Тепловая обработка для алюминиевых отливок

1. Введение

Термическая обработка превращает алюминиевые отливки из литой формы., компоненты с переменными свойствами в точно спроектированные детали, отвечающие строгим требованиям применения.

Тщательно контролируя температуру, Времена замопления, и скорости охлаждения, литейщики и металлурги могут адаптировать механические свойства,

такие как прочность на растяжение, твердость, пластичность, и устойчивость к усталости, одновременно улучшая характеристики износа, механизм, и размерная стабильность.

В этой статье рассматриваются основы, процессы, и лучшие практики термообработки алюминиевых отливок.

Мы стремимся предоставить профессиональную, авторитетный, и подробное руководство для инженеров, металлургисты, и профессионалы в области качества, стремящиеся оптимизировать литые из алюминия компоненты с точки зрения производительности и стоимости..

2. Зачем термообрабатывать алюминиевые отливки?

Целью термической обработки является:

• Повышенная прочность на разрыв и твердость
• Улучшенная пластичность и сопротивление усталости
• Повышенная обрабатываемость и износостойкость
• Стабильность размеров и снятие остаточного напряжения
• Свойства, адаптированные к условиям эксплуатации
• Последовательность и гарантия качества

3. Распространенные алюминиевые литейные сплавы

Алюминиевые литейные сплавы обычно делятся на две основные категории.:

• Кастинг песка / Постоянная плесень (гравитационный слепок) сплавы
• Умирать кастинг сплавы (отбрасывание давления)

Они обозначаются четырехзначное число (НАПРИМЕР., A356, A319, A380) и попасть либо в 2XX, 3XX, 4XX, или 7xx серия в зависимости от основных легирующих элементов.

Стол: Обзор распространенных алюминиевых литейных сплавов

4. Какие виды термообработки доступны для алюминиевых отливок?

Процесс термообработки алюминиевых отливок варьируется в зависимости от состава сплава., тип литья, и желаемые механические свойства.

Для обеспечения стабильности размеров и предотвращения растрескивания во время обработки используются специализированные печи и тщательно контролируемые методы закалки.. Ниже приведены распространенные типы термообработки, применяемые к алюминиевым отливкам.:

ТФ (Полностью термообработанный)

Целью обработки ТФ является значительное повышение твердости и прочности алюминиевых отливок..

Процесс включает нагрев отливки примерно до 515–535°C. 4 к 12 часов для растворения легирующих элементов в твердый раствор.

Затем его быстро закаливают в теплой воде, чтобы предотвратить растрескивание., с последующим старением при 150–160°С в течение 4 к 16 часы.

Эта обработка почти вдвое повышает твердость исходной отливки.. TF обычно используется, когда требуется высокая прочность и долговечность., например, в структурных компонентах.

Его преимущество заключается в существенном улучшении механических свойств при сохранении целостности отливки..

Состояние туберкулеза (T4)

Эта термообработка направлена ​​на улучшение пластичности и умеренной прочности..

Отливки нагревают чуть ниже точки плавления, пока элементы сплава не перейдут в твердый раствор., затем закалено в воде, кипящая вода, или раствор полимера.

Закалочная среда выбирается таким образом, чтобы сбалансировать механические свойства., уменьшить искажения, и минимизировать внутреннее напряжение.

TB подходит для деталей, требующих хорошей формуемости и свариваемости..

Преимуществом является сохранение пластичности и разумной прочности., что облегчает дальнейшие производственные процессы.

ТБ7 (Обработанный и стабилизированный раствор)

Предназначен для изготовления отливок повышенной ковкости., эта обработка аналогична ТФ, но старение проводится при более высокой температуре 240–270°C для 2 к 4 часы.

Это приводит к получению немного более мягких отливок по сравнению с TF., что упрощает работу с ними в приложениях, где необходима некоторая гибкость.

Он используется в компонентах, требующих лучшей термической стабильности и прочности..

ТО (Возрастное упрочнение)

Термическая обработка TE ускоряет естественный процесс старения за счет нагрева отливок до 150–170°C для 4 к 12 часы без какой-либо закалки.

Это особенно полезно для сложных или мелкозернистых отливок, которые могут быть повреждены в результате быстрого охлаждения..

Этот процесс повышает твердость и стабильность без риска деформации.. TE предпочтителен для деликатных деталей, где сохранение формы имеет решающее значение..

T5 (Старение под воздействием осадков)

Этот процесс искусственного старения стабилизирует отливки, нагревая их при относительно низких температурах. (150–200 ° C.) для 2 к 24 часы.

T5 улучшает обрабатываемость и стабильность размеров и обычно применяется при литье под давлением, где важны контролируемая твердость и чистота поверхности..

Преимущество – улучшенные механические свойства при минимальном термическом воздействии на отливку..

T6 Demper

Обработка Т6 используется для достижения высокой прочности и твердости..

Отливка подвергается обработке на раствор при температуре около 538°C в течение примерно 12 часы, быстро закаливается в воде или гликоле при температуре 66–100°C., затем искусственно состарили при 154°C для 3 к 5 часы.

Часто, этап правки следует за закалкой для обеспечения точности размеров.

Т6 широко применяется в аэрокосмической отрасли., Автомобиль, и оборонная промышленность для деталей конструкций, требующих превосходных механических характеристик..

Его основным преимуществом является максимальная прочность при минимальной деформации под нагрузкой..

ТФ7 (T7 или T71 – обработанный раствором и стабилизированный)

Эта обработка повышает механическую стабильность при высоких температурах за счет обработки отливок раствором и стабилизации их при температуре 200–250°C..

Хотя он обеспечивает немного меньший предел прочности и текучести, чем T6., TF7 улучшает термическое сопротивление и стабильность размеров..

Идеально подходит для компонентов, подвергающихся воздействию повышенных температур или длительной нагрузке..

Снятие стресса и отжиг (ТС-условие)

Термическая обработка для снятия стресса, проводят при 200–250°С, уменьшает остаточные напряжения, которые могут вызвать коробление или растрескивание.

Отжиг, делается при 300–400°C, смягчает отливки для облегчения механической обработки или формовки.

Эти обработки обычно используются для толстых или сложных отливок, требующих дополнительных механических операций.. Их преимуществом является улучшенная стабильность размеров и улучшенная обрабатываемость..

Полимерная закалка

Вместо воды, растворы полимеров используются для более медленной закалки отливок..

Это снижает внутренние напряжения и искажения., что делает его пригодным для сложных или тонкостенных отливок, требующих меньшей твердости, но высокой точности размеров..

Полимерная закалка предлагает более мягкий метод охлаждения для защиты хрупких геометрических форм..

Таблица распространенных типов термообработки алюминиевых отливок

5. Рецепты термообработки конкретных сплавов

А356/356.0: Стандартный процесс Т6

• Решение: 540–560 °С, 6 час (25 сечение мм).
• Утомить: Вода (~20 °С) с легким волнением.
• Старение (T6): 160–165 °С, 6 час; воздух охлаждается до температуры окружающей среды.
• Дополнительный Т7: 180 ° C., 10 час; воздух прохладный.

А380/A383: Приложения Т4 и Т5

• T4 (Естественное старение): Закалка от 505–525 °С.; держать 18–24 ч; ограниченная сила (~ ОТС 200 МПА) с хорошей пластичностью (4–6%).
• T5: Прямое искусственное старение при 160 °C в течение 4–6 часов; результаты ~UTS 210–230 МПа, удлинение 3–4%.

319/319.0: SHT и старение для HPDC

• Шт: 505–525 °C в течение 4–6 часов (10секции –20 мм).
• Утомить: Полимер (10% ПАГ) чтобы уменьшить искажения.
• Возраст (T6): 160–170 °С в течение 8–10 ч.; выход УТС ~260 МПа, elongation ~4–5%.

A413: Высокопрочные отливки

• Шт: 540–560 °C for 8–10 h (thick sections 50–100 mm).
• Утомить: Вода + corrosion inhibitor; aim for 400 °C/s cooling.
• Возраст (T6): 160–170 °C, 10 час; UTS ~270–310 MPa, elongation ~3–4%.
• Overage (T7): 180–200 ° C., 10–12 ч.; UTS ~260–290 MPa, elongation ~5–6%.

6061 (Варианты актерского состава) и специальные сплавы

• 6061‐Cast SHT: 530–550 °C for 4–6 h (12–25 mm sections).
• Утомить: Water or polymer (both acceptable for moderate distortion).
• Возраст (T6): 160 ° C., 8 час; yields ~UTS 240–270 MPa, elongation ~8–10%.
• 6063‐Cast: Similar SHT, T5 often sufficient for UTS 165–200 MPa but T6 yields UTS ~210 MPa.

6. Корреляции механических свойств

Предел прочности, Предел текучести условный, и удлинение после обработки

• A356 T6: UTS 240–280 MPa; YS 200–240 MPa; Elongation 6–8%.
• А380 Т5: UTS 210–230 MPa; YS 160–180 MPa; Elongation 3–4%.
• 319 T6: UTS 260–280 MPa; YS 210–230 MPa; Elongation 4–5%.
• A413 T6: UTS 270–310 MPa; YS 220–260 MPa; Elongation 3–4%.

Изменение твердости на этапах термообработки

• A356: As‐cast ~70 HB; after SHT ~60 HB; Т6 ~80–85 ГБ; Т7 ~75–80 ХБ.
• 319: As-cast ~75 HB; Т5 ~85 ГБ; Т6 ~90–95 ХБ.
• A413: As-cast ~80 HB; Т6 ~95–105 ХБ; Т7 ~90–100 ХБ.

Усталостные характеристики и скорость роста трещин

• A356 T6: Предел выносливости ~70 МПа; Т0 ~50 МПа.
• 319 T6: ~ 75 МПа; лучшее сопротивление высокотемпературной усталости за счет более мелких выделений с высоким содержанием меди.
• Влияние остаточного напряжения: Правильное снятие напряжения может увеличить усталостную долговечность на 20–30 %..

Сопротивление ползучести при высокотемпературном литье

• Устаревший А356 Т7: Сохраняет ~85% прочности при комнатной температуре при 150 ° C.; приемлемо для кронштейнов двигателя.
• A413: Т7 сохраняет ~80% при 200 ° C.; рекомендуется для корпусов трансмиссий, подвергающихся постоянным нагрузкам.

7. Применение алюминиевых отливок

Автомобильная промышленность

• Блоки двигателя (A356 T6): Продемонстрировано 20% снижение веса против. чугун; термообработка дает УТС ~260 МПа, обеспечение более высокого давления в цилиндрах.
• Головки цилиндров (319 T6): Обработка T6 устраняет усталостные разрушения, связанные с пористостью.; повторные проходы по линии обеспечивают стабильную производительность с <1% лом из-за закалочного растрескивания.

Аэрокосмические компоненты

• Турбинные рабочие колеса (6061 T6): Through rigorous SHT and aging, achieve fatigue life >10⁷ cycles under 200 MPa stress; CMM post‐treatment confirms run‐out <0.01 мм.
• Landing Gear Blocks (A356 T7): Overaged for stability, удерживать 75% of strength at 120 ° C.; no in‐service cracking over 15,000 cycles in evaluation.

Промышленная техника

• Насосные корпусы (A413 T6): T6 ensures UTS >280 МПА, reducing wall thickness by 20% против. as‐cast designs; lubrication passages remain within ±0.05 mm after quench.
• Клапанские тела (А380 Т5): Achieve UTS ~220 MPa, elongation ~4%; stress relief at 300 °C eliminates 80% of as‐cast distortion, reducing machining time by 30%.

Бытовая электроника и радиаторы

• Радиаторы (6061 T6): Yield UTS ~250 MPa and thermal conductivity ~180 W/m·K; extruded and then heat‐treated for optimal performance in high‐power LED modules.
• Ноутбук шасси (A356 T6): T6 ensures structural stiffness under mechanical loads; minimal warpage (<0.2 mm across 200 mm span) preserves panel fit and finish.

8. Заключение

Heat treatment of алюминий кастинги не являются универсальным предложением.

Понимая основы металлургии – находя решения, гашение, и старение — металлурги могут разрабатывать циклы, оптимизирующие свойства конкретных сплавов. (6061, 7075, 356, и т. д.) и частично геометрия.

Благодаря тщательному контролю температуры печи, закалочная среда, и профили старения, отливки превращаются в высокопроизводительные компоненты, подходящие для лонжеронов аэрокосмической отрасли., Морское оборудование, автомобильные сборки, и прецизионные электронные корпуса.

В конечном счете, Успешная термообработка зависит от:

• Выбор сплава и химия
• Точный контроль процесса (температура, время, скорость закалки)
• Осмотр после лечения (Непрерывный, Механическое тестирование, проверка размеров)
• Выбор температуры в зависимости от применения (Т6 для силы, Т7 для стабильности, ТС для снятия стресса)

Придерживаясь этих принципов и используя передовые печные технологии и метрологии,, производители гарантируют, что алюминиевые отливки не только соответствуют механическим требованиям, но и превосходят их., долговечность, и стандарты надежности современных отраслей промышленности.