Загартування алюмінію є ключовою технологією для підвищення цінності його промислового застосування, охоплюючи принцип, процес, випробування та інші основні аспекти. Ця стаття присвячена суті зміцнення віком, розбирає ключові моменти практичної експлуатації та допомагає точно освоїти навички зміцнення алюмінієвих профілів.
Що означає «загартування алюмінію»?
Загартування алюмінію, також відоме як зміцнення старінням або дисперсійне зміцнення, є основним процесом підвищення міцності та твердості алюмінію та алюмінієвих сплавів шляхом термічної обробки. Основний принцип полягає в тому, що алюміній нагрівається до певної температури, щоб легуючі елементи повністю розчинилися, а потім швидко охолоджується з утворенням перенасиченого твердого розчину. Ця нестабільна мікроструктура призводить до повільного випадання дрібних частинок фази, що випадає в осад, які ефективно перешкоджають руху дислокацій всередині металу, таким чином значно покращуючи механічні властивості профілю без зміни його форми. Цей процес широко використовується в сучасній промисловості, особливо в сценаріях, які потребують балансу між міцністю та легкістю. На відміну від інших методів зміцнення, зміцнення на старіння може точно регулювати властивості алюмінію та має високу стабільність розмірів під час процесу, що робить його ключовим технологічним підтримкою для аерокосмічної, автомобільної та інших галузей високого класу.
Ключові переваги стійкого до старіння алюмінію
Зміцнення під впливом старіння забезпечує ряд стрибків у продуктивності алюмінієвих профілів, надаючи їм незамінні переваги в широкому діапазоні сценаріїв застосування. По-перше,міцність і твердістьалюмінієвих профілів значно вдосконалені. Завдяки зміцнюючому ефекту частинок осадженої фази міцність на розрив і твердість алюмінієвих профілів може в кілька разів перевищувати, ніж у необробленому стані, зберігаючи низьку щільність, таким чином реалізуючи основну вимогу «легкого та міцного». Оптимізована зерниста структура є ще однією родзинкою, строгий контроль параметрів процесу може сформувати рівномірний розподіл дрібної осадженої фази, так щомеханічні властивості алюмінію більш стабільні, щоб уникнути збою, викликаного локальними слабкими місцями. З точки зорузносостійкість і стійкість до корозії, твердість поверхні загартованого алюмінію підвищується, щоб краще протистояти втратам на тертя, а деякі сплави оброблені для підвищення корозійної стійкості, що особливо підходить для суворих умов, таких як морські та зовнішні. Стабільність розмірів також є помітною перевагою старіння, деформація процесу термічної обробки дуже мала, може відповідати вимогам до точності розмірів точних деталей. Крім того, регулюючи температуру та час старіння, механічні властивості алюмінію можна гнучко налаштовувати, щоб знайти найкращий баланс між міцністю, в’язкістю, пластичністю, і порівняно з іншими процесами зміцнення старіння є більш економічно ефективним і підходить для великомасштабного промислового виробництва.
Різні типи алюмінієвого теплаЛікування
Відпал
Відпал є одним із основних процесів термічної обробки алюмінію, який використовується для усунення механічного зміцнення, яке виникає під час холодної обробки, кування та інших процесів. Процес складається з нагрівання алюмінію до діапазону температур від 570°F до 770°F, витримки від 30 хвилин до 3 годин залежно від розміру профілю та складу сплаву, а потім повільного охолодження до кімнатної температури. Цей процес відновлює поверхні ковзання всередині алюмінію, знімає накопичені внутрішні напруги та повторно стабілізує зернисту структуру. Пластичність відпаленого алюмінію значно підвищується, що полегшує виконання подальших процесів згинання, штампування та інших формоутворювальних процесів, а також виправляє викривлення, які виникають під час лиття, і запобігає розтріскування під час використання. Сплави, що піддаються термічній обробці, і сплави, що не піддаються термічній обробці, можуть піддаватися відпалу для покращення технологічності.
Тепло розчинуТповторне лікуванняПпроцес
СТермічна обробка розчину є критичним етапом перед старінням, і її основною метою є повне розчинення легуючих елементів в алюмінії з утворенням гомогенного однофазного твердого розчину. Процес передбачає нагрівання алюмінію до 825°F-1050°F (трохи нижче температури плавлення сплаву), час витримки регулюється відповідно до розміру деталі, коливається від приблизно 10 хвилин для маленьких деталей до 12 годин для великих деталей. Після нагрівання алюміній швидко гартується, зазвичай у воді або розчині полімеру. Загартування водою відбувається швидко і максимально запобігає передчасному випаданню легуючих елементів, забезпечуючи перенасичений твердий розчин;тоді як загартування полімером більше підходить для складних форм або тонкостінних профілів, зменшуючи внутрішні напруги, що виникають під час процесу охолодження, і знижуючи ризик розтріскування та деформації. Після обробки твердим розчином алюміній знаходиться в м'якому стані, що полегшує подальшу механічну обробку і готує його до остаточного старіння.
Гомогенізуючий
Гомогенізація в основному використовується для лиття алюмінієвих профілів, щоб вирішити проблему композиційної сегрегації, яка виникає під час процесу лиття. Під час охолодження виливка зовнішній шар алюмінію спочатку твердне, утворюючи зерна чистого алюмінію, тоді як легуючі елементи з більш високою температурою плавлення збиратимуться в центрі, що призведе до нерівномірних внутрішніх і зовнішніх властивостей профілю та вплине на подальшу обробку та використання. Гомогенізаційна обробка виконується шляхом нагрівання литого алюмінію до 900°F-1000°F, витримування його протягом певного періоду часу, щоб дозволити легуючим елементам повністю дифундувати та досягнення рівномірного розподілу компонентів, а потім повільного охолодження його для фіксації цього стану. Після обробки загальні механічні властивості литого алюмінію, як правило, залишаються стабільними, що робить його менш складним для обробки та ефективно запобігає несправностям формування або структурним збоям під час використання через місцеві відмінності складу.
Старіння
Обробка старінням є основною ланкою зміцнення алюмінію, розділеного на природне старіння та штучне старіння двома способами, суть полягає в тому, щоб перенасичений твердий розчин після обробки твердого розчину осадив рівномірні дрібні частинки фази осадження. Природне старіння не вимагає додаткового нагрівання, загартований алюміній можна помістити в середовище кімнатної температури, більша частина ефекту загартування завершується протягом 24 годин, повністю стабілізований може значно підвищити міцність і твердість. Цей метод підходить для сценаріїв, які не вимагають високого виробничого циклу та відносно м’яких вимог до продуктивності, але слід зазначити, що процес формування слід проводити якомога швидше після завершення процесу старіння, щоб уникнути впливу надмірної твердості на роботу. Штучне старіння (також відоме як дисперсійне зміцнення) прискорює виділення виділеної фази шляхом активного нагрівання, нагрівання алюмінію до 240°F-460°F, витримування протягом 6-24 годин, а потім охолодження. Цей метод більш ефективний і точний у контролі властивостей, дозволяючи алюмінію досягти вищих рівнів міцності для високоякісних застосувань, де твердість є критичною. Параметри штучного старіння різнізначною мірою від сплаву до сплаву та вимагають суворих температурних і часових профілів на основі конкретного матеріалу.
Розуміння умов загарту алюмінію та загальних типів
Алюмінієві профілі мають код статусу через дефіс, доданий до номера основного сплаву, наприклад, «-T73» у 7075-T73 є кодом статусу. Алюмінієві сплави мають чотири основних позначення стану: -F (механічна обробка), -O (відпалена), -H (загартована) і -T (термічно оброблена). П'яте позначення, - W, використовується для опису загартованого стану після термічної обробки розчину та перед штучним старінням або старінням при кімнатній температурі. Нижче наведено конкретні визначення для кожного типу стану. H111: Застосовується до виробів з деформаційним зміцненням нижче вимогконтрольований стан H11. H112: Застосовується до продуктів, які природно набули певного стану під час формування (без спеціального контролю зміцнення або термічної обробки), але мають визначені межі механічних властивостей. Наступні коди умов серії H використовуються виключно для деформованих алюмінієвих сплавів з номінальним вмістом магнію понад 4%: H311: Для виробів з деформаційним зміцненням нижче вимог контрольованого стану H31. T1: природне старіння до в основному стабільного стану після охолодження за допомогою високотемпературного процесу формування. T2: стан відпалу (застосовується лише до литих виробів). Т3: Холодна обробка після термічної обробки розчину, застосовна до виробів, міцність яких підвищується холодною обробкою або де роль холодної обробки в процесі вирівнювання та випрямлення включена до розгляду обмежень механічних властивостей. T4: термічна обробка твердого розчину після природного старіння до в основному стабільного стану, застосовна до термічної обробки твердого розчину без холодної обробки або холодної обробки в процесі вирівнювання, випрямлення, роль холодної обробки не входить до граничного значення механічних властивостей для розгляду продукту. T5: Після охолодження шляхом високотемпературного процесу формування, лікування штучним старінням. T6: термічна обробка розчину з подальшим штучним старінням, холодна обробка не впливає на межі механічних властивостей, більшість сплавів у стані -W і -T4 можуть досягати стану -T6 після штучного старіння. T7: Термічна обробка розчину з наступною стабілізацією, придатна для продуктів, які були стабілізовані за точкою максимальної міцності для досягнення контролю за розмірами та контролю залишкового напруження. T8: Термічна обробка твердого розчину з подальшою холодною обробкою, а потім штучним старінням, для виробів, міцність яких була збільшена холодною обробкою або де роль холодної обробки в процесі вирівнювання та вирівнювання була врахована при розгляді меж механічних властивостей.
Фактори, що впливають на твердість алюмінію
Вміст легуючих елементів
Основними факторами, що визначають твердість алюмінієвих профілів, є легуючі елементи, а співвідношення різних елементів безпосередньо впливає на ефект зміцнення. Наприклад, алюмінієвий сплав 7075 містить 5,1%-6,1% цинку, 1,2%-2,0% міді та 2,1%-2,9% магнію, твердість значно вища, ніж у алюмінієвого сплаву 6061, тоді як алюмінієвий сплав 6061 містить магній (1,0%-1,5%) і кремній (0,4%-0,8%). як основні легуючі елементи, твердість відносно низька, але з кращою зварюваністю та оброблюваністю. Цинк, мідь і магній є основними елементами для підвищення твердості алюмінію, і їх вміст потрібно точно регулювати відповідно до вимог застосування: високий вміст легуючих елементів підходить для досягнення кінцевої міцності сценарію, тоді як збалансоване співвідношення може враховувати як міцність, так і продуктивність обробки, щоб задовольнити потреби загальної промисловості.
ТеплоТповторне лікуванняПпараметри
Процес термічної обробки є основним засобом регулювання твердості алюмінієвих профілів, і відхилення кожного параметра безпосередньо впливатиме на кінцеву твердість. Температура та час витримки обробки твердого розчину повинні забезпечити повне розчинення легуючих елементів, недостатня температура або час витримки занадто короткий призведе до недостатнього розчинення, наступний ефект зміцнення старіння значно зменшується; Швидкість загартування визначає стабільність перенасиченого твердого розчину, повільне охолодження призведе до того, що легуючі елементи випадуть заздалегідь, зменшуючи потенціал твердіння. Штучне старіння при занадто високій або занадто тривалій температурі зменшить твердість; температура занадто низька або часу недостатньо твердість не відповідає стандартам. Температура та вологість природного середовища старіння також впливатимуть на швидкість твердіння та кінцеву твердість, а також на зберіганняСередовище потрібно контролювати.
Виготовлення та готовий стан
Процес виробництва та кінцевий стан алюмінію впливають на твердість. Алюміній, отриманий гарячим пресуванням або литтям, зазвичай має меншу твердість; холоднооброблений алюміній стає твердішим через робоче зміцнення. Стан поверхні готового виробу впливає на результати випробувань на твердість, напр. окислені шари, подряпини та масло можуть спричинити спотворення тесту, тоді як гладка поверхня більше відображає справжню твердість. Послідовність подальшої обробки також є критичною. Інтенсивна механічна обробка після зміцнення старінням може призвести до втрати твердості через вивільнення внутрішньої напруги.
Поширені помилки під час гартування алюмінію
Проблеми розтріскування деформації та зміцнення
Загартування алюмінієвих профілів часто призводить до деформації та розтріскування черезнерівномірне охолодження і внутрішні напруги. Гострі внутрішні кути, коливання товщини поперечного перерізу, тонкі стінки та асиметричні форми схильні до концентрації напруги та збільшують ризик розтріскування після гарту. Це можна вирішити з точки зору дизайну та процесу. Конструкція повинна мати закруглені кути, щоб уникнути гострих кутів і різких змін товщини; процес потрібно вибирати відповідно до профілю гартуючого середовища, складні або тонкостінні деталі можна вибрати полімерний розчин, а не чисту воду. У той же час використання пристосувань і пристосувань для контролю розміщення та напрямок охолодження можуть зменшити деформацію.
Недостатнє зміцнення виникає внаслідок недостатнього старіння, яке може бути наслідком занадто низької температури старіння, недостатнього часу витримки або невідповідної обробки розчином, що призводить до надто малої кількості легуючих елементів, що можуть осідати. Крім того, якщо гарт залишити занадто довго перед штучним старінням, природне старіння відбудеться раніше, послаблюючи ефект зміцнення, що також може призвести до низької твердості. Надмірне старіння відбувається через занадто високу температуру або занадто довгий час, в результаті чого частинки осадженої фази ростуть, відстань збільшується, ефект зміцнення послаблюється, таким чином, твердість алюмінієвого матеріалу зменшується, міцність підвищується. Ключ для визначення недостатнього або надмірного старіння в консистенції твердості: уся партія низької твердості є проблемою параметрів, локальна нерівномірність є нерівномірним розподілом температури печі або частин через надто щільність. Щоб уникнути таких проблем, необхідно суворо відкалібрувати обладнання для термообробки, щоб забезпечити точність контролю температури в діапазоні ±5-10 °C; відповідно до марки сплаву та розміру деталей для розробки точної кривої старіння, щоб уникнути сліпого налаштування параметрів; загартовані деталі слід якнайшвидше перевести на процес штучного старіння, як правило, не більше 4 годин, щоб запобігти природному старінню.
Запобіжні заходи дляСвториннийХїстиТповторне лікування
Якщо ефект зміцнення алюмінію не відповідає стандартам, у деяких випадках його можна виправити вторинною термічною обробкою, але необхідно дотримуватися суворих специфікацій. Вторинна термічна обробка зазвичай вимагає обробки розчином і старіння, але якщо алюміній пройшов кілька термічних обробок, це може призвести до грубого розміру зерна, що впливає на загальну продуктивність. Температура вторинного твердого розчину повинна бути трохи нижчою, ніж у перший раз, щоб уникнути перегріву, що може призвести до росту зерен або плавлення меж зерен; Загартування потрібно приділяти більше уваги рівномірності охолодження, тому що початкове зміцнення внутрішньої напруги є складним і легким до вторинного розтріскування. Після другої термічної обробки необхідно повторно перевірити твердість і продуктивність, щоб переконатися у відповідності вимогам.
Як перевірити твердість алюмінію
Випробування на твердість по Роквеллу
Тест на твердість за Роквеллом простий у експлуатації та ефективний у випробуванні твердості алюмінію, підходить для контролю якості партії. Твердість визначається глибиною вдавлення індентора під навантаженням, а значення твердості розраховується шляхом розрахунку різниці глибини після попереднього і основного навантаження. Випробування на твердість алюмінієвого профілю здебільшого використовує шкалу HRB, використовуючи навантаження 100 кгс і сталевий кульковий індентор, придатний для алюмінію низької твердості; армований алюміній з високою твердістю може вибрати іншу шкалу Роквелла. Цей метод швидкий, пряме зчитування, малий відступ і незначне пошкодження профілю.
БрінельХпрагненняТоцінка
Тест на твердість за Брінеллем використовує сталеву кульку великого діаметру та велике навантаження, що підходить для виявлення крупнозернистих алюмінієвих профілів або великих алюмінієвих деталей. Він утворює велике поглиблення на поверхні, усереднює різницю в складі матеріалу та розмірі зерен і отримує типове значення твердості. Під час випробування потрібно виміряти діаметр поглиблення та обчислити значення HB, що може уникнути неправильної оцінки локальних твердих і м’яких плям і відобразити загальну твердість, але поглиблення є великим і не підходить для точних готових виробів.
ВікерсХпрагненняТоцінка
Тест на твердість за Віккерсом є універсальним і може вимірювати різну твердість алюмінієвих профілів. Він використовує алмазний тетрагональний індентор, застосовує змінне навантаження та розраховує твердість відповідно до діагоналі вдавлення. Широкий діапазон навантажень, мікроскопічне та макроскопічне випробування, здатність вимірювати покриття, невеликі площі та загальну твердість, висока точність, підходить для наукових досліджень та інших складних сценаріїв, але потребує спеціалізованого персоналу для роботи та аналізу.
Тест на твердість по Кнупу
Вимірювання твердості за Кнупом використовує ромбовидний індентор для формування тонкого поглиблення та обчислює твердість шляхом вимірювання довгої діагоналі. Його навантаження 10-1000 gf підходить для тестування крихких матеріалів, тонкого алюмінію, покриттів і прилеглих областей. Неглибоке довге поглиблення запобігає розтріскуванню зразка та особливо підходить для тонкого алюмінію або алюмінію з поверхневою обробкою. Для анізотропного алюмінію коригування напрямку випробування відображає відмінності в твердості та забезпечує більш повні дані про продуктивність.
Тест на твердість за Ріхтером
Тест на твердість за Ріхтером – це портативний метод перевірки на місці, який оцінює твердість алюмінію шляхом удару кульки з карбіду вольфраму об поверхню тавимірювання швидкості відскоку, причому вищі швидкості відскоку призводять до більшої твердості. Тест на твердість за Ріхтером є гнучким, швидким і не обмеженим зразками, що робить його придатним для відбору проб великих заготовок. Однак точність низька і залежить від умов поверхні, тому його зазвичай використовують для початкового скринінгу, тоді як критичні частини все ще потрібно поєднувати з іншими точними методами.
БерегХпрагненняТоцінка
Випробування на твердість за Шором здебільшого використовується для випробування еластомерів і м’яких пластиків і рідше використовується для випробувань алюмінієвих профілів, але може використовуватися для оцінки твердості поверхні м’якихалюмінійсплави або композити з алюмінієвою матрицею. Принцип полягає у вимірюванні глибини вдавлення за допомогою пружинного індентора з різними шкалами, що відповідають різним діапазонам твердості, напр. Shore A для м’якої гуми та Shore D для твердої пластмаси. У випробуваннях алюмінію тест на твердість за Шором застосовний лише до певних сценаріїв. Якщо вам потрібно оцінити твердість м’яких покриттів на поверхні алюмінію або випробувати профілі з чистого алюмінію з дуже низькою твердістю, вам потрібно звернути увагу на вибір правильної шкали, щоб уникнути спотворення результатів тесту.
Висновок
Зміцнення алюмінієвих профілів вимагає балансу між параметрами процесу, властивостями сплаву та стандартами випробувань, щоб уникнути поширених помилок. Наукове використання методів термічної обробки та випробувань може максимізувати продуктивність алюмінію та задовольнити потреби високого класу в багатьох галузях.
Henan Retop Industrial Co., Ltd. завжди буде там, де вам потрібно
Ласкаво просимо до: телефонного дзвінка, повідомлення, WeChat, електронної пошти та пошуку нас тощо.
Електронна пошта: sales@retop-industry.com Whatsapp/Телефон: 0086-15537183797
Старіння
