Термическая обработка алюминия и алюминиевых сплавов - решения

Нинбо Херсин по производству алюминия иалюминийПри проведении термообработки крайне важно понимать, с какими проблемами приходится сталкиваться в настоящее время и почему важно жестко контролировать колебания процесса и отклонения в работе оборудования. Чтобы оказать помощь коллегам в области термообработки, компания Ningbo Hersin обобщила и суммировала наиболее часто встречающиеся технологические проблемы и выдвинула ряд целевых предложений по их решению. Далее эти темы будут рассмотрены более подробно.

Вопросы, связанные с термообработкой

При термообработке алюминия наиболее часто встречаются следующие проблемы:

1) Неправильное расположение деталей

Неправильное размещение - При высоких температурах в твердом растворе продукт становится менее жестким и легко раздавливается и деформируется под действием силы тяжести. Правильное размещение (рис. 1) позволяет избежать этих проблем.

искать1. Правильное размещение деталей

2) Слишком быстрое нагревание/повышение температуры-Это может привести к тепловым деформациям, и этого следует избегать. Правильное расположение деталей способствует их равномерному нагреву.

3) Более высокие, чем ожидалось, уровни остаточного напряжения--Термообработка не только изменяет механические свойства, но и напрямую влияет на уровень остаточного напряжения.

Возможные причины: большая разница в скоростях охлаждения поверхности и внутренней части при закалке (в том числе при охлаждении отливки после затвердевания); несоответствующая скорость повышения температуры; изменения температуры на промежуточных этапах и т. д.

Остаточные напряжения связаны с такими факторами, как (большая) разница в скоростях охлаждения, толщина поперечного сечения детали, резкие изменения размеров поперечного сечения и прочность материала. Следует помнить, что напряжения, возникающие при закалке, намного больше, чем напряжения, возникающие при других процессах, включая литье.

4) Колебания параметров времени/температуры/закалки-Приводят к отклонениям в механических и/или физических свойствах между деталями и партиями.

Причинами могут быть слишком длительное время переноса детали, неправильная закалка (слишком медленная), перегрев, недогрев или изменение параметров время-температура во время закалки осадком. Например, при слишком длительном времени и слишком высокой температуре осаждаются более крупные частицы (преципитаты).

5) Чрезмерное нагревание-Тогда возникает тенденция к зарождению или эвтектическому плавлению. Например, термообработка твердым раствором проводится при температурах, близких к температуре плавления многих алюминиевых сплавов (особенно серии 2xxx, которая часто всего на несколько градусов ниже их температуры плавления). Соответствующие температуры необходимы для того, чтобы способствовать растворению твердых легирующих элементов.

6) Недостаточное отопление-Это приводит к потере механических свойств из-за недостаточного пересыщения. Если температура старения слишком низкая и/или время старения слишком короткое, образование зон агрегации растворенных атомов (GP-зон) происходит с трудом, что приводит к низкой прочности после старения.

7) Недостаточная закалка вызывает деформацию--Проблема/трудность в этой области заключается в перемещении детали в закалочный раствор, особенно если необходимо использовать ручную закалку.

Деталь должна входить в закалку плавно. На жаргоне специалистов по термообработке следует избегать "шлепанья" детали о закалочный материал. Равномерная передача тепла по всей детали предотвращает разницу в охлаждении и деформации.

Изменения теплопередачи в горизонтальном направлении обычно более неблагоприятны, чем изменения в вертикальном направлении. Важно поддерживать нужную температуру закалки, контролировать ее нагрев, обеспечивать равномерный поток, выбирать наиболее подходящий закалочный материал (например, воздух, воду или полимер) и т. д.

Например, скорость охлаждения полимера может быть отрегулирована для конкретного применения путем изменения концентрации, температуры и интенсивности перемешивания для обеспечения равномерной теплопередачи и скорости тушения в фазе кипения ядра. Обслуживание закалочного устройства также имеет большое значение. Для деталей сложной формы, таких как поковки, отливки, ударные экструзии и детали из тонких пластин, можно использовать более низкие скорости закалки для улучшения деформационных характеристик.

8) Поверхностное отслаивание/высокотемпературное оксидирование--Мы подробно обсуждаем этот вопрос в статье "Высокотемпературное окисление - конкретный пример".

9) Чрезмерное назначение лекарств-Это может привести к потере механических свойств. Если температура старения слишком высока и/или время старения слишком велико, критический размер ядер осажденных фаз в пересыщенном твердом растворе увеличивается, что приводит к снижению показателя прочности после старения.

10) Неадекватный срок давности--Это также может привести к потере механических свойств.

11) Неправильное естественное ограничение--Длительность естественного старения варьируется от примерно 5 дней для сплавов серии 2xxx до примерно 30 дней для остальных сплавов. Сплавы серий 6xxx и 7xxx менее стабильны при комнатной температуре, и изменения механических свойств могут сохраняться в течение многих лет.

Существуют сплавы, для которых естественное старение подавляется или задерживается на несколько дней после криогенной обработки при температуре -18°C (-1˚F) или ниже.

Обычно формовка, правка и штамповка завершаются до того, как свойства материала изменяются в результате старения. Например, криогенная обработка - это мера, часто применяемая к заклепкам 2014-T4 для сохранения хороших клепальных свойств.

12) Неправильное искусственное ограничение--Искусственное старение (также известное как термообработка осадкой) - это более длительный и низкотемпературный процесс. Контроль температуры имеет решающее значение, и равномерность температуры в пределах ±6˚C (±10˚F) должна быть строго гарантирована. Оптимальное значение равномерности температуры должно составлять ±4˚C (±7˚F).

13) Недостаточное время выдержки- Как следствие, не достигаются желаемые механические свойства. Слишком короткое время приводит к недостаточному перенасыщению, а слишком длительное - к деформации детали.

14) Плохая равномерность температуры--Это может привести к недостижению или даже изменению механических свойств. Типичные требования к равномерности температуры процесса составляют ±6˚C (±10˚F), в то время как для большинства аэрокосмических применений требуется ±3˚C (±5˚F).

15) Неправильная обработка холодом после обработки твердым раствором-Это обычно связано с непониманием реакции обрабатываемого сплава. Например, холодная обработка сплава серии 2xxx в закаленном состоянии значительно увеличит степень его реакции на последующую обработку осадками.

(16) Недостаточная скорость охлаждения при отжиге изделий, прошедших термическую обработку в растворе-Максимальная скорость охлаждения должна поддерживаться на уровне 20˚C (40˚F) в час, пока температура не снизится до 290˚C (555˚F). Скорость охлаждения ниже этой температуры менее важна.

Вопросы, связанные с литьем

Кстати, следует отметить, что алюминиевые слитки в заводском состоянии имеют ряд дефектов, которые влияют на последующую термообработку и механические свойства, в том числе:

1) Разброс отверстий/центров-Вызывает недостаточную усадку, сегрегацию водорода или окисление поверхности (часто из-за пузырьков воздуха)

2) Включения--литейные примеси в виде карбидов, боридов, оксидов и т.д. (из-за рафинеров зерна или воздушных пузырьков)

3) Макро- или микропредвзятость- Растворенные компоненты, частицы интерметаллических соединений высокой твердости и частицы второй фазы распределены неравномерно. Правильная гомогенизация помогает решить эту проблему.

4) Деформация/усадка-Причина стресса/деформации, вызванных охлаждением

5) Термический разрыв--В основном из-за проблем с усадкой

6) Прокатка (тонкие и толстые листы) или вязка (экструзия, прутки и листы) - проблемы, связанные с получением более высоких механических свойств. Однако при необходимости получения более высоких характеристик следует избегать вторичной термообработки.

заключительные замечания

Решение большинства проблем, связанных с термообработкой алюминия, заключается в следующем:

Поймите, что может пойти не так; определите соответствующие методы и шаги; поддерживайте последовательность (и воспроизводимость) при выполнении этих шагов; контролируйте процесс в реальном времени, где это возможно; и ведите записи операций в печи для термообработки и временно-температурных профилей, чтобы подтвердить, что запланированная операция действительно выполняется.

Наконец, важно обеспечить использование соответствующих методов испытаний для подтверждения того, что компоненты соответствуют требованиям и надежно работают в условиях реального использования.

Термообработчики и раньше знали об этих требованиях, но для термообработки алюминия и алюминиевых сплавов они более критичны, чем в других областях.