Varmebehandling til aluminiumstøbninger

1. Indledning

Varmebehandling transformerer aluminiumstøbninger fra as -cast, Components variable -ejendom til nøjagtigt konstruerede dele, der opfylder krævende applikationskrav.

Ved omhyggeligt at kontrollere temperaturen, Sog tider, og kølehastigheder, Støberier og metallurgister kan skræddersy mekaniske egenskaber,

såsom trækstyrke, hårdhed, Duktilitet, og træthedsmodstand, Mens jeg også forbedrer slidegenskaber, bearbejdningsevne, og dimensionel stabilitet.

Denne artikel dykker ned i de grundlæggende elementer, processer, og bedste praksis med varmebehandling af aluminiumstøbninger.

Vi sigter mod at give en professionel, autoritativ, og omfattende guide til ingeniører, metallurgister, og kvalitetsfagfolk, der søger at optimere aluminiumsstøbte komponenter til ydeevne og omkostninger.

2. Hvorfor varme behandler aluminiumstøbegods?

Formålet med varmebehandling er at:

• Øget trækstyrke og hårdhed
• Forbedret duktilitet og træthedsmodstand
• Forbedret bearbejdelighed og slidstyrke
• Dimensionel stabilitet og resterende lindring
• Skræddersyede egenskaber til serviceforhold
• Konsistens og kvalitetssikring

3. Almindelige aluminiumsstøbningslegeringer

Aluminiumsstøbningslegeringer er typisk opdelt i to hovedkategorier:

• Sandstøbning / Permanent skimmel (Tyngdekraften støbt) legeringer
• Die casting legeringer (trykstøbt)

De er udpeget af en firecifret nummer (F.eks., A356, A319, A380) og falder ind i enten 2xx, 3xx, 4xx, eller 7xx serie afhængigt af de primære legeringselementer.

Tabel: Oversigt over almindelige aluminiumsstøbningslegeringer

4. Hvilke typer varmebehandling er tilgængelige til aluminiumsstøbninger?

Varmebehandlingsprocessen for støbegods af aluminiumsstøb varierer baseret på legeringssammensætningen, Støbningstype, og ønskede mekaniske egenskaber.

Der anvendes specialiserede ovne og omhyggeligt kontrollerede slukningsmetoder for at sikre dimensionel stabilitet og forhindre revner under behandlingen. Nedenfor er almindelige varmebehandlingstyper, der anvendes på aluminiumstøbegods:

Tf (Fuldt varmebehandlet)

Formålet med TF -behandlingen er at øge hårdheden og styrken af aluminiumstøbninger markant.

Processen involverer opvarmning af støbningen til ca. 515–535 ° C til 4 til 12 timer til at opløse legeringselementer i en solid løsning.

Det slukkes derefter hurtigt i varmt vand for at forhindre revner, efterfulgt af aldring ved 150–160 ° C til 4 til 16 timer.

Denne behandling fordobler næsten hårdheden ved den originale casting. TF bruges ofte, når der kræves høj styrke og holdbarhed, såsom i strukturelle komponenter.

Dens fordel ligger i den betydelige forbedring af mekaniske egenskaber, mens den opretholder casting -integritet.

TB -tilstand (T4)

Denne varmebehandling sigter mod at forbedre duktiliteten og moderat styrke.

Støbegods opvarmes lige under deres smeltepunkt, indtil legeringselementer kommer ind i en solid opløsning, derefter slukket i vand, kogende vand, eller polymeropløsning.

Det slukende medium er valgt til at afbalancere mekaniske egenskaber, Reducer forvrængning, og minimere intern stress.

TB er velegnet til dele, der kræver god formbarhed og svejsbarhed.

Fordelen er bevarelse af duktilitet og rimelig styrke, som letter yderligere fremstillingsprocesser.

TB7 (Løsning behandlet og stabiliseret)

Designet til at producere støbegods med forbedret formbarhed, Denne behandling ligner TF, men med aldring udført ved en højere temperatur på 240–270 ° C til 2 til 4 timer.

Dette resulterer i lidt blødere støbegods sammenlignet med TF, Gør dem lettere at arbejde med i applikationer, hvor der er behov for en vis fleksibilitet.

Det bruges i komponenter, der kræver bedre termisk stabilitet og sejhed.

De (Alderhærdning)

TE -varmebehandling fremskynder den naturlige aldringsproces ved opvarmningsstøbning til 150–170 ° C til 4 til 12 Timer uden slukning.

Dette er især nyttigt til indviklede eller fint fremhævede støbegods, der kan blive beskadiget ved hurtig køling.

Processen forbedrer hårdheden og stabiliteten uden at risikere forvrængning. TE foretrækkes for delikate dele, hvor formopbevaring er kritisk.

T5 (Nedbør aldring)

Denne kunstige aldringsproces stabiliserer støbegods ved at opvarme dem ved relativt lave temperaturer (150–200 ° C.) for 2 til 24 timer.

T5 forbedrer bearbejdeligheden og dimensionel stabilitet og anvendes typisk til at dø støbegods, hvor kontrolleret hårdhed og overfladefinish er vigtige.

Fordelen er forbedrede mekaniske egenskaber med minimal termisk indflydelse på støbningen.

T6 temperament

T6 -behandling bruges til at opnå høj styrke og hårdhed.

Støbningen er opløsning behandlet ved omkring 538 ° C i omkring 12 timer, Quenched hurtigt i vand eller glycol ved 66–100 ° C, derefter kunstigt alderen ved 154 ° C til 3 til 5 timer.

Ofte, Et uligningstrin følger slukning for at sikre dimensionel nøjagtighed.

T6 er bredt anvendt i rumfart, bilindustrien, og forsvarsindustrier for strukturelle dele, der har brug for fremragende mekanisk ydeevne.

Dens største fordel er at maksimere styrken, mens deformationen minimeres under belastning.

TF7 (T7 eller T71 - Opløsning behandlet og stabiliseret)

Denne behandling forbedrer høj temperatur mekanisk stabilitet ved opløsningsbehandling af støbegods og stabilisering af dem ved 200–250 ° C.

Mens det tilbyder lidt lavere træk- og udbyttestyrke end T6, TF7 forbedrer termisk modstand og dimensionel stabilitet.

Det er ideelt til komponenter udsat for forhøjede temperaturer eller langvarig stress.

Stresslindring og annealing (TS -tilstand)

Stressaflastningsvarmebehandling, udført ved 200-250 ° C., Reducerer resterende belastninger, der kan forårsage skævning eller revner.

Udglødning, Udført ved 300–400 ° C., Blødgør støbegods for lettere bearbejdning eller formning.

Disse behandlinger bruges typisk til tykke eller komplekse støbegods, der kræver yderligere mekaniske operationer. Deres fordel er forbedret dimensionel stabilitet og forbedret brugbarhed.

Polymer slukning

I stedet for vand, Polymeropløsninger bruges til at slukke støbegods i en langsommere hastighed.

Dette reducerer interne belastninger og forvrængning, Gør det velegnet til komplekse eller tyndvæggede støbegods, der kræver mindre hårdhed, men høj dimensionel nøjagtighed.

Polymer -slukning tilbyder en blødere kølemetode til at beskytte delikate geometrier.

Almindelige varmebehandlingstyper til tabel med aluminiumsstøbning

5. Alloy-specifikke varmebehandlingsopskrifter

A356/356.0: Standard T6 -proces

• Løsning: 540–560 ° C., 6 h (25 MM -sektion).
• Quench: Vand (~ 20 ° C.) med mild agitation.
• Aldring (T6): 160–165 ° C., 6 h; luft cool til omgivende.
• Valgfri T7: 180 ° C., 10 h; luft cool.

A380/A383: T4- og T5 -applikationer

• T4 (Naturlig aldring): Slukket fra 505–525 ° C; Hold 18–24 timer; Begrænset styrke (~ Uts 200 MPA) med god duktilitet (4–6%).
• T5: Direkte kunstig aldring kl 160 ° C i 4–6 timer; Resultater ~ uts 210–230 MPa, Forlængelse 3–4%.

319/319.0: SHT og aldring til HPDC

• Sht: 505–525 ° C i 4-6 timer (10–20 mm sektioner).
• Quench: Polymer (10% Pag) at reducere forvrængning.
• Alder (T6): 160–170 ° C i 8–10 timer; giver UTS ~ 260 MPa, Forlængelse ~ 4–5%.

A413: Støbegods med høj styrke

• Sht: 540–560 ° C i 8–10 timer (Tykke sektioner 50–100 mm).
• Quench: Vand + Korrosionsinhibitor; Mål mod 400 ° C/s afkøling.
• Alder (T6): 160–170 ° C., 10 h; UTS ~ 270–310 MPa, Forlængelse ~ 3–4%.
• Overskydning (T7): 180–200 ° C., 10–12 timer; UTS ~ 260–290 MPa, Forlængelse ~ 5–6%.

6061 (Støbte varianter) og speciallegeringer

• 6061–Cast Sht: 530–550 ° C i 4–6 timer (12–25 mm sektioner).
• Quench: Vand eller polymer (Begge acceptable til moderat forvrængning).
• Alder (T6): 160 ° C., 8 h; giver ~ uts 240–270 MPa, Forlængelse ~ 8–10%.
• 6063–Cast: Lignende er, T5 ofte tilstrækkelig til UTS 165–200 MPa, men T6 giver UTS ~ 210 MPa.

6. Mekaniske egenskabskorrelationer

Trækstyrke, Udbyttestyrke, og forlængelse efter behandling

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

Hårdhed ændres gennem varmebehandlingsstadier

• A356: Som last ~ 70 hb; Efter sht ~ 60 hb; T6 ~ 80-85 HB; T7 ~ 75–80 HB.
• 319: Som last ~ 75 HB; T5 ~ 85 HB; T6 ~ 90-95 HB.
• A413: Som last ~ 80 HB; T6 ~ 95-105 HB; T7 ~ 90–100 HB.

Træthedens ydeevne og revnevæksthastigheder

• A356 T6: Udholdenhedsgrænse ~ 70 MPa; T0 ~ 50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPa; Bedre høje temp -træthedsmodstand på grund af finere CU -rige udfælder.
• Reststresspåvirkning: Korrekt stresslindring kan øge træthedslivet med 20-30%.

Krybmodstand i applikationer med høj temperaturstøbning

• Overvåget A356 T7: Opretholder ~ 85% af stuetemperaturstyrken ved 150 ° C.; acceptable til motorbeslag.
• A413: T7 bevarer ~ 80% ved 200 ° C.; Anbefalet til transmissionshuse under vedvarende belastninger.

7. Anvendelser af aluminiumstøbninger

Bilindustri

• Motorblokke (A356 T6): Demonstreret 20% Vægtreduktion vs. støbejern; Varmebehandling giver UTS ~ 260 MPa, Aktivering af højere cylinderryk.
• Cylinderhoveder (319 T6): T6 -behandling eliminerer porøsitetsrelaterede træthedsfejl; Gentagne løb på tværs af linjetilbytte konsekvent ydeevne med <1% Skrot på grund af at slukke revner.

Luftfartskomponenter

• Turbinehjul (6061 T6): Gennem streng SHT og aldring, opnå træthedsliv >10⁷ cykler under 200 MPA -stress; CMM efterbehandling bekræfter udløb <0.01 mm.
• Landingsgearblokke (A356 T7): Overvåget for stabilitet, beholde 75% af styrke kl 120 ° C.; Ingen service på service 15,000 Cyklusser i evaluering.

Industrielle maskiner

• Pumpehuse (A413 T6): T6 sikrer UTS >280 MPA, Reduktion af vægtykkelse med 20% vs.. Som -cast designs; Smøringspassager forbliver inden for ± 0,05 mm efter slukke.
• Ventillegemer (A380 T5): Opnå uts ~ 220 MPa, Forlængelse ~ 4%; stresslindring kl 300 ° C eliminerer 80% af as -cast forvrængning, Reduktion af bearbejdningstid ved 30%.

Forbrugerelektronik og kølevand

• Køleplade (6061 T6): Udbytte UTS ~ 250 MPa og termisk ledningsevne ~ 180 W/M · K; Ekstruderet og derefter varmebehandlet til optimal ydelse i høje power LED -moduler.
• Laptop chassis (A356 T6): T6 sikrer strukturel stivhed under mekaniske belastninger; Minimal Warpage (<0.2 mm på tværs 200 mm span) Konserverer panelpasning og finish.

8. Konklusion

Varmebehandling af aluminium Støbegods er ikke et "en -størrelse -fits -all" -forslag.

Ved at forstå de metallurgiske grundlæggende elementer - opløses, slukning, Og aldring - metallurgister kan designe cyklusser, der optimerer egenskaber til specifikke legeringer (6061, 7075, 356, osv.) og del geometrier.

Gennem omhyggelig kontrol af ovnstemperaturer, Quench Media, og aldrende profiler, Støbegods omdannes til højpræstationskomponenter, der er egnede til rumfartsrum, Marine hardware, Automotive forsamlinger, og præcision elektroniske indhegninger.

I sidste ende, Succesfuld varmebehandling afhænger af:

• Valg af legering og kemi
• Præcis processtyring (temperatur, tid, slukningshastighed)
• Inspektion efter behandling (Ndt, Mekanisk test, Dimensionelle kontroller)
• Applikationsdrevne temperaturvalg (T6 for styrke, T7 for stabilitet, TS for stresslindring)

Ved at overholde disse principper og udnytte avanceret ovnteknologi og metrologier, Fabrikanter sikrer, at aluminiumstøbegods ikke kun mødes, men overskrider det mekaniske, holdbarhed, og pålidelighedsstandarder for moderne industrier.