Warmtebehandeling voor aluminium gietstukken

1. Invoering

Warmtebehandeling transformeert aluminiumgietstukken van gegoten materiaal, componenten met variabele eigenschappen in nauwkeurig ontworpen onderdelen die voldoen aan veeleisende toepassingsvereisten.

Door de temperatuur zorgvuldig te controleren, weken tijden, en koelingspercentages, gieterijen en metallurgen kunnen mechanische eigenschappen op maat maken,

zoals treksterkte, hardheid, ductiliteit, en vermoeidheidsweerstand, terwijl ook de slijtage-eigenschappen worden verbeterd, machinaliteit, en dimensionale stabiliteit.

Dit artikel gaat in op de basisprincipes, processen, en beste praktijken voor het thermisch behandelen van aluminium gietstukken.

Wij streven ernaar om een ​​professional te leveren, gezaghebbend, en uitgebreide gids voor ingenieurs, metallurgisten, en kwaliteitsprofessionals die gegoten aluminiumcomponenten willen optimaliseren wat betreft prestaties en kosten.

2. Waarom aluminium gietstukken met warmte behandelen?

Het doel van warmtebehandeling is om:

• Verhoogde treksterkte en hardheid
• Verbeterde taaiheid en weerstand tegen vermoeidheid
• Verbeterde bewerkbaarheid en slijtvastheid
• Dimensionale stabiliteit en restspanningsverlichting
• Op maat gemaakte eigenschappen voor servicevoorwaarden
• Consistentie en kwaliteitsborging

3. Gemeenschappelijke aluminium gietlegeringen

Aluminiumgietlegeringen worden doorgaans onderverdeeld in twee hoofdcategorieën:

• Zandgieten / Permanente mal (zwaartekracht gegoten) legeringen
• Die casting legeringen (Drukgeest)

Zij worden aangewezen door a viercijferig nummer (Bijv., A356, A319, A380) en val in een van de 2xx, 3xx, 4xx, of 7xx serie afhankelijk van de primaire legeringselementen.

Tafel: Overzicht van gebruikelijke aluminiumgietlegeringen

4. Welke soorten warmtebehandeling zijn beschikbaar voor aluminium gietstukken??

Het warmtebehandelingsproces voor aluminium gietstukken varieert afhankelijk van de legeringssamenstelling, soort gieten, en gewenste mechanische eigenschappen.

Er worden gespecialiseerde ovens en zorgvuldig gecontroleerde afschrikmethoden gebruikt om de maatvastheid te garanderen en scheuren tijdens de behandeling te voorkomen. Hieronder staan ​​veel voorkomende soorten warmtebehandelingen die worden toegepast op aluminium gietstukken:

TF (Volledig warmtebehandeld)

Het doel van de TF-behandeling is om de hardheid en sterkte van aluminium gietstukken aanzienlijk te vergroten.

Het proces omvat het verwarmen van het gietstuk tot ongeveer 515–535 °C 4 naar 12 uur om legeringselementen op te lossen tot een vaste oplossing.

Vervolgens wordt het snel afgeschrikt in warm water om barsten te voorkomen, gevolgd door rijping bij 150–160°C 4 naar 16 uur.

Deze behandeling verdubbelt bijna de hardheid van het originele gietstuk. TF wordt vaak gebruikt wanneer hoge sterkte en duurzaamheid vereist zijn, zoals in structurele componenten.

Het voordeel ligt in de aanzienlijke verbetering van de mechanische eigenschappen, terwijl de integriteit van het gieten behouden blijft.

TB-conditie (T4)

Deze warmtebehandeling heeft tot doel de taaiheid en matige sterkte te verbeteren.

Gietstukken worden net onder hun smeltpunt verwarmd totdat legeringselementen in een vaste oplossing terechtkomen, vervolgens afgeschrikt in water, kokend water, of polymeeroplossing.

Het blusmedium wordt geselecteerd om de mechanische eigenschappen in evenwicht te brengen, vervorming verminderen, en interne stress minimaliseren.

TB is geschikt voor onderdelen die een goede vervormbaarheid en lasbaarheid vereisen.

Het voordeel is het behoud van ductiliteit en redelijke sterkte, wat verdere productieprocessen vergemakkelijkt.

TB7 (Oplossing behandeld en gestabiliseerd)

Ontworpen om gietstukken te produceren met verbeterde kneedbaarheid, Deze behandeling is vergelijkbaar met TF, maar waarbij veroudering wordt uitgevoerd bij een hogere temperatuur van 240–270 ° C 2 naar 4 uur.

Dit resulteert in iets zachtere gietstukken vergeleken met TF, waardoor ze gemakkelijker te gebruiken zijn in toepassingen waar enige flexibiliteit nodig is.

Het wordt gebruikt in componenten die een betere thermische stabiliteit en taaiheid vereisen.

DE (Leeftijd verharding)

TE-warmtebehandeling versnelt het natuurlijke verouderingsproces door gietstukken tot 150–170°C te verwarmen 4 naar 12 uur zonder enige verdoving.

Dit is vooral handig voor ingewikkelde of verfijnde gietstukken die beschadigd kunnen raken door snelle afkoeling.

Het proces verbetert de hardheid en stabiliteit zonder risico op vervorming. TE heeft de voorkeur voor delicate onderdelen waarbij vormbehoud van cruciaal belang is.

T5 (Neerslag Veroudering)

Dit kunstmatige verouderingsproces stabiliseert gietstukken door ze op relatief lage temperaturen te verwarmen (150–200 ° C) voor 2 naar 24 uur.

T5 verbetert de bewerkbaarheid en maatvastheid en wordt doorgaans toegepast op spuitgietstukken waarbij gecontroleerde hardheid en oppervlakteafwerking belangrijk zijn.

Het voordeel zijn verbeterde mechanische eigenschappen met minimale thermische impact op het gietstuk.

T6 Temper

T6-behandeling wordt gebruikt om hoge sterkte en hardheid te bereiken.

Het gietstuk wordt gedurende ongeveer 30 minuten oplossingsbehandeld bij ongeveer 538°C 12 uur, snel geblust in water of glycol bij 66–100°C, vervolgens kunstmatig verouderd bij 154°C 3 naar 5 uur.

Vaak, na het afschrikken volgt een richtstap om de maatnauwkeurigheid te garanderen.

T6 wordt veel toegepast in de lucht- en ruimtevaart, automobiel, en defensie-industrieën voor structurele onderdelen die uitstekende mechanische prestaties vereisen.

Het belangrijkste voordeel is het maximaliseren van de sterkte en het minimaliseren van vervorming onder belasting.

TF7 (T7 of T71 – Oplossingsbehandeld en gestabiliseerd)

Deze behandeling verbetert de mechanische stabiliteit bij hoge temperaturen door gietstukken oplossingsgericht te behandelen en ze te stabiliseren bij 200–250°C.

Hoewel het een iets lagere trek- en vloeigrens biedt dan T6, TF7 verbetert de thermische weerstand en maatvastheid.

Het is ideaal voor componenten die worden blootgesteld aan hoge temperaturen of langdurige belasting.

Stressverlichting en gloeien (TS-conditie)

Warmtebehandeling tegen stress, uitgevoerd bij 200–250°C, vermindert restspanningen die kromtrekken of scheuren kunnen veroorzaken.

Glans, uitgevoerd bij 300–400°C, verzacht gietstukken voor gemakkelijker bewerken of vormen.

Deze behandelingen worden doorgaans gebruikt voor dikke of complexe gietstukken die verdere mechanische bewerkingen vereisen. Hun voordeel is een verbeterde maatvastheid en verbeterde verwerkbaarheid.

Polymeer afschrikken

In plaats van water, polymeeroplossingen worden gebruikt om gietstukken langzamer te blussen.

Dit vermindert interne spanningen en vervorming, waardoor het geschikt is voor complexe of dunwandige gietstukken die minder hardheid maar een hoge maatnauwkeurigheid vereisen.

Het afschrikken van polymeren biedt een zachtere koelmethode om delicate geometrieën te beschermen.

Veel voorkomende soorten warmtebehandeling voor aluminium gietstukken Tabel

5. Legeringsspecifieke warmtebehandelingsrecepten

A356/356.0: Standaard T6-proces

• Oplossingsgericht: 540–560 °C, 6 H (25 mm doorsnede).
• Uitdoven: Water (~20 °C) met milde agitatie.
• Veroudering (T6): 160–165 °C, 6 H; luchtkoeling tot omgevingstemperatuur.
• Optionele T7: 180 ° C, 10 H; lucht koel.

A380/A383: T4- en T5-toepassingen

• T4 (Natuurlijke veroudering): Afschrikken van 505–525 °C; houd 18–24 uur vast; beperkte kracht (~UTS 200 MPA) met goede ductiliteit (4–6%).
• T5: Directe kunstmatige veroudering bij 160 °C gedurende 4–6 uur; resultaten ~UTS 210–230 MPa, verlenging 3–4%.

319/319.0: SHT en veroudering voor HPDC

• SHT: 505–525 °C gedurende 4–6 uur (10–20 mm secties).
• Uitdoven: Polymeer (10% PAG) om vervorming te verminderen.
• Leeftijd (T6): 160–170 °C gedurende 8–10 uur; levert UTS ~260 MPa op, verlenging ~4–5%.

A413: Gietstukken met hoge sterkte

• SHT: 540–560 °C gedurende 8–10 uur (dikke secties 50–100 mm).
• Uitdoven: Water + corrosieremmer; doel voor 400 °C/s koeling.
• Leeftijd (T6): 160–170 °C, 10 H; UTS ~270–310 MPa, verlenging ~3–4%.
• Overmaat (T7): 180–200 ° C, 10–12 uur; UTS ~260–290 MPa, verlenging ~5–6%.

6061 (Cast-varianten) en speciale legeringen

• 6061-SHT casten: 530–550 °C gedurende 4–6 uur (12–25 mm secties).
• Uitdoven: Water of polymeer (beide acceptabel voor matige vervorming).
• Leeftijd (T6): 160 ° C, 8 H; levert ~UTS 240–270 MPa op, verlenging ~8–10%.
• 6063-Vorm: Soortgelijke SHT, T5 is vaak voldoende voor UTS 165–200 MPa, maar T6 levert UTS ~210 MPa op.

6. Correlaties van mechanische eigenschappen

Treksterkte, Levert kracht op, en verlengingsnabehandeling

• A356 T6: UTS 240–280 MPa; YS 200–240 MPa; Verlenging 6–8%.
• A380T5: UTS 210–230 MPa; YS 160–180 MPa; Verlenging 3–4%.
• 319 T6: UTS 260–280 MPa; YS 210–230 MPa; Verlenging 4–5%.
• A413T6: UTS 270–310 MPa; YS 220–260 MPa; Verlenging 3–4%.

Hardheidsveranderingen door warmtebehandelingsfasen

• A356: Zoals gegoten ~ 70 HB; na SHT ~60 HB; T6 ~80–85 HB; T7 ~75–80 HB.
• 319: Zoals gegoten ~75 HB; T5 ~85 HB; T6 ~90–95 HB.
• A413: Zoals gegoten ~80 HB; T6 ~95–105 HB; T7 ~90–100 HB.

Vermoeidheidsprestaties en scheurgroeipercentages

• A356 T6: Uithoudingsvermogenslimiet ~70 MPa; T0 ~50 MPa.
• 319 T6: ~75 MPa; betere weerstand tegen vermoeiing bij hoge temperaturen dankzij fijnere Cu-rijke neerslagen.
• Resterende stressimpact: Een goede spanningsverlichting kan de levensduur van vermoeidheid met 20-30% verlengen.

Kruipweerstand bij giettoepassingen bij hoge temperaturen

• Oververouderde A356 T7: Behoudt ~85% van de sterkte bij kamertemperatuur 150 ° C; aanvaardbaar voor motorbeugels.
• A413: T7 behoudt ~80% bij 200 ° C; aanbevolen voor transmissiebehuizingen onder langdurige belasting.

7. Toepassingen van aluminium gietstukken

Auto -industrie

• Motorblokken (A356 T6): Gedemonstreerd 20% gewichtsreductie vs. gietijzer; warmtebehandeling levert UTS ~260 MPa op, waardoor hogere cilinderdrukken mogelijk zijn.
• Cilinderkoppen (319 T6): T6-behandeling elimineert porositeitgerelateerde vermoeidheidsproblemen; Herhaalde runs over de hele lijn leveren consistente prestaties op <1% schroot als gevolg van afschrikscheuren.

Ruimtevaartcomponenten

• Turbinewaaiers (6061 T6): Door rigoureuze SHT en veroudering, bereiken vermoeidheid leven >10⁷ cycli onder 200 MPa-stress; CMM-nabehandeling bevestigt uitputting <0.01 mm.
• Landingsgestelblokken (A356T7): Oververouderd voor stabiliteit, behouden 75% van kracht bij 120 ° C; geen kraken tijdens gebruik 15,000 cycli in evaluatie.

Industriële machines

• Pompbehuizingen (A413T6): T6 garandeert UTS >280 MPA, het verminderen van de wanddikte met 20% vs. as-cast-ontwerpen; smeerdoorgangen blijven na afschrikking binnen ±0,05 mm.
• Kleplichamen (A380T5): Bereik UTS ~220 MPa, verlenging ~4%; stressverlichting bij 300 °C elimineert 80% van as-cast-vervorming, het verminderen van de bewerkingstijd met 30%.

Consumentenelektronica en koellichamen

• Koellichamen (6061 T6): Opbrengst UTS ~250 MPa en thermische geleidbaarheid ~180 W/m·K; geëxtrudeerd en vervolgens met warmte behandeld voor optimale prestaties in krachtige LED-modules.
• Laptopchassis (A356 T6): T6 zorgt voor structurele stijfheid onder mechanische belastingen; minimale kromming (<0.2 mm breed 200 mm spanwijdte) behoudt de pasvorm en afwerking van het paneel.

8. Conclusie

Warmtebehandeling van aluminium gietstukken is geen “one-size-fits-all” voorstel.

Door de metallurgische grondbeginselen te begrijpen – het oplossen van problemen, blussen, en veroudering: metallurgen kunnen cycli ontwerpen die de eigenschappen van specifieke legeringen optimaliseren (6061, 7075, 356, enz.) en deels geometrieën.

Door zorgvuldige controle van de oventemperaturen, blusmedia, en verouderingsprofielen, gietstukken transformeren in hoogwaardige componenten die geschikt zijn voor rondhouten in de lucht- en ruimtevaart, mariene hardware, automobielassemblages, en precisie-elektronische behuizingen.

Uiteindelijk, succesvolle warmtebehandeling hangt af van:

• Legering selectie en chemie
• Nauwkeurige procesbeheersing (temperatuur, tijd, uitdovingssnelheid)
• Inspectie na de behandeling (NDT, mechanisch testen, dimensionale controles)
• Toepassingsgerichte temperkeuzes (T6 voor sterkte, T7 voor stabiliteit, TS voor stressverlichting)

Door deze principes na te leven en gebruik te maken van geavanceerde oventechnologie en metrologieën, fabrikanten zorgen ervoor dat aluminium gietstukken niet alleen voldoen aan de mechanische eisen, maar deze zelfs overtreffen, duurzaamheid, en betrouwbaarheidsnormen van moderne industrieën.