Tratamento térmico do alumínio e das ligas de alumínio - soluções

Ningbo Hersin no sector do alumínio ealumínioQuando se efectua um tratamento térmico, é vital reconhecer os problemas actuais enfrentados e a razão pela qual é importante manter um controlo apertado sobre as flutuações do processo e os desvios do equipamento. A fim de prestar assistência aos colegas no domínio do tratamento térmico, a Ningbo Hersin resumiu e sintetizou os problemas de processo mais frequentemente encontrados e apresentou uma série de sugestões específicas para os resolver. De seguida, estes tópicos serão discutidos em maior profundidade.

Questões relacionadas com o tratamento térmico

No que respeita ao tratamento térmico do alumínio, os problemas mais referidos incluem:

1) Colocação incorrecta das peças

Colocação incorrecta - A temperaturas mais elevadas durante a solução sólida, o produto é menos rígido e é facilmente esmagado e deformado pela força da gravidade. A colocação correta (Fig. 1) evita estes problemas.

procurar1. Colocação correta das peças

2) O aquecimento/temperatura aumenta demasiado depressa-Isto pode causar distorção térmica e deve ser evitado. A colocação correta das peças ajuda a aquecê-las uniformemente.

3) Níveis de tensão residual superiores aos previstos--Os tratamentos térmicos não só alteram as propriedades mecânicas, como também afectam diretamente os níveis de tensão residual.

As causas possíveis são as seguintes: uma grande diferença nas taxas de arrefecimento entre a superfície e o interior durante a têmpera (incluindo quando a peça fundida é arrefecida após a solidificação); uma taxa inadequada de aumento de temperatura; alterações de temperatura que ocorrem em etapas intermédias; etc.

As tensões residuais estão relacionadas com factores como (grandes) diferenças nas taxas de arrefecimento, espessura da secção transversal da peça, alterações súbitas nas dimensões da secção transversal e resistência do material. Deve ser lembrado que as tensões induzidas pela têmpera são muito maiores do que as induzidas por outros processos, incluindo a fundição.

4) Flutuação nos parâmetros de tempo/temperatura/regeneração-Provocam desvios nas propriedades mecânicas e/ou físicas entre peças e entre lotes.

As causas incluem um tempo de transferência da peça demasiado longo, um endurecimento incorreto (demasiado lento), sobreaquecimento, subaquecimento ou alterações nos parâmetros tempo-temperatura durante o endurecimento por precipitação. Por exemplo, as partículas maiores (precipitados) são precipitadas no caso de um tempo demasiado longo e de uma temperatura demasiado elevada.

5) Aquecimento excessivo--É quando a fusão incipiente ou eutéctica tende a ocorrer. A título de exemplo, os tratamentos térmicos de solução sólida são efectuados a temperaturas próximas do ponto de fusão de muitas ligas de alumínio (especialmente as da série 2xxx, que muitas vezes estão apenas alguns graus abaixo do seu ponto de fusão). São necessárias temperaturas adequadas para promover a dissolução de elementos de liga sólidos.

6) Aquecimento insuficiente--Isto resulta numa perda de propriedades mecânicas devido a uma supersaturação insuficiente. Se a temperatura de envelhecimento for demasiado baixa e/ou o tempo de envelhecimento for demasiado curto, a formação da zona de agregação de átomos de soluto (zona GP) não é facilmente alcançada, resultando numa baixa resistência após o envelhecimento.

7) Um arrefecimento insuficiente provoca deformação--O problema/dificuldade nesta área é o movimento da peça para o líquido de arrefecimento, especialmente quando é necessário utilizar o arrefecimento manual.

A peça deve entrar suavemente no líquido de arrefecimento. Na gíria dos tratadores térmicos, evite "bater" a peça contra o líquido de arrefecimento. A transferência uniforme de calor através da peça evita diferenças de arrefecimento e diferenças de deformação.

As alterações na transferência de calor na direção horizontal são normalmente mais desfavoráveis do que as alterações na direção vertical. É importante manter o agente de arrefecimento à temperatura adequada, controlar o seu aquecimento, assegurar o seu fluxo uniforme, selecionar o agente de arrefecimento mais adequado (por exemplo, ar, água ou polímero), etc.

Por exemplo, a taxa de arrefecimento do polímero pode ser ajustada para uma aplicação específica, variando a concentração, a temperatura e a intensidade da agitação para garantir uma transferência de calor uniforme e uma taxa de arrefecimento durante a fase de ebulição do núcleo. A manutenção do agente de arrefecimento também é importante. Para peças com formas complexas, tais como peças forjadas, peças fundidas, extrusões de impacto e peças feitas de placas finas, podem ser utilizadas taxas de têmpera mais baixas para melhorar o comportamento de deformação.

8) Descascamento da superfície/oxidação a alta temperatura--Esta questão é abordada em pormenor em "High Temperature Oxidation - A Case Study".

9) Prescrição excessiva--Pode causar uma perda de propriedades mecânicas. Se a temperatura de envelhecimento for demasiado elevada e/ou o tempo de envelhecimento for demasiado longo, a dimensão crítica dos núcleos das fases precipitadas na solução sólida supersaturada aumenta, resultando num índice de resistência inferior após o envelhecimento.

10) Prazo de prescrição inadequado--Pode igualmente resultar na perda de propriedades mecânicas.

11) Limitação natural incorrecta-A duração do envelhecimento natural varia entre cerca de 5 dias para as ligas da série 2xxx e cerca de 30 dias para as outras ligas. As séries 6xxx e 7xxx são menos estáveis à temperatura ambiente e as alterações das propriedades mecânicas podem persistir durante muitos anos.

Existem algumas ligas para as quais o envelhecimento natural é inibido ou retardado durante vários dias após o tratamento criogénico a uma temperatura igual ou inferior a -18°C (-1˚F).

É prática comum que a conformação, o endireitamento e a estampagem sejam concluídos antes de as propriedades do material serem alteradas pelo envelhecimento. Por exemplo, o tratamento criogénico é uma medida frequentemente tomada pelos rebites 2014-T4 para manter boas propriedades de rebitagem.

12) Limitação artificial incorrecta--O envelhecimento artificial (também conhecido como tratamento térmico de precipitação) é um processo mais longo e de temperatura mais baixa. O controlo da temperatura é fundamental e a uniformidade da temperatura de ±6˚C (±10˚F) deve ser rigorosamente garantida. O objetivo ideal para a uniformidade da temperatura deve ser ±4˚C (±7˚F).

13) Tempo de retenção insuficiente- A consequência é que as propriedades mecânicas desejadas não são alcançadas. Um tempo demasiado curto leva a uma supersaturação insuficiente, enquanto um tempo demasiado longo tende a deformar a peça.

14) Má uniformidade da temperatura-Isto pode fazer com que as propriedades mecânicas não sejam atingidas ou sejam mesmo alteradas. Os requisitos típicos para a uniformidade da temperatura do processo são ±6˚C (±10˚F), enquanto a maioria das aplicações aeroespaciais espera ±3˚C (±5˚F).

15) Trabalho a frio incorreto após tratamento com solução sólida-Isto deve-se normalmente a uma falta de compreensão da reação da liga que está a ser tratada. Por exemplo, o trabalho a frio de uma liga da série 2xxx no estado temperado aumentará significativamente o grau de reação a tratamentos de precipitação subsequentes.

(16) Taxa de arrefecimento insuficiente durante o recozimento de produtos tratados termicamente em solução-A taxa máxima de arrefecimento deve ser mantida a 20˚C (40˚F) por hora até que a temperatura desça para 290˚C (555˚F). As taxas de arrefecimento abaixo desta temperatura são menos importantes.

Questões relacionadas com a fundição

A propósito, deve ser mencionado que os lingotes de alumínio em condições de fábrica apresentam uma série de defeitos que afectam o tratamento térmico subsequente e as propriedades mecânicas, incluindo

1) Buracos/esparsidade de centros-Causa retração insuficiente, segregação de hidrogénio ou oxidação da superfície (frequentemente devido a bolhas de ar)

2) Inclusões--Impurezas de fundição sob a forma de carbonetos, boretos, óxidos, etc. (devido a refinadores de grão ou bolhas de ar)

3) Macro ou micro-interesses- Os componentes solúveis, as partículas de compostos intermetálicos de elevada dureza e as partículas de segunda fase não estão distribuídas uniformemente. Uma homogeneização correta ajuda a resolver este problema.

4) Deformação/encolhimento-Causa de tensão/esforço induzido pelo arrefecimento

5) Rutura térmica-Devido principalmente a problemas de retração

6) Problemas de laminagem (chapas finas e grossas) ou de ductilidade (extrusões, barras e chapas) envolvidos na obtenção de propriedades mecânicas mais elevadas. No entanto, o tratamento térmico secundário deve ser evitado se forem necessários níveis de desempenho mais elevados.

observações finais

A solução para a maioria dos problemas relacionados com o tratamento térmico do alumínio é:

Compreender o que pode correr mal; identificar práticas e passos adequados; manter a consistência (e a reprodutibilidade) na execução destes passos; monitorizar o processo em tempo real sempre que possível; e manter registos das operações do forno de tratamento térmico e dos perfis tempo-temperatura para confirmar que a operação pretendida está efetivamente a ser executada.

Por fim, é importante assegurar que são utilizados métodos de ensaio adequados para confirmar que os componentes cumprem os requisitos e têm um desempenho fiável na utilização real.

Os tratadores térmicos já tinham conhecimento destes requisitos, mas eles são mais críticos para o tratamento térmico do alumínio e das ligas de alumínio do que noutras áreas.