Как классифицируются термические обработки алюминиевых пластин
Термическая обработка — это этап, который превращает прокатанную алюминиевую пластину из мягкого обработанного изделия в конструкционный материал. На практике используются четыре группы.
Термомеханическая обработка сочетает деформацию с термическим циклом. Наиболее распространенным примером является растяжение или сжатие пластины после закалки для снятия остаточного напряжения.
Термическая обработка на раствор растворяет растворимые легирующие фазы при высокой температуре, а затем закаливает пластину достаточно быстро, чтобы удерживать их в пересыщенном твердом растворе. Нестабильный характер, возникающий таким образом, обозначается W.
Дисперсионная закалка или искусственное старение удерживает закаленную пластину при промежуточной температуре, так что образуются мелкие упрочняющие выделения. Это дает семейства темпераментов Т6 и Т7.
Отжиг, обозначаемый буквой О, смягчает пластину за счет рекристаллизации и используется для восстановления формуемости между операциями формования.
| Характер | Значение | Типичное использование |
|---|---|---|
| O | отожженный, полностью мягкий | тяжелая формовка перед старением |
| W | обработанный раствор, нестабильный | формирование или выпрямление перед старением |
| T4 | обработанный раствором и естественно состаренный | Пластина 2xxx, образовавшаяся после старения |
| T6 | обработанный раствором и искусственно состаренный | общая структурная пластина |
| T651 | Т6 плюс снятие стресса растяжкой | обработанная пластина, плотная плоскостность |
| T73 | раствор обработан и перестарался | Пластина 7xxx, подверженная коррозии под напряжением |
| T7451 | перестаренный, стресс снимается компрессией | толстая пластина 7xxx для аэрокосмической отрасли |
Часто забывают об одном моменте: Т651 не повышает силу на 10-15% по сравнению с Т6. Оба состояния достигают одинакового состояния осаждения и, следовательно, почти одинаковых свойств при растяжении. Разница заключается в остаточном напряжении. Растяжение на 1,5–3 %, применяемое между закалкой и старением, устраняет большую часть закалочного напряжения, благодаря чему обработанная деталь остается плоской и стабильной по размерам.
Обработка раствором и закалка
Температура обработки раствором задается серией сплава и намеренно поддерживается ниже температуры эвтектики или начального-плавления, поскольку перегрев на этом этапе необратим.
| Ряд | Температура раствора | Путь закалки и старения |
|---|---|---|
| 2xxx (Al-Cu) | около 495-505 С | закалка холодной водой; естественное старение до Т4 или искусственное старение при температуре около 175-190°С до Т6. |
| 6xxx (Al-Mg-Si) | около 529-541 С | закалка с умеренной скоростью; искусственное старение до Т6 |
| 7xxx (Al-Zn-Mg) | около 466-482 С | быстрая закалка; одно- или двухэтапное-старение в зависимости от темперамента |
| 5xxx (Al-Mg) | непригодный | не-тепловой-обрабатываемый; усилено только деформационным упрочнением |
Закалка — это та часть цикла, которая чаще всего доставляет неприятности. Плита должна быть охлаждена достаточно быстро, чтобы подавить выпадение осадков во время прохождения чувствительного диапазона температур; Толстые секции 7xxx обычно требуют скорости охлаждения на поверхности значительно выше 100°C в секунду, чтобы сохранить хорошую реакцию на старение. Поскольку поверхность всегда остывает быстрее, чем сердцевина, закалка также фиксирует градиент напряжения, который позже проявляется в виде деформации, поэтому однородность закалки имеет такое же значение, как и скорость закалки. Закалка распылением, закалка полимерами и прерывистая закалка с короткой задержкой подачи воздуха перед стадией воды используются для того, чтобы обменять небольшую жесткость на значительное снижение термического удара и деформации.
График старения и возникающий в результате характер
Температура и время искусственного старения подбирают размер выделений, обеспечивающий необходимый баланс прочности, пластичности и коррозионной стойкости.
| Сплав и отпуск | Типичный график старения | Результат |
|---|---|---|
| 6061-T6 | около 175 С в течение 8 часов | примерно 310 МПа при растяжении, удлинение 12 % |
| 2024-T6 | искусственное старение около 190 C | около 450 МПа при растяжении, меньшее удлинение, чем у T4 |
| 7075-T6 | около 121 C в течение 24 часов | около 505-540 МПа, выпадает эта-первичный MgZn2 |
| 7075-T73 | два этапа: около 107°С, а затем 163°С, каждый из которых выдерживается в течение многих часов | более низкая прочность, но значительно улучшенная стойкость к коррозии под напряжением |
Физическая основа проста. Пиковое старение, при котором образуется Т6, дает максимальную плотность когерентных выделений и, следовательно, самую высокую прочность, но также делает сплав чувствительным к коррозионному растрескиванию под напряжением и к отслаиванию в хлоридных средах. Перестаривание, приводящее к образованию T73 и T7451, приводит к укрупнению выделений и снижению некоторой прочности ради значительного увеличения коррозионной стойкости. В серии 7xxx выделения относятся к семейству MgZn2, а следовые добавки, такие как цирконий, используются для замедления рекристаллизации, чтобы обработанная структура выдерживала термический цикл.
Снятие стресса и контроль искажений
Контроль искажений — это проблема проектирования процесса, а не проблема окончательного контроля, и приведенные ниже меры используются вместе.
Снятие механических напряжений: растяжение до 1,5-3 % для Т651 или сжатие для Т7451, применяемое после закалки и перед старением.
Конструкция приспособления: жесткие выпрямляющие приспособления и, для длинных листов, опорные приспособления, которые удерживают лист на стадиях растворения и закалки.
Равномерность закалки: контролируемая форма распыления, равномерное перемешивание и, если позволяет сплав, прерывистая закалка.
Припуск на обработку: оставьте достаточный припуск, чтобы обе стороны можно было очистить после любого остаточного движения.
Моделирование процесса: модели закалки методом конечных элементов используются для прогнозирования характера искажений, чтобы можно было учесть допуски в размерах пластины.
В аэрокосмической практике контролируемая криогенная выдержка после закалки иногда используется в качестве дополнительного этапа снятия напряжений перед окончательной обработкой, что уменьшает припуск, необходимый для толстых листов.
Стандарты, тестирование и проверка
Параметры термообработки определяются и проверяются на соответствие опубликованным стандартам, а не неформально согласовываются между заводом и потребителем. Основными документами являются AMS 2772 для термической обработки деталей из алюминиевых сплавов на твердый раствор, AMS 2770 для термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов, ASTM B918 для практики термической обработки деформируемых алюминиевых изделий и стандарт пирометрии AMS 2750, устанавливающий класс однородности температуры печи, необходимый для заданного допуска. NADCAP AC7102 обеспечивает путь аккредитации поставщиков термообработки для аэрокосмической промышленности.
Приемочные испытания обычно включают твердость в нескольких положениях пластины, испытания на растяжение по ASTM B557 и ASTM E8, измерение размера зерна по ASTM E112 и, если указано, металлографическую или просвечивающую электронную микроскопию проверку размера и расстояния выделений. Одна поправка к широко распространенному утверждению: испытания на водородное охрупчивание не являются частью стандартов термообработки алюминия. Оно применимо к высокопрочным сталям, и его указание для алюминиевых пластин является ошибкой в спецификации.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Дает ли T651 более высокую прочность, чем T6?
№ Т651 и Т6 достигают одинакового состояния осаждения, поэтому свойства растяжения по существу равны. T651 снимает напряжение путем растяжения, что улучшает плоскостность и стабильность обработки.
Вопрос: Почему скорость закалки так важна?
Медленное охлаждение позволяет растворенному веществу выпадать в осадок во время охлаждения, что приводит к расходованию элементов, необходимых позже для старения. Толстые секции требуют высоких скоростей охлаждения поверхности, поэтому необходимо контролировать скорость и однородность.
Вопрос: Можно ли подвергать пластину 5xxx термической обработке?
Нет. Сплавы Al-Mg не подлежат-термической-обработке. Они упрочняются деформационным упрочнением, а термический цикл выше диапазона отжига только размягчает их.
Вопрос: Какой температурный диапазон используется для искусственного старения?
Большинство деформируемых сплавов состариваются при температуре от 120 до 200 C. Более низкие температуры и более продолжительное время способствуют пику прочности, в то время как более высокие температуры и перестаривание улучшают коррозионную стойкость за счет некоторой потери прочности.
Вопрос: Зачем использовать пластину T73 или T7451?
Чрезмерное старение приводит к укрупнению выделений и значительно повышает устойчивость к коррозионному растрескиванию и отслаиванию под напряжением, что важно для пластин 7xxx, используемых на открытом воздухе или в аэрокосмических конструкциях.
Вопрос: Как проверяется качество термообработки?
Посредством исследований твердости, испытаний образцов из партии на растяжение в соответствии с ASTM B557, определения размера зерна в соответствии с ASTM E112 и протоколов процесса, показывающих, что температуры печи и закалки соответствуют требованиям пирометрии AMS 2750.