Tratamento térmico para peças fundidas de alumínio

1. Introdução

O tratamento térmico transforma as peças fundidas de alumínio de ascarações, Componentes variáveis -Property em peças de engenharia com precisão que atendem aos requisitos de inscrição exigentes.

Controlando cuidadosamente a temperatura, Mergulhe os tempos, e taxas de resfriamento, fundições e metalurgistas podem adaptar as propriedades mecânicas,

como força de tração, dureza, ductilidade, e resistência à fadiga, Ao melhorar as características de desgaste, MACHINABILIDADE, e estabilidade dimensional.

Este artigo investiga os fundamentos, processos, e práticas recomendadas de peças fundidas de alumínio de tratamento térmico.

Nosso objetivo é fornecer um profissional, autoritário, e guia abrangente para engenheiros, metalurgistas, e profissionais de qualidade que buscam otimizar componentes fundidos de alumínio para desempenho e custo.

2. Por que tratar aquecer as peças fundidas de alumínio?

O objetivo do tratamento térmico é:

• Maior resistência à tração e dureza
• Ductilidade melhorada e resistência à fadiga
• Machinabilidade aprimorada e resistência ao desgaste
• Estabilidade dimensional e alívio de tensão residual
• Propriedades personalizadas para condições de serviço
• Consistência e garantia de qualidade

3. Ligas de fundição de alumínio comuns

As ligas de fundição de alumínio são tipicamente divididas em duas categorias principais:

• Fundição de areia / Molde permanente (elenco de gravidade) ligas
• Morrer de elenco ligas (lançamento de pressão)

Eles são designados por um número de quatro dígitos (Por exemplo, A356, A319, A380) e cair no 2xx, 3xx, 4xx, ou 7xx série, dependendo dos elementos de liga primária.

Mesa: Visão geral das ligas de fundição de alumínio comuns

4. Que tipos de tratamento térmico estão disponíveis para peças fundidas de alumínio?

O processo de tratamento térmico para as peças fundidas de alumínio varia com base na composição da liga, tipo de fundição, e propriedades mecânicas desejadas.

Fornos especializados e métodos de extinção cuidadosamente controlados são empregados para garantir a estabilidade dimensional e evitar rachaduras durante o tratamento. Abaixo estão os tipos de tratamento térmico comum aplicados a peças fundidas de alumínio:

Tf (Totalmente tratado térmico)

O objetivo do tratamento com TF é aumentar significativamente a dureza e a força das peças fundidas de alumínio.

O processo envolve aquecer o elenco para cerca de 515-535 ° C para 4 para 12 horas para dissolver elementos de liga em uma solução sólida.

Então é rapidamente extinto em água morna para evitar rachaduras, seguido de envelhecimento a 150-160 ° C para 4 para 16 horas.

Este tratamento quase dobra a dureza do elenco original. TF é comumente usado quando são necessárias alta resistência e durabilidade, como em componentes estruturais.

Sua vantagem está na melhoria substancial nas propriedades mecânicas, mantendo a integridade da fundição.

Condição de TB (T4)

Este tratamento térmico tem como objetivo melhorar a ductilidade e a força moderada.

As peças fundidas são aquecidas logo abaixo do ponto de fusão até que os elementos da liga entrem em uma solução sólida, então extinto em água, água fervente, ou solução de polímero.

O meio de têmpera é selecionado para equilibrar propriedades mecânicas, reduzir a distorção, e minimizar o estresse interno.

A TB é adequada para peças que requerem boa formabilidade e soldabilidade.

A vantagem é a preservação da ductilidade e força razoável, o que facilita outros processos de fabricação.

TB7 (Solução tratada e estabilizada)

Projetado para produzir peças fundidas com maleabilidade aprimorada, Este tratamento é semelhante ao TF, mas com o envelhecimento realizado a uma temperatura mais alta de 240 a 270 ° C para 2 para 4 horas.

Isso resulta em peças fundidas um pouco mais macias em comparação com TF, tornando -os mais fáceis de trabalhar em aplicativos onde é necessária alguma flexibilidade.

É usado em componentes que exigem melhor estabilidade e resistência térmica.

O (Endurecimento por idade)

O tratamento térmico acelera o processo de envelhecimento natural, aquecendo as peças fundidas para 150-170 ° C para 4 para 12 horas sem extinção.

Isso é particularmente útil para peças fundidas intrincadas ou finamente destacadas que podem ser danificadas por um resfriamento rápido.

O processo melhora a dureza e a estabilidade sem arriscar a distorção. TE é preferido para peças delicadas onde a retenção de formas é crítica.

T5 (Envelhecimento da precipitação)

Este processo de envelhecimento artificial estabiliza as peças fundidas aquecendo -as a temperaturas relativamente baixas (150–200 ° C.) para 2 para 24 horas.

O T5 melhora a usinabilidade e a estabilidade dimensional e é normalmente aplicado a fundições de matriz onde a dureza controlada e o acabamento da superfície são importantes.

A vantagem é as propriedades mecânicas aprimoradas com um impacto térmico mínimo na fundição.

T6 Temper

O tratamento T6 é usado para obter alta resistência e dureza.

A fundição é a solução tratada em cerca de 538 ° C para cerca de 12 horas, Rapidamente extinto em água ou glicol a 66-100 ° C, então com idade artificial a 154 ° C para 3 para 5 horas.

Muitas vezes, Uma etapa de endireitamento segue a extinção para garantir a precisão dimensional.

T6 é amplamente aplicado no aeroespacial, automotivo, e indústrias de defesa para peças estruturais que precisam de excelente desempenho mecânico.

Sua principal vantagem é maximizar a força e minimizar a deformação sob carga.

TF7 (T7 ou T71 - Solução tratada e estabilizada)

Este tratamento aumenta a estabilidade mecânica de alta temperatura, tratando de fundições e estabilizando-as a 200–250 ° C.

Enquanto oferece tração ligeiramente menor e resistência de escoamento do que T6, O TF7 melhora a resistência térmica e a estabilidade dimensional.

É ideal para componentes expostos a temperaturas elevadas ou estresse a longo prazo.

Alívio do estresse e recozimento (Condição ts)

Tratamento térmico de alívio ao estresse, realizado a 200–250 ° C., reduz as tensões residuais que podem causar deformação ou rachaduras.

Recozimento, feito em 300-400 ° C., suaviza as peças fundidas para facilitar a usinagem ou a formação.

Esses tratamentos são normalmente usados para peças fundidas espessas ou complexas que exigem outras operações mecânicas. Sua vantagem é a estabilidade dimensional aprimorada e a trabalhabilidade aprimorada.

Tireização de polímero

Em vez de água, As soluções de polímeros são usadas para sacar as peças fundidas a uma taxa mais lenta.

Isso reduz tensões internas e distorção, tornando-o adequado para peças fundidas complexas ou de paredes finas que requerem menos dureza, mas alta precisão dimensional.

O polímero que a extinção oferece um método de refrigeração mais suave para proteger geometrias delicadas.

Tipos de tratamento térmico comum para peças fundidas de alumínio

5. Receitas de tratamento térmico específico para ligas

A356/356.0: Processo T6 padrão

• Solução: 540–560 ° C., 6 h (25 seção mm).
• Querece: Água (~ 20 ° C.) com agitação leve.
• Envelhecimento (T6): 160–165 ° C., 6 h; ar fresco para ambiente.
• T7 opcional: 180 ° c, 10 h; ar fresco.

A380/A383: Aplicações T4 e T5

• T4 (Envelhecimento natural): Querece de 505-525 ° C; Segure 18–24 h; força limitada (~ Uts 200 MPA) com boa ductilidade (4–6%).
• T5: Envelhecimento artificial direto em 160 ° C por 4-6 h; Resultados ~ UTS 210–230 MPA, Alongamento 3-4%.

319/319.0: SHT e envelhecimento para HPDC

• Sht: 505–525 ° C por 4-6 h (10–20 mm seções).
• Querece: Polímero (10% Pag) Para reduzir a distorção.
• Idade (T6): 160–170 ° C por 8 a 10 h; produz UTS ~ 260 MPA, alongamento ~ 4-5%.

A413: Peças fundidas de alta resistência

• Sht: 540–560 ° C por 8 a 10 h (Seções grossas de 50 a 100 mm).
• Querece: Água + inibidor de corrosão; objetivo para 400 ° C/S resfriamento.
• Idade (T6): 160–170 ° C., 10 h; UTS ~ 270-310 MPA, alongamento ~ 3-4%.
• Excesso (T7): 180–200 ° C., 10–12 h; UTS ~ 260–290 MPa, alongamento ~ 5-6%.

6061 (Variantes de elenco) e ligas especializadas

• 6061- Cast Sht: 530–550 ° C por 4-6 h (12–25 mm seções).
• Querece: Água ou polímero (Ambos aceitáveis para distorção moderada).
• Idade (T6): 160 ° c, 8 h; rendimentos ~ uts 240–270 mpa, alongamento ~ 8-10%.
• 6063-Elenco: Semelhante é, T5 geralmente suficiente para UTS 165–200 MPa, mas T6 produz UTS ~ 210 MPA.

6. Correlações de propriedade mecânica

Resistência à tracção, Força de escoamento, e alongamento pós -tratamento

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

A dureza muda através de estágios de tratamento térmico

• A356: AS - CAST ~ 70 HB; Depois de 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.

Desempenho de fadiga e taxas de crescimento de crack

• A356 T6: Limite de resistência ~ 70 MPa; T0 ~ 50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPa; Melhor resistência à fadiga de alta temperatura devido a precipitados mais finos de Cu.
• Impacto de estresse residual: O alívio do estresse adequado pode aumentar a vida de fadiga em 20 a 30%.

Resistência à fluência em aplicações de fundição de alta temperatura

• A356 T7 exagerado: Mantém ~ 85% da força de temperatura ambiente em 150 ° c; aceitável para suportes de motor.
• A413: T7 mantém ~ 80% em 200 ° c; Recomendado para caixas de transmissão sob cargas sustentadas.

7. Aplicações de peças fundidas de alumínio

Indústria automotiva

• Blocos do motor (A356 T6): Demonstrado 20% Redução de peso vs.. ferro fundido; O tratamento térmico produz UTS ~ 260 MPA, permitindo pressões mais altas do cilindro.
• Cabeças de cilindro (319 T6): O tratamento T6 elimina falhas de fadiga relacionadas à porosidade; corridas repetidas em toda a linha produzem desempenho consistente com <1% sucata devido a rachaduras de extinção.

Componentes aeroespaciais

• Impeladores de turbina (6061 T6): Através de sht rigoroso e envelhecimento, alcançar a vida de fadiga >10⁷ Ciclos abaixo 200 Estresse MPA; CMM pós -tratamento confirma execução <0.01 mm.
• Blocos de trem de pouso (A356 T7): Em excesso por estabilidade, reter 75% de força em 120 ° c; Não há rachaduras no serviço 15,000 Ciclos em avaliação.

Máquinas industriais

• Altas da bomba (A413 T6): T6 garante UTS >280 MPA, reduzindo a espessura da parede por 20% vs.. Designs de Cast; As passagens de lubrificação permanecem dentro de ± 0,05 mm após a escala.
• Corpos da válvula (A380 T5): Alcançar UTS ~ 220 MPA, alongamento ~ 4%; alívio do estresse em 300 ° C elimina 80% de distorção como - martide, reduzindo o tempo de usinagem por 30%.

Eletrônicos de consumo e dissipadores de calor

• Afotos de calor (6061 T6): Rendimento UTS ~ 250 MPa e condutividade térmica ~ 180 W/M · K; extrudado e depois tratado térmico para um desempenho ideal em módulos de LED de alta potência.
• Chassi de laptop (A356 T6): T6 garante rigidez estrutural sob cargas mecânicas; Warpage mínima (<0.2 mm de outro lado 200 mm span) preserva o ajuste e acabamento do painel.

8. Conclusão

Tratamento térmico de alumínio Castings não é uma proposta de “tamanho de tamanho '.

Ao entender os fundamentos metalúrgicos - resolvendo, Tireização, e envelhecimento - os metalurgistas podem projetar ciclos que otimizam propriedades para ligas específicas (6061, 7075, 356, etc.) e parte geometrias.

Através do controle cuidadoso das temperaturas do forno, Mídia de Quench, e perfis de envelhecimento, Castings se transformam em componentes de alto desempenho, adequados para escassas aeroespaciais, Hardware marinho, Conjuntos automotivos, e gabinetes eletrônicos de precisão.

Em última análise, O bem -sucedido tratamento térmico depende de:

• Seleção de ligas e química
• Controle preciso do processo (temperatura, tempo, Taxa de extinção)
• Inspeção pós -tratamento (Ndt, Teste mecânico, verificações dimensionais)
• Escolhas de temperamento acionadas por aplicativos (T6 para força, T7 para estabilidade, TS para alívio do estresse)

Aderindo a esses princípios e alavancando a tecnologia e metrologias avançadas do forno, Os fabricantes garantem que as peças fundidas de alumínio não apenas se encontrem, mas excedem a mecânica, durabilidade, e padrões de confiabilidade das indústrias modernas.