Tepelné zpracování pro odlitky hliníku

1. Zavedení

Tepelné zpracování přetváří hliníkové odlitky z odlitku, komponenty s proměnnými vlastnostmi do precizně zpracovaných dílů, které splňují náročné aplikační požadavky.

Pečlivým řízením teploty, namočit časy, a rychlosti chlazení, slévárny a metalurgové mohou mechanické vlastnosti přizpůsobit,

jako je pevnost v tahu, tvrdost, tažnost, a odolnost proti únavě, a zároveň zlepšuje vlastnosti opotřebení, Machinability, a rozměrová stabilita.

Tento článek se ponoří do základů, procesy, a osvědčené postupy tepelného zpracování hliníkových odlitků.

Naším cílem je poskytnout profesionála, autoritativní, a komplexní průvodce pro inženýry, Metalurgisté, a profesionálové z oblasti kvality, kteří chtějí optimalizovat hliníkové lité komponenty pro výkon a cenu.

2. Proč tepelně upravovat hliníkové odlitky?

Účelem tepelného zpracování je:

• Zvýšená pevnost v tahu a tvrdost
• Vylepšená tažnost a odolnost proti únavě
• Vylepšená obrobitelnost a odolnost proti opotřebení
• Rozměrová stabilita a úleva od zbytkového napětí
• Vlastnosti šité na míru servisním podmínkám
• Konzistence a zajištění kvality

3. Běžné hliníkové licí slitiny

Slitiny hliníku se obvykle dělí do dvou hlavních kategorií:

• Lití písku / Trvalá forma (gravitační obsazení) slitiny
• Zemřít slitiny (Obsazení tlaku)

Jsou určeny a čtyřmístné číslo (NAPŘ., A356, A319, A380) a spadnout do buď 2xx, 3xx, 4xx, nebo 7xx série v závislosti na primárních legujících prvcích.

Tabulka: Přehled běžných hliníkových odlévacích slitin

4. Jaké typy tepelného zpracování jsou k dispozici pro hliníkové odlitky?

Proces tepelného zpracování hliníkových odlitků se liší v závislosti na složení slitiny, typ odlévání, a požadované mechanické vlastnosti.

K zajištění rozměrové stability a zabránění praskání během zpracování se používají specializované pece a pečlivě kontrolované metody kalení. Níže jsou uvedeny běžné typy tepelného zpracování aplikované na hliníkové odlitky:

TF (Plně tepelně ošetřeno)

Účelem úpravy TF je výrazně zvýšit tvrdost a pevnost hliníkových odlitků.

Proces zahrnuje zahřátí odlitku na přibližně 515–535 °C 4 na 12 hodiny k rozpuštění legujících prvků do pevného roztoku.

Poté se rychle ochladí v teplé vodě, aby se zabránilo praskání, Následuje stárnutí při 150–160 °C 4 na 16 hodin.

Tato úprava téměř zdvojnásobuje tvrdost původního odlitku. TF se běžně používá, když je vyžadována vysoká pevnost a odolnost, jako u konstrukčních prvků.

Jeho výhoda spočívá v podstatném zlepšení mechanických vlastností při zachování celistvosti odlitku.

Stav TB (T4)

Toto tepelné zpracování má za cíl zlepšit tažnost a střední pevnost.

Odlitky se ohřívají těsně pod jejich bod tání, dokud prvky slitiny nevstoupí do tuhého roztoku, poté se uhasí ve vodě, vařící voda, nebo roztok polymeru.

Kalící médium se volí tak, aby vyvážilo mechanické vlastnosti, snížit zkreslení, a minimalizovat vnitřní stres.

TB je vhodný pro díly, které vyžadují dobrou tvarovatelnost a svařitelnost.

Výhodou je zachování tažnosti a přiměřené pevnosti, což usnadňuje další výrobní procesy.

TB7 (Roztok ošetřený a stabilizovaný)

Navrženo pro výrobu odlitků se zvýšenou kujností, toto ošetření je podobné jako TF, ale se stárnutím prováděným při vyšší teplotě 240–270 °C 2 na 4 hodin.

To má za následek mírně měkčí odlitky ve srovnání s TF, usnadňuje práci s nimi v aplikacích, kde je potřeba určitá flexibilita.

Používá se v součástech vyžadujících lepší tepelnou stabilitu a houževnatost.

THE (Vytváření věku)

Tepelné zpracování TE urychluje přirozený proces stárnutí zahříváním odlitků na 150–170 °C 4 na 12 hodiny bez jakéhokoli kalení.

To je zvláště užitečné pro složité nebo jemně tvarované odlitky, které by se mohly poškodit prudkým ochlazením.

Proces zlepšuje tvrdost a stabilitu bez rizika deformace. TE je preferován pro choulostivé díly, kde je kritické zachování tvaru.

T5 (Stárnutí srážek)

Tento proces umělého stárnutí stabilizuje odlitky jejich zahříváním na relativně nízké teploty (150–200 ° C.) pro 2 na 24 hodin.

T5 zlepšuje obrobitelnost a rozměrovou stabilitu a obvykle se používá u tlakových odlitků, kde je důležitá kontrolovaná tvrdost a povrchová úprava.

Výhodou jsou zlepšené mechanické vlastnosti s minimálním tepelným dopadem na odlitek.

T6 temperamentní

Úprava T6 se používá k dosažení vysoké pevnosti a tvrdosti.

Odlitek se zpracovává roztokem při teplotě kolem 538 °C po dobu přibližně 12 hodin, rychle zchlazené ve vodě nebo glykolu při 66–100 °C, poté uměle stárnout při 154 °C 3 na 5 hodin.

Často, krok rovnání následuje po kalení, aby byla zajištěna rozměrová přesnost.

T6 je široce používán v letectví, automobilový průmysl, a obranný průmysl pro konstrukční díly vyžadující vynikající mechanický výkon.

Jeho hlavní výhodou je maximalizace pevnosti při minimalizaci deformace při zatížení.

TF7 (T7 nebo T71 – roztok ošetřený a stabilizovaný)

Tato úprava zvyšuje mechanickou stabilitu při vysokých teplotách tím, že odlitky zpracovává roztokem a stabilizuje je při 200–250 °C.

I když nabízí mírně nižší pevnost v tahu a mez kluzu než T6, TF7 zlepšuje tepelnou odolnost a rozměrovou stabilitu.

Je ideální pro součásti vystavené zvýšeným teplotám nebo dlouhodobému namáhání.

Úleva od stresu a žíhání (Stav TS)

Tepelné ošetření proti stresu, provádí se při 200–250 °C, snižuje zbytková napětí, která mohou způsobit deformaci nebo praskání.

Žíhání, provádí se při 300-400°C, změkčuje odlitky pro snadnější obrábění nebo tváření.

Tyto úpravy se typicky používají pro tlusté nebo složité odlitky vyžadující další mechanické operace. Jejich výhodou je zlepšená rozměrová stabilita a zvýšená zpracovatelnost.

Kalení polymeru

Místo vody, polymerní roztoky se používají k ochlazování odlitků pomaleji.

Tím se snižuje vnitřní pnutí a deformace, díky tomu je vhodný pro složité nebo tenkostěnné odlitky, které vyžadují menší tvrdost, ale vysokou rozměrovou přesnost.

Kalení polymeru nabízí jemnější způsob chlazení pro ochranu jemných geometrií.

Běžné typy tepelného zpracování pro stoly na hliníkové odlitky

5. Recepty na tepelné zpracování specifické pro slitiny

A356/356.0: Standardní proces T6

• Řešení: 540–560 °C, 6 h (25 sekce mm).
• Uhasit: Voda (~20 °C) s mírným rozrušením.
• Stárnutí (T6): 160–165 °C, 6 h; vzduch ochladí na okolní teplotu.
• Volitelné T7: 180 ° C., 10 h; vzduch chladný.

A380/A383: Aplikace T4 a T5

• T4 (Přirozené stárnutí): Kalení na 505–525 °C; vydržet 18-24h; omezená síla (~UTS 200 MPA) s dobrou tažností (4–6%).
• T5: Přímé umělé stárnutí at 160 °C po dobu 4–6 hodin; výsledky ~UTS 210–230 MPa, prodloužení 3–4 %.

319/319.0: SHT a stárnutí pro HPDC

• Sht: 505–525 °C po dobu 4–6 hodin (10– sekce 20 mm).
• Uhasit: Polymer (10% PAG) ke snížení zkreslení.
• Stáří (T6): 160–170 °C po dobu 8–10 hodin; dává UTS ~260 MPa, prodloužení ~ 4–5 %.

A413: Vysokopevnostní odlitky

• Sht: 540–560 °C po dobu 8–10 hodin (tlusté profily 50–100 mm).
• Uhasit: Voda + inhibitor koroze; zamířit 400 Chlazení °C/s.
• Stáří (T6): 160–170 °C, 10 h; UTS ~270–310 MPa, prodloužení ~ 3–4 %.
• Přebytek (T7): 180–200 ° C., 10– 12 hod; UTS ~260–290 MPa, prodloužení ~ 5–6 %.

6061 (Varianty obsazení) a speciální slitiny

• 6061- Cast SHT: 530–550 °C po dobu 4–6 hodin (12– sekce 25 mm).
• Uhasit: Voda nebo polymer (oba přijatelné pro střední zkreslení).
• Stáří (T6): 160 ° C., 8 h; výtěžky ~UTS 240–270 MPa, prodloužení ~ 8–10 %.
• 6063-Obsazení: Podobné SHT, T5 často postačuje pro UTS 165–200 MPa, ale T6 poskytuje UTS ~ 210 MPa.

6. Korelace mechanických vlastností

Pevnost v tahu, Výnosová síla, a elongační post-léčba

• A356 T6: UTS 240–280 MPa; YS 200–240 MPa; Tažnost 6–8 %.
• A380 T5: UTS 210–230 MPa; YS 160–180 MPa; Tažnost 3–4 %.
• 319 T6: UTS 260–280 MPa; YS 210–230 MPa; Tažnost 4–5 %.
• A413 T6: UTS 270–310 MPa; YS 220–260 MPa; Tažnost 3–4 %.

Tvrdost se mění během fází tepelného zpracování

• A356: As-cast ~70 HB; po SHT ~60 HB; T6 ~80–85 HB; T7 ~75–80 HB.
• 319: As-cast ~75 HB; T5 ~ 85 HB; T6 ~90–95 HB.
• A413: As-cast ~80 HB; T6 ~95–105 HB; T7 ~90–100 HB.

Únavový výkon a rychlost růstu trhlin

• A356 T6: Mez únosnosti ~70 MPa; T0 ~50 MPa.
• 319 T6: ~75 MPa; lepší odolnost proti únavě při vysokých teplotách díky jemnějším precipitátům bohatým na měď.
• Dopad zbytkového stresu: Správná úleva od stresu může prodloužit životnost o 20–30 %.

Odolnost proti tečení při vysokoteplotním lití

• Přestárlé A356 T7: Udržuje ~ 85 % pevnosti při pokojové teplotě 150 ° C.; přijatelné pro držáky motoru.
• A413: T7 si zachovává ~80 % at 200 ° C.; doporučeno pro převodové skříně při trvalém zatížení.

7. Aplikace hliníkových odlitků

Automobilový průmysl

• Bloky motoru (A356 T6): Předvedeno 20% redukce hmotnosti vs. Litina; tepelné zpracování poskytuje UTS ~260 MPa, umožňující vyšší tlaky ve válci.
• Hlavy válců (319 T6): Úprava T6 eliminuje únavové poruchy související s porézností; opakované běhy napříč linkou poskytují konzistentní výkon <1% šrot v důsledku praskání při kalení.

Aerospace komponenty

• Oběžná kola turbín (6061 T6): Přes přísné SHT a stárnutí, dosáhnout únavové životnosti >10⁷ cyklů pod 200 MPa stres; Dodatečné ošetření CMM potvrzuje vyběhnutí <0.01 mm.
• Bloky podvozku (A356 T7): Přestárlý kvůli stabilitě, udržet 75% síly při 120 ° C.; žádné praskání během provozu 15,000 cyklů v hodnocení.

Průmyslové stroje

• Čerpadlo (A413 T6): T6 zajišťuje UTS >280 MPA, snížení tloušťky stěny o 20% vs.. jako odlité návrhy; mazací kanály zůstávají po kalení v rozmezí ±0,05 mm.
• Tělesa ventilu (A380 T5): Dosáhněte UTS ~220 MPa, prodloužení ~4%; úleva od stresu při 300 °C eliminuje 80% zkreslení as-cast, zkrácení doby obrábění o 30%.

Spotřební elektronika a chladiče

• Teteře (6061 T6): Vydatnost UTS ~250 MPa a tepelná vodivost ~180 W/m·K; extrudované a následně tepelně zpracované pro optimální výkon ve vysoce výkonných LED modulech.
• Podvozek notebooku (A356 T6): T6 zajišťuje strukturální tuhost při mechanickém zatížení; minimální pokřivení (<0.2 mm napříč 200 rozpětí mm) zachovává lícování a povrchovou úpravu panelu.

8. Závěr

Tepelné zpracování hliník odlitky nejsou „univerzální“ návrh.

Pochopením metalurgických základů – řešením, zhášení, a stárnutí – metalurgové mohou navrhovat cykly, které optimalizují vlastnosti pro konkrétní slitiny (6061, 7075, 356, atd.) a část geometrie.

Pečlivou kontrolou teplot pece, zhášecí média, a profily stárnutí, odlitky se přeměňují na vysoce výkonné komponenty vhodné pro letecké nosníky, mořský hardware, automobilové sestavy, a přesné elektronické skříně.

Nakonec, úspěšné tepelné zpracování závisí na:

• Výběr slitiny a chemie
• Přesné řízení procesu (teplota, čas, rychlost zhášení)
• Kontrola po ošetření (Ndt, Mechanické testování, rozměrové kontroly)
• Volby teploty podle aplikace (T6 pro sílu, T7 pro stabilitu, TS pro úlevu od stresu)

Dodržováním těchto zásad a využíváním pokročilé technologie pecí a metrologie, výrobci zajišťují, že hliníkové odlitky nejen splňují, ale převyšují mechanické, trvanlivost, a standardy spolehlivosti moderních průmyslových odvětví.