알루미늄 및 알루미늄 합금의 열처리 - 솔루션

닝보 허신은 알루미늄과알루미늄열처리를 수행할 때 현재 직면한 문제와 공정 변동 및 장비 편차를 엄격하게 통제하는 것이 중요한 이유를 인식하는 것이 중요합니다. 열처리 분야의 동료들에게 도움을 드리기 위해 닝보 허신은 가장 일반적으로 발생하는 공정 문제를 요약 및 정리하고 이를 해결하기 위한 여러 가지 목표 제안을 제시했습니다. 다음에는 이러한 주제에 대해 더 자세히 논의할 예정입니다.

열처리 관련 문제

알루미늄 열처리의 경우 가장 많이 보고된 문제는 다음과 같습니다:

1) 부품 배치가 잘못됨

잘못된 배치 - 고용체 중 고온에서는 제품의 강성이 떨어지고 중력에 의해 쉽게 찌그러지고 변형됩니다. 올바른 배치(그림 1)는 이러한 문제를 방지합니다.

seek1. 올바른 부품 배치

2) 가열/온도 상승이 너무 빠름-열 왜곡이 발생할 수 있으므로 방지해야 합니다. 부품을 올바르게 배치하면 고르게 가열하는 데 도움이 됩니다.

3) 예상보다 높은 잔류 스트레스 수준--열처리는 기계적 특성을 변화시킬 뿐만 아니라 잔류 응력 수준에도 직접적인 영향을 미칩니다.

담금질 중 표면과 내부의 냉각 속도 차이가 큰 경우(응고 후 주물을 냉각하는 경우 포함), 부적절한 온도 상승 속도, 중간 단계에서 발생하는 온도 변화 등이 원인으로 작용할 수 있습니다.

잔류 응력은 냉각 속도의 (큰) 차이, 부품의 단면 두께, 단면 치수의 급격한 변화 및 재료의 강도와 같은 요소와 관련이 있습니다. 담금질에 의해 유발되는 응력은 주조를 포함한 다른 공정에서 유발되는 응력보다 훨씬 더 크다는 점을 기억해야 합니다.

4) 시간/온도/퀜칭 매개변수의 변동-부품 간, 배치 간 기계적 및/또는 물리적 특성의 편차가 발생할 수 있습니다.

원인으로는 너무 긴 부품 이송 시간, 부적절한 경화(너무 느린 경화), 과열, 저열 또는 침전 경화 중 시간-온도 파라미터의 변화 등이 있습니다. 예를 들어, 시간이 너무 길고 온도가 너무 높으면 더 큰 입자(침전물)가 침전됩니다.

5) 과도한 난방--초기 또는 공융 용융이 발생하는 경향이 있는 경우입니다. 예를 들어, 고용체 열처리는 많은 알루미늄 합금의 녹는점에 가까운 온도에서 수행됩니다(특히 2xxx 계열은 녹는점보다 몇 도 낮은 경우가 많음). 고체 합금 원소의 용해를 촉진하려면 적절한 온도가 필요합니다.

6) 불충분한 난방--과포화 불충분으로 인한 기계적 특성의 손실이 발생합니다. 노화 온도가 너무 낮거나 노화 시간이 너무 짧으면 용질-원자 응집 영역(GP 영역)의 형성이 쉽게 이루어지지 않아 노화 후 강도가 낮아집니다.

7) 불충분한 담금질은 변형을 유발합니다.--이 영역의 문제/어려움은 특히 수동 담금질을 사용해야 할 때 부품이 담금질로 이동하는 것입니다.

부품이 담금질에 부드럽게 들어가야 합니다. 열처리 전문 용어로, 부품을 담금질에 "두드리는" 동작은 피해야 합니다. 부품 전체에 균일한 열 전달이 이루어져야 냉각 차이와 변형률 차이를 방지할 수 있습니다.

수평 방향의 열 전달 변화는 일반적으로 수직 방향의 변화보다 더 불리합니다. 담금질을 적절한 온도로 유지하고, 온도를 조절하고, 균일한 흐름을 보장하고, 가장 적합한 담금질(예: 공기, 물 또는 폴리머)을 선택하는 것이 중요합니다.

예를 들어, 핵의 비등 단계에서 균일한 열 전달과 담금질 속도를 보장하기 위해 농도, 온도 및 교반 강도를 변경하여 폴리머의 냉각 속도를 특정 용도에 맞게 조정할 수 있습니다. 담금질의 유지 관리도 중요합니다. 단조품, 주조품, 충격 압출품, 박판으로 만든 부품과 같이 복잡한 형상을 가진 부품의 경우 낮은 담금질 속도를 사용하여 변형 거동을 개선할 수 있습니다.

8) 표면 박리/고온 산화--이 문제는 "고온 산화 - 사례 연구"에서 자세히 설명합니다.

9) 과도한 처방--이로 인해 기계적 특성이 저하될 수 있습니다. 노화 온도가 너무 높거나 노화 시간이 너무 길면 과포화 고용체에서 침전된 상들의 임계 핵 크기가 증가하여 노화 후 강도 지수가 낮아집니다.

10) 부적절한 소멸시효--이로 인해 기계적 특성이 손실될 수도 있습니다.

11) 부적절한 자연적 제한--자연 노화 기간은 2xxx 계열 합금의 경우 약 5일에서 다른 합금의 경우 약 30일까지 다양합니다. 6xxx 및 7xxx 계열은 상온에서 안정성이 떨어지고 기계적 특성의 변화가 수년 동안 지속될 수 있습니다.

영하 18°C(-1˚F) 이하에서 극저온 처리 후 며칠 동안 자연 노화가 억제되거나 지연되는 일부 합금이 있습니다.

노화로 인해 재료 특성이 변경되기 전에 성형, 직선화 및 스탬핑을 완료하는 것이 일반적인 관행입니다. 예를 들어, 극저온 처리는 2014-T4 리벳이 우수한 리벳팅 특성을 유지하기 위해 종종 취하는 조치입니다.

12) 부적절한 인위적 제한-인공 노화(침전 열처리라고도 함)는 더 오래, 더 낮은 온도에서 진행되는 공정입니다. 온도 제어가 중요하며 ±6˚C(±10˚F)의 온도 균일성이 엄격하게 보장되어야 합니다. 온도 균일성을 위한 최적의 목표는 ±4˚C(±7˚F)입니다.

13) 보유 시간 부족- 결과적으로 원하는 기계적 특성을 얻지 못합니다. 시간이 너무 짧으면 과포화가 불충분해지고, 너무 길면 부품이 변형되는 경향이 있습니다.

14) 온도 균일성 불량--이로 인해 기계적 특성이 달성되지 않거나 심지어 변경될 수 있습니다. 공정 온도 균일성에 대한 일반적인 요구 사항은 ±6˚C(±10˚F)이지만, 대부분의 항공우주 애플리케이션은 ±3˚C(±5˚F)를 기대합니다.

15) 고용체 처리 후 부적절한 냉간 가공--이는 일반적으로 처리되는 합금의 반응에 대한 이해가 부족하기 때문입니다. 예를 들어, 담금질 상태의 2xxx 계열 합금을 냉간 가공하면 후속 침전 처리에 반응하는 정도가 크게 증가합니다.

(16) 용액 열처리 제품의 어닐링 중 냉각 속도가 충분하지 않음-최대 냉각 속도는 온도가 290˚C(555˚F)로 떨어질 때까지 시간당 20˚C(40˚F)를 유지해야 합니다. 이 온도 이하의 냉각 속도는 그다지 중요하지 않습니다.

캐스팅 관련 문제

참고로, 공장 상태의 알루미늄 잉곳에는 후속 열처리 및 기계적 특성에 영향을 미치는 여러 가지 결함이 있다는 점을 언급해야 합니다:

1) 홀/센터 희소성-불충분한 수축, 수소 분리 또는 표면 산화(종종 기포로 인해 발생) 유발

2) 포함 사항-탄화물, 붕화물, 산화물 등의 형태로 주조 불순물(곡물 정제기 또는 기포 발생)

3) 매크로 또는 마이크로 편향- 용질 성분과 고경도 금속 간 화합물 입자 및 2상 입자가 고르게 분포되어 있지 않습니다. 적절한 균질화는 이 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.

4) 변형/수축-냉각으로 인한 스트레스/변형 원인

5) 열 찢어짐-주로 수축 문제 때문임

6) 더 높은 기계적 특성을 얻기 위해 압연(박판 및 후판) 또는 연성(압출, 바 및 시트) 문제와 관련된 문제. 그러나 더 높은 수준의 성능이 필요한 경우 2차 열처리는 피해야 합니다.

결론

대부분의 알루미늄 열처리 관련 문제에 대한 해결책은 다음과 같습니다:

무엇이 잘못될 수 있는지 이해하고, 적절한 관행과 단계를 파악하고, 이러한 단계를 수행할 때 일관성(및 재현성)을 유지하고, 가능한 경우 공정을 실시간으로 모니터링하고, 열처리로 작동 기록과 시간 온도 프로파일을 보관하여 의도한 작업이 실제로 수행되고 있는지 확인해야 합니다.

마지막으로, 적절한 테스트 방법을 사용하여 구성 요소가 요구 사항을 충족하고 실제 사용 시 안정적으로 작동하는지 확인하는 것이 중요합니다.

열처리 업체들은 이전부터 이러한 요구 사항을 알고 있었지만, 다른 분야보다 알루미늄 및 알루미늄 합금 열처리에 있어서는 더욱 중요합니다.