Het harden van aluminium is een sleuteltechnologie om de waarde van industriële toepassingen te vergroten en omvat het principe, het proces, het testen en andere kernaspecten. Dit artikel concentreert zich op de kern van verouderingsharding, demonteert de belangrijkste punten van de praktische bediening en helpt om de versterkingsvaardigheden van aluminiumprofielen nauwkeurig onder de knie te krijgen.
What Does “Hardening Aluminum” Mean?
Aluminiumharding, ook bekend als verouderingsharding of precipitatieharding, is een kernproces om de sterkte en hardheid van aluminium en aluminiumlegeringen te verbeteren door middel van warmtebehandeling. Het kernprincipe is dat aluminium wordt verwarmd tot een specifieke temperatuur, zodat de legeringselementen volledig worden opgelost en vervolgens snel worden afgekoeld om een oververzadigde vaste oplossing te vormen. Deze onstabiele microstructuur leidt tot de langzame precipitatie van kleine geprecipiteerde fasedeeltjes, die de dislocatiebeweging binnen het metaal effectief belemmeren, waardoor de mechanische eigenschappen van het profiel aanzienlijk worden verbeterd zonder de vorm ervan te veranderen. Dit proces wordt veel gebruikt in de moderne industrie, vooral in scenario's die een evenwicht tussen kracht en lichtheid vereisen. Unlike other hardening methods, age hardening can accurately regulate the properties of aluminum and has high dimensional stability during the process, making it a key technology support for aerospace, automotive and other high-end fields.
Key Benefits of Age Hardening Aluminum
Verouderingsharding brengt een aantal prestatieverbeteringen met zich mee voor aluminiumprofielen, waardoor ze onvervangbare voordelen krijgen in een breed scala aan toepassingsscenario's. In de eerste plaats desterkte en hardheidvan aluminiumprofielen zijn aanzienlijk verbeterd. Door het versterkende effect van neergeslagen fasedeeltjes kunnen de treksterkte en hardheid van aluminiumprofielen meerdere malen die van de onbehandelde toestand bereiken, terwijl een lage dichtheid behouden blijft, waardoor de kernvraag van “licht en sterk” wordt gerealiseerd. Geoptimaliseerde korrelstructuur is een ander hoogtepunt; strikte controle van procesparameters kan een uniforme verdeling van de fijne neergeslagen fase vormen, zodatde mechanische eigenschappen van aluminium zijn stabieler, to avoid failure caused by local weak points. In termen vanwear resistance and corrosion resistanceDe oppervlaktehardheid van het geharde aluminium is verbeterd om wrijvingsverlies beter te weerstaan, en sommige legeringen zijn behandeld om de corrosieweerstand te verbeteren, wat bijzonder geschikt is voor zware omgevingen zoals op zee en buiten. Dimensionale stabiliteit is also a prominent advantage of age hardening, heat treatment process deformation is very small, can meet the dimensional accuracy requirements of precision parts. In addition, by adjusting the aging temperature and time, the mechanical properties of aluminum can be flexibly customized to find the best balance between strength, toughness, ductility, and compared to other strengthening processes, age hardening is more cost-effective and suitable for large-scale industrial production.
Different Types of Aluminum HeatBehandeling
Gloeien
Annealing is one of the most basic processes in aluminum heat treatment, and is used to eliminate work-hardening that occurs during cold working, forging, and other processes. The process consists of heating the aluminum to a temperature range of 570°F to 770°F, holding for 30 minutes to 3 hours depending on the size of the profile and alloy composition, and then cooling slowly to room temperature. Dit proces herstelt de slipoppervlakken in het aluminium, heft opgehoopte interne spanningen op en stabiliseert de korrelstructuur opnieuw. The ductility of annealed aluminum is significantly increased, making it easier to perform subsequent bending, stamping, and other forming processes, as well as correcting warpage distortions that occur during casting and preventing cracking during use. Zowel warmtebehandelbare als niet-warmtebehandelbare legeringen kunnen worden gegloeid om de verwerkbaarheid te verbeteren.
Oplossing WarmteTbehandelingPproces
SDe thermische behandeling met oplossing is een cruciale stap vóór het uitharden door veroudering, en het belangrijkste doel ervan is om de legeringselementen in het aluminium volledig op te lossen om een homogene, eenfasige vaste oplossing te vormen. The process involves heating the aluminum to 825°F-1050°F (slightly below the melting point of the alloy), with holding time adjusted according to the size of the part, ranging from about 10 minutes for small parts to up to 12 hours for large parts. Na verwarming wordt het aluminium snel geblust, meestal in water of een polymeeroplossing. Het afschrikken met water gaat snel en voorkomt het vroegtijdig neerslaan van legeringselementen zoveel mogelijk, waardoor een oververzadigde vaste oplossing wordt gegarandeerd;terwijl het afschrikken van polymeren geschikter is voor complexe vormen of dunwandige profielen, waardoor de interne spanningen die tijdens het koelproces worden gegenereerd worden verminderd en het risico op scheuren en vervorming wordt verminderd. Na behandeling met een vaste oplossing bevindt het aluminium zich in een zachte toestand, wat de daaropvolgende bewerking vergemakkelijkt en het voorbereidt op de uiteindelijke verouderingsharding.
Homogeniseren
Homogeniseren wordt voornamelijk gebruikt voor het gieten van aluminiumprofielen om het probleem van de segregatie in de samenstelling op te lossen die optreedt tijdens het gietproces. During casting cooling, the outer layer of aluminum solidifies first to form pure aluminum grains, while alloying elements with higher melting points will gather in the center, resulting in uneven internal and external properties of the profile and affecting subsequent processing and use. Homogenization treatment is performed by heating the cast aluminum to 900°F-1000°F, holding it for a period of time to allow the alloying elements to fully diffuse and achieve a uniform distribution of components, and then slowly cooling it to fix this state. After treatment, the overall mechanical properties of the cast aluminum tend to be consistent, making it less difficult to process, and effectively preventing molding failures or structural failures during use due to local compositional differences.
Veroudering
Verouderingsbehandeling is de kern van de verharding van aluminium, verdeeld in natuurlijke veroudering en kunstmatige veroudering op twee manieren. De essentie is om de oververzadigde vaste oplossing na behandeling met vaste oplossing neerslag van uniforme fijne deeltjes in de precipitatiefase te laten neerslaan. Natural aging does not require additional heating, the quenched aluminum can be placed in a room temperature environment, most of the hardening effect is completed within 24 hours, fully stabilized can significantly improve the strength and hardness. This method is suitable for scenarios that do not require a high production cycle and relatively mild performance requirements, but it should be noted that the molding process should be carried out as soon as possible after the aging process is completed to avoid excessive hardness affecting the operation. Artificial aging (also known as precipitation hardening) accelerates precipitated phase precipitation by active heating, heating the aluminum to 240°F-460°F, holding for 6-24 hours, and then cooling. This method is more efficient and precise in controlling properties, allowing the aluminum to achieve higher strength levels for high-end applications where hardness is critical. De parameters voor kunstmatige veroudering variërenaanzienlijk van legering tot legering en vereisen strikte temperatuur- en tijdprofielen op basis van het specifieke materiaal.
Aluminiumtemperaanduidingen en veel voorkomende typen begrijpen
Aluminium extrusies hebben een statuscode met koppelteken gekoppeld aan het nummer van de basislegering, bijvoorbeeld "-T73" in 7075-T73 is de statuscode. Aluminiumlegeringen hebben vier basisconditieaanduidingen: -F (bewerkt), -O (gegloeid), -H (door spanning gehard) en -T (hittebehandeld). A fifth designation, - W, is used to describe the quenched condition after solution heat treatment and before artificial aging or room temperature aging. Hieronder volgen specifieke definities voor elk type aandoening: H111: Geldt voor producten met een rekverharding die lager is dan de eisen van decontrolled H11 condition. H112: Geldt voor producten die op natuurlijke wijze tijdens het vormen een bepaalde toestand hebben verworven (geen speciale controle op vervormingsharding of warmtebehandeling), maar die grenzen hebben aan de mechanische eigenschappen. De volgende conditiecodes uit de H-serie worden uitsluitend gebruikt voor vervormde aluminiumlegeringen met een nominaal magnesiumgehalte van meer dan 4%: H311: Voor producten waarvan de rekverharding lager is dan de vereisten van de gecontroleerde H31-conditie. T1: Natuurlijk verouderd tot een vrijwel stabiele staat na afkoeling door een vormingsproces bij hoge temperatuur. T2: Gegloeide toestand (alleen van toepassing op gegoten producten). T3: Koud bewerken na oplossingswarmtebehandeling, toepasbaar op producten waarbij de sterkte wordt vergroot door koud bewerken, of waarbij de rol van koud bewerken bij het egalisatie- en rechtmaakproces is opgenomen in de overweging van mechanische eigenschappen. T4: warmtebehandeling met vaste oplossing na natuurlijke veroudering tot een in wezen stabiele toestand, toepasbaar op warmtebehandeling met vaste oplossing zonder koud werken, of koud werken tijdens het egaliseren, rechttrekken, de rol van koud werken is niet inbegrepen in de grenswaarde van de mechanische eigenschappen van de overweging van het product. T5: Na afkoeling door gietproces bij hoge temperatuur, kunstmatige verouderingsbehandeling. T6: Oplossingswarmtebehandeling gevolgd door kunstmatige veroudering. De grenzen van de mechanische eigenschappen worden niet beïnvloed door koudvervormen, de meeste legeringen in de - W-toestand en - T4-toestand kunnen na kunstmatige veroudering de - T6-toestand bereiken. T7: Oplossingswarmtebehandeling gevolgd door stabilisatie, geschikt voor producten die zijn gestabiliseerd voorbij het punt van maximale sterkte om dimensionale groeicontrole en restspanningscontrole te bereiken. T8: Warmtebehandeling in vaste oplossing gevolgd door koudvervormen en vervolgens kunstmatige veroudering, voor producten waarbij de sterkte is vergroot door koudvervormen of waarbij rekening is gehouden met de rol van koudverwerken in het egalisatie- en rechtmaakproces bij het overwegen van mechanische eigenschappen.
Factors That Affect Aluminum Hardness
Inhoud legeringselement
Alloying elements are the basic factors that determine the hardness of aluminum profiles, and the ratio of different elements directly affects the hardening effect. For example, 7075 aluminum alloy contains 5.1%-6.1% zinc, 1.2%-2.0% copper and 2.1%-2.9% magnesium, the hardness is significantly higher than that of 6061 aluminum alloy, while 6061 aluminum alloy with magnesium (1.0%-1.5%) and silicon (0.4%-0.8%) as the main alloying elements, the hardness is relatively low, but with better weldability and verwerkbaarheid. Zink, koper en magnesium zijn de kernelementen om de hardheid van aluminium te verbeteren, en hun inhoud moet nauwkeurig worden geregeld volgens de toepassingsvereisten: een hoog gehalte aan legeringselementen is geschikt voor het nastreven van de ultieme sterkte van het scenario, terwijl een evenwichtige verhouding rekening kan houden met zowel de sterkte als de verwerkingsprestaties, om aan de behoeften van de algemene industrie te voldoen.
WarmteTbehandelingParameters
Het warmtebehandelingsproces is het belangrijkste middel om de hardheid van aluminiumprofielen te regelen, en de afwijking van elke parameter heeft rechtstreeks invloed op de uiteindelijke hardheid. The temperature and holding time of solid solution treatment need to ensure that the alloying elements are completely dissolved, insufficient temperature or holding time is too short will lead to insufficient dissolution, the subsequent hardening effect of aging greatly reduced; quenching speed determines the stability of the supersaturated solid solution, slow cooling will make the alloying elements precipitated in advance, reducing the hardening potential. Kunstmatige veroudering bij een te hoge of te lange temperatuur zal de hardheid verminderen; De temperatuur is te laag of de tijd is niet voldoende. De hardheid voldoet niet aan de norm. De temperatuur en vochtigheid van de natuurlijke verouderingsomgeving zullen ook de verhardingssnelheid, de uiteindelijke hardheid en de opslag beïnvloedene environment needs to be controlled.
Manufacturing and finished state
Het productieproces en de uiteindelijke staat van aluminium beïnvloeden de hardheid. Aluminium geproduceerd door heet persen of gieten heeft gewoonlijk een lagere hardheid; koud bewerkt aluminium wordt harder door verharding. De oppervlakteconditie van het eindproduct beïnvloedt de hardheidstestresultaten, b.v. geoxideerde lagen, krassen en olie kunnen de test vervormen, terwijl een glad oppervlak de werkelijke hardheid beter weerspiegelt. Ook de volgorde van de daaropvolgende bewerkingen is van cruciaal belang. Uitgebreide bewerking na verouderingsharding kan resulteren in een verlies aan hardheid als gevolg van interne spanningsvrijgave.
Common Mistakes When Hardening Aluminum
Vervorming en verharding Scheurproblemen
Het verharden van aluminiumprofielen resulteert vaak in vervorming en barsten als gevolg vanuneven cooling and internal stresses. Scherpe interne hoeken, variaties in de dikte van de dwarsdoorsnede, dunne wanden en asymmetrische vormen zijn gevoelig voor spanningsconcentraties en verhogen het risico op afschrikscheuren. Het kan worden opgelost vanuit de ontwerp- en procesaspecten. Het ontwerp moet afgeronde hoeken hebben om scherpe hoeken en scherpe dikteveranderingen te voorkomen; het proces moet worden geselecteerd op basis van het profielblusmedium, complexe of dunwandige onderdelen kunnen een polymeeroplossing worden gekozen in plaats van puur water. Tegelijkertijd wordt het gebruik van mallen en armaturen om de plaatsing en koelrichting kunnen vervorming verminderen.
Onderharden is het gevolg van te weinig veroudering, wat het gevolg kan zijn van een te lage verouderingstemperatuur, onvoldoende houdtijd of een inadequate oplossingsbehandeling, wat resulteert in te weinig precipiteerbare legeringselementen. Bovendien zal, als de quench te lang duurt vóór kunstmatige veroudering, de natuurlijke veroudering eerder plaatsvinden, waardoor het versterkende effect wordt verzwakt, wat ook kan resulteren in een ondermaatse hardheid. Over-aging is due to the temperature is too high or the time is too long, resulting in precipitated phase particles grow up, the spacing increases, the strengthening effect is weakened, so that the hardness of the aluminum material decreases, toughness rises. The key to determine the under or over-ageing in the hardness consistency: the whole batch of low hardness is a parameter problem, local unevenness is the uneven distribution of furnace temperature or parts due to too dense. To avoid such problems need to strictly calibrate the heat treatment equipment to ensure that the temperature control accuracy within the range of ±5-10 ° C; volgens de legeringskwaliteit en de grootte van de onderdelen om een nauwkeurige verouderingscurve te ontwikkelen, om te voorkomen dat de parameters blindelings worden aangepast; quenched parts should be transferred to artificial aging process as soon as possible, generally should not be more than 4 hours, to prevent the natural aging excess.
Wanneer het verhardingseffect van aluminium niet op peil is, kan dit in sommige gevallen worden verholpen door een secundaire warmtebehandeling, maar moeten strikte specificaties worden gevolgd. Secundaire warmtebehandeling vereist meestal een resolutiebehandeling en veroudering, maar als het aluminium verschillende warmtebehandelingen heeft ondergaan, kan dit leiden tot een grove korrelgrootte, wat de algehele prestaties beïnvloedt. Secondary solid solution temperature should be slightly lower than the first time, to avoid overheating lead to grain growth or grain boundary melting; quenching need to pay more attention to cooling uniformity, because the initial hardening of the internal stress is complex and easy to secondary cracking. Na de tweede warmtebehandeling moeten de hardheid en prestatie opnieuw worden getest om te garanderen dat aan de eisen wordt voldaan.
How to Test Aluminum Hardness
Rockwell Hardness Testing
De Rockwell-hardheidstest is eenvoudig te bedienen en efficiënt bij het testen van de aluminiumhardheid, geschikt voor batchkwaliteitscontrole. De hardheid wordt bepaald door de diepte van de inkeping van het indringlichaam onder belasting, en de hardheidswaarde wordt berekend door het diepteverschil na voorbelasting en hoofdbelasting te berekenen. De hardheidstest van het aluminiumprofiel maakt meestal gebruik van de HRB-schaal, met behulp van een belasting van 100 kgf en een stalen kogelindenter, geschikt voor aluminium met een lage hardheid; versterkt aluminium met een hogere hardheid kan een andere Rockwell-schaal kiezen. Deze methode is snel, direct afleesbaar, kleine inkeping en weinig schade aan het profiel.
BrinellHhartelijkheidTest
Brinell hardness test adopts large diameter steel ball and large load, suitable for detecting coarse grain casting aluminum profiles or large aluminum parts. It forms a large indentation on the surface, averages out the differences in material composition and grain size, and obtains a representative hardness value. The test needs to measure the diameter of the indentation and calculate the HB value, which can avoid the misjudgment of local hard and soft spots and reflect the overall hardness, but the indentation is large and not suitable for precision finished products.
VickersHhartelijkheidTest
De Vickers-hardheidstest is veelzijdig en kan verschillende hardheden van aluminiumprofielen meten. Het maakt gebruik van een diamanten tetragonale indenter, past een variabele belasting toe en berekent de hardheid op basis van de diagonaal van de indeuking. Groot belastingsbereik, microscopisch en macroscopisch testen, in staat om coatings, kleine oppervlakken en algehele hardheid te meten, hoge precisie, geschikt voor wetenschappelijk onderzoek en andere veeleisende scenario's, maar vereist gespecialiseerd personeel om te bedienen en te analyseren.
Knoop-hardheidstest
De Knoop-hardheidstest maakt gebruik van een ruitvormige indenter om een dunne inkeping te vormen, en berekent de hardheid door de lange diagonaal te meten. De belasting van 10-1000 gf is geschikt voor het testen van brosse materialen, dun aluminium, coatings en gebieden aan de rand. De ondiepe, lange inkeping voorkomt scheuren in het preparaat en is vooral geschikt voor dun of oppervlaktebehandeld aluminium. Voor anisotroop aluminium weerspiegelt het aanpassen van de testrichting hardheidsverschillen en levert het uitgebreidere prestatiegegevens op.
Richter-hardheidstest
De hardheidstest van Richter is een draagbare inspectiemethode ter plaatse die de hardheid van aluminium evalueert door een kogel van wolfraamcarbide tegen het oppervlak te slaan enhet meten van de rebound-snelheid, waarbij hogere rebound-snelheden resulteren in een grotere hardheid. De Richter-hardheidstest is flexibel, snel en niet beperkt door monsters, waardoor deze geschikt is voor het bemonsteren van grote werkstukken. De nauwkeurigheid is echter laag en gevoelig voor oppervlakteomstandigheden, dus wordt deze meestal gebruikt voor initiële screening, terwijl kritische onderdelen nog steeds moeten worden gecombineerd met andere nauwkeurige methoden.
KustHhartelijkheidTest
Shore-hardheidstesten worden meestal gebruikt voor het testen van elastomeren en zachte kunststoffen, en worden minder vaak gebruikt bij het testen van aluminiumprofielen, maar kunnen worden gebruikt om de oppervlaktehardheid van zachte kunststoffen te beoordelenaluminiumalloys or aluminum matrix composites. Het principe is om de diepte van de indrukking te meten door middel van een veerbelaste indenter, met verschillende schalen die overeenkomen met verschillende hardheidsbereiken, b.v. Shore A voor zachte rubbers en Shore D voor harde kunststoffen. Bij het testen van aluminium is de Shore-hardheidstest alleen van toepassing op specifieke scenario's. Als u de hardheid van zachte coatings op het oppervlak van aluminium wilt beoordelen of zuivere aluminiumprofielen met een zeer lage hardheid wilt testen, moet u letten op het kiezen van de juiste schaal om vervorming van de testresultaten te voorkomen.
Conclusie
Het harden van aluminiumprofielen vereist een evenwicht tussen procesparameters, legeringseigenschappen en testnormen om veelvoorkomende misvattingen te voorkomen. Het wetenschappelijke gebruik van warmtebehandeling en testmethoden kan de prestaties van aluminium maximaliseren en voldoen aan de hoogwaardige behoeften van veel vakgebieden.
Henan Retop Industrial Co., Ltd. zal er altijd en overal zijn, wat u ook nodig heeft
Veroudering
