Traitement thermique pour les pièces moulées en aluminium

1. Introduction

Le traitement thermique transforme les moulages en aluminium à partir de cas, Composants à propulsion variable en pièces précisément conçues qui répondent aux exigences de demande exigeantes.

En contrôlant soigneusement la température, tremper, et les taux de refroidissement, Foundries et métallurgistes peuvent adapter les propriétés mécaniques,

comme la force de traction, dureté, ductilité, et résistance à la fatigue, Tout en améliorant également les caractéristiques d'usure, machinabilité, et stabilité dimensionnelle.

Cet article plonge dans les fondamentaux, processus, et les meilleures pratiques de traitement thermique en aluminium.

Nous visons à fournir un professionnel, faisant autorité, et guide complet des ingénieurs, métallurgistes, et des professionnels de la qualité qui cherchent à optimiser les composants de la distribution en aluminium pour la performance et le coût.

2. Pourquoi la chaleur traite les pièces moulées en aluminium?

Le but du traitement thermique est de:

• Augmentation de la résistance à la traction et de la dureté
• Amélioration de la résistance à la ductilité et à la fatigue
• Machinabilité et résistance à l'usure améliorées
• Stabilité dimensionnelle et soulagement résiduel
• Propriétés sur mesure pour les conditions de service
• Cohérence et assurance qualité

3. Alliages de coulée en aluminium commun

Les alliages de coulée en aluminium sont généralement divisés en deux catégories principales:

• Coulée de sable / Moule permanent (moulage par gravité) alliages
• Moulage alliages (coulée de pression)

Ils sont désignés par un numéro à quatre chiffres (Par exemple, A356, A319, A380) et tomber dans le 2xx, 3xx, 4xx, ou 7xx série en fonction des éléments d'alliage primaire.

Tableau: Aperçu des alliages de coulée en aluminium commun

4. Quels types de traitement thermique sont disponibles pour les pièces moulées en aluminium?

Le processus de traitement thermique pour les moulages en aluminium varie en fonction de la composition en alliage, type de moulage, et propriétés mécaniques souhaitées.

Des fours spécialisés et des méthodes d'extinction soigneusement contrôlées sont utilisées pour assurer la stabilité dimensionnelle et empêcher la fissuration pendant le traitement. Vous trouverez ci-dessous des types de traitement thermique communs appliqués aux pièces moulées en aluminium:

TF (Traité à la chaleur entièrement)

Le but du traitement TF est d'augmenter considérablement la dureté et la force des pièces moulées en aluminium.

Le processus consiste à chauffer la coulée à environ 515–535 ° C pour 4 à 12 heures pour dissoudre les éléments d'alliage dans une solution solide.

Il est ensuite rapidement éteint dans l'eau tiède pour éviter la fissuration, suivi du vieillissement à 150–160 ° C pour 4 à 16 heures.

Ce traitement double presque la dureté du casting d'origine. TF est couramment utilisé lorsque une résistance élevée et une durabilité sont nécessaires, comme dans les composants structurels.

Son avantage réside dans l'amélioration substantielle des propriétés mécaniques tout en maintenant l'intégrité de la coulée.

TB CONDITION (T4)

Ce traitement thermique vise à améliorer la ductilité et la résistance modérée.

Les pièces moulées sont chauffées juste en dessous de leur point de fusion jusqu'à ce que les éléments en alliage entrent dans une solution solide, puis éteint dans l'eau, eau bouillante, ou solution de polymère.

Le milieu de trempe est sélectionné pour équilibrer les propriétés mécaniques, réduire la distorsion, et minimiser le stress interne.

La tuberculose convient aux pièces qui nécessitent une bonne formabilité et une bonne soudabilité.

L'avantage est la préservation de la ductilité et de la force raisonnable, qui facilite d'autres processus de fabrication.

Tb7 (Solution traitée et stabilisée)

Conçu pour produire des pièces moulées avec une malléabilité améliorée, Ce traitement est similaire à TF mais avec le vieillissement conduit à une température plus élevée de 240–270 ° C pour 2 à 4 heures.

Il en résulte des moulages légèrement plus doux par rapport à TF, les rendre plus faciles à travailler dans des applications où une certaine flexibilité est nécessaire.

Il est utilisé dans les composants nécessitant une meilleure stabilité thermique et ténacité.

Le (Durcissement par âge)

Le traitement thermique du TE accélère le processus de vieillissement naturel en chauffant les pièces moulées à 150–170 ° C pour 4 à 12 heures sans aucune extinction.

Ceci est particulièrement utile pour les pièces moulées complexes ou finement en vedette qui pourraient être endommagées par un refroidissement rapide.

Le processus améliore la dureté et la stabilité sans risquer de distorsion. TE est préféré pour les pièces délicates où la rétention de forme est critique.

T5 (Vieillissement des précipitations)

Ce processus de vieillissement artificiel stabilise les moulages en les chauffant à des températures relativement basses (150–200 ° C) pour 2 à 24 heures.

T5 améliore la machinabilité et la stabilité dimensionnelle et est généralement appliquée aux pièces moulées où la dureté contrôlée et la finition de surface sont importantes.

L'avantage est une amélioration des propriétés mécaniques avec un impact thermique minimal sur la coulée.

T6

Le traitement T6 est utilisé pour atteindre une force et une dureté élevées.

La coulée est une solution traitée à environ 538 ° C pendant environ 12 heures, rapidement éteint dans l'eau ou le glycol à 66–100 ° C, puis âgé artificiellement à 154 ° C pour 3 à 5 heures.

Souvent, Une étape de redressement suit la trempe pour assurer la précision dimensionnelle.

T6 est largement appliqué dans l'aérospatiale, automobile, et les industries de la défense pour des pièces structurelles nécessitant d'excellentes performances mécaniques.

Son principal avantage est de maximiser la résistance tout en minimisant la déformation sous charge.

TF7 (T7 ou T71 - Solution traitée et stabilisée)

Ce traitement améliore la stabilité mécanique à haute température par la solution en traitant des moulages et en les stabilisant à 200 à 250 ° C.

Bien qu'il offre une traction et une limite d'élasticité légèrement inférieurs à T6, TF7 améliore la résistance thermique et la stabilité dimensionnelle.

Il est idéal pour les composants exposés à des températures élevées ou à un stress à long terme.

Soulagement du stress et recuit (Condition ts)

Traitement thermique de soulagement du stress, effectué à 200 à 250 ° C, réduit les contraintes résiduelles qui peuvent provoquer la déformation ou la fissuration.

Recuit, fait à 300–400 ° C, adoucit les moulages pour une usinage ou une formation plus facile.

Ces traitements sont généralement utilisés pour des pièces moulées épaisses ou complexes nécessitant d'autres opérations mécaniques. Leur avantage est une stabilité dimensionnelle améliorée et une ouvrabilité améliorée.

Extinction du polymère

Au lieu de l'eau, Les solutions en polymère sont utilisées pour éteindre les moulages à un rythme plus lent.

Cela réduit les contraintes internes et la distorsion, le rendant adapté à des pièces moulées complexes ou à parois minces qui nécessitent moins de dureté mais une précision dimensionnelle élevée.

La trempe en polymère offre une méthode de refroidissement plus douce pour protéger les géométries délicates.

Types de traitement thermique communs pour les pièces moulées en aluminium

5. Recettes de traitement thermique spécifiques à l'alliage

A356 / 356.0: Processus T6 standard

• Solution: 540–560 ° C, 6 H (25 Section MM).
• Éteindre: Eau (~ 20 ° C) avec une légère agitation.
• Vieillissement (T6): 160–165 ° C, 6 H; Air frais à Ambient.
• T7 en option: 180 ° C, 10 H; à l'air refroidi.

A380 /A383: Applications T4 et T5

• T4 (Vieillissement naturel): Tremper de 505 à 525 ° C; tenir 18 à 24 h; résistance limitée (~ Uts 200 MPA) avec une bonne ductilité (4–6%).
• T5: Vieillissement artificiel direct à 160 ° C pendant 4 à 6 h; Résultats ~ UTS 210–230 MPA, allongement 3 à 4%.

319/319.0: SHT et vieillissement pour HPDC

• SHT: 505–525 ° C pendant 4 à 6 h (10–20 mm sections).
• Éteindre: Polymère (10% Pagir) Pour réduire la distorsion.
• Âge (T6): 160–170 ° C pendant 8 à 10 h; donne des uts ~ 260 MPa, allongement ~ 4 à 5%.

A413: Pièces moulées à haute résistance

• SHT: 540–560 ° C pendant 8 à 10 h (Sections épaisses 50–100 mm).
• Éteindre: Eau + inhibiteur de la corrosion; viser 400 ° C / s refroidissement.
• Âge (T6): 160–170 ° C, 10 H; UTS ~ 270–310 MPA, allongement ~ 3 à 4%.
• Excédent (T7): 180–200 ° C, 10–12 h; UTS ~ 260–290 MPA, allongement ~ 5–6%.

6061 (Variants de jet) et alliages spécialisés

• 6061‐Cast sht: 530–550 ° C pendant 4 à 6 h (12–25 mm sections).
• Éteindre: Eau ou polymère (Les deux acceptables pour une distorsion modérée).
• Âge (T6): 160 ° C, 8 H; yields ~UTS 240–270 MPa, elongation ~8–10%.
• 6063‐Cast: Similar SHT, T5 often sufficient for UTS 165–200 MPa but T6 yields UTS ~210 MPa.

6. Corrélations de propriétés mécaniques

Résistance à la traction, Limite d'élasticité, et allongement après le traitement

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

Changements de dureté à travers les étapes du traitement thermique

• A356: As‐cast ~70 HB; after 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.

Performances de fatigue et taux de croissance des fissures

• A356 T6: Endurance limit ~70 MPa; T0 ~50 MPa.
• 319 T6: ~75 MPa; better high‐temp fatigue resistance due to finer Cu‐rich precipitates.
• Residual Stress Impact: Proper stress relief can boost fatigue life by 20–30%.

Résistance au fluage dans les applications de coulée à haute température

• Overaged A356 T7: Maintient environ 85% de la résistance à la température de pièce à 150 ° C; acceptable pour les supports de moteur.
• A413: T7 conserve ~ 80% à 200 ° C; recommandé pour les boîtiers de transmission sous des charges soutenues.

7. Applications des pièces moulées en aluminium

Industrie automobile

• Blocs de moteur (A356 T6): Démontré 20% réduction du poids vs. fonte; Le traitement thermique donne des UT ~ 260 MPa, permettant des pressions de cylindres plus élevées.
• Culasse (319 T6): Le traitement T6 élimine les échecs de fatigue liés à la porosité; des courses répétées à travers la ligne rendent des performances cohérentes avec <1% Scrap en raison de la fissuration de trempe.

Composants aérospatiaux

• Turbine Raconde (6061 T6): Grâce à un SHT et un vieillissement rigoureux, réaliser la vie de la fatigue >10⁷ Cycles sous 200 Stress MPA; Le post-traitement du CMM confirme le run-out <0.01 mm.
• Blocs d'atterrissage (A356 T7): Sur-enculé pour la stabilité, retenir 75% de force à 120 ° C; pas de craquement en service 15,000 cycles dans l'évaluation.

Machines industrielles

• Boîtiers de pompage (A413 T6): T6 assure les UT >280 MPA, réduisant l'épaisseur de la paroi de 20% contre. conceptions as-cast; Les passages de lubrification restent à ± 0,05 mm après la trempe.
• Corps de valve (A380 T5): Atteignez UTS ~ 220 MPa, allongement ~ 4%; Soulagement du stress à 300 ° C élimine 80% de distorsion telle que, réduisant le temps d'usinage de 30%.

Électronique grand public et dissipateurs de chaleur

• Chauffer (6061 T6): Rendre UTS ~ 250 MPa et conductivité thermique ~ 180 W / M · K; extrudé puis traité à la chaleur pour des performances optimales dans les modules LED à haute puissance.
• Châssis d'ordinateur portable (A356 T6): T6 assure une rigidité structurelle sous charges mécaniques; warpage minimal (<0.2 mm à travers 200 MM) conserve l'ajustement et la finition du panneau.

8. Conclusion

Traitement thermique de aluminium Les moulages ne sont pas une proposition de «taille unique».

En comprenant les fondamentaux métallurgiques - solution, éteinte, et vieillissement - les coutumes peuvent concevoir des cycles qui optimisent les propriétés pour des alliages spécifiques (6061, 7075, 356, etc.) et en partie géométries.

Par un contrôle minutieux des températures du four, éteindre les médias, et les profils vieillissants, Les pièces moulées se transforment en composants haute performance adaptés aux longerons aérospatiaux, matériel marin, assemblages automobiles, et enceintes électroniques de précision.

Finalement, Le traitement thermique réussi dépend de:

• Sélection en alliage et chimie
• Contrôle de processus précis (température, temps, taux de trempe)
• Inspection post-traitement (NDT, tests mécaniques, chèques dimensionnels)
• Choix de tempérament pilotés par l'application (T6 pour la force, T7 pour la stabilité, TS pour le soulagement du stress)

En adhérant à ces principes et en tirant parti de la technologie et des métrologies avancées de la fournaise, Les fabricants s'assurent que les pièces moulées en aluminium se rencontrent non seulement mais dépassent la mécanique, durabilité, et les normes de fiabilité des industries modernes.