Топлотни третман за алуминијумске одливке

1. Увођење

Термичком обрадом алуминијумски одливци се претварају из ливеног, компоненте променљивих својстава у прецизно пројектоване делове који испуњавају захтевне захтеве примене.

Пажљивим контролисањем температуре, намочила времена, и расхладне стопе, ливнице и металурзи могу кројити механичка својства,

попут затезне чврстоће, тврдоћа, дуктилност, и отпорност у умору, уз истовремено побољшање карактеристика хабања, обрада, и димензионална стабилност.

Овај чланак се бави основама, процеси, и најбоље праксе термичке обраде алуминијумских одливака.

Циљ нам је да пружимо професионалца, ауторитативан, и свеобухватан водич за инжењере, металургисти, и професионалци за квалитет који желе да оптимизују ливене алуминијумске компоненте за перформансе и цену.

2. Зашто топлотно третирати алуминијумске одливе?

Сврха термичке обраде је да се:

• Повећана затезна чврстоћа и тврдоћа
• Побољшана дуктилност и отпорност на замор
• Побољшана обрадивост и отпорност на хабање
• Димензиона стабилност и отклањање заосталих напрезања
• Особине прилагођене условима услуге
• Конзистентност и осигурање квалитета

3. Уобичајене легуре за ливење алуминијума

Легуре за ливење алуминијума се обично деле у две главне категорије:

• Ливење песка / Стални калуп (гравитација цаст) легуре
• Ливење легуре (под притиском)

Означава их а четвороцифрени број (Нпр., А356, А319, А380) и спадају у било које 2кк, 3кк, 4кк, или 7кк серије у зависности од примарних легирајућих елемената.

Сто: Преглед уобичајених легура алуминијума за ливење

4. Које врсте термичке обраде су доступне за алуминијумске одливе?

Процес топлотне обраде алуминијумских одливака варира у зависности од састава легуре, врста ливења, и жељене механичке особине.

Користе се специјализоване пећи и пажљиво контролисане методе гашења да би се обезбедила стабилност димензија и спречило пуцање током третмана. Испод су уобичајени типови термичке обраде који се примењују на алуминијумске одливе:

ТФ (Потпуно термички обрађено)

Сврха ТФ третмана је значајно повећање тврдоће и чврстоће алуминијумских одливака.

Процес укључује загревање одливака на око 515–535°Ц за 4 до 12 сати за растварање легирајућих елемената у чврсти раствор.

Затим се брзо гаси у топлој води како би се спречило пуцање, праћено старењем на 150–160°Ц фор 4 до 16 сати.

Овај третман скоро удвостручује тврдоћу оригиналног одливака. ТФ се обично користи када је потребна висока чврстоћа и издржљивост, као што су у структурним компонентама.

Његова предност лежи у значајном побољшању механичких својстава уз одржавање интегритета ливења.

ТБ стање (Т4)

Ова топлотна обрада има за циљ побољшање дуктилности и умерене чврстоће.

Одливци се загревају непосредно испод тачке топљења све док елементи легуре не уђу у чврст раствор, затим угашен у води, кључале воде, или раствор полимера.

Медијум за гашење је одабран да уравнотежи механичка својства, смањити изобличење, и минимизирати унутрашњи стрес.

ТБ је погодан за делове који захтевају добру формабилност и заварљивост.

Предност је очување дуктилности и разумне чврстоће, што олакшава даље производне процесе.

ТБ7 (Обрађен и стабилизован раствором)

Дизајниран за производњу одливака са побољшаном савитљивошћу, овај третман је сличан ТФ, али са старењем спроведеним на вишој температури од 240–270°Ц за 2 до 4 сати.

Ово резултира нешто мекшим одливцима у поређењу са ТФ, чинећи их лакшим за рад у апликацијама где је потребна одређена флексибилност.

Користи се у компонентама које захтевају бољу термичку стабилност и жилавост.

ТХЕ (Стврдњавање)

ТЕ топлотна обрада убрзава природни процес старења загревањем одливака на 150–170°Ц за 4 до 12 сати без икаквог гашења.

Ово је посебно корисно за сложене или фино обликоване одливе који се могу оштетити брзим хлађењем.

Процес побољшава тврдоћу и стабилност без ризика од изобличења. ТЕ је пожељнији за деликатне делове где је задржавање облика критично.

Т5 (Старење падавина)

Овај процес вештачког старења стабилизује одливке тако што их загрева на релативно ниским температурама (150-200 ° Ц) за 2 до 24 сати.

Т5 побољшава обрадивост и стабилност димензија и обично се примењује на ливење под притиском где је важна контролисана тврдоћа и завршна обрада површине.

Предност су побољшана механичка својства са минималним топлотним утицајем на ливење.

Т6 темперамент

Третман Т6 се користи за постизање високе чврстоће и тврдоће.

Одлив је третиран раствором на око 538°Ц око 12 сати, брзо угашен у води или гликолу на 66–100°Ц, затим вештачки одлежава на 154°Ц фор 3 до 5 сати.

Често, корак исправљања следи каљење да би се обезбедила тачност димензија.

Т6 се широко примењује у ваздухопловству, аутомобилске, и одбрамбене индустрије за структурне делове којима су потребне одличне механичке перформансе.

Његова главна предност је максимизирање чврстоће док минимизира деформације под оптерећењем.

ТФ7 (Т7 или Т71 – третиран и стабилизован раствором)

Овај третман побољшава механичку стабилност при високим температурама тако што одливаке третира раствором и стабилизује их на 200-250°Ц.

Иако нуди нешто нижу затезност и чврстоћу течења од Т6, ТФ7 побољшава термичку отпорност и стабилност димензија.

Идеалан је за компоненте изложене повишеним температурама или дуготрајном стресу.

Ослобађање од стреса и жарење (ТС Цондитион)

Термичка обрада за ослобађање од стреса, изведено на 200-250°Ц, смањује заостала напрезања која могу изазвати савијање или пуцање.

Враголовање, врши се на 300-400°Ц, омекшава одливке ради лакше обраде или обликовања.

Ови третмани се обично користе за дебеле или сложене одливе који захтевају даље механичке операције. Њихова предност је побољшана стабилност димензија и побољшана обрадивост.

Гашење полимера

Уместо воде, раствори полимера се користе за гашење одливака споријим темпом.

Ово смањује унутрашње напрезање и изобличење, што га чини погодним за сложене или танкозидне одливе који захтевају мању тврдоћу, али високу тачност димензија.

Гашење полимера нуди нежнију методу хлађења за заштиту деликатних геометрија.

Уобичајени типови топлотне обраде за столове од алуминијумских одливака

5. Рецепти за термичку обраду специфичних за легуре

А356/356.0: Стандардни Т6 процес

• Решење: 540–560 °Ц, 6 хмерово (25 мм пресека).
• Угасити: Водити воду (~20 °Ц) уз благу узнемиреност.
• Старење (Т6): 160–165 °Ц, 6 хмерово; хлађење ваздуха до амбијента.
• Опционо Т7: 180 ° Ц, 10 хмерово; ваздух хладан.

А380/А383: Т4 и Т5 апликације

• Т4 (Природно старење): Гашење од 505–525 °Ц; држати 18-24 х; ограничена снага (~УТС 200 МПА) with good ductility (4-6%).
• Т5: Директно вештачко старење на 160 °Ц 4-6 х; резултати ~УТС 210–230 МПа, издужење 3–4%.

319/319.0: СХТ и старење за ХПДЦ

• Схт: 505–525 °Ц 4–6 х (10– пресеци од 20 мм).
• Угасити: Полимер (10% ПАГ) да се смањи изобличење.
• Старост (Т6): 160–170 °Ц 8–10 х; даје УТС ~260 МПа, издужење ~4–5%.

А413: Одливци високе чврстоће

• Схт: 540–560 °Ц 8–10 х (дебели пресеци 50–100 мм).
• Угасити: Водити воду + инхибитор корозије; циљ за 400 °Ц/с хлађење.
• Старост (Т6): 160–170 °Ц, 10 хмерово; УТС ~270–310 МПа, издужење ~3–4%.
• Прекорачење (Т7): 180-200 ° Ц, 10–12 ч; УТС ~260–290 МПа, издужење ~5–6%.

6061 (Цаст Вариантс) и специјалне легуре

• 6061‐Цаст СХТ: 530–550 °Ц 4–6 х (12– пресеци од 25 мм).
• Угасити: Вода или полимер (обоје прихватљиво за умерено изобличење).
• Старост (Т6): 160 ° Ц, 8 хмерово; приноси ~УТС 240–270 МПа, издужење ~8–10%.
• 6063‐Гаст: Слично СХТ, Т5 је често довољан за УТС 165–200 МПа, али Т6 даје УТС ~210 МПа.

6. Корелације механичких својстава

Затезна чврстоћа, Снага приноса, и Елонгација након третмана

• А356 Т6: УТС 240–280 МПа; ИС 200–240 МПа; Издужење 6–8%.
• А380 Т5: УТС 210–230 МПа; ИС 160–180 МПа; Издужење 3–4%.
• 319 Т6: УТС 260–280 МПа; ИС 210–230 МПа; Издужење 4–5%.
• А413 Т6: УТС 270–310 МПа; ИС 220–260 МПа; Издужење 3–4%.

Тврдоћа се мења у фазама топлотне обраде

• А356: Ас-цаст ~70 ХБ; после СХТ ~60 ХБ; Т6 ~80–85 ХБ; Т7 ~75–80 ХБ.
• 319: Ас-цаст ~75 ХБ; Т5 ~85 ХБ; Т6 ~90–95 ХБ.
• А413: Ас-цаст ~80 ХБ; Т6 ~95–105 ХБ; Т7 ~90–100 ХБ.

Перформансе замора и стопе раста пукотина

• А356 Т6: Граница издржљивости ~70 МПа; Т0 ~50 МПа.
• 319 Т6: ~ 75 МПА; боља отпорност на замор при високим температурама због финијих талога богатих Цу.
• Утицај резидуалног напрезања: Правилно ослобађање од стреса може продужити живот умора за 20-30%.

Отпорност на пузање у апликацијама ливења на високим температурама

• Престарели А356 Т7: Одржава ~85% чврстоће на собној температури 150 ° Ц; прихватљиво за носаче мотора.
• А413: Т7 задржава ~80% ат 200 ° Ц; препоручује се за кућишта преноса под сталним оптерећењима.

7. Примене алуминијумских одливака

Аутомобилска индустрија

• Блокови мотора (А356 Т6): Демонстрирано 20% смањење тежине вс. ливено гвожђе; термичка обрада даје УТС ~260 МПа, омогућавајући веће притиске у цилиндрима.
• Главе цилиндра (319 Т6): Третман Т6 елиминише кварове услед замора који су повезани са порозношћу; поновљене вожње преко линије дају доследне перформансе са <1% отпад због гашења пуцања.

Ваздушне компоненте

• Турбине Импеллерс (6061 Т6): Кроз ригорозни СХТ и старење, постићи живот умора >10⁷ циклуси под 200 МПа стрес; ЦММ пост-третман потврђује истицање <0.01 мм.
• Блокови стајног трапа (А356 Т7): Престаро за стабилност, задржати 75% снаге у 120 ° Ц; нема крековања у раду 15,000 циклуси у евалуацији.

Индустриал Мацхинери

• Кућишта пумпе (А413 Т6): Т6 обезбеђује УТС >280 МПА, смањење дебљине зида за 20% вс. као ливени дизајни; пролази за подмазивање остају унутар ±0,05 мм након гашења.
• Тела вентила (А380 Т5): Остварите УТС ~220 МПа, издужење ~4%; ослобађање од стреса код 300 °Ц елиминише 80% изобличења као ливена, смањење времена обраде за 30%.

Потрошачка електроника и хладњаци

• Топлине (6061 Т6): Принос УТС ~250 МПа и топлотна проводљивост ~180 В/м·К; екструдирани и затим термички обрађени за оптималне перформансе у ЛЕД модулима велике снаге.
• Шасија за лаптоп (А356 Т6): Т6 обезбеђује структурну крутост под механичким оптерећењима; минимално искривљење (<0.2 мм преко 200 мм распон) чува уклапање и завршну обраду панела.

8. Закључак

Топлотна обрада од алуминијум одливци нису предлог "једна величина за све"..

Разумевањем металуршких основа — решавања, гашење, и старење — металурзи могу дизајнирати циклусе који оптимизују својства за специфичне легуре (6061, 7075, 356, итд.) и део геометрије.

Кроз пажљиву контролу температуре пећи, гашење медија, и профили старења, одливци се трансформишу у компоненте високих перформанси погодне за ваздухопловство, марински хардвер, аутомобилске склопове, и прецизна електронска кућишта.

На крају, успешна топлотна обрада зависи од:

• Избор легуре и хемије
• Прецизна контрола процеса (температура, време, стопа гашења)
• Инспекција након третмана (НДТ, Механичко испитивање, провере димензија)
• Избор темперамента заснован на апликацији (Т6 за снагу, Т7 за стабилност, ТС за ублажавање стреса)

Придржавањем ових принципа и коришћењем напредне технологије пећи и метрологије, произвођачи обезбеђују да алуминијумски одливци не само да испуњавају, већ и превазилазе механичке, издржљивост, и стандарди поузданости савремених индустрија.