Термічна обробка пластини з алюмінієвого сплаву: загартування, графіки старіння та контроль спотворень

Як класифікуються термічні обробки алюмінієвої пластини

Термічна обробка — це етап, який перетворює катану алюмінієву пластину з м’якого обробленого продукту на конструкційний матеріал. На практиці використовуються чотири групи.

Термомеханічні обробки поєднують деформацію з термічним циклом. Розтягування або стиснення пластини після загартування для зняття залишкової напруги є найпоширенішим прикладом.

Термічна обробка розчину розчиняє розчинні легуючі фази при високій температурі, а потім гасить пластину досить швидко, щоб утримувати їх у перенасиченому твердому розчині. Нестійкий характер, отриманий таким чином, позначається W.

Дисперсійне зміцнення, або штучне старіння, підтримує загартовану пластину при проміжній температурі, щоб утворилися дрібні зміцнювальні виділення. Це виробляє сімейства темперів T6 і T7.

Відпал, позначений як O, розм’якшує пластину шляхом перекристалізації та використовується для відновлення формування між операціями формування.

Про один момент часто повідомляють неправильно: T651 не підвищує міцність на 10-15% порівняно з T6. Обидва відпуски досягають однакового стану осадження і, отже, майже однакових властивостей розтягування. Різниця полягає в залишковій напрузі. Розтягнення на 1,5-3 % між загартуванням і старінням знімає більшу частину напруги загартування, що зберігає оброблену деталь плоскою та стабільною за розмірами.

Обробка розчину та гасіння

Температура обробки розчину встановлюється серією сплавів і навмисно підтримується нижчою за евтектичну або початкову-температуру плавлення, оскільки перегрів на цьому етапі незворотній.

Гасіння - це частина циклу, яка найчастіше викликає проблеми. Плита повинна бути охолоджена досить швидко, щоб придушити опади під час падіння через чутливий діапазон температур; товсті секції 7xxx зазвичай потребують швидкості охолодження значно вище 100 C за секунду на поверхні, щоб зберегти гарну реакцію старіння. Оскільки поверхня завжди охолоджується швидше, ніж ядро, загартування також фіксує градієнт напруги, який згодом проявляється як спотворення, тому рівномірність загартування має таке ж значення, як і швидкість загартування. Загартування розпиленням, полімерні загартувачі та переривчасте загартування з короткою затримкою повітря перед стадією води використовуються для заміни невеликої твердості на значне зниження термічного удару та викривлення.

Графіки старіння та наслідки

Температура і час штучного старіння вибирають розмір осаду, який забезпечує необхідний баланс міцності, пластичності та стійкості до корозії.

Фізична основа проста. Пікове старіння, яке дає T6, дає максимальну щільність когерентних виділень і, отже, найвищу міцність, але також залишає сплав чутливим до корозійного розтріскування під напругою та до відшарування в хлоридних середовищах. Перестарювання, яке дає T73 і T7451, укрупнює осад і жертвує деякою міцністю заради значного збільшення стійкості до корозії. У серії 7xxx виділення належать до сімейства MgZn2, а мікродобавки, такі як цирконій, використовуються для уповільнення рекристалізації, щоб оброблена структура витримала термічний цикл.

Зняття напруги та контроль спотворень

Контроль спотворень є проблемою розробки процесу, а не проблемою остаточного контролю, і наведені нижче заходи використовуються разом.

Механічне зняття напруги: розтягнення до 1,5-3 % для T651 або стиснення для T7451, застосоване після загартування та перед старінням.

Конструкція пристосувань: жорсткі пристосування для правки та, для довгої пластини, опорні пристосування, які утримують пластину на стадіях розчинення та загартування.

Рівномірність загартування: контрольовані схеми розбризкування, рівномірне перемішування та, де дозволяє сплав, переривчасте загартування.

Припуск на обробку: залишаючи достатньо запасу, щоб обидві поверхні можна було очистити після будь-якого залишкового руху.

Моделювання процесу: кінцево-елементні моделі загарту використовуються для прогнозування картини викривлення, щоб допуск можна було вбудувати в розміри пластини.

В аерокосмічній практиці контрольована кріогенна витримка після загартування іноді використовується як додаткова стадія зняття напруги перед остаточною механічною обробкою, що зменшує припуск, необхідний для товстої пластини.

Стандарти, випробування та перевірка

Параметри термічної обробки вказуються та перевіряються на відповідність опублікованим стандартам, а не узгоджуються неофіційно між заводом і замовником. Основними документами є AMS 2772 для термічної обробки деталей з алюмінієвих сплавів на розчині, AMS 2770 для термічної обробки деформованих алюмінієвих сплавів, ASTM B918 для практики термічної обробки кованих алюмінієвих виробів і стандарт пірометрії AMS 2750, який встановлює клас однорідності температури в печі, який вимагає заданий допуск. NADCAP AC7102 забезпечує шлях акредитації для постачальників термообробки для аерокосмічної промисловості.

Приймальні випробування зазвичай охоплюють твердість у кількох положеннях пластини, випробування на розтяг відповідно до ASTM B557 і ASTM E8, вимірювання розміру зерен згідно з ASTM E112 і, якщо зазначено, металографічні або трансмісійні електронні мікроскопічні перевірки розміру осаду та відстані між ними. Одне виправлення до широко розповсюдженого твердження: випробування на водневу крихкість не є частиною стандартів термічної обробки алюмінію. Це стосується високоміцних сталей, а цитування для алюмінієвої пластини є помилкою специфікації.

Часті запитання

Питання: чи забезпечує T651 більшу міцність, ніж T6?
№ T651 і T6 досягають однакового стану осадження, тому властивості розтягування практично рівні. T651 зменшує напругу за рахунок розтягування, що покращує площинність і стабільність обробки.

З: Чому швидкість гасіння є настільки критичною?
Повільне гасіння дозволяє розчиненій речовині випадати в осад під час охолодження, що споживає елементи, необхідні пізніше для старіння. Товсті зрізи потребують високої швидкості охолодження поверхні, тому потрібно контролювати як швидкість, так і однорідність.

З: Чи можна термічно обробити плиту 5xxx?
Ні. Сплави Al-Mg не підлягають-термічній-обробці. Вони зміцнюються шляхом деформаційного зміцнення, а термічний цикл вище діапазону відпалу лише пом’якшує їх.

Q: Який температурний діапазон використовується для штучного старіння?
Більшість оброблених сплавів старіють приблизно від 120 C до 200 C. Нижчі температури з довшим часом сприяють піковій міцності, тоді як вищі температури та перестарювання покращують стійкість до корозії за певних витрат на міцність.

Питання: навіщо перестарювати пластину до T73 або T7451?
Перевитримування укрупнює осад і значно покращує стійкість до корозійного розтріскування під напругою та відшарування, що важливо для плит 7xxx, які використовуються на відкритому повітрі або в аерокосмічних конструкціях.

З: Як перевіряється якість термічної обробки?
Завдяки дослідженню твердості, випробуванню на розтягування зразків із партії відповідно до ASTM B557, визначенню розміру зерен відповідно до ASTM E112 і протоколам процесу було показано, що температури печі та загартування відповідають вимогам пірометрії AMS 2750.