Obróbka cieplna odlewów aluminiowych

1. Wstęp

Obróbka cieplna przekształca odlewy aluminiowe z odlewu, komponenty o zmiennych właściwościach w precyzyjnie zaprojektowane części, które spełniają rygorystyczne wymagania aplikacji.

Uważnie kontrolując temperaturę, Botowanie czasów, i stawki chłodzenia, odlewnie i hutnicy mogą dostosować właściwości mechaniczne,

takie jak wytrzymałość na rozciąganie, twardość, plastyczność, i odporność na zmęczenie, jednocześnie poprawiając właściwości użytkowe, maszyna, i stabilność wymiarowa.

W tym artykule omówiono podstawy, procesy, i najlepsze praktyki obróbki cieplnej odlewów aluminiowych.

Naszym celem jest zapewnienie profesjonalisty, autorytatywny, i kompleksowy przewodnik dla inżynierów, Metalurgs, oraz specjaliści ds. jakości poszukujący optymalizacji komponentów z odlewów aluminiowych pod kątem wydajności i kosztów.

2. Dlaczego odlewy aluminiowe należy poddać obróbce cieplnej?

Celem obróbki cieplnej jest:

• Zwiększona wytrzymałość na rozciąganie i twardość
• Poprawiona ciągliwość i odporność na zmęczenie
• Zwiększona skrawalność i odporność na zużycie
• Stabilność wymiarowa i odprężanie naprężeń szczątkowych
• Właściwości dostosowane do warunków świadczenia usług
• Spójność i zapewnienie jakości

3. Typowe stopy odlewnicze aluminium

Stopy odlewnicze aluminium dzieli się zazwyczaj na dwie główne kategorie:

• Casting piasku / Stała pleśń (odlew grawitacyjny) stopy
• Die casting stopy (Odlew na ciśnienie)

Są one wyznaczane przez A czterocyfrowy numer (NP., A356, A319, A380) i wpaść w albo 2xx, 3xx, 4xx, lub 7xx serii w zależności od głównych pierwiastków stopowych.

Tabela: Przegląd popularnych stopów odlewniczych aluminium

4. Jakie rodzaje obróbki cieplnej są dostępne dla odlewów aluminiowych?

Proces obróbki cieplnej odlewów aluminiowych różni się w zależności od składu stopu, rodzaj odlewu, i pożądanych właściwości mechanicznych.

Aby zapewnić stabilność wymiarową i zapobiec pękaniu podczas obróbki, stosuje się specjalistyczne piece i dokładnie kontrolowane metody hartowania. Poniżej przedstawiono typowe rodzaje obróbki cieplnej stosowane w przypadku odlewów aluminiowych:

TF (W pełni poddane obróbce cieplnej)

Celem obróbki TF jest znaczne zwiększenie twardości i wytrzymałości odlewów aluminiowych.

Proces polega na podgrzaniu odlewu do temperatury około 515–535°C przez ok 4 Do 12 godzin, aby rozpuścić pierwiastki stopowe w stały roztwór.

Następnie jest szybko hartowany w ciepłej wodzie, aby zapobiec pękaniu, a następnie starzenie w temperaturze 150–160°C przez 4 Do 16 godziny.

Zabieg ten niemal podwaja twardość oryginalnego odlewu. TF jest powszechnie stosowany, gdy wymagana jest wysoka wytrzymałość i trwałość, np. w elementach konstrukcyjnych.

Jego zaletą jest znaczna poprawa właściwości mechanicznych przy zachowaniu integralności odlewu.

Stan gruźlicy (T4)

Ta obróbka cieplna ma na celu poprawę ciągliwości i umiarkowanej wytrzymałości.

Odlewy ogrzewa się tuż poniżej ich temperatury topnienia, aż elementy stopowe przejdą do stałego roztworu, następnie hartowano w wodzie, wrzątek, lub roztwór polimeru.

Medium hartujące dobiera się tak, aby zrównoważyć właściwości mechaniczne, zmniejszyć zniekształcenia, i zminimalizować stres wewnętrzny.

TB nadaje się do części wymagających dobrej odkształcalności i spawalności.

Zaletą jest zachowanie ciągliwości i rozsądnej wytrzymałości, co ułatwia dalsze procesy produkcyjne.

TB7 (Roztwór poddany obróbce i stabilizowany)

Przeznaczone do produkcji odlewów o zwiększonej ciągliwości, obróbka ta jest podobna do TF, ale ze starzeniem prowadzonym w wyższej temperaturze 240–270°C 2 Do 4 godziny.

Powoduje to nieco bardziej miękkie odlewy w porównaniu do TF, dzięki czemu łatwiej jest z nimi pracować w zastosowaniach, w których wymagana jest pewna elastyczność.

Jest stosowany w komponentach wymagających lepszej stabilności termicznej i wytrzymałości.

TO (Hartowanie wieku)

Obróbka cieplna TE przyspiesza naturalny proces starzenia poprzez podgrzewanie odlewów do temperatury 150–170°C 4 Do 12 godziny bez żadnego gaszenia.

Jest to szczególnie przydatne w przypadku skomplikowanych lub drobnoziarnistych odlewów, które mogą zostać uszkodzone w wyniku szybkiego chłodzenia.

Proces ten poprawia twardość i stabilność bez ryzyka odkształcenia. TE jest preferowany do delikatnych części, gdzie zachowanie kształtu ma kluczowe znaczenie.

T5 (Starzenie się przez opady atmosferyczne)

Ten sztuczny proces starzenia stabilizuje odlewy poprzez ogrzewanie ich w stosunkowo niskich temperaturach (150–200 ° C.) Do 2 Do 24 godziny.

T5 poprawia obrabialność i stabilność wymiarową i jest zwykle stosowany do odlewów ciśnieniowych, gdzie ważna jest kontrolowana twardość i wykończenie powierzchni.

Zaletą są ulepszone właściwości mechaniczne przy minimalnym wpływie termicznym na odlew.

T6 Temper

Aby osiągnąć wysoką wytrzymałość i twardość, stosuje się obróbkę T6.

Odlew poddaje się obróbce roztworowej w temperaturze około 538°C przez około 12 godziny, szybko gaszone w wodzie lub glikolu w temperaturze 66–100°C, następnie sztucznie starzony w temperaturze 154°C 3 Do 5 godziny.

Często, po hartowaniu następuje etap prostowania, aby zapewnić dokładność wymiarową.

T6 jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, automobilowy, i przemyśle obronnym do części konstrukcyjnych wymagających doskonałych parametrów mechanicznych.

Jego główną zaletą jest maksymalizacja wytrzymałości przy jednoczesnej minimalizacji odkształceń pod obciążeniem.

TF7 (T7 lub T71 – poddane obróbce i stabilizowane roztworem)

Obróbka ta zwiększa stabilność mechaniczną w wysokiej temperaturze poprzez obróbkę przesycającą odlewy i stabilizację ich w temperaturze 200–250°C.

Chociaż oferuje nieco niższą granicę wytrzymałości na rozciąganie i plastyczność niż T6, TF7 poprawia odporność termiczną i stabilność wymiarową.

Idealnie nadaje się do elementów narażonych na działanie podwyższonych temperatur lub długotrwałych naprężeń.

Odprężanie i wyżarzanie (Stan TS)

Obróbka cieplna odprężająca, przeprowadza się w temperaturze 200–250°C, zmniejsza naprężenia szczątkowe, które mogą powodować wypaczenia lub pęknięcia.

Wyżarzanie, odbywa się w temperaturze 300–400°C, zmiękcza odlewy w celu łatwiejszej obróbki lub formowania.

Obróbki te są zwykle stosowane w przypadku grubych lub złożonych odlewów wymagających dalszych operacji mechanicznych. Ich zaletą jest poprawiona stabilność wymiarowa i zwiększona urabialność.

Hartowanie polimeru

Zamiast wody, roztwory polimerów stosuje się do wolniejszego hartowania odlewów.

Zmniejsza to wewnętrzne naprężenia i odkształcenia, dzięki czemu nadaje się do złożonych lub cienkościennych odlewów, które wymagają mniejszej twardości, ale dużej dokładności wymiarowej.

Hartowanie polimeru zapewnia delikatniejszą metodę chłodzenia w celu ochrony delikatnych geometrii.

Tabela typowych typów obróbki cieplnej odlewów aluminiowych

5. Przepisy dotyczące obróbki cieplnej specyficznej dla stopu

A356/356.0: Standardowy proces T6

• Rozwiązywanie: 540–560°C, 6 H (25 przekrój mm).
• Ugasić: Woda (~20°C) z lekkim wzburzeniem.
• Starzenie się (T6): 160–165°C, 6 H; powietrze chłodne do otoczenia.
• Opcjonalnie T7: 180 ° C., 10 H; chłodne powietrze.

A380/A383: Aplikacje T4 i T5

• T4 (Naturalne starzenie się): Hartować od 505–525 °C; przytrzymaj 18–24 godz; ograniczona siła (~UTS 200 MPA) z dobrą ciągliwością (4–6%).
• T5: Bezpośrednie sztuczne starzenie o godz 160 °C przez 4–6 godzin; wyniki ~UTS 210–230 MPa, wydłużenie 3–4%.

319/319.0: SHT i starzenie się w przypadku HPDC

• Sht: 505–525°C przez 4–6 godz (10–sekcje 20 mm).
• Ugasić: Polimer (10% PAG) w celu zmniejszenia zniekształceń.
• Wiek (T6): 160–170°C przez 8–10 godz; daje UTS ~260 MPa, wydłużenie ~4–5%.

A413: Odlewy o dużej wytrzymałości

• Sht: 540–560°C przez 8–10 godz (grube profile 50–100 mm).
• Ugasić: Woda + inhibitor korozji; celować 400 °C/s chłodzenie.
• Wiek (T6): 160–170°C, 10 H; UTS ~270–310 MPa, wydłużenie ~3–4%.
• Nadwyżka (T7): 180–200 ° C., 10–12 godz; UTS ~260–290 MPa, wydłużenie ~5–6%.

6061 (Warianty obsady) i stopy specjalne

• 6061-Obsada SHT: 530–550°C przez 4–6 godz (12–sekcje 25 mm).
• Ugasić: Woda lub polimer (oba akceptowalne przy umiarkowanych zniekształceniach).
• Wiek (T6): 160 ° C., 8 H; daje ~UTS 240–270 MPa, wydłużenie ~8–10%.
• 6063-Rzucać: Podobny SHT, T5 często wystarcza dla UTS 165–200 MPa, ale T6 daje UTS ~210 MPa.

6. Korelacje właściwości mechanicznych

Wytrzymałość na rozciąganie, Granica plastyczności, i wydłużenie po obróbce

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

Zmiany twardości na etapach obróbki cieplnej

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

Wydajność zmęczeniowa i tempo wzrostu pęknięć

• A356 T6: Wytrzymałość graniczna ~70 MPa; T0 ~50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPa; lepsza odporność na zmęczenie wysokotemperaturowe dzięki drobniejszym osadom bogatym w Cu.
• Wpływ stresu szczątkowego: Właściwe odprężenie może wydłużyć żywotność zmęczeniową o 20–30%.

Odporność na pełzanie w zastosowaniach związanych z odlewaniem w wysokiej temperaturze

• Przestarzały A356 T7: Utrzymuje ~85% wytrzymałości w temperaturze pokojowej w temp 150 ° C.; dopuszczalne dla wsporników silnika.
• A413: T7 zachowuje ~80% przy obecnym poziomie 200 ° C.; zalecany do obudów przekładni pod stałym obciążeniem.

7. Zastosowania odlewów aluminiowych

Przemysł motoryzacyjny

• Bloki silnika (A356 T6): Wykazano 20% redukcja wagi vs. lane żelazo; obróbka cieplna daje UTS ~260 MPa, umożliwiając wyższe ciśnienia w cylindrach.
• Głowice cylindra (319 T6): Obróbka T6 eliminuje uszkodzenia zmęczeniowe związane z porowatością; powtarzane przebiegi przez linię zapewniają stałą wydajność <1% złom w wyniku pękania przy hartowaniu.

Komponenty lotnicze

• Wirniki turbin (6061 T6): Poprzez rygorystyczne SHT i starzenie się, osiągnąć życie zmęczeniowe >10⁷ cykli poniżej 200 Stres MPa; Obróbka końcowa CMM potwierdza bicie <0.01 mm.
• Bloki podwozia (A356T7): Przeciążony dla stabilności, zachować 75% siły przy 120 ° C.; brak pęknięć w trakcie eksploatacji 15,000 cykle oceny.

Maszyny Przemysłowe

• Pompowanie obudowa (A413T6): T6 zapewnia UTS >280 MPA, zmniejszenie grubości ścianki o 20% vs.. projekty w formie odlewu; kanały smarne pozostają w granicach ±0,05 mm po hartowaniu.
• Ciała zaworów (A380T5): Osiągnij UTS ~220 MPa, wydłużenie ~4%; odprężenie w godz 300 °C eliminuje 80% zniekształceń po oddaniu, skrócenie czasu obróbki o 30%.

Elektronika użytkowa i radiatory

• Rozbadane (6061 T6): Wydajność UTS ~250 MPa i przewodność cieplna ~180 W/m·K; wytłaczane, a następnie poddawane obróbce cieplnej w celu uzyskania optymalnej wydajności w modułach LED dużej mocy.
• Podwozie z laptopa (A356 T6): T6 zapewnia sztywność konstrukcji pod obciążeniem mechanicznym; minimalne wypaczenie (<0.2 mm średnicy 200 rozpiętość mm) zachowuje dopasowanie i wykończenie panelu.

8. Wniosek

Obróbka cieplna aluminium castingi nie są propozycją uniwersalną.

Poprzez zrozumienie podstaw metalurgii — tworzenie rozwiązań, gaszenie, i starzenie się — metalurdzy mogą projektować cykle optymalizujące właściwości określonych stopów (6061, 7075, 356, itp.) i po części geometrie.

Poprzez dokładną kontrolę temperatury pieca, ugasić media, i profile starzenia, odlewy przekształcają się w wysokowydajne komponenty odpowiednie do drzewców lotniczych, Sprzęt morski, zespoły samochodowe, i precyzyjnych obudów elektronicznych.

Ostatecznie, skuteczna obróbka cieplna zależy od:

• Wybór stopu i chemia
• Precyzyjna kontrola procesu (temperatura, czas, szybkość tłumienia)
• Kontrola po zabiegu (Ndt, Testy mechaniczne, kontrole wymiarowe)
• Wybory temperamentu oparte na aplikacji (T6 na siłę, T7 dla stabilności, TS na odprężenie)

Przestrzegając tych zasad i wykorzystując zaawansowaną technologię pieców i metrologię, Producenci zapewniają, że odlewy aluminiowe nie tylko spełniają, ale przewyższają parametry mechaniczne, trwałość, i standardy niezawodności nowoczesnych gałęzi przemysłu.