Alumīnija lējumu termiskā apstrāde

1. Ievads

Termiskā apstrāde pārveido alumīnija lējumus no lējuma, mainīgu īpašību komponentus precīzi konstruētās daļās, kas atbilst stingrām pielietojuma prasībām.

Rūpīgi kontrolējot temperatūru, mērcēt laikus, un dzesēšanas likmes, lietuves un metalurgi var pielāgot mehāniskās īpašības,

piemēram, stiepes izturība, cietība, elastība, un noguruma pretestība, vienlaikus uzlabojot nodiluma īpašības, mašīnīgums, un dimensiju stabilitāte.

Šis raksts iedziļinās pamatos, procesi, un alumīnija lējumu termiskās apstrādes paraugprakse.

Mūsu mērķis ir nodrošināt profesionālu, autoritatīvs, un visaptverošs ceļvedis inženieriem, metalurģisti, un kvalitātes profesionāļi, kas cenšas optimizēt alumīnija liešanas komponentus veiktspējai un izmaksām.

2. Why Heat Treat Aluminum Castings?

Termiskās apstrādes mērķis ir:

• Paaugstināta stiepes izturība un cietība
• Uzlabota elastība un noguruma izturība
• Uzlabota apstrādājamība un nodilumizturība
• Izmēru stabilitāte un atlikušā stresa mazināšana
• Pakalpojuma apstākļiem pielāgoti īpašumi
• Konsekvence un kvalitātes nodrošināšana

3. Common Aluminum Casting Alloys

Alumīnija liešanas sakausējumus parasti iedala divās galvenajās kategorijās:

• Smilšu liešana / Pastāvīga pelējuma (gravitācijas cast) sakausējumi
• Mirkšana sakausējumi (spiediens)

Tos apzīmē a četrciparu skaitlis (Piem., A356, A319, A380) un iekrist vai nu 2xx, 3xx, 4xx, vai 7xx sērija atkarībā no primārajiem sakausējuma elementiem.

Galotne: Overview of Common Aluminum Casting Alloys

4. What Types of Heat Treatment Are Available for Aluminum Castings?

Alumīnija lējumu termiskās apstrādes process atšķiras atkarībā no sakausējuma sastāva, liešanas veids, un vēlamās mehāniskās īpašības.

Lai nodrošinātu izmēru stabilitāti un novērstu plaisāšanu apstrādes laikā, tiek izmantotas specializētas krāsnis un rūpīgi kontrolētas dzēšanas metodes.. Tālāk ir norādīti izplatītākie alumīnija lējumiem piemērotie termiskās apstrādes veidi:

TF (Fully Heat Treated)

TF apstrādes mērķis ir būtiski palielināt alumīnija lējumu cietību un izturību.

Process ietver lējuma karsēšanu līdz aptuveni 515–535 °C 4 līdz 12 stundas, lai sakausējuma elementus izšķīdinātu cietā šķīdumā.

Pēc tam to ātri atdzesē siltā ūdenī, lai novērstu plaisāšanu, kam seko izturēšana 150–160°C temperatūrā 4 līdz 16 laiks.

Šī apstrāde gandrīz divkāršo oriģinālā lējuma cietību. TF parasti izmanto, ja nepieciešama augsta izturība un izturība, piemēram, konstrukcijas komponentos.

Tās priekšrocība ir būtiska mehānisko īpašību uzlabošanās, vienlaikus saglabājot liešanas integritāti.

TB Condition (T4)

Šīs termiskās apstrādes mērķis ir uzlabot elastību un mērenu izturību.

Lējumus karsē tieši zem kušanas temperatūras, līdz sakausējuma elementi nonāk cietā šķīdumā, pēc tam atdzesē ūdenī, verdošs ūdens, vai polimēru šķīdums.

Rūdīšanas līdzeklis ir izvēlēts, lai līdzsvarotu mehāniskās īpašības, samazināt kropļojumus, un samazina iekšējo stresu.

TB ir piemērots detaļām, kurām nepieciešama laba formējamība un metināmība.

Priekšrocība ir elastības un saprātīgas izturības saglabāšana, kas atvieglo turpmākos ražošanas procesus.

TB7 (Solution Treated and Stabilized)

Paredzēts lējumu ražošanai ar uzlabotu kaļamību, šī apstrāde ir līdzīga TF, bet novecošana tiek veikta augstākā temperatūrā 240–270 °C. 2 līdz 4 laiks.

Tādējādi tiek iegūti nedaudz mīkstāki lējumi, salīdzinot ar TF, atvieglojot darbu ar tiem lietojumprogrammās, kur nepieciešama zināma elastība.

To izmanto komponentos, kam nepieciešama labāka termiskā stabilitāte un stingrība.

TE (Vecuma sacietēšana)

TE termiskā apstrāde paātrina dabisko novecošanās procesu, karsējot lējumus līdz 150–170°C. 4 līdz 12 stundas bez jebkādas dzēšanas.

Tas ir īpaši noderīgi sarežģītiem vai smalkiem lējumiem, kurus var sabojāt ātra dzesēšana.

Process uzlabo cietību un stabilitāti, neriskējot ar deformācijām. TE ir priekšroka delikātām daļām, kur formas saglabāšana ir kritiska.

T5 (Precipitation Aging)

Šis mākslīgais novecošanas process stabilizē lējumus, karsējot tos salīdzinoši zemā temperatūrā (150–200 ° C) par 2 līdz 24 laiks.

T5 uzlabo apstrādājamību un izmēru stabilitāti, un to parasti izmanto spiedlējumos, kur svarīga ir kontrolēta cietība un virsmas apdare.

Priekšrocība ir uzlabotas mehāniskās īpašības ar minimālu termisko ietekmi uz lējumu.

T6 rūdījums

T6 apstrāde tiek izmantota, lai sasniegtu augstu izturību un cietību.

Lējumu apstrādā ar šķīdumu aptuveni 538°C temperatūrā apmēram 12 laiks, ātri dzesē ūdenī vai glikolā 66–100°C temperatūrā, pēc tam mākslīgi izturēts 154°C temperatūrā 3 līdz 5 laiks.

Bieži, pēc dzēšanas seko iztaisnošanas solis, lai nodrošinātu izmēru precizitāti.

T6 plaši izmanto kosmosa jomā, autobūves, un aizsardzības rūpniecība konstrukciju daļām, kurām nepieciešama izcila mehāniskā veiktspēja.

Tās galvenā priekšrocība ir maksimāli palielināt izturību, vienlaikus samazinot deformāciju slodzes laikā.

TF7 (T7 or T71 – Solution Treated and Stabilized)

Šī apstrāde uzlabo mehānisko stabilitāti augstā temperatūrā, apstrādājot lējumus un stabilizējot tos 200–250 °C temperatūrā..

Lai gan tas piedāvā nedaudz zemāku stiepes un tecēšanas izturību nekā T6, TF7 uzlabo termisko pretestību un izmēru stabilitāti.

Tas ir ideāli piemērots komponentiem, kas pakļauti paaugstinātai temperatūrai vai ilgstošai spriedzei.

Stress Relief and Annealing (TS Condition)

Stresa mazināšanas termiskā apstrāde, veic 200-250°C temperatūrā, samazina atlikušos spriegumus, kas var izraisīt deformāciju vai plaisāšanu.

Rūdīšana, darīts 300-400°C temperatūrā, mīkstina lējumus vieglākai apstrādei vai formēšanai.

Šīs apstrādes parasti izmanto bieziem vai sarežģītiem lējumiem, kuriem nepieciešamas papildu mehāniskās darbības. To priekšrocība ir uzlabota izmēru stabilitāte un uzlabota apstrādājamība.

Polymer Quenching

Ūdens vietā, polimēru šķīdumus izmanto, lai lējumus atdzesētu ar lēnāku ātrumu.

Tas samazina iekšējo spriegumu un kropļojumus, padarot to piemērotu sarežģītiem vai plānsienu lējumiem, kam nepieciešama mazāka cietība, bet augsta izmēru precizitāte.

Polimēru dzēšana piedāvā maigāku dzesēšanas metodi, lai aizsargātu smalkas ģeometrijas.

Common Heat Treatment Types for Aluminum Castings Table

5. Alloy-Specific Heat Treatment Recipes

A356/356.0: Standard T6 Process

• Risinājumi: 540-560 °C, 6 h (25 mm sekcija).
• Dzēst: Laistīt (~20 °C) ar vieglu uzbudinājumu.
• Novecošanās (T6): 160-165 °C, 6 h; gaiss atdzesē līdz apkārtējai.
• Pēc izvēles T7: 180 ° C, 10 h; gaisa atdzesē.

A380/A383: T4 and T5 Applications

• T4 (Dabiska novecošanās): Dzēst no 505–525 °C; turēt 18-24h; ierobežots spēks (~UTS 200 MPA) ar labu lokanību (4–6%).
• T5: Tiešā mākslīgā novecošana plkst 160 °C 4–6 stundas; rezultāti ~UTS 210–230 MPa, pagarinājums 3–4%.

319/319.0: SHT and Aging for HPDC

• Strīds: 505–525 °C 4–6 stundas (10-20 mm sekcijas).
• Dzēst: Polimērs (10% PAG) lai samazinātu kropļojumus.
• Vecums (T6): 160–170 °C 8–10 stundas; dod UTS ~260 MPa, pagarinājums ~4-5%.

A413: High-Strength Castings

• Strīds: 540–560 °C 8–10 stundas (biezas sekcijas 50–100 mm).
• Dzēst: Laistīt + korozijas inhibitors; mērķis 400 °C/s dzesēšana.
• Vecums (T6): 160-170 °C, 10 h; UTS ~270–310 MPa, pagarinājums ~3-4%.
• Pārmērīgs vecums (T7): 180–200 ° C, 10-12h; UTS ~260–290 MPa, pagarinājums ~5-6%.

6061 (Cast Variants) and Specialty Alloys

• 6061- Cast SHT: 530–550 °C 4–6 stundas (12-25 mm sekcijas).
• Dzēst: Ūdens vai polimērs (abi ir pieņemami mēreniem kropļojumiem).
• Vecums (T6): 160 ° C, 8 h; dod ~UTS 240–270 MPa, pagarinājums ~8-10%.
• 6063‐Lietums: Līdzīgs SHT, T5 bieži pietiek UTS 165–200 MPa, bet T6 dod UTS ~ 210 MPa.

6. Mechanical Property Correlations

Stiepes izturība, Peļņas izturība, and Elongation Post‐Treatment

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

Hardness Changes Through Heat Treatment Stages

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

Fatigue Performance and Crack Growth Rates

• A356 T6: Izturības robeža ~70 MPa; T0 ~50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPa; labāka augstas temperatūras noguruma izturība, pateicoties smalkākām ar Cu bagātām nogulsnēm.
• Atlikušā stresa ietekme: Pareiza stresa mazināšana var palielināt noguruma laiku par 20–30%.

Izturība pret šļūdei augstas temperatūras liešanas lietojumos

• Novecojis A356 T7: Uztur ~85% no istabas temperatūras stiprības pie 150 ° C; pieņemams motora kronšteiniem.
• A413: T7 saglabā ~80% plkst 200 ° C; ieteicams transmisijas korpusiem pie ilgstošas ​​slodzes.

7. Alumīnija lējumu pielietojumi

Automobiļu rūpniecība

• Motora bloki (A356 T6): Demonstrēja 20% svara samazināšana vs. čuguns; termiskā apstrāde dod UTS ~260 MPa, kas nodrošina augstāku spiedienu cilindros.
• Cilindru galvas (319 T6): T6 apstrāde novērš ar porainību saistītas noguruma kļūmes; atkārtotas darbības pāri līnijai nodrošina konsekventu veiktspēju <1% lūžņi dzēšanas plaisāšanas dēļ.

Aviācijas un kosmosa sastāvdaļas

• Turbīnu lāpstiņriteņi (6061 T6): Ar stingru SHT un novecošanu, sasniegt noguruma dzīvi >10⁷ cikli zem 200 MPa stress; CMM pēcapstrāde apstiprina iztukšošanu <0.01 mm.
• Šasijas bloki (A356 T7): Novecojis stabilitātei, saglabāt 75% spēka plkst 120 ° C; nav ekspluatācijas plaisāšanas 15,000 cikli vērtēšanā.

Rūpnieciskās iekārtas

• Sūkņu apvalki (A413 T6): T6 nodrošina UTS >280 MPA, samazinot sienu biezumu par 20% vs. kā lietie dizaini; eļļošanas ejas pēc dzēšanas paliek ±0,05 mm robežās.
• Vārstu ķermeņi (A380 T5): Sasniedziet UTS ~220 MPa, pagarinājums ~4%; stresa mazināšana plkst 300 °C novērš 80% izkropļojumiem, samazinot apstrādes laiku par 30%.

Sadzīves elektronika un siltuma izlietnes

• Siltuma izlietnes (6061 T6): Raža UTS ~250 MPa un siltumvadītspēja ~180 W/m·K; ekstrudēts un pēc tam termiski apstrādāts, lai nodrošinātu optimālu veiktspēju lieljaudas LED moduļos.
• Klēpjdatora šasija (A356 T6): T6 nodrošina konstrukcijas stingrību mehāniskās slodzēs; minimāla deformācija (<0.2 mm šķērsām 200 mm laidums) saglabā paneļu piemērotību un apdari.

8. Secinājums

Termiskā apstrāde alumīnijs lējumi nav "viens izmērs der visiem" piedāvājums.

Izprotot metalurģijas pamatus — risinot, rūdīšana, un novecošana — metalurgi var izstrādāt ciklus, kas optimizē īpašības konkrētiem sakausējumiem (6061, 7075, 356, utc) un daļēji ģeometrijas.

Rūpīgi kontrolējot krāsns temperatūru, dzesētāji, un novecošanas profili, lējumi tiek pārveidoti par augstas veiktspējas komponentiem, kas piemēroti kosmosa detaļām, jūras aparatūra, automobiļu mezgli, un precīzi elektroniskie korpusi.

Galu galā, veiksmīga termiskā apstrāde ir atkarīga no:

• Sakausējuma izvēle un ķīmija
• Precīza procesa kontrole (temperatūra, laiks, dzēšanas ātrums)
• Pēcapstrādes pārbaude (Ndt, mehāniskā pārbaude, izmēru pārbaudes)
• Lietojumprogrammu vadītas temperamentu izvēles (T6 spēkam, T7 stabilitātei, TS stresa mazināšanai)

Ievērojot šos principus un izmantojot progresīvas krāsns tehnoloģijas un metroloģijas, ražotāji nodrošina, ka alumīnija lējumi ne tikai atbilst, bet arī pārsniedz mehānisko, izturība, un mūsdienu nozaru uzticamības standarti.