Hőkezelés alumínium öntvényekhez

1. Bevezetés

A hőkezelés átalakítja az alumínium öntvényeket az AS -cast -ból, A változó -property komponensek pontosan megtervezett alkatrészekké, amelyek megfelelnek az igényes alkalmazási követelményeknek.

A hőmérséklet gondos szabályozásával, áztatja az időket, és a hűtési arányok, Az öntödök és a kohászok testreszabhatják a mechanikai tulajdonságokat,

mint például a szakítószilárdság, keménység, hajlékonyság, és a fáradtság ellenállás, miközben javítja a kopási jellemzőket is, megmunkálhatóság, és a mérési stabilitás.

Ez a cikk belemerül az alapokba, folyamatok, és az alumínium öntvények hőkezelésének legjobb gyakorlatai.

Célunk, hogy szakembert biztosítsunk, irányadó, és átfogó útmutató a mérnökök számára, kohárok, és a minőségi szakemberek, akik az alumínium öntött alkatrészek optimalizálására törekszenek a teljesítmény és a költségek érdekében.

2. Miért kezelje az alumínium öntvényeket?

A hőkezelés célja az:

• Megnövekedett szakítószilárdság és keménység
• Javított rugalmasság és fáradtság ellenállás
• Fokozott megmunkálhatóság és kopásállóság
• Dimenziós stabilitás és maradék -stresszi megkönnyebbülés
• Testreszabott tulajdonságok a szolgáltatási feltételekhez
• Konzisztencia és minőségbiztosítás

3. Általános alumínium öntőötvözetek

Az alumínium casting ötvözeteket általában két fő kategóriába sorolják:

• Homoköntés / Állandó penész (gravitációs öntvény) ötvözetek
• Casting ötvözetek (nyomástetértés)

Ezeket a négyjegyű szám (PÉLDÁUL., A356, A319, A380) és beleesik vagy a 2xx, 3xx, 4xx, vagy 7xx sorozat az elsődleges ötvöző elemektől függően.

Táblázat: Áttekintés a közönséges alumínium casting ötvözetekről

4. Milyen típusú hőkezelés áll rendelkezésre alumínium öntvényekhez?

Az alumínium öntvények hőkezelési folyamata az ötvözet összetételétől függően változik, öntvénytípus, és a kívánt mechanikai tulajdonságok.

Speciális kemencéket és gondosan ellenőrzött oltási módszereket alkalmaznak a méret stabilitásának biztosítása és a kezelés során a repedések megakadályozására. Az alábbiakban bemutatjuk az alumínium öntvényekre alkalmazott általános hőkezelési típusokat:

Tf (Teljesen hőkezelt)

A TF -kezelés célja az alumínium öntvények keménységének és erősségének jelentős növelése.

A folyamat magában foglalja az öntés melegítését 515–535 ° C -ra 4 hogy 12 Órák az ötvöző elemek szilárd oldatba történő feloldásához.

Ezután meleg vízben gyorsan le van oldva, hogy megakadályozzák a repedést, ezt követi az öregedés 150–160 ° C -on 4 hogy 16 óra.

Ez a kezelés szinte megduplázza az eredeti casting keménységét. A TF -et általában akkor használják, ha nagy szilárdságra és tartósságra van szükség, mint például a szerkezeti komponensekben.

Előnye a mechanikai tulajdonságok jelentős javulásában rejlik, miközben megőrzi az öntési integritást.

TB -állapot (T4)

Ennek a hőkezelésnek a célja a rugalmasság és a mérsékelt szilárdság javítása.

Az öntvényeket közvetlenül az olvadási pontjuk alatt melegítik, amíg az ötvözött elemek szilárd oldatot nem kapnak, Ezután vízben oltott, forró víz, vagy polimer oldat.

A kioltó közeg a mechanikai tulajdonságok kiegyensúlyozására van kiválasztva, Csökkentse a torzítást, és minimalizálja a belső stresszt.

A TB olyan alkatrészekhez alkalmas, amelyek jó formázhatóságot és hegeszthetőséget igényelnek.

Ennek előnye a rugalmasság és az ésszerű erő megőrzése, amely megkönnyíti a további gyártási folyamatokat.

Tb7 (Megoldott és stabilizált megoldás)

Úgy tervezték, hogy fokozott malleabilitással készítsenek öntvényeket, Ez a kezelés hasonló a TF -hez, de az öregedéssel magasabb hőmérsékleten, 240–270 ° C -on végezve 2 hogy 4 óra.

Ez kissé lágyabb öntvényeket eredményez a TF -hez képest, megkönnyítve őket olyan alkalmazásokban, ahol bizonyos rugalmasság szükséges.

Az alkatrészekben használják, amelyek jobb hőstabilitást és szilárdságot igényelnek.

A (Életkor megkeményedése)

A TE hőkezelés felgyorsítja a természetes öregedési folyamatot az öntvények 150–170 ° C -ra fűtésével 4 hogy 12 Órák oltás nélkül.

Ez különösen hasznos bonyolult vagy finoman kiemelt öntvényeknél, amelyeket a gyors hűtés megsérülhet.

A folyamat javítja a keménységet és a stabilitást a torzítás kockázata nélkül. A TE -t részesítik előnyben a finom alkatrészeknél, ahol az alakvisszatartás kritikus.

T5 (Csapadék öregedés)

Ez a mesterséges öregedési folyamat stabilizálja az öntvényeket azáltal, hogy viszonylag alacsony hőmérsékleten melegítik őket (150–200 ° C) -ra 2 hogy 24 óra.

A T5 javítja a megmunkálhatóságot és a méret stabilitását, és általában a sajtoló öntvényekre alkalmazzák, ahol a szabályozott keménység és a felületi kivitel fontos.

Az előnye a jobb mechanikai tulajdonságok, amelyek minimális hőhatással vannak az öntésre.

T6 hőmérséklet

A T6 kezelést nagy szilárdság és keménység elérésére használják.

Az öntvényt körülbelül 538 ° C -on kezelik, mintegy 12 óra, Gyorsan oltott vízben vagy glikolban 66–100 ° C -on, aztán mesterségesen érlelt 154 ° C -on 3 hogy 5 óra.

Gyakran, Egy kiegyenesítő lépés az oltást követi a dimenziós pontosság biztosítása érdekében.

A T6 -ot széles körben alkalmazzák az űrben, autóipari, és védelmi iparágak a szerkezeti részek számára, amelyek kiváló mechanikai teljesítményt igényelnek.

Fő előnye az erő maximalizálása, miközben minimalizálja a deformációt terhelés alatt.

Tf7 (T7 vagy T71 - oldatot kezelt és stabilizálva)

Ez a kezelés javítja a magas hőmérsékleti mechanikai stabilitást az öntvények kezelésével és a 200–250 ° C-on történő stabilizálásával.

Míg kissé alacsonyabb szakítószilárdságot és hozamszilárdságot kínál, mint a T6, A TF7 javítja a hőállóságot és a méret stabilitását.

Ideális a megnövekedett hőmérsékletnek vagy hosszú távú stressznek kitett alkatrészekhez.

Stresszoldás és lágyítás (TS állapot)

Stresszoldó hőkezelés, 200–250 ° C -on végezték el, csökkenti a fennmaradó feszültségeket, amelyek megszakadást vagy repedést okozhatnak.

Lágyítás, Kész 300–400 ° C -on, Lágyítja az öntvényeket a könnyebb megmunkálás vagy kialakítás érdekében.

Ezeket a kezeléseket általában vastag vagy összetett öntvényekhez használják, amelyek további mechanikai műveleteket igényelnek. Előnyük a jobb dimenziós stabilitás és a fokozott működési képesség.

Polimer kioltás

Víz helyett, A polimer oldatokat az öntvények lassabb sebességgel történő oltására használják.

Ez csökkenti a belső feszültségeket és a torzulást, alkalmassá teszi komplex vagy vékonyfalú öntvényekre, amelyek kevesebb keménységet igényelnek, de nagy dimenziós pontosságot igényelnek.

A polimer kioltása enyhébb hűtési módszert kínál a finom geometriák védelme érdekében.

Általános hőkezelő típusok alumínium öntvények táblázata

5. Ötvözet-specifikus hőkezelő receptek

A356/356.0: Standard T6 folyamat

• Megoldás: 540–560 ° C, 6 H (25 mm szakasz).
• Eloltás: Víz (~ 20 ° C) enyhe agitációval.
• Öregedés (T6): 160–165 ° C, 6 H; Levegőhűtés a környezetről.
• Opcionális T7: 180 ° C, 10 H; léghűtés.

A380/A383: T4 és T5 alkalmazások

• T4 (Természetes öregedés): Oltás 505–525 ° C -ig; Tartsa 18–24 órát; korlátozott erő (~ UTS 200 MPA) Jó rugalmassággal (4–6%).
• T5: Közvetlen mesterséges öregedés 160 ° C 4–6 órán át; Eredmények ~ UTS 210–230 MPA, meghosszabbítás 3–4%.

319/319.0: Sht és öregedés a HPDC -hez

• Ág: 505–525 ° C 4–6 órán át (10–20 mm -es szakaszok).
• Eloltás: Polimer (10% Pagány) A torzítás csökkentése érdekében.
• Kor (T6): 160–170 ° C 8–10 órán át; ~ 260 MPA UTS -t eredményez, Meghosszabbítás ~ 4–5%.

A413: Nagy szilárdságú öntvények

• Ág: 540–560 ° C 8–10 órán át (vastag szakaszok 50–100 mm).
• Eloltás: Víz + korróziógátló; célpont 400 ° C/s hűtés.
• Kor (T6): 160–170 ° C, 10 H; UTS ~ 270–310 MPA, Meghosszabbítás ~ 3–4%.
• Túlterhelés (T7): 180–200 ° C, 10–12 óra; UTS ~ 260–290 MPA, Meghosszabbítás ~ 5–6%.

6061 (Öntött változatok) és speciális ötvözetek

• 6061- cast sht: 530–550 ° C 4–6 órán át (12–25 mm -es szakaszok).
• Eloltás: Víz vagy polimer (Mindkettő elfogadható a mérsékelt torzításhoz).
• Kor (T6): 160 ° C, 8 H; hozam ~ UTS 240–270 MPa, Meghosszabbítás ~ 8–10%.
• 6063-Öntvény: Hasonló is van, A T5 gyakran elegendő az UTS 165–200 MPa -hoz, de a T6 UTS ~ 210 MPA -t eredményez.

6. Mechanikus tulajdonság korrelációk

Szakítószilárdság, Hozamszilárdság, és a kezelés utáni megnyúlás

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

A keménység megváltozik a hőkezelési szakaszokon keresztül

• A356: As -cast ~ 70 HB; SHT után ~ 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.

Fáradási teljesítmény és repedések növekedési üteme

• A356 T6: Kitartási határ ~ 70 MPa; T0 ~ 50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPa; Jobb, magas szintű fáradtság -ellenállás a finomabb Cu -Rich miatt.
• Fennmaradó stresszhatás: A megfelelő stressz -enyhítés 20–30% -kal növelheti a fáradtság élettartamát.

Kúszó ellenállás magas hőmérsékletű öntési alkalmazásokban

• Túlzott A356 T7: Fenntartja a szoba -hőmérséklet szilárdságának ~ 85% -át 150 ° C; A motor konzolok számára elfogadható.
• A413: A T7 ~ 80% -át megtartja 200 ° C; Az átviteli házak számára tartós terhelés mellett ajánlott.

7. Alumínium öntvények alkalmazása

Autóipar

• Motorblokkok (A356 T6): Bemutatott 20% Súlycsökkentés vs. öntöttvas; A hőkezelés ~ 260 MPA UTS -t eredményez, A magasabb hengernyomás lehetővé tétele.
• Hengerfejek (319 T6): A T6 kezelés kiküszöböli a porozitáshoz kapcsolódó fáradtság kudarcát; Ismételt futás a vonal hozamán keresztüli következetes teljesítmény <1% Scrap oltási repedés miatt.

Repülőgép-alkatrészek

• Turbina -mentők (6061 T6): Szigorú SHT és öregedés révén, elérni a fáradtság élettartamát >10⁷ ciklusok alatt 200 MPA stressz; A CMM a kezelés utáni megerősíti a futást <0.01 mm.
• Futómű blokkok (A356 T7): Túlzott a stabilitás érdekében, megtart 75% erő 120 ° C; A szolgálaton kívüli repedés nem 15,000 ciklusok az értékelésben.

Ipari gépek

• Szivattyúház (A413 T6): A T6 biztosítja az UTS -t >280 MPA, A falvastagság csökkentése azáltal, hogy 20% VS. As -cast tervek; A kenési szakaszok ± 0,05 mm -en belül maradnak a kioltás után.
• Szeleptestek (A380 T5): Elérni az UTS ~ 220 MPA -t, Meghosszabbítás ~ 4%; stresszoldás 300 ° C kiküszöböl 80% As -cast torzulás, A megmunkálási idő csökkentése az által 30%.

Fogyasztói elektronika és hőcsökkentés

• Hőcsökkentés (6061 T6): Hozam UTS ~ 250 MPa és hővezető képesség ~ 180 W/m · K; extrudálták, majd hővel kezeltek az optimális teljesítmény érdekében a nagy teljesítményű LED modulokban.
• Laptop alváz (A356 T6): A T6 biztosítja a szerkezeti merevséget mechanikus terhelések alatt; minimális lánctalpas (<0.2 mm átmenő 200 MM) megőrzi a panel illeszkedését és befejezését.

8. Következtetés

Hőkezelés alumínium Az öntvények nem egy „minden méretű” javaslat.

A fémkohászati ​​alapok megértésével - feloldva, eloltás, és az öregedés - a metallurgisták olyan ciklusokat tervezhetnek, amelyek optimalizálják a konkrét ötvözetek tulajdonságait (6061, 7075, 356, stb.) és részgeometriák.

A kemence hőmérsékletének gondos ellenőrzése révén, oltóhordozó, és az öregedő profilok, Az öntvények nagy teljesítményű alkatrészekké alakulnak ki, amelyek alkalmasak az űrrepülők számára, tengeri hardver, autószerelvények, és precíziós elektronikus házak.

Végül, A sikeres hőkezelés függ:

• Ötvözött választás és a kémia
• Pontos folyamatvezérlés (hőmérséklet, idő, elzárási sebesség)
• A kezelés utáni ellenőrzés (NDT, mechanikai tesztelés, dimenziós ellenőrzések)
• Alkalmazás által vezérelt temperamentumok választása (T6 az erőért, T7 a stabilitás érdekében, TS a stressz enyhítésére)

Ezeknek az alapelveknek a betartásával, valamint a fejlett kemence technológiák és a metrológiák kihasználásával, A gyártók biztosítják, hogy az alumínium öntvények ne csak megfeleljenek, hanem meghaladják a mechanikát, tartósság, és a modern iparágak megbízhatósági előírásai.