![]() |
|
|
I. Επισκόπηση της θερμικής επεξεργασίας από κράμα αλουμινίου
Η θερμική επεξεργασία των κραμάτων αλουμινίου είναι ζωτικής σημασίας. Μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις διάφορες ιδιότητες των κραμάτων αλουμινίου και να τους επιτρέψει να διαδραματίσουν μεγαλύτερο ρόλο σε πολλούς τομείς. Οι κοινές διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας περιλαμβάνουν κυρίως την ανόπτηση, το σβήσιμο και τη γήρανση.
Η επεξεργασία ανόπτησης μπορεί να εξαλείψει την πίεση χύτευσης των χυτών και την εσωτερική πίεση που προκαλείται από τη μηχανική κατεργασία και να σταθεροποιήσει το σχήμα και το μέγεθος των επεξεργασμένων εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, αφού το προϊόν θερμανθεί σε μια ορισμένη θερμοκρασία και διατηρηθεί σε αυτή τη θερμοκρασία για ορισμένο χρονικό διάστημα, και στη συνέχεια κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου με συγκεκριμένο ρυθμό ψύξης, μέσω της διάχυσης και της μετανάστευσης των ατόμων, η μικροδομή μπορεί να γίνει περισσότερο ομοιόμορφο και σταθερό, η εσωτερική πίεση μπορεί να εξαλειφθεί, η πλαστικότητα του υλικού μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά, αλλά η αντοχή θα μειωθεί. Για ομογενοποίηση, η ανόπτηση των πλινθωμάτων, η διατήρησή τους σε υψηλή θερμοκρασία για μεγάλο χρονικό διάστημα και στη συνέχεια η ψύξη τους σε μια ορισμένη ταχύτητα μπορεί να ομογενοποιήσει τη χημική σύνθεση, τη μικροδομή και τις ιδιότητες των πλινθωμάτων, να αυξήσει την πλαστικότητα του υλικού κατά περίπου 20%, να μειώσει το πίεση εξώθησης κατά περίπου 20%, αυξάνει την ταχύτητα εξώθησης κατά περίπου 15%, και ταυτόχρονα βελτιώνει την ποιότητα της επιφανειακής επεξεργασίας του υλικού.
Η απόσβεση περιλαμβάνει τη θέρμανση των χυτών από κράμα αλουμινίου σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία και τη διατήρηση αυτής της θερμοκρασίας για περισσότερες από 2 ώρες, έτσι ώστε οι διαλυτές φάσεις μέσα στο κράμα να μπορούν να διαλυθούν πλήρως. Στη συνέχεια, τα προϊόντα χύτευσης σβήνονται γρήγορα σε νερό για να κρυώσουν γρήγορα, επιτρέποντας στα ενισχυτικά συστατικά του κράματος να διαλυθούν στο μέγιστο βαθμό και να παραμείνουν σταθερά μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως επεξεργασία διαλύματος ή επεξεργασία κρύου. Για παράδειγμα, για ορισμένα υλικά κραμάτων με χαμηλή ευαισθησία σβέσης, η επεξεργασία διαλύματος μπορεί να πραγματοποιηθεί εκμεταλλευόμενη την υψηλή θερμοκρασία κατά την εξώθηση και στη συνέχεια η απόσβεση μπορεί να γίνει με ψύξη αέρα (T5) ή ψύξη με υδρονέφωση (T6) για να ληφθούν ορισμένα μικροδομές και ιδιότητες.
Η θεραπεία γήρανσης εφαρμόζεται σε υλικά που έχουν υποστεί σβέση διαλύματος. Όταν αυτά τα υλικά διατηρούνται σε θερμοκρασία δωματίου ή σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία για ένα χρονικό διάστημα, το ασταθές υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα θα αποσυντεθεί και τα σωματίδια δεύτερης φάσης θα καθιζάνουν από το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα και θα κατανεμηθούν γύρω από τους κόκκους α(Al) αλουμινίου , δημιουργώντας έτσι ένα ενισχυτικό αποτέλεσμα. Για φυσική γήρανση, κράματα όπως το 2024 μπορούν να προκαλέσουν ενισχυτικά αποτελέσματα βροχοπτώσεων σε θερμοκρασία δωματίου. Για την τεχνητή γήρανση, κράματα όπως το 7075 δεν παρουσιάζουν εμφανή αποτελέσματα ενίσχυσης της καθίζησης σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά η επίδραση ενίσχυσης της βροχόπτωσης είναι σημαντική σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Η θεραπεία γήρανσης μπορεί να χωριστεί σε υπογήρανση, υπεργήρανση και γήρανση πολλαπλών σταδίων κ.λπ.
Η θερμική επεξεργασία των κραμάτων αλουμινίου έχει θετικό αντίκτυπο τόσο στις μηχανικές ιδιότητες όσο και στην αντοχή στη διάβρωση.
Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, η θερμική επεξεργασία μπορεί να βελτιώσει τη δομή των κόκκων, να αυξήσει την αντοχή και τη σκληρότητα του υλικού και ταυτόχρονα να βελτιώσει την πλαστικότητα και τη σκληρότητά του. Για παράδειγμα, η επεξεργασία διαλύματος μπορεί να κατανείμει ομοιόμορφα στοιχεία στερεού διαλύματος όπως Cu και Mg στο κράμα εντός των ορίων των κόκκων και εντός των κόκκων, σχηματίζοντας ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα, ενισχύοντας έτσι την αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος.
Όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, η θερμική επεξεργασία μπορεί να εξαλείψει μικροσκοπικά ελαττώματα και επιφανειακά στρώματα οξειδίου, να βελτιώσει την ποιότητα της επιφάνειας του κράματος και να ενισχύσει την αντίστασή του στη διάβρωση. Για παράδειγμα, η επεξεργασία διαλύματος μπορεί να ρυθμίσει την κατανομή των στοιχείων στο κράμα και την καθαρότητα των ορίων των κόκκων, γεγονός που ευνοεί τον σχηματισμό ενός ομοιόμορφου και πυκνού φιλμ οξειδίου, βελτιώνοντας έτσι την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος.
Η επεξεργασία ανόπτησης παίζει σημαντικό ρόλο στη θερμική επεξεργασία των κραμάτων αλουμινίου. Εξαλείφει κυρίως την καταπόνηση χύτευσης των χυτών από κράμα αλουμινίου και την εσωτερική καταπόνηση που προκαλείται από τη μηχανική κατεργασία θερμαίνοντας τα χυτά κράματα αλουμινίου σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και διατηρώντας τα σε αυτή τη θερμοκρασία για ένα χρονικό διάστημα και στη συνέχεια ψύχοντάς τα σε θερμοκρασία δωματίου σε κατάλληλη ψύξη τιμή. Αυτή η επεξεργασία μπορεί να σταθεροποιήσει το σχήμα και το μέγεθος των επεξεργασμένων εξαρτημάτων και να κάνει τη μικροδομή του κράματος αλουμινίου πιο ομοιόμορφη και σταθερή.
Για παράδειγμα, για τα κράματα της σειράς Al-Si, η επεξεργασία ανόπτησης μπορεί επίσης να κάνει μέρος του Si να κρυσταλλωθεί και να σφαιροειδοποιηθεί, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την πλαστικότητα του κράματος. Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα, η πλαστικότητα του κράματος αλουμινίου μετά την επεξεργασία ανόπτησης μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 20%. Η συγκεκριμένη διαδικασία είναι η θέρμανση των χυτών κράματος αλουμινίου στους 280 - 300 °C, η διατήρηση τους σε αυτή τη θερμοκρασία για 2 - 3 ώρες και στη συνέχεια η ψύξη τους σε θερμοκρασία δωματίου μαζί με τον κλίβανο, έτσι ώστε το στερεό διάλυμα να αποσυντίθεται αργά, το ίζημα τα σωματίδια δεύτερης φάσης συσσωματώνονται, και έτσι εξαλείφεται η εσωτερική τάση των χυτών, επιτυγχάνοντας τους σκοπούς της σταθεροποίησης του μεγέθους, βελτιώνοντας την πλαστικότητα και μείωση της παραμόρφωσης.
Το σβήσιμο είναι ένα από τα βασικά βήματα στη θερμική επεξεργασία των κραμάτων αλουμινίου. Συνήθως, τα χυτά κράματα αλουμινίου θερμαίνονται σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία, γενικά κοντά στο σημείο τήξης της ευτηκτικής, κυρίως πάνω από 500 °C, και διατηρούνται σε αυτή τη θερμοκρασία για περισσότερες από 2 ώρες, έτσι ώστε οι διαλυτές φάσεις μέσα στο κράμα να μπορούν να διαλυθούν πλήρως. . Στη συνέχεια, τα προϊόντα χύτευσης σβήνονται γρήγορα σε νερό με θερμοκρασία 60 - 100 °C για να κρυώσουν γρήγορα. Μια τέτοια λειτουργία επιτρέπει στα ενισχυτικά στοιχεία στο κράμα να διαλυθούν στο μέγιστο βαθμό και να παραμείνουν σταθερά μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου.
Για παράδειγμα, για ορισμένα υλικά κραμάτων με χαμηλή ευαισθησία σβέσης, η επεξεργασία διαλύματος μπορεί να πραγματοποιηθεί εκμεταλλευόμενη την υψηλή θερμοκρασία κατά την εξώθηση και στη συνέχεια η απόσβεση μπορεί να γίνει με ψύξη αέρα (T5) ή ψύξη με υδρονέφωση (T6) για να ληφθούν ορισμένα μικροδομές και ιδιότητες. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σβέσης, ελπίζεται ότι το κράμα έχει χαρακτηριστικά όπως ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών μεταξύ της γραμμής διαλυτότητας και της γραμμής στερεού, χαμηλή δύναμη παραμόρφωσης εξώθησης στη θερμοκρασία διαλύματος και χαμηλή ευαισθησία σβέσης.
Η επεξεργασία γήρανσης είναι μια τεχνολογική διαδικασία κατά την οποία τα χυτά από κράμα αλουμινίου θερμαίνονται σε μια ορισμένη θερμοκρασία, διατηρούνται σε αυτή τη θερμοκρασία για ορισμένο χρονικό διάστημα, βγαίνουν από τον κλίβανο και ψύχονται με αέρα μέχρι να φτάσουν σε θερμοκρασία δωματίου, έτσι ώστε να αποσυντεθεί το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα και σταθεροποίηση της μικροδομής της μήτρας του κράματος.
Κατά τη διαδικασία επεξεργασίας γήρανσης του κράματος, με την αύξηση της θερμοκρασίας και την παράταση του χρόνου, θα περάσει από διάφορα στάδια, συμπεριλαμβανομένης της εξαφάνισης της περιοχής πλέγματος του υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος, του διαχωρισμού των ατόμων δεύτερης φάσης σύμφωνα με ορισμένες κανόνες και ο σχηματισμός περιοχών G-PII, ο επακόλουθος σχηματισμός μετασταθερών δεύτερων φάσεων (μεταβατικές φάσεις), ο συνδυασμός ενός μεγάλου αριθμού G-PII και ενός μικρού αριθμού μετασταθερές φάσεις, και ο μετασχηματισμός των μετασταθερών φάσεων σε σταθερές φάσεις και η συσσωμάτωση σωματιδίων δεύτερης φάσης. Η θεραπεία γήρανσης μπορεί να χωριστεί σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τη φυσική γήρανση και την τεχνητή γήρανση. Η φυσική γήρανση αναφέρεται στη γήρανση κατά την οποία η ενδυνάμωση της γήρανσης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου. Η τεχνητή γήρανση διακρίνεται περαιτέρω σε ημιτελή τεχνητή γήρανση, πλήρη τεχνητή γήρανση και υπεργήρανση.
(IV) Cycling Treatment Η ποδηλατική επεξεργασία είναι μια μάλλον ειδική μέθοδος θερμικής επεξεργασίας για κράματα αλουμινίου. Τα προϊόντα χύτευσης από κράμα αλουμινίου ψύχονται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία κάτω από το μηδέν (όπως -50 °C, -70 °C, -195 °C) και διατηρούνται σε αυτή τη θερμοκρασία για ορισμένο χρονικό διάστημα. Στη συνέχεια, τα προϊόντα χύτευσης θερμαίνονται κάτω από τους 350 °C, με αποτέλεσμα το πλέγμα του μεσαίου στερεού διαλύματος στο κράμα να συστέλλεται και να διαστέλλεται επανειλημμένα και να μετατοπίζονται ελαφρά οι κόκκοι κάθε φάσης. Ο σκοπός αυτού είναι να γίνουν οι περιοχές ατομικού διαχωρισμού μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα αυτών των στερεών διαλυμάτων και τα σωματίδια των διαμεταλλικών ενώσεων σε πιο σταθερή κατάσταση, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο στόχος να γίνουν πιο σταθερές οι διαστάσεις και οι όγκοι των μερών του προϊόντος. Αυτή η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας επαναλαμβανόμενης θέρμανσης και ψύξης είναι κατάλληλη για μέρη που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και σταθερές διαστάσεις κατά τη χρήση. Γενικά, τα συνηθισμένα χύτευση συνήθως δεν υποβάλλονται σε αυτήν την επεξεργασία. III. Βασικά στοιχεία της θερμικής επεξεργασίας #(I) Απαιτήσεις για εξοπλισμό θερμικής επεξεργασίας Ο εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας των κραμάτων αλουμινίου. Πρώτον, δεδομένου ότι το εύρος διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των θερμοκρασιών σβέσης και γήρανσης των κραμάτων αλουμινίου δεν είναι μεγάλο, η διαφορά θερμοκρασίας στο εσωτερικό του κλιβάνου θα πρέπει να ελέγχεται εντός ±5 °C. Αυτό συμβαίνει επειδή η θερμοκρασία σβέσης των κραμάτων αλουμινίου είναι κοντά στο σημείο τήξης των ευτηκτικών συστατικών χαμηλού σημείου τήξης μέσα στο κράμα. Εάν η διαφορά θερμοκρασίας είναι πολύ μεγάλη, μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιόμορφη μικροδομή του κράματος αλουμινίου, επηρεάζοντας έτσι τις ιδιότητές του. Για παράδειγμα, στην πραγματική παραγωγή, εάν η διαφορά θερμοκρασίας στο εσωτερικό του κλιβάνου υπερβαίνει τους ± 5 °C, ο βαθμός στερεού διαλύματος των χυτών από κράμα αλουμινίου σε διαφορετικά μέρη μπορεί να ποικίλλει, γεγονός που θα επηρεάσει στη συνέχεια τις μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή και η σκληρότητά τους. Δεύτερον, απαιτείται τα όργανα μέτρησης θερμοκρασίας και ελέγχου θερμοκρασίας να είναι ευαίσθητα και ακριβή για να διασφαλίζεται ότι η θερμοκρασία βρίσκεται εντός του παραπάνω εύρους σφάλματος. Η ακρίβεια των οργάνων μέτρησης και ελέγχου θερμοκρασίας δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από τον βαθμό 0,5. Με αυτόν τον τρόπο, η θερμοκρασία στο εσωτερικό του κλιβάνου μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια για να διασφαλιστεί η σταθερότητα και η αξιοπιστία της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας. Για παράδειγμα, ορισμένος προηγμένος εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας είναι εξοπλισμένος με όργανα μέτρησης θερμοκρασίας και ελέγχου θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας που μπορούν να παρακολουθούν τη θερμοκρασία μέσα στον κλίβανο σε πραγματικό χρόνο και να κάνουν αυτόματες ρυθμίσεις σύμφωνα με την προκαθορισμένη καμπύλη θερμοκρασίας για να διασφαλίζουν ότι τα χυτά κράματα αλουμινίου βρίσκονται πάντα σε κατάλληλο περιβάλλον θερμοκρασίας κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας. Επιπλέον, η θερμοκρασία σε κάθε ζώνη εντός του κλιβάνου θα πρέπει να είναι ομοιόμορφη, με διαφορά μεταξύ 1 - 2 °C. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, ο εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας είναι συνήθως εξοπλισμένος με μια συσκευή κυκλοφορίας για να διασφαλίζεται ότι ο θερμός αέρας μέσα στον κλίβανο μπορεί να ρέει ομοιόμορφα, έτσι ώστε τα χυτά από κράμα αλουμινίου να μπορούν να θερμαίνονται και να ψύχονται ομοιόμορφα σε όλα τα μέρη. Για παράδειγμα, ορισμένοι μεγάλοι φούρνοι θερμικής επεξεργασίας από κράμα αλουμινίου υιοθετούν ένα σύστημα εξαερισμού με εξαναγκασμένη κυκλοφορία. Οι ανεμιστήρες υψηλής ισχύος φυσούν ομοιόμορφα ζεστό αέρα προς τα χυτά από κράμα αλουμινίου, διατηρώντας τη θερμοκρασία σε κάθε ζώνη μέσα στον κλίβανο σε μικρό εύρος. Η δεξαμενή σβέσης διαθέτει επίσης συσκευές θέρμανσης και κυκλοφορίας για να εξασφαλίζεται η θέρμανση του νερού και η ομοιομορφία της θερμοκρασίας του. Η απόσβεση είναι ένα από τα βασικά βήματα στη θερμική επεξεργασία των κραμάτων αλουμινίου και η ομοιομορφία θερμοκρασίας του μέσου σβέσης επηρεάζει άμεσα το αποτέλεσμα ψύξης και τις μηχανικές ιδιότητες των χυτών. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σβέσης, εάν η θερμοκρασία του μέσου σβέσης δεν είναι ομοιόμορφη, μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετικές ταχύτητες ψύξης των χυτών από κράμα αλουμινίου σε διαφορετικά μέρη, με αποτέλεσμα προβλήματα όπως εσωτερική καταπόνηση και ανομοιόμορφη μικροδομή. Επομένως, οι συσκευές θέρμανσης και κυκλοφορίας της δεξαμενής σβέσης μπορούν να διασφαλίσουν ότι η θερμοκρασία του μέσου σβέσης διατηρείται πάντα σε ένα κατάλληλο εύρος, βελτιώνοντας το αποτέλεσμα σβέσης και την ποιότητα των χυτών. Τέλος, το μολυσμένο νερό ψύξης θα πρέπει να ελέγχεται και να αντικαθίσταται τακτικά. Κατά τη διαδικασία σβέσης, το νερό ψύξης μπορεί να μολυνθεί από ακαθαρσίες και οξείδια στην επιφάνεια των χυτών από κράμα αλουμινίου, επηρεάζοντας έτσι την ψυκτική του επίδραση και την ποιότητα των χυτών. Επομένως, ο τακτικός έλεγχος και η αντικατάσταση του μολυσμένου νερού ψύξης είναι ένα από τα σημαντικά μέτρα για τη διασφάλιση της ποιότητας της θερμικής επεξεργασίας. Για παράδειγμα, ορισμένες επιχειρήσεις έχουν διαμορφώσει αυστηρούς κανονισμούς για τη διαχείριση του νερού ψύξης, δοκιμάζουν και αντικαθιστούν τακτικά το νερό ψύξης για να εξασφαλίσουν την ομαλή πρόοδο της διαδικασίας σβέσης.
(II) Μέσα απόσβεσης Τα μέσα απόσβεσης είναι σημαντικοί παράγοντες για τη διασφάλιση της επίτευξης διαφόρων σκοπών ή αποτελεσμάτων της θερμικής επεξεργασίας. Όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ψύξης του μέσου απόσβεσης, τόσο πιο έντονη (γρηγορότερη) θα είναι η ψύξη της χύτευσης και τόσο υψηλότερος θα είναι ο βαθμός υπερκορεσμού του στερεού διαλύματος α στη μεταλλική μικροδομή, με αποτέλεσμα καλύτερες μηχανικές ιδιότητες του το casting. Αυτό συμβαίνει επειδή ένας μεγάλος αριθμός φάσεων ενίσχυσης όπως διαμεταλλικές ενώσεις διαλύονται στο α στερεό διάλυμα του Al. Για παράδειγμα, μελέτες έχουν δείξει ότι η χρήση υγρών απόσβεσης PAG με διαφορετικές συγκεντρώσεις έχει διαφορετικές επιπτώσεις στις μηχανικές ιδιότητες, στα χαρακτηριστικά της καμπύλης πόλωσης και στις ιδιότητες διακοκκώδους διάβρωσης του κράματος αλουμινίου 7249. Το κράμα που έχει σβήσει με 30% υγρό σβέσης PAG έχει την καλύτερη αντοχή και πλαστικότητα, με μικρό ρεύμα διάβρωσης και χαμηλό ρυθμό διάβρωσης κατά τη διαδικασία πόλωσης. Έχει καλή διακοκκώδη αντοχή στη διάβρωση ενώ εξασφαλίζει σχετικά υψηλή αντοχή και πλαστικότητα και έχει την καλύτερη συνολική απόδοση. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ότι για τα φύλλα κράματος αλουμινίου 2519A, η αντοχή του κράματος που έχει σβήσει σε διαφορετικά μέσα και έχει προπαραμορφωθεί είναι υψηλότερη από εκείνη του κράματος χωρίς παραμόρφωση. Στην κατάσταση Τ8, το κράμα έχει την υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό όταν σβήνει σε νερό στους 20 °C. και έχει τη χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό όταν σβήνει στον αέρα. Εν τω μεταξύ, η διακοκκώδης αντοχή στη διάβρωση και η αντοχή στη διάβρωση απολέπισης του κράματος που έχει σβήσει σε διαφορετικά μέσα και έχει προπαραμορφωθεί είναι καλύτερες από εκείνες του κράματος χωρίς παραμόρφωση. Το κράμα που σβήνεται σε νερό στους 20 °C έχει την καλύτερη διακοκκώδη αντοχή στη διάβρωση και την απολέπιση στη διάβρωση, ενώ το κράμα που σβήνεται στον αέρα έχει τη χειρότερη διακοκκώδη αντοχή στη διάβρωση και την απολέπιση. Επιπλέον, η θερμοκρασία του νερού απόσβεσης έχει επίσης αντίκτυπο στις μηχανικές ιδιότητες των χυτών κραμάτων αλουμινίου. Μελέτες έχουν δείξει ότι η αντοχή και η σκληρότητα των δειγμάτων κράματος σχετίζονται με τη θερμοκρασία του νερού σβέσης και η απόσβεση στους 80 °C μπορεί να αποκτήσει υλικά κραμάτων με την καλύτερη συνολική απόδοση. Σε αυτή τη θερμοκρασία νερού απόσβεσης, ο τρόπος θραύσης των δειγμάτων κράματος είναι κυρίως όλκιμο θραύση που συνοδεύεται από τοπική διάσπαση και το κράμα παρουσιάζει σχετικά καλές μηχανικές ιδιότητες.
Η ακρίβεια των οργάνων μέτρησης και ελέγχου θερμοκρασίας δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από τον βαθμό 0,5. Ο κλίβανος θέρμανσης θερμικής επεξεργασίας θα πρέπει να είναι εξοπλισμένος με συσκευές και όργανα που μπορούν να μετρούν και να ελέγχουν αυτόματα τη θερμοκρασία, με λειτουργίες όπως αυτόματη εγγραφή, αυτόματο συναγερμό, αυτόματη διακοπή ρεύματος και αποκατάσταση ρεύματος, ώστε να διασφαλίζεται ότι η ένδειξη θερμοκρασίας και ο έλεγχος στον κλίβανο είναι ακριβής και η θερμοκρασία είναι ομοιόμορφη.
Τα όργανα μέτρησης θερμοκρασίας και ελέγχου θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας μπορούν να παρακολουθούν τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του κλιβάνου με ακρίβεια σε πραγματικό χρόνο και να διασφαλίζουν ότι η θερμοκρασία είναι πάντα εντός ενός κατάλληλου εύρους κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας. Για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία στο εσωτερικό του κλιβάνου υπερβαίνει το προκαθορισμένο εύρος, η συσκευή αυτόματου συναγερμού θα δώσει συναγερμό έγκαιρα για να υπενθυμίσει στους χειριστές να κάνουν ρυθμίσεις. Οι συσκευές αυτόματης διακοπής ρεύματος και επαναφοράς ρεύματος μπορούν να διακόψουν την παροχή ρεύματος εγκαίρως όταν η θερμοκρασία είναι μη φυσιολογική ή συμβαίνουν άλλες βλάβες, προστατεύοντας την ασφάλεια του εξοπλισμού και των τεμαχίων εργασίας. Αφού επιλυθούν τα προβλήματα, η παροχή ρεύματος θα αποκατασταθεί αυτόματα για να διασφαλιστεί η συνέχεια της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας.
Η αυτόματη συσκευή εγγραφής μπορεί να καταγράψει τις αλλαγές θερμοκρασίας κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, παρέχοντας υποστήριξη δεδομένων για επακόλουθη ανάλυση ποιότητας και βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Για παράδειγμα, αναλύοντας την καμπύλη καταγραφής θερμοκρασίας, μπορούμε να κατανοήσουμε τις τάσεις αλλαγής θερμοκρασίας σε διαφορετικά στάδια, να ανακαλύψουμε πιθανά προβλήματα και να κάνουμε στοχευμένες προσαρμογές και βελτιώσεις.
Οι λειτουργίες αυτών των αυτόματων συσκευών ελέγχου θερμοκρασίας έγκεινται στη βελτίωση της ακρίβειας και της σταθερότητας της θερμικής επεξεργασίας, στη μείωση της παρεμβολής των ανθρώπινων παραγόντων, στη διασφάλιση ότι τα χυτά από κράμα αλουμινίου μπορούν να αποκτήσουν ομοιόμορφη μικροδομή και ιδιότητες κατά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας και στη βελτίωση της ποιότητας και της αξιοπιστίας των προϊόντων.
Η ενίσχυση εργασίας είναι μια μέθοδος με την οποία τα κράματα αποκτούν υψηλή αντοχή μέσω πλαστικής παραμόρφωσης. Η ουσία της εργασιακής ενίσχυσης των κραμάτων έγκειται στην αύξηση της πυκνότητας εξάρθρωσης κατά την πλαστική παραμόρφωση. Μετά από έντονη παραμόρφωση μετάλλων, η πυκνότητα εξάρθρωσης μπορεί να αυξηθεί από 106 ανά cm² σε περισσότερο από 1012 ανά cm². Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα εξάρθρωσης στο κράμα, τόσο περισσότερες ευκαιρίες θα υπάρχουν οι εξαρθρώσεις να τέμνονται μεταξύ τους κατά τη διαδικασία ολίσθησης όταν συνεχίζουν να παραμορφώνονται και τόσο μεγαλύτερη θα είναι η αντίσταση μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, η αντίσταση παραμόρφωσης θα αυξηθεί επίσης και το κράμα θα ενισχυθεί.
Ο βαθμός ενίσχυσης της εργασίας ποικίλλει ανάλογα με τον ρυθμό παραμόρφωσης, τη θερμοκρασία παραμόρφωσης και τη φύση του ίδιου του κράματος. Για το ίδιο υλικό κράματος που υφίσταται ψυχρή παραμόρφωση στην ίδια θερμοκρασία, όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός παραμόρφωσης, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η αντοχή, αλλά η πλαστικότητα θα μειωθεί με την αύξηση του ρυθμού παραμόρφωσης. Όταν η θερμοκρασία παραμόρφωσης είναι σχετικά χαμηλή, η κινητικότητα των εξαρθρώσεων είναι κακή. Μετά την παραμόρφωση, τα περισσότερα από τα εξαρθρήματα κατανέμονται με άτακτο και ακανόνιστο τρόπο, σχηματίζοντας κουβάρια εξάρθρωσης. Αυτή τη στιγμή, η ενισχυτική επίδραση του κράματος είναι καλή, αλλά η πλαστικότητα μειώνεται επίσης σημαντικά. Όταν η θερμοκρασία παραμόρφωσης είναι σχετικά υψηλή, η κινητικότητα των εξαρθρώσεων είναι μεγαλύτερη και εμφανίζεται εγκάρσια ολίσθηση. Τα εξαρθρήματα μπορούν να συγκεντρωθούν και να μπερδευτούν τοπικά, σχηματίζοντας συστάδες εξαρθρώσεων και εμφανίζονται υποδομές και ενδυνάμωσή τους. Αυτή τη στιγμή, το αποτέλεσμα ενίσχυσης δεν είναι τόσο καλό όσο αυτό της ψυχρής παραμόρφωσης, αλλά η απώλεια πλαστικότητας είναι σχετικά μικρή.
Στοιχεία κράματος προστίθενται στο καθαρό αλουμίνιο για να σχηματιστούν στερεά διαλύματα με βάση το αλουμίνιο, τα οποία προκαλούν παραμόρφωση του πλέγματος και εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων, παίζοντας έτσι ρόλο στην ενίσχυση του διαλύματος και στην αύξηση της αντοχής του. Τα δυαδικά κράματα όπως τα Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn και Al-Mn μπορούν γενικά να σχηματίσουν περιορισμένα στερεά διαλύματα και όλα έχουν σχετικά μεγάλες περιοριστικές διαλυτότητες, επομένως έχουν σημαντικά αποτελέσματα ενίσχυσης του διαλύματος.
Για παράδειγμα, σε κράματα αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής που περιέχουν σκάνδιο, το στοιχείο Sc, ως κοινό πρόσθετο, μπορεί να βελτιώσει την αντοχή και τη σκληρότητα των κραμάτων αλουμινίου σχηματίζοντας στερεά διαλύματα Sc-Al. Εν τω μεταξύ, οι κατάλληλες ποσότητες στοιχείων όπως το Ti και το Zr μπορούν επίσης να προωθήσουν αποτελεσματικά τη διαδικασία λύσης ενίσχυσης. Μέσω της αλληλεπίδρασής τους με το στοιχείο Sc, μπορεί να διαμορφωθεί ένα πολυεπίπεδο και πολυφασικό σύνθετο σύστημα ενίσχυσης.
Οι ετεροφάσες στα κράματα αλουμινίου είναι συνήθως σκληρές και εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις. Εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων στο κράμα και ενισχύουν το κράμα. Για παράδειγμα, σε κράματα αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής που περιέχουν Sc, η κατάλληλη επεξεργασία διαλύματος ενίσχυσης μπορεί επίσης να βελτιώσει την απόδοση διάβρωσης - αντοχής και υψηλής θερμοκρασίας του κράματος αλουμινίου. Ωστόσο, εάν ο αριθμός των ετεροφάσεων είναι πολύ μεγάλος, τόσο η αντοχή όσο και η πλαστικότητα θα μειωθούν. Όσο πιο περίπλοκη είναι η σύνθεση και η δομή της ετεροφάσης και όσο υψηλότερο είναι το σημείο τήξης της, τόσο καλύτερη είναι η θερμική της σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία.
(IV) Ενίσχυση Διασποράς
Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων διασποράς - φάσης και όσο πιο ομοιόμορφη είναι η κατανομή τους, τόσο καλύτερο είναι το αποτέλεσμα ενίσχυσης. Για παράδειγμα, η προσθήκη σωματιδίων λεπτής διασποράς - φάσης σε κράματα αλουμινίου μπορεί να εμποδίσει την κίνηση των εξαρθρώσεων και να βελτιώσει την αντοχή και τη σκληρότητα των κραμάτων.
Όταν το κράμα ανόπτεται στη θερμοκρασία επεξεργασίας του διαλύματος, τα στοιχεία κράματος διαλύονται στη μήτρα, σχηματίζοντας ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα. Ακολούθως, πραγματοποιείται απόσβεση για την ταχεία ψύξη του υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος και αποφυγή της διάχυσης και της καθίζησης των στοιχείων κράματος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης, τα στοιχεία κράματος καθιζάνουν από το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα για να σχηματίσουν λεπτά και διεσπαρμένα σωματίδια δεύτερης φάσης. Αυτά τα σωματίδια είναι συνήθως ενώσεις πλούσιες σε κράμα - στοιχεία ή διαμεταλλικές φάσεις και το μέγεθος, το σχήμα και η κατανομή τους έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης, η κατακρημνισμένη φάση τείνει να καταβυθίζεται στα όρια των κόκκων, σχηματίζοντας μια ζώνη κατακρήμνισης κόκκου - ορίου. Η οριακή ζώνη κατακρήμνισης κόκκων εμποδίζει την ολίσθηση των ορίων κόκκων και βελτιώνει την αντίσταση διάτμησης των ορίων των κόκκων, αυξάνοντας έτσι τη συνολική αντοχή του κράματος. Ταυτόχρονα, η καταβυθισμένη φάση μπορεί επίσης να κατακρημνιστεί στα όρια υποκόκκων, ενισχύοντας τα όρια υποκόκκων και βελτιώνοντας περαιτέρω τις συνολικές μηχανικές ιδιότητες του κράματος.
Σε πρακτικές εφαρμογές, πολλές μέθοδοι ενίσχυσης συνήθως λειτουργούν ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, σε κράματα αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής που περιέχουν Sc, βελτιστοποιώντας παραμέτρους όπως οι τύποι προσθέτων, η θερμοκρασία και ο χρόνος θέρμανσης, η ενίσχυση του διαλύματος μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος αλουμινίου. Ταυτόχρονα, η ενίσχυση του διαλύματος μπορεί επίσης να βελτιώσει τη διάβρωση - αντοχή και υψηλή - θερμοκρασία απόδοση του κράματος αλουμινίου. Στο μέλλον, η μικροδομή και οι ιδιότητες των κραμάτων αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής που περιέχουν Sc ενισχυμένες με πολλαπλά πρόσθετα με συντονισμένο τρόπο, καθώς και οι μηχανικές ιδιότητες και οι ιδιότητες αντοχής στη διάβρωση των κραμάτων αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής που περιέχουν Sc σε πολύπλοκη υπηρεσία περιβάλλοντα μπορούν να μελετηθούν περαιτέρω.
Το κράμα 2024 ανήκει στην υψηλής αντοχής και σκληρότητας κράμα αλουμινίου σειράς Al - Cu - Mg και χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Η επεξεργασία διαλύματος και η επεξεργασία γήρανσης έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην πλαστικότητα, την αντοχή και την αντοχή στη διάβρωση του κράματος 2024.
Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας με διάλυμα, η πρώτη ομάδα δειγμάτων υποβλήθηκε σε επεξεργασία με διάλυμα - θερμότητα και διατηρήθηκε σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μετά την επεξεργασία του κράματος σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία (όπως 500 °C) για 50 λεπτά, οι διαλυτές φάσεις στο κράμα μπορούσαν να διαλυθούν πλήρως, θέτοντας τα θεμέλια για επακόλουθη επεξεργασία γήρανσης. Η επεξεργασία διαλύματος μπορεί να προσαρμόσει την κατανομή των στοιχείων στο κράμα, κατανέμοντας ομοιόμορφα στοιχεία στερεού διαλύματος όπως Cu και Mg εντός των ορίων των κόκκων και εντός των κόκκων, σχηματίζοντας ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα, αυξάνοντας έτσι την αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος. Ταυτόχρονα, η επεξεργασία διαλύματος μπορεί επίσης να βελτιώσει την πλαστικότητα του κράματος. Τα ερευνητικά δεδομένα δείχνουν ότι η πλαστικότητα του κράματος 2024 μετά την επεξεργασία διαλύματος μπορεί να βελτιωθεί σε κάποιο βαθμό.
Ο αντίκτυπος της επεξεργασίας γήρανσης στις ιδιότητες του κράματος 2024 είναι επίσης πολύ σημαντικός. Η τρίτη ομάδα δειγμάτων πρώτα υποβλήθηκε σε επεξεργασία με διάλυμα και στη συνέχεια υποβλήθηκε σε θερμική επεξεργασία μακροχρόνιας γήρανσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Το πείραμα διαπίστωσε ότι το κράμα μπορούσε να αποκτήσει την καλύτερη μικροδομή και ιδιότητες μετά από τεχνητή γήρανση στους 180 °C για 10 ώρες και η σκληρότητα θα μπορούσε να φτάσει τα 81,3 HRB. Κατά τη διαδικασία επεξεργασίας γήρανσης, το ασταθές υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα θα αποσυντεθεί και τα σωματίδια δεύτερης φάσης θα καθιζάνουν από το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα και θα κατανεμηθούν γύρω από τους κόκκους α(Al) αλουμινίου, δημιουργώντας έτσι ένα ενισχυτικό αποτέλεσμα. Η φυσική γήρανση των κραμάτων, όπως το 2024, μπορεί να προκαλέσει κατακρήμνιση - ενισχυτικό αποτέλεσμα σε θερμοκρασία δωματίου, αυξάνοντας την αντοχή του κράματος. Ταυτόχρονα, η επεξεργασία γήρανσης μπορεί επίσης να βελτιώσει τη διάβρωση - αντοχή του κράματος. Με την εξάλειψη των μικροσκοπικών ελαττωμάτων και των επιφανειακών στρωμάτων οξειδίου, βελτιώνεται η ποιότητα της επιφάνειας του κράματος, γεγονός που ευνοεί τον σχηματισμό ενός ομοιόμορφου και πυκνού φιλμ οξειδίου, βελτιώνοντας έτσι τη διάβρωση - αντοχή του κράματος.
(II) Επίδραση στη μικροδομή και τις ιδιότητες του κράματος 7075 Η γήρανση ενός σταδίου έχει σημαντικό αντίκτυπο στη δομή των ινών, στο σχηματισμό σωματιδίων δεύτερης φάσης, στη μικροσκληρότητα και στην μέγιστη αντοχή του κράματος 7075. Μετρώντας τη σκληρότητα, την αντοχή διαρροής, την αντοχή σε εφελκυσμό, την επιμήκυνση και τη μείωση της επιφάνειας των δειγμάτων με διαφορετικούς χρόνους γήρανσης κάτω από το καθεστώς γήρανσης ενός σταδίου στους 120 °C, διαπιστώθηκε ότι το κράμα αλουμινίου 7075 μπορούσε να αποκτήσει τον καλύτερο συνδυασμό αντοχής και αντοχής και πλαστικότητα όταν παλαιωθεί στους 120 °C για 24 ώρες. Μέσω του ορθογώνιου πειράματος γήρανσης διπλού σταδίου, έγινε γνωστό ότι για την επεξεργασία γήρανσης διπλού σταδίου του κράματος αλουμινίου 7075, η θερμοκρασία προ-γήρανσης ήταν 140 °C και ο χρόνος διατήρησης ήταν 4 ώρες και η θερμοκρασία γήρανσης δεύτερου σταδίου. ήταν 140 °C - 160 °C και ο χρόνος διατήρησης ήταν 10 ώρες. Αυτή η διαδικασία επεξεργασίας θα μπορούσε να αποκτήσει προϊόντα με καλύτερες ολοκληρωμένες ιδιότητες. Κατά τη διαδικασία γήρανσης ενός σταδίου, η δομή των ινών του κράματος 7075 θα αλλάξει. Καθώς ο χρόνος γήρανσης επεκτείνεται, η δομή των ινών γίνεται σταδιακά πιο πυκνή, γεγονός που είναι ευεργετικό για τη βελτίωση της αντοχής του κράματος. Ταυτόχρονα, σταδιακά θα σχηματιστούν και σωματίδια δεύτερης φάσης. Αυτά τα σωματίδια δεύτερης φάσης εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων στο κράμα και ενισχύουν το κράμα. Για παράδειγμα, το MgZn2 και το Al2Mg3Zn3 έχουν υψηλή διαλυτότητα στο αλουμίνιο και προφανή σχέση που σχετίζεται με τη θερμοκρασία και έχουν ισχυρό αποτέλεσμα γήρανσης - σκλήρυνσης. Η γήρανση ενός σταδίου μπορεί επίσης να βελτιώσει σημαντικά τη μικροσκληρότητα και την μέγιστη αντοχή του κράματος 7075. Καθώς αυξάνεται ο χρόνος γήρανσης, η μικροσκληρότητα αυξάνεται συνεχώς και μετά από ορισμένο χρόνο, η σκληρότητα τείνει να είναι σταθερή. Η μέγιστη αντοχή αυξάνεται επίσης σταδιακά κατά τη διαδικασία γήρανσης. Αυτό συμβαίνει επειδή η επεξεργασία γήρανσης επιτρέπει στα ενισχυτικά συστατικά του κράματος να διαλυθούν στο μέγιστο βαθμό και να παραμείνουν σταθερά μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου, αυξάνοντας έτσι την αντοχή του κράματος.
VI. Θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (1) Επίδραση της θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση στην αντοχή και τη σκληρότητα Για θερμικά επεξεργάσιμα - ενισχυμένα κράματα αλουμινίου, μετά τη συγκόλληση, μπορεί να πραγματοποιηθεί ξανά θερμική επεξεργασία για να αποκατασταθεί η αντοχή της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα του βασικού μετάλλου σε επίπεδο κοντά στην αρχική αντοχή. Γενικά, η αστοχία της άρθρωσης εμφανίζεται συνήθως στη ζώνη σύντηξης της συγκόλλησης. Μετά την εκ νέου εκτέλεση της θερμικής επεξεργασίας μετά τη συγκόλληση, η αντοχή που λαμβάνεται από το μέταλλο συγκόλλησης εξαρτάται κυρίως από το μέταλλο πλήρωσης που χρησιμοποιείται. Όταν η σύνθεση του μετάλλου πλήρωσης είναι διαφορετική από εκείνη του βασικού μετάλλου, η αντοχή θα εξαρτηθεί από την αραίωση του μετάλλου βάσης από το μέταλλο πλήρωσης. Η καλύτερη αντοχή είναι συμβατή με τη θερμική επεξεργασία που χρησιμοποιείται για το μέταλλο συγκόλλησης. Αν και η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση αυξάνει την αντοχή, μπορεί να υπάρξει κάποια απώλεια στην σκληρότητα της συγκόλλησης. Λόγω της καθίζησης κοντά στη συγκόλληση και της τήξης των ορίων των κόκκων στη ζώνη σύντηξης, η σκληρότητα ορισμένων συγκολλήσεων κραμάτων αλουμινίου ενισχυμένου με θερμική επεξεργασία είναι πολύ κακή. Εάν η κατάσταση δεν είναι πολύ σοβαρή, η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση μπορεί να κάνει τα διαλυτά συστατικά να επαναδιαλυθούν, αποκτώντας μια πιο ομοιόμορφη δομή, βελτιώνοντας ελαφρώς την σκληρότητα και αυξάνοντας σημαντικά την αντοχή. Για παράδειγμα, για κράμα αλουμινίου 6061 που συγκολλήθηκε σε κατάσταση θερμικής επεξεργασίας T4 (επεξεργασία διαλύματος + φυσική γήρανση) και στη συνέχεια υποβλήθηκε σε επεξεργασία με T6 (επεξεργασία διαλύματος + τεχνητή επεξεργασία) μετά τη συγκόλληση, η αντοχή συγκόλλησης μπορεί να φτάσει τα 280 MPa. Η επεξεργασία T6 περιλαμβάνει θέρμανση του κράματος αλουμινίου στους 535 ± 5 °C, διατήρησή του για 6 ώρες και, στη συνέχεια, απόσβεση σε νερό στους 80 ± 10 °C, με χρόνο σβέσης όχι μικρότερο από 5 λεπτά. Στη συνέχεια παλαιώνεται σε κλίβανο χαμηλής θερμοκρασίας στους 165 ± 5 °C για 4 ± 0,5 ώρες. Η σκληρότητα μετά την επεξεργασία φθάνει γενικά HB80 - 90, η επιμήκυνση είναι μεγαλύτερη από 8%, και η αντοχή εφελκυσμού φτάνει τα 250 - 290 MPa. Για τον συγκολλημένο σύνδεσμο από κράμα αλουμινίου 6082 - T6, πραγματοποιήθηκαν δύο μέθοδοι θερμικής επεξεργασίας, δηλαδή διάλυμα + παλαίωση και παλαίωση. Η αντοχή εφελκυσμού του μη επεξεργασμένου συγκολλημένου συνδέσμου 6082 - Τ6 ήταν 225 MPa, η θέση θραύσης ήταν στη ζώνη που επηρεάστηκε από τη θερμότητα και η χαμηλότερη τιμή σκληρότητας του συνδέσμου ήταν στη ζώνη που επηρεάστηκε από τη θερμότητα. Μετά την επεξεργασία γήρανσης, η κατανομή της φάσης ενίσχυσης στη συγ
Υπεύθυνος Επικοινωνίας: Mrs. Lily Mao
Τηλ.:: 008613588811830
Φαξ: 86-571-88844378