Värmebehandling för aluminiumgjutningar

1. Introduktion

Värmebehandling förvandlar aluminiumgjutningar från As -sändningar, Variabel -egendomskomponenter i exakt konstruerade delar som uppfyller krävande applikationskrav.

Genom att noggrant kontrollera temperaturen, blötlägg, och kylningshastigheter, gjuterier och metallurgister kan skräddarsy mekaniska egenskaper,

som draghållfasthet, hårdhet, duktilitet, och trötthetsmotstånd, samtidigt som du förbättrar slitegenskaperna, bearbetbarhet, och dimensionell stabilitet.

Den här artikeln går in i grunderna, processer, och bästa praxis för värmebehandling av aluminiumgjutningar.

Vi strävar efter att ge en professionell, auktoritativ, och omfattande guide till ingenjörer, metallurg, och kvalitetsproffs som försöker optimera aluminiumgjutkomponenter för prestanda och kostnad.

2. Varför värmebehandling av aluminiumgjutningar?

Syftet med värmebehandling är att:

• Ökad draghållfasthet och hårdhet
• Förbättrad duktilitet och trötthetsmotstånd
• Förbättrad bearbetbarhet och slitmotstånd
• Dimensionell stabilitet och rest -stress -lättnad
• Skräddarsydda egenskaper för serviceförhållanden
• Konsistens och kvalitetssäkring

3. Vanlig aluminiumgjutningslegeringar

Aluminiumgjutningslegeringar är vanligtvis uppdelade i två huvudkategorier:

• Sandgjutning / Permanent mögel (tyngdkraft) legeringar
• Gjutning legeringar (tryckgjutning)

De utses av en fyrsiffrigt nummer (TILL EXEMPEL., A356, A319, A380) och falla i antingen 2xx, 3xx, 4xx, eller 7xx serie beroende på de primära legeringselementen.

Tabell: Översikt över vanliga aluminiumgjutningslegeringar

4. Vilka typer av värmebehandling finns för aluminiumgjutningar?

Värmebehandlingsprocessen för aluminiumgjutningar varierar beroende på legeringssammansättningen, gjuttyp, och önskade mekaniska egenskaper.

Specialiserade ugnar och noggrant kontrollerade släckningsmetoder används för att säkerställa dimensionell stabilitet och förhindra sprickor under behandlingen. Nedan finns vanliga värmebehandlingstyper som appliceras på aluminiumgjutningar:

Tf (Helt värmebehandlad)

Syftet med TF -behandlingen är att avsevärt öka hårdheten och styrkan hos aluminiumgjutningar.

Processen innebär att uppvärmningen av gjutningen till cirka 515–535 ° C för 4 till 12 timmar för att lösa legeringselement i en solid lösning.

Den släcks sedan snabbt i varmt vatten för att förhindra sprickor, följt av åldrande vid 150–160 ° C för 4 till 16 timme.

Denna behandling fördubblar nästan hårdheten i den ursprungliga gjutningen. TF används ofta när hög styrka och hållbarhet krävs, som i strukturella komponenter.

Dess fördel ligger i den betydande förbättringen av mekaniska egenskaper samtidigt som man bibehåller gjutningsintegritet.

TB -tillstånd (T4)

Denna värmebehandling syftar till att förbättra duktilitet och måttlig styrka.

Gjutningarna värms strax under deras smältpunkt tills legeringselement kommer in i en solid lösning, släcktes sedan i vatten, kokande vatten, eller polymerlösning.

Kylningsmediet väljs för att balansera mekaniska egenskaper, minska snedvridningen, och minimera intern stress.

TB är lämplig för delar som kräver god formbarhet och svetsbarhet.

Fördelen är bevarande av duktilitet och rimlig styrka, vilket underlättar ytterligare tillverkningsprocesser.

Tb7 (Lösning behandlad och stabiliserad)

Utformad för att producera gjutningar med förbättrad formbarhet, Denna behandling liknar TF men med åldrande genomförd vid en högre temperatur på 240–270 ° C för 2 till 4 timme.

Detta resulterar i något mjukare gjutningar jämfört med TF, Gör dem enklare att arbeta med i applikationer där viss flexibilitet behövs.

Det används i komponenter som kräver bättre termisk stabilitet och seghet.

De (Åldershärdning)

TE -värmebehandling påskyndar den naturliga åldringsprocessen genom att värma gjutning till 150–170 ° C för 4 till 12 timmar utan släckning.

Detta är särskilt användbart för intrikata eller fint presenterade gjutningar som kan skadas av snabb kylning.

Processen förbättrar hårdheten och stabiliteten utan att riskera snedvridning. TE är att föredra för känsliga delar där formbehållning är kritisk.

T5 (Åldrande av nederbörd)

Denna konstgjorda åldringsprocess stabiliserar gjutningar genom att värma dem vid relativt låga temperaturer (150–200 ° C) för 2 till 24 timme.

T5 förbättrar bearbetbarhet och dimensionell stabilitet och appliceras vanligtvis för att gjutas där kontrollerad hårdhet och ytfinish är viktiga.

Fördelen är förbättrade mekaniska egenskaper med minimal termisk påverkan på gjutningen.

T6 -humör

T6 -behandling används för att uppnå hög styrka och hårdhet.

Gjutningen är lösning behandlad vid cirka 538 ° C för ungefär 12 timme, släckt snabbt i vatten eller glykol vid 66–100 ° C, sedan konstgjordt åldras vid 154 ° C för 3 till 5 timme.

Ofta, Ett rätningssteg följer släckning för att säkerställa dimensionell noggrannhet.

T6 tillämpas allmänt inom flyg-, bil-, och försvarsindustrier för strukturella delar som behöver utmärkt mekanisk prestanda.

Dess huvudsakliga fördel är att maximera styrkan samtidigt som deformationen minimeras under belastning.

Tf7 (T7 eller T71 - Lösning behandlad och stabiliserad)

Denna behandling förbättrar mekanisk stabilitet med hög temperatur genom lösning att behandla gjutningar och stabilisera dem vid 200–250 ° C.

Medan det erbjuder något lägre drag- och avkastningsstyrka än T6, TF7 förbättrar termisk motstånd och dimensionell stabilitet.

Det är idealiskt för komponenter utsatta för förhöjda temperaturer eller långvarig stress.

Stressavlastning och glödgning (Ts tillstånd)

Stresslättningsvärmebehandling, utförd vid 200–250 ° C, minskar restspänningar som kan orsaka vridning eller sprickbildning.

Glödgning, gjort vid 300–400 ° C, mjukar gjutningarna för enklare bearbetning eller formning.

Dessa behandlingar används vanligtvis för tjocka eller komplexa gjutningar som kräver ytterligare mekaniska operationer. Deras fördel är förbättrad dimensionell stabilitet och förbättrad användbarhet.

Polymersläckning

Istället för vatten, Polymerlösningar används för att släcka gjutningarna med en långsammare takt.

Detta minskar interna spänningar och snedvridning, vilket gör det lämpligt för komplexa eller tunnväggiga gjutningar som kräver mindre hårdhet men hög dimensionell noggrannhet.

Polymerkylning erbjuder en mildare kylmetod för att skydda känsliga geometrier.

Vanliga värmebehandlingstyper för aluminiumgjutningstabell

5. Legeringsspecifika värmebehandlingsrecept

A356/356.0: Standard T6 -process

• Lösning: 540–560 ° C, 6 h (25 mm -sektion).
• Släcka: Vatten (~ 20 ° C) med mild agitation.
• Åldrande (T6): 160–165 ° C, 6 h; luft cool till omgivning.
• Valfri T7: 180 ° C, 10 h; luftkyl.

A380/A383: T4- och T5 -applikationer

• T4 (Åldrande): Släckt från 505–525 ° C; håll 18–24 h; begränsad styrka (~ UTS 200 MPA) med god duktilitet (4–6%).
• T5: Direkt konstgjord åldrande vid 160 ° C under 4–6 timmar; Resultat ~ UTS 210–230 MPA, Förlängning 3–4%.

319/319.0: SHT och åldrande för HPDC

• Sht: 505–525 ° C under 4–6 timmar (10–20 mm sektioner).
• Släcka: Polymer (10% Pag) För att minska förvrängningen.
• Åldras (T6): 160–170 ° C under 8–10 timmar; ger UTS ~ 260 MPa, töjning ~ 4–5%.

A413: Gjutning av hög styrka

• Sht: 540–560 ° C under 8–10 timmar (Tjocka sektioner 50–100 mm).
• Släcka: Vatten + korrosionshämmare; sikta på 400 ° C/s kylning.
• Åldras (T6): 160–170 ° C, 10 h; UTS ~ 270–310 MPa, töjning ~ 3–4%.
• Överbelägning (T7): 180–200 ° C, 10–12 h; UTS ~ 260–290 MPA, töjning ~ 5–6%.

6061 (Gjutvarianter) och speciallegeringar

• 6061‐Sast SHT: 530–550 ° C under 4–6 timmar (12–25 mm sektioner).
• Släcka: Vatten eller polymer (båda acceptabla för måttlig snedvridning).
• Åldras (T6): 160 ° C, 8 h; ger ~ UTS 240–270 MPa, töjning ~ 8–10%.
• 6063-Kasta: Liknande är, T5 ofta tillräckligt för UTS 165–200 MPa men T6 ger UTS ~ 210 MPa.

6. Mekaniska egendomskorrelationer

Dragstyrka, Avkastningsstyrka, och töjning efter behandlingen

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

Hårdhet förändras genom värmebehandlingsstadier

• A356: AS -sänd ~ 70 HB; Efter SHT ~ 60 HB; T6 ~ 80-85 HB; T7 ~ 75–80 HB.
• 319: AS -sänd ~ 75 HB; T5 ~ 85 HB; T6 ~ 90-95 HB.
• A413: AS -sänd ~ 80 HB; T6 ~ 95-105 HB; T7 ~ 90–100 HB.

Trötthetsprestanda och spricktillväxthastigheter

• A356 T6: Uthållighetsgräns ~ 70 MPa; T0 ~ 50 MPA.
• 319 T6: ~ 75 MPA; Bättre hög -temat trötthetsmotstånd på grund av finare Cu -rika fällningar.
• Reststresspåverkan: Korrekt stressavlastning kan öka trötthetslivet med 20–30%.

Krypmotstånd i högtemperaturgjutningsapplikationer

• Överlagrad A356 T7: Upprätthåller ~ 85% av rumstemperaturstyrkan vid 150 ° C; acceptabelt för motorfästen.
• A413: T7 behåller ~ 80% vid 200 ° C; Rekommenderas för överföringshus under långvariga belastningar.

7. Applikationer av aluminiumgjutningar

Bilindustri

• Motorblock (A356 T6): Påvisad 20% Viktminskning vs. gjutjärn; Värmebehandling ger UTS ~ 260 MPa, möjliggör högre cylindertryck.
• Cylinderhuvuden (319 T6): T6 -behandling eliminerar porositetsrelaterade trötthetsfel; upprepade körningar över linje ger konsekvent prestanda med <1% skrot på grund av släcksprickor.

Flyg- och rymdkomponenter

• Turbinimpeller (6061 T6): Genom rigorös SHT och åldrande, uppnå trötthetsliv >10⁷ Cykler under 200 MPA -stress; CMM efter behandlingen bekräftar körning <0.01 mm.
• Landningsutrustning (A356 T7): Överlagrad för stabilitet, behålla 75% av styrka vid 120 ° C; ingen tjänst i tjänsten 15,000 Cykler i utvärderingen.

Industrimaskiner

• Pumphus (A413 T6): T6 säkerställer UTS >280 MPA, minska väggtjockleken med 20% mot. AS -sändningsdesigner; Smörjpassager förblir inom ± 0,05 mm efter släckning.
• Ventilkroppar (A380 T5): Uppnå UTS ~ 220 MPA, töjning ~ 4%; stressavlastning på 300 ° C eliminerar 80% av aspastförvrängning, minska bearbetningstiden med 30%.

Konsumentelektronik och kylflänsar

• Kylfläns (6061 T6): Utge UTS ~ 250 MPa och värmeledningsförmåga ~ 180 W/m · k; Extruderad och sedan värmebehandlad för optimal prestanda i LED -moduler med hög kraft.
• Laptopchassi (A356 T6): T6 säkerställer strukturell styvhet under mekaniska belastningar; minimal varning (<0.2 mm över 200 mm spänn) bevarar panelens passform och finish.

8. Slutsats

Värmebehandling av aluminium Gjutning är inte ett "enstorlek - alla" -förslag.

Genom att förstå de metallurgiska grunderna - lösning, släckning, och åldrande - metallurgister kan designa cykler som optimerar egenskaper för specifika legeringar (6061, 7075, 356, etc.) och delgeometrier.

Genom noggrann kontroll av ugnstemperaturer, släcka media, och åldrande profiler, Gjutningar förvandlas till högpresterande komponenter som är lämpliga för Aerospace SPARS, marina hårdvara, bilmontering, och precisionselektroniska kapslingar.

I sista hand, Framgångsrik värmebehandling beror på:

• Val av legering och kemi
• Exakt processkontroll (temperatur, tid, släckhastighet)
• Efterbehandlingskontroll (Ndt, mekanisk testning, dimensionella kontroller)
• Applikationsdrivna temperamentval (T6 för styrka, T7 för stabilitet, TS för stressavlastning)

Genom att följa dessa principer och utnyttja avancerad ugnsteknik och metrologier, Tillverkare säkerställer att aluminiumgjutningar inte bara möts utan överskrider det mekaniska, varaktighet, och tillförlitlighetsstandarder för moderna industrier.