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, удлинение ~4–5%.

A413: Высокопрочные отливки

• Шт: 540–560 °С в течение 8–10 ч. (толстые секции 50–100 мм).
• Утомить: Вода + ингибитор коррозии; стремиться к 400 °C/с охлаждение.
• Возраст (T6): 160–170 °С, 10 час; УТС ~270–310 МПа, удлинение ~3–4%.
• Избыток (T7): 180–200 ° C., 10–12 ч.; УТС ~260–290 МПа, удлинение ~5–6%.

6061 (Варианты актерского состава) и специальные сплавы

• 6061‐Каст SHT: 530–550 °C в течение 4–6 часов (12секции –25 мм).
• Утомить: Вода или полимер (оба приемлемы для умеренных искажений).
• Возраст (T6): 160 ° C., 8 час; выход ~UTS 240–270 МПа., удлинение ~8–10%.
• 6063-Бросать: Похожие СХТ, Т5 часто достаточно для УТС 165–200 МПа, но Т6 дает УТС ~210 МПа..

6. Корреляции механических свойств

Предел прочности, Предел текучести условный, и удлинение после обработки

• A356 T6: УТС 240–280 МПа; YS 200–240 МПа; Удлинение 6–8%.
• А380 Т5: УТС 210–230 МПа; YS 160–180 МПа; Удлинение 3–4%.
• 319 T6: УТС 260–280 МПа; YS 210–230 МПа; Удлинение 4–5%.
• А413 Т6: УТС 270–310 МПа; YS 220–260 МПа; Удлинение 3–4%.

Изменение твердости на этапах термообработки

• A356: As-cast ~70 HB; после СХТ ~60 ХБ; 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): Благодаря строгому SHT и старению, достичь усталостной жизни >10⁷ циклы под 200 напряжение МПа; Последующая обработка ШМ подтверждает истощение <0.01 мм.
• Блоки шасси (А356 Т7): Перестарен для стабильности, удерживать 75% силы в 120 ° C.; никаких взломов во время эксплуатации 15,000 циклы оценки.

Промышленная техника

• Насосные корпусы (А413 Т6): Т6 обеспечивает ОТС >280 МПА, уменьшение толщины стенок за счет 20% против. литые конструкции; смазочные каналы после закалки остаются в пределах ±0,05 мм..
• Клапанские тела (А380 Т5): Достичь УТС ~220 МПа., удлинение ~4%; снятие стресса в 300 °C устраняет 80% искажения as-cast, сокращение времени обработки за счет 30%.

Бытовая электроника и радиаторы

• Радиаторы (6061 T6): Выход УТС ~250 МПа и теплопроводность ~180 Вт/м·К.; экструдирован, а затем подвергнут термообработке для достижения оптимальных характеристик в мощных светодиодных модулях.
• Ноутбук шасси (A356 T6): Т6 обеспечивает жесткость конструкции при механических нагрузках.; минимальная деформация (<0.2 мм в поперечнике 200 пролет мм) сохраняет форму и отделку панели.

8. Заключение

Термическая обработка 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.