Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının ısıl işlemi - çözümler

Ningbo Hersin, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının ısıl işleminde karşılaşılan mevcut sorunların ve proses dalgalanmaları ile ekipman sapmalarının sıkı bir şekilde kontrol altında tutulmasının neden hayati önem taşıdığının farkındadır. Ningbo Hersin, ısıl işlem alanındaki meslektaşlarına yardımcı olmak amacıyla, en sık karşılaşılan proses sorunlarını özetlemiş ve bunların çözümü için bir dizi hedefe yönelik öneri sunmuştur. Daha sonra, bu konular daha derinlemesine tartışılacaktır.

Isıl İşlemle İlgili Sorunlar

Alüminyumun ısıl işlemi için en çok bildirilen sorunlar şunlardır:

1) Parçaların yanlış yerleştirilmesi

Yanlış Yerleştirme - Katı çözelti sırasında yüksek sıcaklıklarda ürün daha az serttir ve yerçekimi kuvvetiyle kolayca ezilir ve deforme olur. Doğru yerleştirme (Şekil 1) bu sorunları önler.

图1. Doğru parça yerleşimi

2) Isıtma/sıcaklık çok hızlı yükseliyor-Bu termal bozulmaya neden olabilir ve önlenmelidir. Parçaların doğru yerleştirilmesi, eşit şekilde ısıtılmalarına yardımcı olur.

3) Beklenenden daha yüksek artık gerilme seviyeleri--Isıl işlemler sadece mekanik özellikleri değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda artık gerilme seviyelerini de doğrudan etkiler.

Bazı olası nedenler şunlardır: su verme sırasında yüzey ve iç kısım arasındaki soğutma hızlarında büyük bir fark (döküm katılaştıktan sonra soğutulduğunda dahil); uygun olmayan bir sıcaklık artış hızı; ara adımlarda meydana gelen sıcaklık değişiklikleri; vb.

Artık gerilmeler, soğutma hızlarındaki (büyük) farklılıklar, parçanın kesit kalınlığı, kesit boyutlarındaki ani değişiklikler ve malzemenin mukavemeti gibi faktörlerle ilgilidir. Su verme işleminin neden olduğu gerilmelerin, döküm de dahil olmak üzere diğer işlemlerin neden olduğu gerilmelerden çok daha büyük olduğu unutulmamalıdır.

4) Zaman/sıcaklık/söndürme parametrelerinde dalgalanma-Parçalar arasında ve partiler arasında mekanik ve/veya fiziksel özelliklerde sapmalara yol açacaklardır.

Bunun nedenleri arasında çok uzun parça transfer süresi, uygun olmayan sertleştirme (çok yavaş), aşırı ısıtma, düşük ısıtma veya çökelme sertleştirmesi sırasında zaman-sıcaklık parametrelerindeki değişiklikler sayılabilir. Örneğin, çok fazla zaman ve çok yüksek sıcaklık durumunda daha büyük parçacıklar (çökeltiler) çökelir.

5) Aşırı ısınma--Bu, yeni başlayan veya ötektik erimenin meydana gelme eğiliminde olduğu zamandır. Örnek olarak, katı çözelti ısıl işlemleri birçok alüminyum alaşımının erime noktasına yakın sıcaklıklarda gerçekleştirilir (özellikle erime noktalarının sadece birkaç derece altında olan 2xxx serisi). Katı alaşım elementlerinin çözünmesini teşvik etmek için uygun sıcaklıklar gereklidir.

6) Yetersiz ısıtma--Bu, yetersiz aşırı doygunluk nedeniyle mekanik özelliklerin kaybına neden olur. Yaşlandırma sıcaklığı çok düşükse ve/veya yaşlandırma süresi çok kısaysa, çözünen atom kümelenme bölgesinin (GP bölgesi) oluşumu kolaylıkla sağlanamaz ve bu da yaşlandırma sonrasında düşük mukavemete neden olur.

7) Yetersiz su verme deformasyona neden olur--Bu alandaki sorun/zorluk, özellikle manuel su verme işleminin kullanılması gerektiğinde, parçanın su vericiye doğru hareket etmesidir.

Parça su vericiye düzgün bir şekilde girmelidir. Isıl işlemcilerin jargonuyla, parçanın su vericiye “tokat atmasından” kaçının. Parça boyunca eşit ısı transferi, soğuma farklılıklarını ve gerilme farklılıklarını önler.

Yatay yönde ısı transferindeki değişiklikler genellikle dikey yöndeki değişikliklerden daha elverişsizdir. Su vericiyi uygun sıcaklıkta tutmak, ısınmasını kontrol etmek, düzgün akışını sağlamak, en uygun su vericiyi (örneğin hava, su veya polimer) seçmek vb. önemlidir.

Örneğin, polimerin soğutma hızı, çekirdeğin kaynama fazı sırasında eşit ısı transferi ve söndürme hızı sağlamak için konsantrasyon, sıcaklık ve karıştırma yoğunluğu değiştirilerek belirli bir uygulama için ayarlanabilir. Su vericinin bakımı da önemlidir. Dövme, döküm, darbeli ekstrüzyon ve ince plakalardan yapılan parçalar gibi karmaşık şekillere sahip parçalar için, deformasyon davranışını iyileştirmek amacıyla daha düşük su verme oranları kullanılabilir.

8) Yüzey soyma/yüksek sıcaklıkta oksidasyon--Bu konuyu “Yüksek Sıcaklıkta Oksidasyon - Bir Vaka Çalışması” bölümünde ayrıntılı olarak ele alıyoruz.

9) Aşırı reçete--Bu durum mekanik özelliklerin kaybına neden olabilir. Yaşlandırma sıcaklığı çok yüksekse ve/veya yaşlandırma süresi çok uzunsa, aşırı doymuş katı çözeltideki çökelmiş fazların kritik çekirdek boyutu artar ve bu da yaşlandırma sonrasında daha düşük bir mukavemet indeksine neden olur.

10) Yetersiz zamanaşımı süresi--Bu aynı zamanda mekanik özelliklerin kaybına da neden olabilir.

11) Uygun olmayan doğal sınırlama--Doğal yaşlanma süresi 2xxx serisi alaşımlar için yaklaşık 5 gün ile diğer alaşımlar için yaklaşık 30 gün arasında değişir. 6xxx ve 7xxx serileri oda sıcaklığında daha az kararlıdır ve mekanik özelliklerdeki değişiklikler uzun yıllar devam edebilir.

Doğal yaşlanmanın -18°C'de (-1˚F) veya altında kriyojenik işlemden sonra birkaç gün boyunca engellendiği veya geciktirildiği bazı alaşımlar vardır.

Şekillendirme, doğrultma ve damgalama işlemlerinin malzeme özellikleri yaşlanma nedeniyle değişmeden önce tamamlanması yaygın bir uygulamadır. Örneğin, kriyojenik işlem, iyi perçinleme özelliklerini korumak için 2014-T4 perçinleri tarafından sıklıkla alınan bir önlemdir.

12) Uygunsuz yapay sınırlama-Yapay yaşlandırma (çökeltme ısıl işlemi olarak da bilinir) daha uzun, daha düşük sıcaklıkta bir işlemdir. Sıcaklık kontrolü kritiktir ve ±6˚C (±10˚F) sıcaklık homojenliği kesinlikle garanti edilmelidir. Sıcaklık homojenliği için optimum hedef ±4˚C (±7˚F) olmalıdır.

13) Yetersiz bekletme süresi- Sonuç olarak istenen mekanik özelliklere ulaşılamaz. Çok kısa bir süre yetersiz aşırı doygunluğa yol açarken, çok uzun bir süre parçayı deforme etme eğilimindedir.

14) Zayıf sıcaklık homojenliği--Bu, mekanik özelliklerin elde edilememesine veya hatta değişmesine neden olabilir. Proses sıcaklığı homojenliği için tipik gereksinimler ±6˚C (±10˚F) iken, çoğu havacılık ve uzay uygulamasında ±3˚C (±5˚F) beklenir.

15) Katı çözelti işleminden sonra uygun olmayan soğuk işlem--Bu genellikle işlem gören alaşımın reaksiyonunun anlaşılmamasından kaynaklanır. Örneğin, 2xxx serisi bir alaşımın su verilmiş halde soğuk işlenmesi, sonraki çökeltme işlemlerine tepki verme derecesini önemli ölçüde artıracaktır.

(16) Çözelti ısıl işlem görmüş ürünlerin tavlanması sırasında yetersiz soğutma hızı-Sıcaklık 290˚C'ye (555˚F) düşene kadar maksimum soğutma hızı saatte 20˚C'de (40˚F) tutulmalıdır. Bu sıcaklığın altındaki soğutma hızları daha az önemlidir.

Dökümle ilgili sorunlar

Bu arada, fabrika koşullarındaki alüminyum külçelerin, daha sonraki ısıl işlem ve mekanik özellikleri etkileyen bir dizi kusura sahip olduğu belirtilmelidir:

1) Delikler/merkez seyrekliği-Yetersiz büzülmeye, hidrojen ayrışmasına veya yüzey oksidasyonuna (genellikle hava kabarcıkları nedeniyle) neden olur

2) İçerikler-Karbürler, borürler, oksitler vb. şeklindeki döküm safsızlıkları (tane incelticiler veya hava kabarcıkları nedeniyle)

3) Makro veya mikro önyargı- Çözünen bileşenler ve yüksek sertlikteki metaller arası bileşik partikülleri ve ikinci faz partikülleri eşit olarak dağılmaz. Uygun homojenleştirme bu sorunu çözmeye yardımcı olur.

4) Deformasyon/büzülme-Soğutma kaynaklı stres/gerilme nedeni

5) Termal yırtılma--Temelde büzülme sorunları nedeniyle

6) Haddeleme (ince ve kalın plakalar) veya sünek (ekstrüzyonlar, çubuklar ve levhalar) sorunları daha yüksek mekanik özellikler elde etmekle ilgilidir. Ancak, daha yüksek bir performans seviyesi gerekiyorsa ikincil ısıl işlemden kaçınılmalıdır.

SON SÖZLER

Alüminyum ısıl işlemle ilgili sorunların çoğunun çözümü:

Neyin yanlış gidebileceğini anlayın; uygun uygulamaları ve adımları belirleyin; bu adımları gerçekleştirirken tutarlılığı (ve tekrarlanabilirliği) koruyun; mümkün olan her yerde süreci gerçek zamanlı olarak izleyin ve amaçlanan işlemin gerçekten gerçekleştirildiğini doğrulamak için ısıl işlem fırını işlemlerinin ve zaman-sıcaklık profillerinin kayıtlarını tutun.

Son olarak, bileşenlerin gereksinimleri karşıladığını ve gerçek kullanımda güvenilir bir şekilde performans gösterdiğini doğrulamak için uygun test yöntemlerinin kullanılmasını sağlamak önemlidir.

Isıl işlemciler bu gerekliliklerin daha önce de farkındaydı, ancak alüminyum ve alüminyum alaşımlarının ısıl işleminde diğer alanlara göre daha kritik öneme sahipler.