта и предоставя по-изчерпателни данни за ефективността.
Тест за твърдост по Рихтер
Тестът за твърдост по Рихтер е преносим метод за проверка на място, който оценява твърдостта на алуминия чрез удар на топка от волфрамов карбид върху повърхността иизмерване на скоростта на отскок, като по-високите скорости на отскок водят до по-голяма твърдост. Тестът за твърдост по Рихтер е гъвкав, бърз и не е ограничен от образци, което го прави подходящ за вземане на проби от големи детайли. Въпреки това, точността е ниска и податлива на повърхностни условия, така че обикновено се използва за първоначален скрининг, докато критичните части все още трябва да се комбинират с други точни методи.
ШорзусърдиеТпрогноза
Изпитването на твърдостта по Шор се използва най-вече за изпитване на еластомери и меки пластмаси и по-рядко се използва при изпитване на алуминиев профил, но може да се използва за оценка на повърхностната твърдост на мекиалуминийсплави или композити с алуминиева матрица. Принципът е да се измери дълбочината на вдлъбнатината с помощта на пружинен индентор с различни скали, съответстващи на различни диапазони на твърдост, напр. Shore A за мека гума и Shore D за твърди пластмаси. При изпитване на алуминий, тестът за твърдост по Шор е приложим само за специфични сценарии. Ако трябва да оцените твърдостта на меки покрития върху повърхността на алуминий или да тествате чисти алуминиеви профили с много ниска твърдост, трябва да обърнете внимание на избора на правилната скала, за да избегнете изкривяване на резултатите от теста.
Заключение
Закаляването на алуминиевите профили изисква баланс между параметрите на процеса, свойствата на сплавта и стандартите за изпитване, за да се избегнат общи погрешни схващания. Научното използване на методите за топлинна обработка и тестване може да увеличи максимално ефективността на алуминия и да отговори на нуждите от висок клас на много области.
Henan Retop Industrial Co., Ltd. ще бъде там по всяко време и от каквото и да имате нужда
Вие сте добре дошли при: телефонно обаждане, съобщение, Wechat, имейл и търсене при нас и т.н.
електронна поща: sales@retop-industry.com Whatsapp/Телефон: 0086-15537183797
Стареене
