Tepelné spracovanie hliníkových odliatkov

1. Zavedenie

Tepelné spracovanie transformuje hliníkové odliatky z AS -Cast, Komponenty s variabilnou prevádzkou do presne skonštruovaných častí, ktoré spĺňajú náročné požiadavky na aplikáciu.

Starostlivo regulovaním teploty, voči časom, a sadzby chladenia, zlievárne a metalurgisti môžu prispôsobiť mechanické vlastnosti,

napríklad pevnosť v ťahu, tvrdosť, ťažkosť, a únavový odpor, a zároveň zlepšuje charakteristiky opotrebenia, machináovateľnosť, a rozmerová stabilita.

Tento článok sa ponorí do základov, procesy, a osvedčené postupy tepelne ošetrenia hliníkových odliatkov.

Naším cieľom je poskytnúť profesionála, autoritatívny, a komplexný sprievodca pre inžinierov, hutníci, a kvalitných odborníkov, ktorí sa snažia optimalizovať komponenty hliníka pre výkon a náklady.

2. Prečo tepelne ošetrenie hliníkových odliatkov?

Účelom tepelného spracovania je:

• Zvýšená pevnosť a tvrdosť v ťahu
• Zlepšená ťažba a únava odolnosť
• Vylepšená mechanizovateľnosť a odolnosť proti opotrebeniu
• Dimenzionálna stabilita a zvyšková reliéf
• Vlastnosti na mieru pre servisné podmienky
• Konzistentnosť a zabezpečenie kvality

3. Bežné zliatiny obsadenia hliníka

Zliatiny obsadenia hliníka sú zvyčajne rozdelené do dvoch hlavných kategórií:

• Odlievanie piesku / Stála forma (odliatok) zliatiny
• Odlievanie zliatiny (odliatok)

Sú označené a štvorciferné číslo (Napr., A356, A319, A380) a spadnúť do buď 2xx, 3xx, 4xx, alebo 7xx séria v závislosti od primárnych prvkov na legovanie.

Tabuľka: Prehľad bežných zliatin hliníka

4. Aké typy tepelného spracovania sú k dispozícii pre hliníkové odliatky?

Proces tepelného spracovania pre odliatky hliníka sa líši v závislosti od zloženia zliatiny, casting, a požadované mechanické vlastnosti.

Na zabezpečenie rozmerovej stability a zabránenie praskania počas liečby sa používajú špecializované pece a starostlivo kontrolované metódy ochladenia. Nižšie sú uvedené bežné typy tepelného spracovania aplikované na hliníkové odliatky:

Tf (Úplne ošetrené tepelne)

Účelom liečby TF je významne zvýšiť tvrdosť a silu hliníkových odliatkov.

Proces zahŕňa zahrievanie odlievania na približne 515 - 535 ° C 4 do 12 Hodiny na rozpustenie legídnych prvkov do pevného roztoku.

Potom sa rýchlo uhasí v teplej vode, aby sa zabránilo praskaniu, nasledované starnutím pri 150 - 160 ° C pre 4 do 16 hodiny.

Táto liečba takmer zdvojnásobuje tvrdosť pôvodného obsadenia. TF sa bežne používa, keď sa vyžaduje vysoká pevnosť a trvanlivosť, napríklad v štrukturálnych komponentoch.

Jeho výhoda spočíva v podstatnom zlepšení mechanických vlastností pri zachovaní integrity obsadenia.

Stav TB (T4)

Cieľom tohto tepelného spracovania je zlepšiť ťažnosť a miernu pevnosť.

Odliatky sa zahrievajú tesne pod ich topiacim bodom, až kým prvky zliatiny nevstúpia do pevného roztoku, potom uhasené vo vode, vriaca voda, alebo polymérny roztok.

Zhasovacie médium je vybrané na vyváženie mechanických vlastností, znížiť skreslenie, a minimalizujte vnútorný stres.

TB je vhodná pre diely, ktoré si vyžadujú dobrú formovateľnosť a zvárateľnosť.

Výhodou je zachovanie ťažnosti a primeranej sily, čo uľahčuje ďalšie výrobné procesy.

Tb7 (Ošetrený a stabilizovaný roztok)

Navrhnuté tak, aby vyrábali odliatky so zvýšenou kľučkou, Toto ošetrenie je podobné TF, ale so starnutím vykonávaným pri vyššej teplote 240–270 ° C pre 2 do 4 hodiny.

To má za následok mierne mäkšie odliatky v porovnaní s TF, s nimi ľahšie pracovať v aplikáciách, kde je potrebná určitá flexibilita.

Používa sa v komponentoch, ktoré si vyžadujú lepšiu tepelnú stabilitu a tvrdosť.

Ten (Tvrdenie veku)

Tepelné spracovanie urýchľuje proces prirodzeného starnutia zahrievaním odliatkov na 150 - 170 ° C pre 4 do 12 Hodiny bez ochladenia.

Toto je užitočné najmä pre zložité alebo jemne predstavené odliatky, ktoré by sa mohli poškodiť rýchlym chladením.

Tento proces zlepšuje tvrdosť a stabilitu bez riskovania skreslenia. TE je uprednostňovaný pre jemné časti, kde je zachovanie tvaru kritické.

T5 (Starnutie zrážok)

Tento proces umelého starnutia stabilizuje odliatky ich zahrievaním pri relatívne nízkych teplotách (150–200 ° C) pre 2 do 24 hodiny.

T5 zlepšuje machinabilitu a rozmerovú stabilitu a zvyčajne sa aplikuje na odliatky, kde je kontrolovaná tvrdosť a povrchová úprava dôležitá.

Výhodou sú vylepšené mechanické vlastnosti s minimálnym tepelným dopadom na odlievanie.

T6

Ošetrenie T6 sa používa na dosiahnutie vysokej sily a tvrdosti.

Casting je roztok ošetrený približne 538 ° C približne 12 hodiny, rýchlo uhasený vo vode alebo glykole pri 66–100 ° C, potom umelo staršie pri 154 ° C pre 3 do 5 hodiny.

Často, Krok narovnania nasleduje ochladenie, aby sa zabezpečila rozmerová presnosť.

T6 je široko uplatňovaný v leteckom priestore, automobilový, a obranné odvetvia pre štrukturálne časti, ktoré potrebujú vynikajúci mechanický výkon.

Jeho hlavnou výhodou je maximalizácia pevnosti a zároveň minimalizácia deformácie pri zaťažení.

Tf7 (T7 alebo T71 - roztok ošetrený a stabilizovaný)

Toto ošetrenie zvyšuje mechanickú stabilitu s vysokou teplotou roztokom ošetrením odliatkov a ich stabilizáciou pri 200-250 ° C.

Aj keď ponúka mierne nižší ťah a výnosová pevnosť ako T6, TF7 zlepšuje tepelný odpor a rozmerovú stabilitu.

Je ideálny pre komponenty vystavené zvýšenému teplotám alebo dlhodobému stresu.

Úľava na stres a žíhanie (TS podmienka)

Tepelné spracovanie tepelného stresu, vykonané pri 200 - 250 ° C, znižuje zvyškové napätia, ktoré môžu spôsobiť deformovanie alebo praskanie.

Žíhanie, vykonané pri 300 - 400 ° C, zjemňuje odliatky pre ľahšie obrábanie alebo formovanie.

Tieto ošetrenia sa zvyčajne používajú na silné alebo zložité odliatky, ktoré si vyžadujú ďalšie mechanické operácie. Ich výhodou je zlepšená rozmerová stabilita a zvýšená spracovateľnosť.

Polymérny ochladenie

Namiesto vody, Polymérne roztoky sa používajú na ochladenie odliatkov pomalšie.

To znižuje vnútorné napätia a skreslenie, Vďaka tomu je vhodný pre zložité alebo tenké steny, ktoré si vyžadujú menšiu tvrdosť, ale vysokú dimenzionálnu presnosť.

Polymérne ochladenie ponúka jemnejšiu metódu chladenia na ochranu jemných geometrií.

Bežné typy tepelného spracovania pre hliníkové odliatky tabuľka

5. Recepty na tepelné spracovanie špecifické pre tepelné zliatiny

A356/356.0: Štandardný proces T6

• Roztok: 540–560 ° C, 6 h (25 mm sekcia).
• Uhasiť: Vodná voda (~ 20 ° C) s miernym agitáciou.
• Starnutie (T6): 160–165 ° C, 6 h; Vzduch v pohode do okolitého prostredia.
• Voliteľný T7: 180 ° C, 10 h; chladný.

A380/A383: Aplikácie T4 a T5

• T4 (Prirodzené starnutie): Zhasenie z 505 - 525 ° C; Držte 18–24 h; obmedzená sila (~ Uts 200 MPA) s dobrou ťažnosťou (4–6%).
• T5: Priame umelé starnutie na 160 ° C počas 4–6 hodín; Výsledky ~ UTS 210 - 230 MPa, predĺženie 3–4%.

319/319.0: SHT a starnutie pre HPDC

• Sht: 505–525 ° C počas 4–6 hodín (10–20 mm sekcie).
• Uhasiť: Polymér (10% Pag) na zníženie skreslenia.
• Vek (T6): 160–170 ° C počas 8–10 h; výnosy ~ 260 MPa, predĺženie ~ 4–5%.

A413: Odliatky

• Sht: 540–560 ° C počas 8–10 h (hrubé úseky 50 - 100 mm).
• Uhasiť: Vodná voda + inhibítor korózie; zamerať sa 400 Chladenie ° C/s.
• Vek (T6): 160–170 ° C, 10 h; UTS ~ 270 - 310 MPa, predĺženie ~ 3–4%.
• Nadmerná doba (T7): 180–200 ° C, 10–12 h; UTS ~ 260 - 290 MPa, predĺženie ~ 5–6%.

6061 (Odlievanie variantov) a špeciálne zliatiny

• 6061Sht: 530–550 ° C počas 4–6 hodín (12–25 mm sekcie).
• Uhasiť: Voda (Obidve prijateľné pre mierne skreslenie).
• Vek (T6): 160 ° C, 8 h; Výťažky ~ UTS 240 - 270 MPa, predĺženie ~ 8–10%.
• 6063Cast: Podobné je, T5 často dostatočné pre UTS 165 - 200 MPa, ale T6 poskytuje UT ~ 210 MPa.

6. Mechanické vlastnícke korelácie

Pevnosť v ťahu, Výnosová sila, a predĺženie po liečbe

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

Zmeny tvrdosti v štádiu tepelného spracovania

• A356: As -Cast ~ 70 HB; Po 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.

Únava a miera rastu trhlín

• A356 T6: Limit vytrvalosti ~ 70 MPa; T0 ~ 50 MPa.
• 319 T6: ~ 75 MPA; Lepšia vysokohorská odolnosť v oblasti únavy v dôsledku jemnejších zrážok bohatých na CU.
• Zvyškový stresový vplyv: Správna úľava zo stresu môže zvýšiť únavovú životnosť o 20–30%.

Odolnosť voči creep v aplikáciách odlievania s vysokým tempom

• Nadmerné A356 T7: Udržiava ~ 85% pevnosti v oblasti miestnosti 150 ° C; prijateľné pre držiaky motora.
• A413: T7 si zachováva ~ 80% na 200 ° C; Odporúča sa pre prenosové puzdrá pri trvalom zaťažení.

7. Aplikácie hliníkových odliatkov

Automobilový priemysel

• Blok (A356 T6): Preukázaný 20% redukcia hmotnosti vs. liatina; Tepelné spracovanie poskytuje UTS ~ 260 MPa, umožnenie vyšších tlakov valca.
• Hlava valca (319 T6): Liečba T6 eliminuje únavové zlyhania súvisiace s pórovitosťou; Opakované behy naprieč riadkom poskytujú konzistentný výkon s <1% Šrot z dôvodu poklesu praskania.

Letectvo

• Turbína (6061 T6): Prostredníctvom prísneho SHT a starnutia, dosiahnuť únavu >10⁷ cykly pod 200 Stres; Cmm po ošetrení potvrdzuje run -out <0.01 mm.
• Podvozky (A356 T7): Nadmerné pre stabilitu, udržať si 75% sily pri 120 ° C; Žiadna služba praskla nad 15,000 cykly pri hodnotení.

Priemyselné stroje

• Čerpacie puzdrá (A413 T6): T6 zaisťuje UTS >280 MPA, zníženie hrúbky steny 20% vs. As -Cast Designs; Lubrikačné pasáže zostávajú po ± 0,05 mm po ochladení.
• Telá ventilu (A380 T5): Dosiahnuť UTS ~ 220 MPa, predĺženie ~ 4%; úľava na stres pri 300 ° C eliminuje 80% skreslenia ako cast, skrátenie času obrábania o 30%.

Spotrebná elektronika a chladiace drezy

• Chladič (6061 T6): Výnos UT ~ 250 MPa a tepelná vodivosť ~ 180 W/m · k; extrudované a potom sa ošetrené teplom pre optimálny výkon v LED moduloch s vysokým výkonom.
• Podvozok (A356 T6): T6 zaisťuje štrukturálnu tuhosť pri mechanických zaťaženiach; minimálna vojna (<0.2 mm naprieč 200 mm rozpätie) Panel Panel sa prispôsobuje a dokončí.

8. Záver

Tepelné spracovanie hliník Odliatky nie sú „jednostranným fits -all“ návrhom.

Pochopením metalurgických základných základov - rozkazovanie, zhasnutie, a starnutie - metalurgisti môžu navrhovať cykly, ktoré optimalizujú vlastnosti pre konkrétne zliatiny (6061, 7075, 356, atď.) a časť geometrie.

Dôkladnou kontrolou teploty pecí, ochladenie médií, a profily starnutia, Odliatky sa transformujú na vysokovýkonné komponenty vhodné pre letecké spary, morský hardvér, automobilové zostavy, a presné elektronické kryty.

Nakoniec, Úspešné tepelné spracovanie závisí od:

• Zliatina a chémia
• Presná kontrola procesu (teplota, čas, ochladenie)
• Po liečbe (Ndt, mechanické testovanie, rozmerové kontroly)
• Aplikačné voľby nálady (T6 pre silu, T7 pre stabilitu, TS pre úľavu od stresu)

Dodržiavaním týchto princípov a využívaním pokročilých technológií a metrológií pecí, výrobcovia zabezpečujú, aby hliníkové odliatky nielen splnili, ale prekročili mechanické, trvanlivosť, a štandardy spoľahlivosti moderných odvetví.