Термообработка амг6 после сварки
Алюминиевые сплавы набирают твердость, когда устанавливается контролируемое выпадение осадка элементов сплава (вследствие распада перенасыщения раствора, необходимого для эффективного затвердевания), и то, чтобы сформировавшийся осадок был связный (сцепленный) или частично связанный с решеткой микроструктуры основного металла.
Кинетика выпадения осадка перенасыщенного твердого раствора – это функция, т.е. химический состав. Например, для сплава 2024 старение достигается естественным путем, в то время как для сплава 7075 кинетика выпадения осадка в твердом растворе происходит только при +100 – 200°С.Сплавы, подвергающиеся естественному старению, могут быть состарены искусственно.
Но наилучшее сопротивление межгранулярной коррозии достигается искусственным путем. При естественном старении преимущество отдается характеристикам стойкости и большему сопротивлению распространению усталостных трещин.
При различных параметрах старения можно достичь одних и тех же результатов. Например, сплав 6060, достигаются одинаковые условия для 5 часов при 185 °С и для 11 часов при 170°С.
В недостаточно состаренных деталях может наблюдаться уменьшение уровня механических свойств при последующей обработке.
Перестаривание может произойти из-за пластической деформацией, выполненной после закалки до старения (посредством вальцовки, формовки, прокатки, вальцовки и др.)
Данные операции ускоряют кинетику выпадения осадка, пропорциональную степени деформации, в случаях однородной обработки (такой как растяжка, сжатие, накатывание, вальцовка).
Вообще комбинации таковые, чтобы привести сплав до максимальной твердости Т6.Т7 – большее старение, скорее перестаривание, с частичным уменьшением механических характеристик. При подобной обработке возможно увеличение стабильности по размерам изделия, которое позволяет применять изделие для работы при высоких температурах. Также можно развить большую сопротивляемость поверхностной коррозии или эксфолиативной коррозии (отшелушивание).
Изделия, которые будут работать при высоких температурах, например, части мотора могут достигать хорошей стабильности размеров только при искусственном старении, при обработке T5 очень редко в этих случаях используется материал, состаренный при естественном старении. (T1).
Сплавы с небольшим количеством легирующих веществ, такие как 6060 должны стариться до достижения максимальной твердости T6.
Для изделий, требующих большую точность (размеров) используются различные циклы обработки. В течение 1-2 часов при 175-200С после предварительной обработки (шлифование), после машинной обработки и при посреднических фазах.
На первой стадии изотермических циклов старения. Например, 6 часов при температуре 100°С, до 3часов при температуре 120°С. На второй стадии температура и время должно контролироваться, т.к. может вызвать изменения в физических свойствах детали. Температура в печи должна быть однородной.
Нежелательные эффекты перестаривания деталей могут быть вызваны продолжительным процессом, вызванным низкой скоростью разогрева, вызванной перегрузкой печи.
Время между закалкой (охлаждением) и старением не влияет на старение профиля. Но, необходимо помнить, что в некоторых сплавах серии 6060 механические свойства будут несколько более высокими, если старение выполнено немедленно после закалки. В то время как другие сплавы требуют выдержки при температуре окружающей среды перед старением для лучших механических свойств.
Максимальный интервал, предусмотренный между растворением веществ и закалкой (задержка закалки).
| Номинальная толщина (мм) | Максимальное время (секунды) |
| До 0,4 | 5 |
| От 0,4 – до 0,8 | 7 |
| От 0,8 – до 2,3 | 10 |
| Свыше 2,3 | 15 |
СТАРЕНИЕ — НЕ ВСЕГДА ПЛОХО
Свойства сплавов и изделий из них зависят от множества факторов и прежде всего от химического состава. Иногда добавление даже нескольких десятых долей процента легирующего элемента делает сплав чрезвычайно жестким или, наоборот, сверхпластичным. Но не меньшее влияние оказывает термообработка. С ее помощью можно добиться изменения не только прочности или способности материала сопротивляться усталостному разрушению, но и изменить его коррозионную стойкость. Один из наиболее распространенных способов обработки авиационных материалов называется старением.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Рис. 1. Модель старения твердого раствора меди в алюминии.
В начале 1924 года в небо поднялся первый серийный отечественный цельнометаллический самолет АНТ-3 конструкции А. Н. Туполева.
Рис. 2. Элементарные ячейки стабильной (θ) и метастабильных промежуточных фаз (θ’ и θ»), которые могут выделяться из алюминиевого раствора при старении сплавов Аl-Сu.
В 1909-1911 годах немецкий материаловед А. Вильм, изучая свойства алюминия, открыл явление, которое получило название «естествен ное старение». Оказалось, что сплав алюминия с добавками 4% меди, 0,5% магния и 0,5% марганца после закалки и резкого охлаждения с температуры 500°С, находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится тверже и прочнее, не теряя пластичности. Этот процесс удачнее было бы назвать возмужанием, но привился термин «старение». В случае протекания старения с подогревом оно называется искусственным старением.
Явление упрочнения в результате процесса старения имеет огромное значение для развития алюминиевой промышленности.
Исследования показали, что старение свойственно не только сплаву Вильма, но и многим другим алюминиевым сплавам. Оно происходит в том случае, если вводимые в алюминий элементы образуют между собой или с алюминием интерметаллическое соединение, то есть химическое соединение двух или большего числа металлов, растворимое в алюминии при температуре закалки и стремящееся выделиться из твердого раствора при понижении температуры.
В системе алюминий — медь — магний алюминий образует соединение с медью СuАl2 и тройное соединение с медью и магнием Аl2СuMg, так называемую фазу S. Оба эти соединения растворяются в алюминии при температуре закалки; при комнатной температуре растворимость их резко падает, и сплавы с этими фазами сильно упрочняются в результате процесса старения. Промышленное производство сплавов было впервые освоено в Германии в начале 20-х годов прошлого века на . Отсюда и название «дуралюмин» или «дюраль».
Было высказано предположение, что в процессе вылеживания закаленного дуралюмина при комнатной температуре из пересыщенного твердого раствора меди в алюминии выделяются мельчайшие кристаллики соединения СuАl2, упрочняющие сплав. В конечном счете прочность сплава достигает 36-38 кг/мм2 вместо 7-8 кг/мм2 у чистого алюминия.
Казалось, что механизм старения раскрыт и можно переворачивать соответствующую страницу в науке. Однако в действительности страсти еще только разгорались. Дело в том, что при исследованиях микроструктуры через оптический микроскоп (а исследования велись преимущественно на двойном сплаве алюминий — медь, который имеет меньшую прочность, чем сплав, содержащий еще магний и марганец, но более удобен для изучения) найти частицы СuАl2 не удавалось, и реальность их существования в естественно состаренном сплаве стали подвергать сомнению. К тому же выделение частиц из твердого раствора должно обязательно снижать электрическое сопротивление. А в процессе естественного старения растут параллельно и прочность и сопротивление. Увеличение электросопротивления указывало на то, что медь остается внутри твердого раствора.
Началась острая дискуссия между сторонниками и противниками гипотезы о выделении меди из алюминия при естественном старении.
Изучению механизма старения помогли рентгеноструктурный анализ и мощные электронные микроскопы, позволяющие просматривать тонкие металлические пленки на просвет. Все оказалось значительно сложнее, чем думали. Медь не выделяется из твердого раствора и не остается внутри него. В процессе старения она собирается в дискообразных участках толщиной один-три атомных слоя и диаметром 90 А, образуя так называемые зоны Гинье-Престона (зоны Г.-П.). Это название зон обязано своим происхождением двум исследователям — Дж. Д. Гинье и А. Престону, независимо друг от друга открывшим скопления меди в решетке состаренного сплава алюминия с медью (рис. 1).
Концентрация меди в зонах Г.-П. существенно выше, чем в окружающем твердом растворе, где на каждый атом меди приходится более 50 атомов алюминия. При увеличении в 500 000 раз зоны имеют вид размытых штрихов. Хотя весь процесс передвижения атомов разыгрывается в пределах решетки алюминия, обогащение зон медью вызывает вполне определенные последствия. Медь имеет меньший атомный радиус, чем алюминий, поэтому область зон Г.-П. сжата, а прилегающие области матрицы растянуты. Число зон Г.-П. в сплавах алюминий — медь огромно: в 1 см3 число их равно цифре 5 с 17 нулями (5.1017) (рис. 1.)
Для зон характерно отсутствие собственной решетки и, следовательно, четко выявляющейся границы между зоной и твердым раствором (матрицей); они непосредственно переходят друг в друга, между ними существует когерентная связь. Для естественного старения, а точнее, зонного старения характерны средняя прочность и сравнительно низкий предел текучести, зато высокие значения вязкости разрушения и коррозионной стойкости. Этот тип старения в промышленных сплавах обозначается буквой Т.
При повышении температуры старения появляется промежуточная фаза θ’, имеющая собственную решетку типа решетки фтористого кальция (рис. 2), — происходит так называемое искусственное, а точнее, фазовое старение. Важная особенность решетки θ’ — наличие в ней плоскостей с квадратной сеткой атомов и параметрами, близкими к параметрам решетки алюминиевой матрицы. По этим плоскостям решетка θ’ неразрывно переходит в решетку алюминиевой матрицы, здесь сохраняется когерентная связь, как в случае с зонами. По другим кристаллическим плоскостям θ’ отделяется от алюминиевой матрицы и образуются границы раздела. Фазовое старение обозначает ся в промышленных сплавах буквой Т1. Для него характерны максимальные прочность и предел текучести, пониженные удлинение, вязкость разрушения и коррозионная стойкость. При дальнейшем повышении температуры старения или его длительности частицы фаз укрупняются, идет процесс коагуляции, прочность и предел текучести несколько снижаются, но коррозионная стойкость, пластичность, вязкость разрушения радикально улучшаются. Это состояние именуется коагуляционным старением и обозначается символами Т2 и Т3.
При еще большем повышении температуры термической обработки и медленном охлаждении возникает стабильная фаза θ (СuАl2), полностью отделенная от алюминиевой матрицы по всем кристаллическим областям. Происходит отжиг, обозначаемый буквой О или М (мягкий отжиг). Алюминиевый твердый раствор перешел в состояние, приближенное к равновесному, он стал пластичным, прочность и электросопротивление снизились. Сплав легко гнется, штампуется, но из-за низкой прочности не применяется в конструкциях.
Самые распространенные промышленные естественно стареющие сплавы типа дуралюмин марки Д16Т или 113Т (Россия), 2024 (США) имеют прочность 420-450 МПа, предел текучести 280 МПа, удлинение 15-20%. По сравнению со сплавом Вильма в этих сплавах содержание магния повышено с 0,5 до 1,5%. Именно из них делают во всех странах фюзеляжи пассажирских самолетов.
С особой остротой вопрос о свойствах сплавов в естественно и искусственно состаренном состояниях возник в 1954 году после серии загадочных катастроф английского пассажирского самолета «Комета». В 1949 году английской был выпущен первый в мире реактивный четырехмоторный пассажирский самолет «Комета». Крейсерская скорость этого самолета на высоте 12 км равнялась 800 км/ч. 10 января 1954 года во время регулярного рейса из Сингапура в Лондон недалеко от острова Эльба с самолетом внезапно прервалась связь. К этому моменту налет составлял 3681 час.
8 апреля 1954 года другой самолет «Комета» взлетел с римского аэродрома, взяв курс на Каир. Через 33 минуты радиосвязь с ним прекратилась. Налет самолета составил 2704 часа. Самолеты «Комета» больше в воздух не поднимались.
Английский флот занялся поисками потерпевших аварию самолетов. Обнаруженные обломки исследовали и установили, что пожар возник после того, как самолеты разрушились в воздухе. При подъеме на высоту, когда внешнее давление снижалось, фюзеляж как бы раздувался под влиянием постоянного внутреннего давления, а при посадке на землю он возвращался в исходное состояние. Так повторялось при каждом цикле полетов. За общее время полета «Комет» фюзеляжи до 1000 раз растягивались внутренним давлением и при посадке сжимались. Этот процесс и приводил к образованию трещины. Трещины увеличивались до критической величины, воздух из салона вырывался с силой взрыва, и весь самолет разрушался. Но гипотезу надо было доказать. В английском авиационном испытательном центре Фарнборо был сооружен огромный бассейн, куда целиком помещался фюзеляж самолета. Через какое-то число циклов поднятия и снижения давления появилась усталостная трещина. Она росла и приводила к разрушению кабины самолета.
Этот страшный опыт англичан послужил уроком для всех, производящих самолеты. Построены огромные бассейны, где испытывают герметичный фюзеляж каждого нового типа пассажирского самолета. Внутрь его многократно подается давление, и столько же раз оно снижается, причем число циклов достигает многих тысяч и во Было установлено, что многие важные промышленные алюминиевые сплавы в искусственно состаренном состоянии становятся весьма чувствительными к отверстиям, вырезам и другим концентраторам напряжений. Если в обшивке возникает трещина, то в искусственно состаренном сплаве она распространяется гораздо быстрее, чем после естественного старения, поэтому искусственно состаренный сплав не годится для изготовления герметичных фюзеляжей. Во всем мире фюзеляжи пассажирских самолетов изготавливают только из естественно состаренных сплавов.
Вместе с тем несколько понижено давление в пассажирском салоне — до 0,8 атм., с тем чтобы уменьшить разницу между наружным давлением воздуха и давлением в пассажирском салоне. Высота полета ограничена 10 км, ибо на высоте 12 км особенно часто возникают турбулентные потоки воздуха.
Советский дуралюмин освоили на Кольчугинском заводе при большом содействии металлурга завода В. А. Буталова, несмотря на огромное сопротивление большинства отечественных авиационных специалистов. Они утверждали: «Леса в России — море, а дуралюмин мы не освоим». Однако уже на параде 1 мая 1924 года в ряду самолетов, сделанных из дерева, летел цельнометаллический самолет Туполева, а к 1931 году листы и другую продукцию из дуралюмина полным ходом выпускал завод в Сетуни (теперь это Кунцевский район Москвы) и велись переговоры с Америкой о закупке мощного прокатного и другого оборудования для нового современного металлургического завода в Ступине (недалеко от Москвы, на р. Оке). Во всех этих делах важную роль сыграли А. Н. Туполев и И. И. Сидорин.
См. в номере на ту же тему
Е. КАБЛОВ — ВИАМ — национальное достояние.
А. ЖИРНОВ — Крылатые металлы и сплавы.
И. ДЕМОНИС — Во все лопатки.
М. БРОНФИН — Испытатели — исследователи и контролеры.
Академики дают разрешение на беспосадочный перелет Н. С. Хрущева в Нью-Йорк на сверхдальнем самолете ТУ-114 .
Технология сварки высоколегированных (нержавеющих) и жаропрочных сталей и сплавов
Защитный газ необходимо предварительно просушить или добавить к нему 2-5% кислорода. Это обеспечит плотность шва.
Нужно поддерживать самую короткую дугу и добиваться получения шва с низким коэффициентом формы (отношением ширины шва к его толщине). Иначе в металле шва и околошовной зоны появятся горячие (кристаллизационные) трещины.
После сварки металл должен как можно быстрее остыть. Для этого используют медные, охлаждаемые водой, подкладки; промежуточное остывание слоев; охлаждение швов водой. Эго повысит коррозионную стойкость сварного соединения.
Подготовка к сварке
Кромки стыкуемых деталей из высоколегированных сталей лучше подготавливать механическим способом. Однако допускаются плазменная, электродуговая, газофлюсовая или воздушно-дуговая резка. При огневых способах резки обязательна механическая обработка кромок на глубину 2-3 мм
КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Подготовка кромок и вид собранного стыка
S, мм
b, мм
с, мм
α, град.
Снимать фаску для получения скоса кромки можно только механическим способом. Перед сборкой свариваемые кромки защищают от окалины и загрязнений на ширину не менее 20 мм снаружи и изнутри, после чего обезжиривают.
Сборку стыков выполняют либо в инвентарных приспособлениях, либо с помощью прихваток. При этом необходимо учесть возможную усадку металла шва в процессе сварки. Ставить прихватки в местах пересечения швов нельзя. К качеству прихваток предъявляются те же требования, что и к основному сварному шву. Прихватки с недопустимыми дефектами (горячие трещины, поры и т.д.) следует удалить механическим способом.
Выбор параметров режима. Основные рекомендации те же, что при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Главная особенность сварки высоколегированных сталей - минимизация погонной энергии, вводимой в основной металл. Это достигается соблюдением следующих условий:
- короткая сварочная дуга;
- отсутствие поперечных колебаний горелки;
- максимально допустимая скорость сварки без перерывов и повторного нагрева одного и того же участка;
- минимально возможные токовые режимы.
Техника сварки. Основное правило: поддерживать короткую дугу, поскольку при этом расплавленный металл лучше защищен газом от воздуха. При сварке в аргоне W-электродом подавать присадочную проволоку в зону горения дуги следует равномерно, чтобы не допускать брызг расплавленного металла, которые, попадая на основной металл, могут вызвать очаги коррозии.
В начале сварки горелкой подогревают кромки и присадочную проволоку. После образования сварочной ванны выполняют сварку, равномерно перемещая горелку по стыку. Необходимо следить за глубиной проплавления, отсутствием непровара. По форме расплавленного металла сварочной ванны определяют качество проплавления: хорошее (ванна вытянута по направлению сварки) или недостаточное (ванна круглая или овальная)
Короткая дуга, сварка углом вперед, «ниточные» швы - все это обеспечивает получение швов с повышенной сопротивляемостью образованию горячих трещин. Значение сварочного тока уточняют при сварке пробных стыков
Сварка алюминия
Точмаш 23 , некоторые личности АК5 используют повсеместно на баках, а 5356 у них рвёт.
По сути, не столько важно, чем сварено, насколько как! Правильного обратного валика нет. Не можешь обеспечить провар корня, зачем лезть к железяке.
Выдержка. На активные ссылки можешь внимание не обращать.
Система алюминий — силицид магния
Для сварки сплавов системы алюминий — магний используют присадку из сплава АМг той же системы с повышенным содержанием магния, обеспечивающим снижение температуры плавления. Для сплава, содержащего 2—7% М , обычно применяют присадку, содержащую 5% Mg. Увеличение содержания магния в присадке до 7% повышает прочность металла шва. При сварке сплавов АМг присадкой того же состава основные показатели механических свойств сварных соединений обычно на 5-—10% ниже соответствующих показателей основного металла. Применение присадки СвАК5 для сварки термически необрабатываемых сплавов этой системы, например сплава АМг5, не допускается, так как при этом образуется хрупкое соединение — силицид магния Mg2Si, которое располагается по границам зерен и способствует образованию трещин в металле шва. [c.76]
Удовольствие от высокого качества длится дольше чем радость от
вот пример до 350 кг нагружали нет проблем.сварен 4043.а 5356 лопнул.точно такой же. вот это варю только 4043.иначе нельзя.а качает его страшно.
Сергей , в каком месте лопнул по серединке шва или около шовная .
И так Есаб пишет что для присадки 5356 на 6ХХХ группе для самой присадки (доля участия) во шве должна быть 50% .
Ну и вот еще почитать.
niis2008 , довольно много приходилось сваривать АД31 с АМГ6, АМГ3, АМГ2М. Присадка 5356, всё вибронагруженное, с соответствующей приемкой.
за мир во всём мире.
трещина по шву идет.прям в центре.это по багажникам.кто на кольский полуостров ездил тот поймёт.много машин в своё время подготавливали.при сварки 5356 трещит по центру шва.8 лет назад перешли на сварку присадком 4043.проблемы ушли.проверенно временем.не знаю кто как. а я выводы для себя сделал.по моей работе сварка ад31 только 4043.его когда после сварки ломаешь.он тянется.всё остальное рвет рядом с около шовной зоне или по шву.диски мото часто привозят спортсмены.так их варю только 4043.на прыжках после сварки 5356 лопается.хотя было такое что очень большой катет укладывал.толку нольрвет около шовную зону.вот и говорю.у меня мнение только одно.амг сварка присадком 5356. а ад31 4043.по крайней мере у меня это проверено временем.приехали ко мне тут крышки.варены были алси.всё зер гуд.а вот то что раньше варили до этого алмг.рвёт по шву или около шва.на своей продукции собаку съел.знаю что к чему.не буду настаивать.но по факту все так и есть.по крайней мере у меня.5356 по ходу боится вибрации.не эластик она.вот её и разрушает.если кому надо то могу продать 3 катушки для полуавтомата 1.0 5356.есаб.до сих пор лежит не востребованная.по 2.5 рубля.6 кг. намотка на 300мм катушки.знаю что не в тему.тут по тигу.
Ну и все нормально и 4043 к АД не возбраняется , но может у кого нить 5356 идет лучше и тоже не возбраняется.
черным по белому написано что присадок для ад31 4043.а что там может быть я не знаю.практика это лучше чем теория.
Практика - это очень хорошо, но теория тоже чего-то стоит).
Сергей, хотел задать несколько вопросов по сварке АД серии. Варите в стык с зазором или без оного, П/а или радс, материал с термообработкой ?
Сергей, хотел задать несколько вопросов по сварке АД серии. Варите в стык с зазором или без оного, П/а или радс, материал с термообработкой ?
обязательно с зазором.в основном полуавтомат.подготовка механическая.
На данный момент труба 40х40х3. Зазор, TIG-ом работаю, присадок 5356, ток от 200 до 220а.но частоту не поднимаю выше 60Гц.после снятия усиления в 0- прокатка на трубогибе в дугу- не рвёт швы. Температуру требует материал, да замечал за ним такое, прихватку точечную рвёт по середине.
я про то что сразу не рвёт.рвёт со временем при эксплуатации.через пол года бывает.бывает через год.
черным по белому написано что присадок для ад31 4043.а что там может быть я не знаю.практика это лучше чем теория.
-в данном случае , эффект "ошибки выжившего". ГОСТ 7871-2019, приложение Б, таблицы Б1 и Б2, для сплава системы АlMgSi(АД31) для достижения оптимальных механических свойств рекомендуется сварочные материалы серии 5.2.( в т.ч АМг5). хотя свариваемость будет наилучшая при материалах серии 4.( в т.ч.Св АК5).. также длительная работа при температурах свыше 65 0 С. наверное сильно жаркое лето тогда было на Кольском полуострове. ,
Может Вы в данном случае, маэстро, просто в пик кривой растрескивания попали? АМг2 часто на этом также попадается. особенно когда 142 процессом пытаешься его прихватить, или в 141 процессе мало 5356/5184 подашь и оп!-трещина. , а вот 4043/4047 -не замечен в столь мерзком поведении, но это не говорит о феноменальной прочности данных СМ. там другие причины .
Вполне вероятно. Скорость охлаждения ( так как прихватка) +количество СМ.( без перемешивания с основным)= трещина.
Было интересно,человек был у двух сварных,те отказались.
Прикрепленные изображения
Теория без практики-мертва, но! практика без теории-СЛЕПА! + наступание на грабли, ложные истины и "ошибки выжившего ".
Да, да, только я еще много раз замечал что очень часто те, у кого много практики, почему-то все время задают здесь вопросы теоретикам))), не находите ли Вы это странным? А вот люди которые знают теорию, они почему-то никогда вопросов не задают. Не правда ли, странно?
Переключить байонетные разъемы в гнезда со значком переменный ток, в середине два, подключить горелку, обратный кабель, кнопку управления горелки, выбрать тип поджига, подключить газ аргон, чистый, или особо чистый))), выставить предгаз, пост газ баланс полярности, и наслаждаться работой. Аппарат хороший.
Термообработка алюминиевых сплавов
Термическая обработка алюминиевых сплавов предназначена для корректировки характеристик материала с помощью воздействия высоких температур. Различными способами обработки можно добиться широкого разнообразия структуры и свойств.
Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В качестве дополнительных компонентов применяются медь, магний, цинк, кремний и другие вещества, различное сочетание которых и их процентное соотношение прямо пропорционально влияют на свойства материала.
В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.
Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.
С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.
Термообработка алюминиевых сплавов
На сегодняшний день разработано множество методов термообработки алюминиевых изделий, среди которых наибольшую популярность обрели три: отжиг, закалка, старение.
Особенности термообработки алюминиевых сплавов
Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.
Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.
Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.
Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.
Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой
Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.
От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала. Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.
Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.
Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.
Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.
В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.
Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.
Методы отжига алюминиевых листов
Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.
Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.
Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:
- Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
- Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
- Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.
Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.
На сегодняшний день выделяют три режима отжига:
- Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
- Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
- Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.
Закалка алюминиевых отливов
Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.
Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.
Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31
При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.
В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.
Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.
Старение алюминиевых сплавов
Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.
Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.
Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.
Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.
Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.
Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.
Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.
Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.
Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.
Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала.
Читайте также: