Каљење алуминијума је кључна технологија за повећање вредности његове индустријске примене, покривајући принципе, процесе, тестирање и друге кључне аспекте. Овај чланак се фокусира на језгро старосног очвршћавања, раставља кључне тачке практичног рада и помаже да се прецизно савладају вештине јачања алуминијумских профила.
Шта значи „очвршћавање алуминијума“?
Отврдњавање алуминијума, такође познато као очвршћавање са старењем или отврдњавање преципитацијом, је основни процес за побољшање чврстоће и тврдоће алуминијума и легура алуминијума кроз топлотну обраду. Основни принцип је да се алуминијум загрева на одређену температуру тако да се легирајући елементи потпуно растворе и затим брзо охладе како би се формирао презасићени чврсти раствор. Ова нестабилна микроструктура доводи до спорог таложења ситних преципитираних честица фазе, које ефикасно ометају кретање дислокације унутар метала, чиме се значајно побољшавају механичка својства профила без промене његовог облика. Овај процес се широко користи у савременој индустрији, посебно у сценаријима који захтевају равнотежу између снаге и лакоће. За разлику од других метода очвршћавања, очвршћавање према старости може прецизно регулисати својства алуминијума и има високу димензијску стабилност током процеса, што га чини кључном технолошком подршком за ваздухопловство, аутомобилску и друга врхунска поља.
Кључне предности алуминијума који очвршћава старењем
Очвршћавање са старењем доноси бројне скокове перформанси алуминијумским профилима, дајући им незаменљиве предности у широком спектру сценарија примене. Прво,снагу и тврдоћуалуминијумских профила су значајно побољшани. Захваљујући ефекту појачања честица преципитиране фазе, затезна чврстоћа и тврдоћа алуминијумских профила могу достићи неколико пута већу од необрађеног стања, уз одржавање ниске густине, чиме се остварује основни захтев за „лаким и јаким“. Оптимизована структура зрна је још један врхунац, строга контрола параметара процеса може да формира уједначену дистрибуцију фине преципитиране фазе, тако дамеханичка својства алуминијума су стабилнија, да би се избегао квар изазван локалним слабим тачкама. У смислуотпорност на хабање и отпорност на корозију, површинска тврдоћа каљеног алуминијума је побољшана како би се боље одупрла губитку трења, а неке од легура су третиране како би се повећала отпорност на корозију, што је посебно погодно за оштра окружења као што су морска и спољашња. Стабилност димензија је такође истакнута предност очвршћавања старости, деформација процеса топлотне обраде је веома мала, може испунити захтеве за тачност димензија прецизних делова. Поред тога, подешавањем температуре и времена старења, механичка својства алуминијума могу се флексибилно прилагодити како би се пронашла најбоља равнотежа између чврстоће, жилавости, дуктилности, а у поређењу са другим процесима јачања, очвршћавање је исплативије и погодније за индустријску производњу великих размера.
Различите врсте алуминијумске топлотеТретман
Жарење
Жарење је један од најосновнијих процеса у термичкој обради алуминијума, а користи се за елиминисање радног каљења које се јавља током хладног рада, ковања и других процеса. Процес се састоји од загревања алуминијума до температурног опсега од 570°Ф до 770°Ф, држања од 30 минута до 3 сата у зависности од величине профила и састава легуре, а затим лаганог хлађења до собне температуре. Овај процес обнавља клизне површине унутар алуминијума, ослобађа нагомилана унутрашња напрезања и поново стабилизује структуру зрна. Дуктилност жареног алуминијума је значајно повећана, што олакшава извођење накнадног савијања, штанцања и других процеса обликовања, као и исправљање изобличења увијања до којих долази током ливења и спречавање пуцања током употребе. И легуре које се могу термички обрађивати и легуре које се не обрађују могу се жарити ради побољшања обрадивости.
Топлота раствораТреатментПроцесс
СТоплотна обрада раствора је критичан корак пре старења, а његова основна сврха је да у потпуности раствори легирајуће елементе у алуминијуму како би се формирао хомогени једнофазни чврсти раствор. Процес укључује загревање алуминијума на 825°Ф-1050°Ф (нешто испод тачке топљења легуре), са временом држања прилагођеним величини дела, у распону од око 10 минута за мале делове до 12 сати за велике делове. Након загревања, алуминијум се брзо гаси, обично у води или раствору полимера. Гашење водом је брзо и у највећој могућој мери спречава рано таложење легирајућих елемената, обезбеђујући презасићени чврсти раствор;док је полимерно гашење погодније за сложене облике или танкозидне профиле, смањујући унутрашње напоне настале током процеса хлађења и смањујући ризик од пуцања и деформације. Након третмана чврстим раствором, алуминијум је у меком стању, што олакшава накнадну машинску обраду и припрема га за коначно очвршћавање.
Хомогенизирање
Хомогенизација се углавном користи за ливење алуминијумских профила како би се решио проблем композиционе сегрегације која се јавља током процеса ливења. Током хлађења ливења, спољашњи слој алуминијума се прво стврдњава и формира чиста зрна алуминијума, док ће се легирајући елементи са вишим тачкама топљења скупљати у центру, што резултира неуједначеним унутрашњим и спољашњим својствима профила и утиче на каснију обраду и употребу. Хомогенизациони третман се изводи загревањем ливеног алуминијума на 900°Ф-1000°Ф, држањем током одређеног временског периода како би се омогућило да се легирајући елементи потпуно дифундују и постижу уједначену дистрибуцију компоненти, а затим се полако хлади да би се поправило ово стање. Након третмана, укупне механичке особине ливеног алуминијума имају тенденцију да буду конзистентне, што га чини мање тешким за обраду и ефикасно спречава кварове у калупу или структурне кварове током употребе због локалних разлика у саставу.
Старење
Третман старењем је основна карика очвршћавања алуминијума, подељен на природно старење и вештачко старење на два начина, суштина је да се презасићени чврсти раствор након третмана чврстог раствора преципитује равномерних честица фине фазе преципитације. Природно старење не захтева додатно загревање, каљени алуминијум се може ставити у окружење собне температуре, већина ефекта очвршћавања се завршава у року од 24 сата, потпуно стабилизован може значајно побољшати снагу и тврдоћу. Ова метода је погодна за сценарије који не захтевају висок производни циклус и релативно благе захтеве перформанси, али треба напоменути да процес обликовања треба да се изведе што је пре могуће након завршетка процеса старења како би се избегла прекомерна тврдоћа која утиче на рад. Вештачко старење (познато и као преципитационо очвршћавање) убрзава преципитацију преципитиране фазе активним загревањем, загревањем алуминијума на 240°Ф-460°Ф, задржавањем 6-24 сата, а затим хлађењем. Ова метода је ефикаснија и прецизнија у контроли својстава, омогућавајући алуминијуму да постигне више нивое чврстоће за врхунске апликације где је тврдоћа критична. Параметри вештачког старења варирајузначајно од легуре до легуре и захтевају строге температурне и временске профиле на основу специфичног материјала.
Разумевање ознака темперамента алуминијума и уобичајених типова
Алуминијумске екструзије имају статусни код са цртицом везан уз број основне легуре, на пример, „-Т73“ у 7075-Т73 је статусни код. Алуминијумске легуре имају четири основне ознаке стања, -Ф (машинска обрада), -О (жарена), -Х (деформационо каљена) и -Т (термички обрађена). Пета ознака, - В, се користи да опише стање гашења након топлотне обраде раствора и пре вештачког старења или старења на собној температури. Следе специфичне дефиниције за сваки тип стања: Х111: Односи се на производе са отврдњавањем испод захтеваконтролисано стање Х11. Х112: Односи се на производе који су природно стекли одређено стање током обликовања (нема посебне контроле очвршћавања или термичке обраде), али имају дефинисана ограничења механичких својстава. Следећи кодови услова Х-серије се користе искључиво за деформисане легуре алуминијума са номиналним садржајем магнезијума већим од 4%: Х311: За производе са очвршћавањем испод захтева контролисаног стања Х31. Т1: Природно остарио до у основи стабилног стања након хлађења процесом формирања на високој температури. Т2: жарено стање (примењиво само на ливене производе). Т3: Хладна обрада након термичке обраде раствором, применљива на производе код којих је чврстоћа побољшана хладном обрадом, или где је улога хладног рада у процесу нивелисања и исправљања укључена у разматрање ограничења механичких својстава. Т4: топлотна обрада чврстог раствора након природног старења до у основи стабилног стања, применљива на топлотну обраду чврстог раствора без хладне обраде, или хладну обраду у процесу нивелисања, исправљања, улога хладног рада није укључена у граничну вредност механичких својстава разматрања производа. Т5: Након хлађења процесом обликовања високе температуре, третман вештачког старења. Т6: Топлотна обрада раствора праћена вештачким старењем, на границе механичких својстава не утиче хладна обрада, већина легура у - В стању и - Т4 стању може да достигне стање - Т6 након вештачког старења. Т7: Термичка обрада раствора праћена стабилизацијом, погодно за производе који су стабилизовани изнад тачке максималне чврстоће да би се постигла контрола раста димензија и контрола заосталог напрезања. Т8: Термичка обрада у чврстом раствору праћена хладном обрадом, а затим вештачким старењем, за производе код којих је чврстоћа повећана хладном обрадом или где је улога хладне обраде у процесу нивелисања и исправљања узета у обзир приликом разматрања ограничења механичких својстава.
Фактори који утичу на тврдоћу алуминијума
Садржај легирајућих елемената
Легирајући елементи су основни фактори који одређују тврдоћу алуминијумских профила, а однос различитих елемената директно утиче на ефекат очвршћавања. На пример, легура алуминијума 7075 садржи 5,1%-6,1% цинка, 1,2%-2,0% бакра и 2,1%-2,9% магнезијума, тврдоћа је знатно већа од тврдоће легуре алуминијума 6061, док је легура алуминијума 6061 са легурама алуминијума са магнезијумом 1,0,0,0% (1,0,0%) (1,0,0%) и магнезијумом (1,0,0%). као главни легирајући елементи, тврдоћа је релативно ниска, али са бољом заварљивошћу и обрадивости. Цинк, бакар и магнезијум су основни елементи за повећање тврдоће алуминијума, а њихов садржај треба прецизно регулисати у складу са захтевима примене: висок садржај легирајућих елемената је погодан за постизање крајње чврстоће сценарија, док уравнотежен однос може узети у обзир и снагу и перформансе обраде, како би се задовољиле потребе опште индустрије.
ТоплотаТреатментПараметри
Процес термичке обраде је основно средство за регулисање тврдоће алуминијумских профила, а одступање сваког параметра ће директно утицати на коначну тврдоћу. Температура и време држања третмана чврстог раствора треба да осигурају да су легирајући елементи потпуно растворени, недовољна температура или време држања је прекратко довешће до недовољног растварања, а накнадни ефекат очвршћавања старења ће се значајно смањити; Брзина гашења одређује стабилност презасићеног чврстог раствора, споро хлађење ће учинити да се легирајући елементи унапред таложе, смањујући потенцијал очвршћавања. Вештачко старење на температури која је превисока или предуга ће смањити тврдоћу; температура је прениска или време није довољно тврдоћа није на нивоу стандарда. Температура и влажност природног окружења за старење такође ће утицати на брзину очвршћавања и коначну тврдоћу, а складиштењеОкружење треба контролисати.
Производно и готово стање
Процес производње и коначно стање алуминијума утичу на тврдоћу. Алуминијум произведен врућим пресовањем или ливењем обично је мање тврдоће; хладно обрађени алуминијум је тврђи радним каљењем. Стање површине готовог производа утиче на резултате испитивања тврдоће, нпр. оксидовани слојеви, огреботине и уље могу изазвати изобличење теста, док глатка површина више одражава праву тврдоћу. Редослед накнадне машинске обраде је такође критичан. Екстензивна машинска обрада након очвршћавања може довести до губитка тврдоће услед унутрашњег ослобађања напрезања.
Уобичајене грешке приликом каљења алуминијума
Проблеми деформације и очвршћавања пуцања
Очвршћавање алуминијумских профила често доводи до изобличења и пуцања уследнеравномерно хлађење и унутрашња напрезања. Оштри унутрашњи углови, варијације у дебљини попречног пресека, танки зидови и асиметрични облици су склони концентрацији напрезања и повећавају ризик од пуцања након гашења. Може се решити са аспекта дизајна и процеса. Дизајн треба да има заобљене углове како би се избегли оштри углови и оштре промене дебљине; процес треба изабрати у складу са медијумом за гашење профила, сложени или танкозидни делови могу се изабрати раствор полимера пре него чиста вода. У исто време, употреба шаблона и уређаја за контролу постављање и смер хлађења могу смањити деформацију.
Недостатак отврдњавања настаје услед недовољног старења, које може бити последица прениске температуре старења, недовољног времена држања или неадекватног третмана раствором, што доводи до премалог броја легирајућих елемената који се таложе. Поред тога, ако се гашење остави предуго пре вештачког старења, природно старење ће наступити раније, слабећи ефекат јачања, што такође може довести до подстандардне тврдоће. Прекомерно старење је због превисоке температуре или је време предуго, што доводи до раста честица исталожене фазе, повећања размака, слабљења ефекта јачања, тако да се тврдоћа алуминијумског материјала смањује, жилавост расте. Кључ за одређивање недовољно или прекомерног старења у конзистенцији тврдоће: цела серија ниске тврдоће је проблем параметара, локална неравномерност је неравномерна дистрибуција температуре пећи или делова због превише густе. Да би се избегли такви проблеми, потребно је стриктно калибрисати опрему за топлотну обраду како би се осигурала тачност контроле температуре у опсегу од ±5-10°Ц; према разреду легуре и величини делова да се развије прецизна кривуља старења, како би се избегло слепо подешавање параметара; угашене делове треба пренети у процес вештачког старења што је пре могуће, обично не дуже од 4 сата, како би се спречио природни вишак старења.
Мере предострожности заСецондариХјестиТреатмент
Када ефекат очвршћавања алуминијума није на нивоу стандарда, у неким случајевима се може поправити секундарном топлотном обрадом, али је потребно поштовати строге спецификације. Секундарна топлотна обрада обично захтева поновну обраду и старење, али ако је алуминијум прошао кроз неколико топлотних третмана, то може довести до крупноће зрна, што утиче на укупне перформансе. Температура секундарног чврстог раствора треба да буде нешто нижа него први пут, како би се избегло прегревање које би довело до раста зрна или топљења границе зрна; гашење треба обратити више пажње на уједначеност хлађења, јер је почетно очвршћавање унутрашњег напрезања сложено и лако долази до секундарног пуцања. Након друге топлотне обраде, тврдоћу и перформансе треба поново тестирати како би се осигурала усклађеност са захтевима.
Како тестирати тврдоћу алуминијума
Тестирање тврдоће по Роцквеллу
Роцквелл тест тврдоће је једноставан за руковање и ефикасан у испитивању тврдоће алуминијума, погодан за контролу квалитета серије. Тврдоћа је одређена дубином удубљења утискивача под оптерећењем, а вредност тврдоће се израчунава израчунавањем разлике дубине након предоптерећења и главног оптерећења. Тест тврдоће алуминијумског профила углавном усваја ХРБ скалу, користећи оптерећење од 100 кгф и утискивач челичне куглице, погодан за алуминијум ниске тврдоће; веће тврдоће ојачани алуминијум може изабрати другу Роцквелл скалу. Овај метод је брзо, директно читање, мала удубљења и мала оштећења на профилу.
БринеллХарднессТест
Бринел тест тврдоће усваја челичну куглу великог пречника и велико оптерећење, погодно за откривање алуминијумских профила за ливење крупног зрна или великих алуминијумских делова. Формира велико удубљење на површини, усредсређује разлике у саставу материјала и величини зрна и добија репрезентативну вредност тврдоће. Тест треба да измери пречник удубљења и израчуна ХБ вредност, што може избећи погрешну процену локалних тврдих и меких тачака и одражава укупну тврдоћу, али удубљење је велико и није погодно за прецизне готове производе.
ВицкерсХарднессТест
Викерсов тест тврдоће је свестран и може мерити различите тврдоће алуминијумских профила. Користи дијамантски тетрагонални утискивач, примењује променљиво оптерећење и израчунава тврдоћу према дијагонали удубљења. Широк опсег оптерећења, микроскопско и макроскопско испитивање, способан да мери превлаке, мале површине и укупну тврдоћу, високу прецизност, погодан за научна истраживања и друге захтевне сценарије, али захтева специјализовано особље за рад и анализу.
Тест тврдоће по Кноопу
Испитивање тврдоће по Кноопу користи утискивач у облику дијаманта да формира танко удубљење и израчунава тврдоћу мерењем дугачке дијагонале. Његово оптерећење од 10-1000 гф погодно је за испитивање крхких материјала, танког алуминијума, премаза и подручја близу ивица. Плитко, дуго удубљење спречава пуцање узорка и посебно је погодно за танак или површински третиран алуминијум. За анизотропни алуминијум, подешавање смера испитивања одражава разлике у тврдоћи и пружа свеобухватније податке о перформансама.
Тест тврдоће по Рихтеру
Рихтеров тест тврдоће је преносива метода инспекције на лицу места која процењује тврдоћу алуминијума ударањем кугле од волфрам карбида о површину имерење брзине одскока, при чему веће стопе одскока резултирају већом тврдоћом. Рихтеров тест тврдоће је флексибилан, брз и није ограничен узорцима, што га чини погодним за узорковање великих радних комада. Међутим, тачност је ниска и подложна условима површине, тако да се обично користи за почетни скрининг, док критичне делове још треба комбиновати са другим тачним методама.
СхореХарднессТест
Испитивање тврдоће по Шору се углавном користи за испитивање еластомера и меке пластике, а ређе се користи у испитивању алуминијумских профила, али се може користити за процену површинске тврдоће мекихалуминијумлегуре или композити алуминијумске матрице. Принцип је мерење дубине удубљења помоћу утискивача са опругом, са различитим скалама које одговарају различитим распонима тврдоће, нпр. Схоре А за меку гуму и Схоре Д за тврду пластику. У тестирању алуминијума, тест тврдоће по Шору је применљив само у одређеним сценаријима. Ако треба да процените тврдоћу меких премаза на површини алуминијума или тестирате чисте алуминијумске профиле са веома малом тврдоћом, морате обратити пажњу на одабир праве скале како бисте избегли изобличење резултата испитивања.
Закључак
Очвршћавање алуминијумских профила захтева равнотежу између параметара процеса, својстава легуре и стандарда испитивања како би се избегле уобичајене заблуде. Научна употреба топлотног третмана и метода испитивања може максимизирати перформансе алуминијума и задовољити врхунске потребе многих области.
Хенан Ретоп Индустриал Цо., Лтд. ће бити ту кад год вам је потребно
Старење
