عملیات حرارتی صفحه آلیاژ آلومینیوم: دما، برنامه های پیری و کنترل اعوجاج

نحوه طبقه بندی عملیات حرارتی صفحه آلومینیومی

عملیات حرارتی مرحله ای است که یک صفحه آلومینیومی نورد شده را از یک محصول نرم و کار شده به یک ماده ساختاری تبدیل می کند. در عمل از چهار گروه استفاده می شود.

درمان های ترمومکانیکی تغییر شکل را با یک چرخه حرارتی ترکیب می کنند. کشش یا فشرده کردن صفحه بعد از خاموش کردن برای کاهش تنش باقیمانده رایج ترین مثال است.

عملیات حرارتی محلول، فازهای آلیاژی محلول را در دمای بالا حل می کند و سپس صفحه را به اندازه کافی سریع خاموش می کند تا آنها را در محلول جامد فوق اشباع نگه دارد. مزاج ناپایدار تولید شده از این طریق W نامگذاری شده است.

سخت شدن بارش، یا پیری مصنوعی، صفحه خاموش شده را در دمای متوسط ​​نگه می دارد تا رسوبات استحکام ریز تشکیل شود. این باعث ایجاد خانواده های T6 و T7 می شود.

بازپخت، به نام O، صفحه را با تبلور مجدد نرم می کند و برای بازیابی شکل پذیری بین عملیات شکل دهی استفاده می شود.

یک نکته اغلب اشتباه گزارش می شود: T651 استحکام را 10-15٪ نسبت به T6 افزایش نمی دهد. هر دو دما به یک حالت بارندگی می رسند و بنابراین خواص کششی تقریباً یکسانی دارند. تفاوت در تنش پسماند است. کشش 1.5 تا 3 درصدی اعمال شده بین کوئنچ و پیری بیشتر تنش کوئنچ را از بین می برد، که همان چیزی است که قطعه ماشینکاری شده را صاف و از نظر ابعادی پایدار نگه می دارد.

راه حل درمان و رفع

دمای تصفیه محلول توسط سری آلیاژ تنظیم می شود و عمداً زیر دمای ذوب{0} یوتکتیک یا اولیه نگهداری می شود، زیرا گرمای بیش از حد در این مرحله برگشت ناپذیر است.

خاموش کردن بخشی از چرخه است که اغلب باعث ایجاد مشکل می شود. صفحه باید به اندازه کافی سریع خنک شود تا بارش در طول پاییز در محدوده دمای حساس سرکوب شود. مقاطع ضخیم 7xxx معمولاً برای حفظ پاسخ پیری خوب به سرعت خنک کنندگی بسیار بالاتر از 100 درجه سانتیگراد در ثانیه در سطح نیاز دارند. از آنجایی که سطح همیشه سریعتر از هسته سرد می شود، کوئنچ نیز در یک گرادیان تنشی قفل می شود که بعداً به صورت اعوجاج نشان داده می شود، بنابراین یکنواختی خاموش کردن به اندازه سرعت خاموش کردن اهمیت دارد. کوئنچ اسپری، کوئنچ های پلیمری و خاموش کننده های منقطع با تاخیر هوایی کوتاه قبل از مرحله آب استفاده می شود تا کمی سختی را با کاهش زیاد شوک حرارتی و تاب برداشتن عوض کند.

برنامه های پیری و خلق و خوی ناشی از آن

دما و زمان پیری مصنوعی اندازه رسوب را انتخاب می کند که تعادل مورد نیاز استحکام، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می کند.

اساس فیزیکی ساده است. اوج پیری که T6 تولید می‌کند، حداکثر چگالی رسوب‌های منسجم و در نتیجه بالاترین استحکام را به همراه دارد، اما آلیاژ را به ترک خوردگی تنشی و لایه‌برداری در محیط‌های کلرید حساس می‌کند. سن بیش از حد، که T73 و T7451 را تولید می کند، رسوبات را درشت می کند و مقداری استحکام را برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی قربانی می کند. در سری 7xxx رسوبات از خانواده MgZn2 هستند و از اضافات کمی مانند زیرکونیوم برای کند کردن تبلور مجدد استفاده می شود تا ساختار کار شده در چرخه حرارتی زنده بماند.

کاهش استرس و کنترل اعوجاج

کنترل اعوجاج یک مشکل طراحی فرآیند است، نه یک مشکل بازرسی نهایی، و اقدامات زیر با هم استفاده می شود.

کاهش استرس مکانیکی: کشش تا 1.5-3٪ برای T651، یا فشرده سازی برای T7451، پس از خاموش کردن و قبل از پیری اعمال می شود.

طراحی فیکسچر: وسایل صاف کننده سفت و سخت و برای صفحه طولانی، جگرهای نگهدارنده که صفحه را در مراحل حل و خاموش کردن نگه می دارند.

یکنواختی خاموش کردن: الگوهای پاشش کنترل شده، هم زدن یکنواخت و در جایی که آلیاژ اجازه می دهد، خاموش کردن قطع شده.

کمک هزینه ماشینکاری: به اندازه کافی ذخایر باقی می ماند که بتوان هر دو صورت را پس از هر حرکت باقیمانده تمیز کرد.

شبیه‌سازی فرآیند: مدل‌های المان محدود خاموش‌کننده برای پیش‌بینی الگوی اعوجاج استفاده می‌شود تا بتوان در ابعاد صفحه گنجانده شود.

در عمل هوافضا، نگه داشتن برودتی کنترل شده پس از خاموش کردن، گاهی اوقات به عنوان یک مرحله کاهش تنش اضافی قبل از ماشینکاری نهایی استفاده می شود، که باعث کاهش مقدار اضافی مورد نیاز در صفحه ضخیم می شود.

استانداردها، تست و تایید

پارامترهای عملیات حرارتی به جای توافق غیررسمی بین کارخانه و مشتری بر اساس استانداردهای منتشر شده مشخص و ممیزی می شوند. اسناد اصلی AMS 2772 برای عملیات حرارتی محلول قطعات آلیاژ آلومینیوم، AMS 2770 برای عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه، ASTM B918 برای عمل عملیات حرارتی محصولات آلومینیومی فرفورژه، و استاندارد پیرومتری AMS 2750، که کوره داده شده را به کلاس یکنواختی درجه حرارت a تنظیم می کند. NADCAP AC7102 مسیر اعتباربخشی را برای تامین کنندگان عملیات حرارتی صنعت هوافضا فراهم می کند.

آزمایش پذیرش معمولاً سختی را در چندین موقعیت در سراسر صفحه، آزمایش کشش به ASTM B557 و ASTM E8، اندازه‌گیری دانه‌بندی به ASTM E112 و، در صورت مشخص شدن، بررسی‌های متالوگرافی یا میکروسکوپ الکترونی عبوری در اندازه و فاصله رسوب را پوشش می‌دهد. یک تصحیح برای بیانیه ای که به طور گسترده کپی شده است: آزمایش شکنندگی هیدروژن بخشی از استانداردهای عملیات حرارتی آلومینیوم نیست. این برای فولادهای با استحکام بالا اعمال می شود و ذکر آن برای صفحه آلومینیومی یک خطای مشخصات است.

سوالات متداول

س: آیا T651 استحکام بیشتری نسبت به T6 می دهد؟
شماره T651 و T6 به یک حالت بارندگی می رسند، بنابراین خواص کششی اساساً برابر است. T651 استرس را با کشش کاهش می دهد، که صافی و پایداری ماشینکاری را بهبود می بخشد.

س: چرا نرخ خاموش کردن بسیار مهم است؟
کوئنچ آهسته اجازه می دهد تا املاح در طول خنک شدن رسوب کند، که عناصر مورد نیاز بعداً برای سخت شدن سن را مصرف می کند. مقاطع ضخیم نیاز به سرعت خنک کنندگی سطح بالایی دارند، بنابراین هم سرعت و هم یکنواختی باید کنترل شوند.

س: آیا می توان صفحه 5xxx را حرارت داد؟
خیر. آلیاژهای Al-منیزیم قابل عملیات حرارتی نیستند. آنها با سخت شدن کرنش تقویت می شوند و چرخه حرارتی بالاتر از محدوده بازپخت فقط آنها را نرم می کند.

س: چه محدوده دمایی برای پیری مصنوعی استفاده می شود؟
بیشتر آلیاژهای فرفورژه بین 120 تا 200 درجه سانتیگراد سن دارند. دماهای پایین تر و زمان های طولانی تر به نفع اوج استحکام هستند، در حالی که دماهای بالاتر و افزایش سن باعث بهبود مقاومت در برابر خوردگی با مقداری هزینه در استحکام می شوند.

س: چرا یک بشقاب را به T73 یا T7451 زیاد کنیم؟
پیری بیش از حد رسوبات را درشت می کند و مقاومت در برابر خوردگی استرس و ترک خوردگی و لایه برداری را به شدت بهبود می بخشد، که برای صفحه 7xxx مورد استفاده در خارج از منزل یا سازه های هوافضا ضروری است.

س: کیفیت عملیات حرارتی چگونه تأیید می شود؟
از طریق بررسی های سختی، آزمایش کشش نمونه ها از دسته تا ASTM B557، تعیین اندازه دانه به ASTM E112، و سوابق فرآیند نشان می دهد که دمای کوره و خاموش کردن با الزامات پیرومتری AMS 2750 مطابقت دارد.