Călirea aluminiului este o tehnologie cheie pentru a spori valoarea aplicațiilor sale industriale, acoperind principiul, procesul, testarea și alte aspecte de bază. Acest articol se concentrează pe nucleul întăririi prin îmbătrânire, dezasambla punctele cheie ale operațiunii practice și ajută la stăpânirea cu precizie a abilităților de întărire ale profilelor de aluminiu.
Ce înseamnă „întărirea aluminiului”?
Întărirea aluminiului, cunoscută și sub denumirea de întărire prin îmbătrânire sau întărire prin precipitare, este un proces de bază pentru a îmbunătăți rezistența și duritatea aluminiului și aliajelor de aluminiu prin tratament termic. Principiul de bază este că aluminiul este încălzit la o anumită temperatură, astfel încât elementele de aliere să fie complet dizolvate și apoi răcite rapid pentru a forma o soluție solidă suprasaturată. Această microstructură instabilă duce la precipitarea lentă a particulelor mici de fază precipitată, care împiedică efectiv mișcarea de dislocare în interiorul metalului, îmbunătățind astfel în mod semnificativ proprietățile mecanice ale profilului fără a-i schimba forma. Acest proces este utilizat pe scară largă în industria modernă, mai ales în scenariile care necesită un echilibru între rezistență și ușurință. Spre deosebire de alte metode de întărire, întărirea prin îmbătrânire poate regla cu precizie proprietățile aluminiului și are o stabilitate dimensională ridicată în timpul procesului, făcându-l un suport tehnologic cheie pentru industria aerospațială, auto și alte domenii de vârf.
Beneficiile cheie ale aluminiului întărit în vârstă
Întărirea prin îmbătrânire aduce o serie de salturi de performanță profilelor din aluminiu, oferindu-le avantaje de neînlocuit într-o gamă largă de scenarii de aplicare. În primul rând,rezistență și duritatede profile de aluminiu sunt semnificativ îmbunătățite. Prin efectul de întărire al particulelor de fază precipitată, rezistența la tracțiune și duritatea profilelor de aluminiu pot atinge de mai multe ori față de starea netratate, menținând în același timp o densitate scăzută, realizând astfel cererea de bază de „ușoară și puternică”. Structura optimizată a cerealelor este un alt punct culminant, controlul strict al parametrilor procesului poate forma o distribuție uniformă a fazei fine precipitate, astfel încâtproprietățile mecanice ale aluminiului sunt mai stabile, pentru a evita defecțiunile cauzate de punctele slabe locale. În ceea ce priveșterezistență la uzură și rezistență la coroziune, duritatea suprafeței aluminiului întărit este îmbunătățită pentru a rezista mai bine la pierderea prin frecare, iar unele dintre aliaje sunt tratate pentru a spori rezistența la coroziune, care este deosebit de potrivită pentru medii dure, cum ar fi cele marine și în aer liber. Stabilitate dimensională este, de asemenea, un avantaj proeminent al întăririi în vârstă, deformarea procesului de tratament termic este foarte mică, poate îndeplini cerințele de precizie dimensională ale pieselor de precizie. În plus, prin ajustarea temperaturii și a timpului de îmbătrânire, proprietățile mecanice ale aluminiului pot fi personalizate în mod flexibil pentru a găsi cel mai bun echilibru între rezistență, tenacitate, ductilitate și, în comparație cu alte procese de întărire, întărirea prin îmbătrânire este mai rentabilă și potrivită pentru producția industrială la scară largă.
Diferite tipuri de căldură din aluminiuTratament
Recoacerea
Recoacerea este unul dintre cele mai de bază procese în tratarea termică a aluminiului și este folosită pentru a elimina întărirea prin lucru care are loc în timpul prelucrării la rece, forjare și alte procese. Procesul constă în încălzirea aluminiului la un interval de temperatură de 570°F până la 770°F, menținerea timp de 30 minute până la 3 ore, în funcție de dimensiunea profilului și compoziția aliajului, și apoi răcirea lent la temperatura camerei. Acest proces restabilește suprafețele de alunecare din aluminiu, eliberează tensiunile interne acumulate și restabilizează structura granulelor. Ductilitatea aluminiului recoacet este semnificativ crescută, facilitând efectuarea ulterioară a proceselor de îndoire, ștanțare și alte procese de formare, precum și corectarea distorsiunilor de deformare care apar în timpul turnării și prevenirea fisurilor în timpul utilizării. Atât aliajele tratabile termic, cât și cele netratabile termic pot fi recoapte pentru a îmbunătăți procesabilitatea.
Caldura solutieiTtratamentPproces
STratamentul termic prin soluție este o etapă critică înainte de întărirea prin îmbătrânire, iar scopul său principal este de a dizolva complet elementele de aliere în aluminiu pentru a forma o soluție solidă omogenă monofazată. Procesul presupune încălzirea aluminiului la 825°F-1050°F (puțin sub punctul de topire al aliajului), cu timpul de menținere ajustat în funcție de dimensiunea piesei, variind de la aproximativ 10 minute pentru piesele mici până la până la 12 ore pentru piesele mari. După încălzire, aluminiul este stins rapid, de obicei în apă sau într-o soluție de polimer. Călirea cu apă este rapidă și previne precipitarea timpurie a elementelor de aliere în cea mai mare măsură posibilă, asigurând o soluție solidă suprasaturată;în timp ce călirea polimerilor este mai potrivită pentru forme complexe sau profile cu pereți subțiri, reducând tensiunile interne generate în timpul procesului de răcire și scăzând riscul de fisurare și deformare. După tratarea cu soluție solidă, aluminiul este într-o stare moale, ceea ce facilitează prelucrarea ulterioară și îl pregătește pentru întărirea finală prin îmbătrânire.
Omogenizarea
Omogenizarea este utilizată în principal pentru turnarea profilelor de aluminiu pentru a rezolva problema segregării compoziționale care apare în timpul procesului de turnare. În timpul răcirii turnării, stratul exterior de aluminiu se solidifică mai întâi pentru a forma granule de aluminiu pur, în timp ce elementele de aliere cu puncte de topire mai mari se vor aduna în centru, rezultând proprietăți interne și externe neuniforme ale profilului și afectând prelucrarea și utilizarea ulterioară. Tratamentul de omogenizare se realizează prin încălzirea aluminiului turnat la 900°F-1000°F, ținându-l pentru o perioadă de timp pentru a permite elementelor de aliere să difuzeze complet și să obțină o distribuție uniformă a componentelor, apoi răcindu-l lent pentru a fixa această stare. După tratament, proprietățile mecanice generale ale aluminiului turnat tind să fie consistente, făcându-l mai puțin dificil de prelucrat și prevenind eficient defecțiunile de turnare sau defecțiunile structurale în timpul utilizării din cauza diferențelor locale de compoziție.
Îmbătrânirea
Tratamentul de îmbătrânire este verigă de bază a întăririi aluminiului, împărțit în îmbătrânire naturală și îmbătrânire artificială în două moduri, esența este de a lăsa soluția solidă suprasaturată după tratarea cu soluție solidă precipitarea particulelor de fază de precipitare fine uniforme. Îmbătrânirea naturală nu necesită încălzire suplimentară, aluminiul stins poate fi plasat într-un mediu la temperatura camerei, cea mai mare parte a efectului de întărire este finalizată în 24 de ore, complet stabilizat poate îmbunătăți semnificativ rezistența și duritatea. Această metodă este potrivită pentru scenarii care nu necesită un ciclu de producție ridicat și cerințe de performanță relativ ușoare, dar trebuie remarcat că procesul de turnare trebuie efectuat cât mai curând posibil după finalizarea procesului de îmbătrânire pentru a evita duritatea excesivă care afectează operațiunea. Îmbătrânirea artificială (cunoscută și sub denumirea de întărire prin precipitare) accelerează precipitarea fazei precipitate prin încălzire activă, încălzirea aluminiului la 240°F-460°F, menținerea timpului de 6-24 ore și apoi răcirea. Această metodă este mai eficientă și mai precisă în controlul proprietăților, permițând aluminiului să atingă niveluri de rezistență mai ridicate pentru aplicații de vârf în care duritatea este critică. Parametrii de îmbătrânire artificială variazăconsiderabil de la aliaj la aliaj și necesită profiluri stricte de temperatură și timp pe baza materialului specific.
Înțelegerea denumirilor de temperatură a aluminiului și a tipurilor comune
Extrudările din aluminiu au un cod de stare cu cratime atașat la numărul de aliaj de bază, de exemplu, „-T73” în 7075-T73 este codul de stare. Aliajele de aluminiu au patru denumiri de condiție de bază, -F (prelucrat), -O (recoace), -H (întărit prin deformare) și -T (tratat termic). O a cincea denumire, - W, este utilizată pentru a descrie starea de stingere după tratamentul termic prin soluție și înainte de îmbătrânirea artificială sau de îmbătrânire la temperatura camerei. Următoarele sunt definiții specifice pentru fiecare tip de condiție: H111: Se aplică produselor cu întărire sub întărire sub cerințelestare H11 controlată. H112: Se aplică produselor care au dobândit în mod natural o anumită stare în timpul turnării (fără control special al întăririi prin deformare sau tratamentului termic), dar au limite definite de proprietăți mecanice. Următoarele coduri de stare din seria H sunt utilizate exclusiv pentru aliajele de aluminiu deformate cu un conținut nominal de magneziu mai mare de 4%: H311: Pentru produse cu întărire prin deformare sub cerințele condiției H31 controlate. T1: Învechit în mod natural la o stare practic stabilă după răcire printr-un proces de formare la temperatură ridicată. T2: Stare recoaptă (aplicabil numai produselor turnate). T3: Prelucrare la rece după tratarea termică cu soluție, aplicabilă produselor la care rezistența este sporită prin prelucrarea la rece sau în care rolul prelucrării la rece în procesul de nivelare și îndreptare a fost inclus în luarea în considerare a limitelor proprietăților mecanice. T4: tratament termic cu soluție solidă după îmbătrânirea naturală la o stare practic stabilă, aplicabil tratamentului termic cu soluție solidă fără prelucrare la rece sau prelucrare la rece în procesul de nivelare, îndreptare, rolul prelucrării la rece nu este inclus în valoarea limită a proprietăților mecanice a produsului. T5: După răcire prin proces de turnare la temperatură înaltă, tratament de îmbătrânire artificială. T6: Tratament termic cu soluție urmat de îmbătrânire artificială, limitele proprietăților mecanice nu sunt afectate de prelucrarea la rece, majoritatea aliajelor în starea - W și - T4 pot ajunge la starea - T6 după îmbătrânire artificială. T7: Tratament termic cu soluție urmat de stabilizare, potrivit pentru produsele care au fost stabilizate dincolo de punctul de rezistență maximă pentru a obține controlul creșterii dimensionale și controlul stresului rezidual. T8: Tratament termic în soluție solidă urmat de prelucrare la rece și apoi îmbătrânire artificială, pentru produsele la care rezistența a fost crescută prin prelucrare la rece sau în care s-a luat în considerare rolul prelucrării la rece în procesul de nivelare și îndreptare în luarea în considerare a limitelor proprietăților mecanice.
Factorii care afectează duritatea aluminiului
Conținut de elemente de aliere
Elementele de aliere sunt factorii de bază care determină duritatea profilelor de aluminiu, iar raportul dintre diferitele elemente afectează direct efectul de întărire. De exemplu, aliajul de aluminiu 7075 conține 5,1%-6,1% zinc, 1,2%-2,0% cupru și 2,1%-2,9% magneziu, duritatea este semnificativ mai mare decât cea a aliajului de aluminiu 6061, în timp ce aliajul de aluminiu 6061 cu magneziu (1,0%-0,8%), alierea elementelor principale (1,0%-0,8%) și siliciu (0,8%). duritatea este relativ scăzută, dar cu sudabilitate și procesabilitate mai bune. Zincul, cuprul și magneziul sunt elementele de bază pentru a spori duritatea aluminiului, iar conținutul lor trebuie reglementat cu precizie în funcție de cerințele aplicației: un conținut ridicat de elemente de aliere este potrivit pentru urmărirea rezistenței finale a scenariului, în timp ce un raport echilibrat poate lua în considerare atât rezistența, cât și performanța de prelucrare, pentru a satisface nevoile industriei generale.
CăldurăTtratamentParametre
Procesul de tratare termică este mijlocul de bază pentru a regla duritatea profilelor de aluminiu, iar abaterea fiecărui parametru va afecta direct duritatea finală. Temperatura și timpul de menținere al tratamentului cu soluție solidă trebuie să se asigure că elementele de aliere sunt complet dizolvate, temperatura insuficientă sau timpul de menținere este prea scurt va duce la o dizolvare insuficientă, efectul de întărire ulterioar al îmbătrânirii redus foarte mult; viteza de călire determină stabilitatea soluției solide suprasaturate, răcirea lentă va face ca elementele de aliere să precipite în prealabil, reducând potențialul de întărire. Îmbătrânirea artificială la temperatură este prea mare sau prea lungă va reduce duritatea; temperatura este prea scăzută sau timpul nu este suficient duritatea nu este la standard. Temperatura și umiditatea mediului natural de îmbătrânire vor afecta, de asemenea, rata de întărire și duritatea finală, precum și stocareaMediul trebuie controlat.
Starea de fabricatie si finisata
Procesul de fabricație și starea finală a aluminiului afectează duritatea. Aluminiul produs prin presare la cald sau turnare are de obicei o duritate mai mică; aluminiul prelucrat la rece este mai dur prin călire prin lucru. Starea suprafeței produsului finit afectează rezultatele testelor de duritate, de ex. straturile oxidate, zgârieturile și uleiul pot provoca distorsiuni ale testului, în timp ce o suprafață netedă reflectă mai mult duritatea reală. Secvența de prelucrare ulterioară este, de asemenea, critică. Prelucrarea extensivă după întărirea prin îmbătrânire poate duce la o pierdere a durității datorită eliberării tensiunii interne.
Greșeli frecvente la întărirea aluminiului
Probleme de fisurare de deformare și întărire
Întărirea profilelor de aluminiu duce adesea la distorsiuni și fisuri din cauzarăcire neuniformă și solicitări interne. Colțurile interioare ascuțite, variațiile de grosime a secțiunii transversale, pereții subțiri și formele asimetrice sunt predispuse la concentrații de tensiuni și cresc riscul de fisurare de stingere. Poate fi rezolvată din aspectele de proiectare și proces. Designul ar trebui să fie colțuri rotunjite pentru a evita colțurile ascuțite și modificările ascuțite ale grosimii; procesul trebuie selectat în funcție de mediu de stingere a profilului, părțile complexe sau cu pereți subțiri pot fi selectate soluție de polimer mai degrabă decât apă pură. În același timp, utilizarea dispozitivelor și dispozitivelor de fixare pentru a controla plasarea și direcția de răcire pot reduce deformarea.
Subîntărirea se datorează subînătrânirii, care poate rezulta dintr-o temperatură prea scăzută de îmbătrânire, timp de menținere insuficient sau tratament inadecvat cu soluția, rezultând prea puține elemente de aliere precipitabile. În plus, dacă stingerea este lăsată prea mult timp înainte de îmbătrânirea artificială, îmbătrânirea naturală va avea loc mai devreme, slăbind efectul de întărire, ceea ce poate duce și la o duritate substandard. Supra-îmbătrânirea se datorează faptului că temperatura este prea mare sau timpul este prea lung, ceea ce duce la creșterea particulelor de fază precipitată, distanțarea crește, efectul de întărire este slăbit, astfel încât duritatea materialului de aluminiu scade, duritatea crește. Cheia pentru a determina sub- sau supra-îmbătrânirea în consistența durității: întregul lot de duritate scăzută este o problemă de parametri, neuniformitatea locală este distribuția neuniformă a temperaturii cuptorului sau a pieselor din cauza prea densului. Pentru a evita astfel de probleme, trebuie să calibrați strict echipamentul de tratament termic pentru a vă asigura că precizia controlului temperaturii este în intervalul de ±5-10 ° C; în funcție de gradul de aliaj și dimensiunea pieselor pentru a dezvolta o curbă de îmbătrânire precisă, pentru a evita ajustarea orbește a parametrilor; părțile stinse ar trebui să fie transferate la procesul de îmbătrânire artificială cât mai curând posibil, în general nu ar trebui să fie mai mult de 4 ore, pentru a preveni excesul natural de îmbătrânire.
Precauții pentruSsecundarHmanancaTtratament
Atunci când efectul de întărire al aluminiului nu este la standard, în unele cazuri poate fi remediat prin tratament termic secundar, dar trebuie să respecte specificații stricte. Tratamentul termic secundar necesită de obicei un tratament de rezoluție și îmbătrânire, dar dacă aluminiul a trecut prin mai multe tratamente termice, poate duce la dimensiunea granulelor grosiere, care afectează performanța generală. Temperatura secundară a soluției solide ar trebui să fie puțin mai mică decât prima dată, pentru a evita supraîncălzirea să conducă la creșterea cerealelor sau la topirea graniței; călirea trebuie să acorde mai multă atenție uniformității de răcire, deoarece întărirea inițială a tensiunii interne este complexă și ușor de fisurat secundar. După al doilea tratament termic, duritatea și performanța trebuie re-testate pentru a asigura conformitatea cu cerințele.
Cum se testează duritatea aluminiului
Testarea durității Rockwell
Testul de duritate Rockwell este ușor de utilizat și eficient în testarea durității aluminiului, potrivit pentru controlul calității lotului. Duritatea este determinată de adâncimea de adâncime a indentorului sub sarcină, iar valoarea durității este calculată prin calcularea diferenței de adâncime după preîncărcare și sarcină principală. Testul de duritate al profilului de aluminiu adoptă în mare parte scara HRB, folosind o sarcină de 100 kgf și un indentor cu bile de oțel, potrivit pentru aluminiu cu duritate scăzută; aluminiul armat cu duritate mai mare poate alege o altă scară Rockwell. Această metodă este rapidă, citire directă, adâncitură mică și deteriorare redusă a profilului.
BrinellHardnessTest
Testul de duritate Brinell adoptă bile de oțel cu diametru mare și sarcină mare, potrivită pentru detectarea profilelor de aluminiu turnate cu granule grosiere sau a pieselor mari din aluminiu. Formează o adâncitură mare pe suprafață, face o medie a diferențelor de compoziție a materialului și dimensiunea granulelor și obține o valoare reprezentativă a durității. Testul trebuie să măsoare diametrul indentării și să calculeze valoarea HB, ceea ce poate evita evaluarea greșită a punctelor dure și moi locale și poate reflecta duritatea generală, dar adâncitura este mare și nu este potrivită pentru produsele finite de precizie.
VickersHardnessTest
Testul de duritate Vickers este versatil și poate măsura diferite durități ale profilelor de aluminiu. Folosește un indentor tetragonal cu diamant, aplică o sarcină variabilă și calculează duritatea în funcție de diagonala indentării. Gamă largă de încărcare, testare microscopică și macroscopică, capabilă să măsoare acoperiri, suprafețe mici și duritatea generală, precizie ridicată, potrivită pentru cercetare științifică și alte scenarii solicitante, dar necesită personal specializat pentru operare și analiză.
Test de duritate Knoop
Testarea durității Knoop folosește un indentor în formă de diamant pentru a forma o adâncitură subțire și calculează duritatea măsurând diagonala lungă. Sarcina sa de 10-1000 gf este potrivită pentru testarea materialelor fragile, a aluminiului subțire, a acoperirilor și a zonelor apropiate de margine. Indentația mică și lungă previne fisurarea specimenului și este potrivită în special pentru aluminiu subțire sau tratat la suprafață. Pentru aluminiul anizotrop, reglarea direcției de testare reflectă diferențele de duritate și oferă date de performanță mai cuprinzătoare.
Test de duritate Richter
Testul de duritate Richter este o metodă portabilă de inspecție la fața locului care evaluează duritatea aluminiului prin lovirea unei bile de carbură de tungsten împotriva suprafeței șimăsurarea ratei de rebound, cu rate mai mari de rebound rezultând o duritate mai mare. Testul de duritate Richter este flexibil, rapid și nu este limitat de eșantioane, ceea ce îl face potrivit pentru eșantionarea pieselor de prelucrat mari. Cu toate acestea, precizia este scăzută și susceptibilă la condițiile de suprafață, așa că este de obicei utilizată pentru screening-ul inițial, în timp ce părțile critice trebuie încă combinate cu alte metode precise.
țărmHardnessTest
Testarea durității Shore este utilizată în principal pentru testarea elastomerilor și a materialelor plastice moi și este mai rar utilizată în testarea profilului de aluminiu, dar poate fi folosită pentru a evalua duritatea suprafeței materialelor moi.aluminiualiaje sau compozite cu matrice de aluminiu. Principiul este de a măsura adâncimea adâncirii cu ajutorul unui indentor cu arc, cu diferite scale corespunzătoare diferitelor game de duritate, de ex. Shore A pentru cauciucuri moi și Shore D pentru materiale plastice dure. În testarea aluminiului, testul de duritate Shore este aplicabil numai pentru scenarii specifice. Dacă trebuie să evaluați duritatea acoperirilor moi pe suprafața aluminiului sau să testați profile din aluminiu pur cu duritate foarte scăzută, trebuie să acordați atenție alegerii scalei potrivite pentru a evita denaturarea rezultatelor testului.
Concluzie
Întărirea profilelor de aluminiu necesită un echilibru între parametrii procesului, proprietățile aliajului și standardele de testare pentru a evita concepțiile greșite comune. Utilizarea științifică a metodelor de tratament termic și de testare poate maximiza performanța aluminiului și poate satisface nevoile de vârf din multe domenii.
Henan Retop Industrial Co., Ltd. va fi acolo oriunde, oriunde aveți nevoie
Îmbătrânirea
