Aina za Msingi za Matibabu ya joto ya Aloi za Alumini

Kuzimisha na kuzima na kuzeeka ni aina za msingi za matibabu ya joto ya aloi za alumini. Annealing ni matibabu ya kulainisha, madhumuni ya ambayo ni kufanya alloy sare na imara katika muundo na muundo, kuondokana na ugumu wa kazi, na kurejesha plastiki ya alloy. Kuzima na kuzeeka ni matibabu ya joto ya kuimarisha, madhumuni ya ambayo ni kuboresha nguvu ya alloy, na hutumiwa hasa kwa aloi za alumini ambazo zinaweza kuimarishwa na matibabu ya joto.

1 Ufungaji

Kulingana na mahitaji tofauti ya uzalishaji, annealing ya aloi ya alumini imegawanywa katika aina kadhaa: annealing ingot homogenization, billet annealing, annealing kati na kumaliza bidhaa annealing.

1.1 Uboreshaji wa uboreshaji wa ingot

Chini ya hali ya condensation ya haraka na crystallization isiyo ya usawa, ingot lazima iwe na muundo na muundo usio na usawa, na pia uwe na shida kubwa ya ndani. Ili kubadilisha hali hii na kuboresha mchakato wa kufanya kazi wa moto wa ingot, annealing ya homogenization inahitajika kwa ujumla.

Ili kukuza uenezaji wa atomiki, halijoto ya juu zaidi inapaswa kuchaguliwa kwa ajili ya annealing ya homogenization, lakini haipaswi kuzidi kiwango cha chini cha myeyuko wa eutectic ya aloi. Kwa ujumla, halijoto ya annealing ya homogenization ni 5~40℃ chini kuliko kiwango myeyuko, na muda wa annealing mara nyingi ni kati ya 12~24h.

1.2 Billet annealing

Billet annealing inarejelea annealing kabla ya deformation ya kwanza ya baridi wakati wa usindikaji wa shinikizo. Kusudi ni kufanya billet kupata muundo wa usawa na kuwa na uwezo wa juu wa deformation ya plastiki. Kwa mfano, halijoto ya mwisho ya bamba la aloi iliyovingirwa moto ni 280~330℃. Baada ya baridi ya haraka kwenye joto la kawaida, jambo la ugumu wa kazi haliwezi kuondolewa kabisa. Hasa, kwa aloi za alumini zilizoimarishwa kwa joto, baada ya baridi ya haraka, mchakato wa recrystallization haujaisha, na ufumbuzi wa supersaturated imara haujaharibiwa kabisa, na sehemu ya kazi ya ugumu na athari ya kuzima bado imehifadhiwa. Ni vigumu kwa baridi roll moja kwa moja bila annealing, hivyo billet annealing inahitajika. Kwa aloi za alumini zilizoimarishwa zisizo na joto, kama vile LF3, halijoto ya kupenyeza ni 370~470℃, na upozeshaji hewa unafanywa baada ya kuweka joto kwa 1.5~2.5h. Joto la joto la billet na anneal linalotumika kwa usindikaji wa bomba linalovutwa na baridi linapaswa kuwa juu ipasavyo, na kiwango cha juu cha joto kinaweza kuchaguliwa. Kwa aloi za alumini ambazo zinaweza kuimarishwa kwa matibabu ya joto, kama vile LY11 na LY12, halijoto ya kuchuja billet ni 390~450℃, iliyohifadhiwa kwa joto hili kwa 1~3h, kisha kupozwa kwenye tanuru hadi chini ya 270℃ kwa kasi ya si zaidi ya 30℃/h na kutoka kwenye tanuru ya hewa.

1.3 Ufungaji wa kati

Annealing kati inahusu annealing kati ya taratibu deformation baridi, madhumuni ya ambayo ni kuondoa kazi ugumu ili kuwezesha kuendelea deformation baridi. Kwa ujumla, baada ya nyenzo kuchujwa, itakuwa vigumu kuendelea kufanya kazi kwa baridi bila kupunguzwa kwa kati baada ya kuharibika kwa 45-85%.

Mfumo wa mchakato wa uwekaji wa anneal ya kati kimsingi ni sawa na ule wa annealing ya billet. Kwa mujibu wa mahitaji ya shahada ya baridi deformation, annealing kati inaweza kugawanywa katika aina tatu: annealing kamili (deformation jumla ε≈60~70%), annealing rahisi (ε≤50%) na annealing kidogo (ε≈30 ~ 40%). Mifumo miwili ya kwanza ya annealing ni sawa na uchujaji wa billet, na ya pili huwashwa kwa 320~350℃ kwa 1.5~2h na kisha kupozwa hewa.

1.4. Ufungaji wa bidhaa uliomalizika

Uchimbaji wa bidhaa iliyokamilishwa ni matibabu ya mwisho ya joto ambayo huipa nyenzo mali fulani ya shirika na mitambo kulingana na mahitaji ya hali ya kiufundi ya bidhaa.

Annealing ya bidhaa iliyokamilishwa inaweza kugawanywa katika annealing ya joto la juu (uzalishaji wa bidhaa laini) na annealing ya joto la chini (uzalishaji wa bidhaa za nusu-ngumu katika majimbo tofauti). Annealing ya joto la juu inapaswa kuhakikisha kuwa muundo kamili wa recrystallization na plastiki nzuri inaweza kupatikana. Chini ya hali ya kuhakikisha kwamba nyenzo hupata muundo na utendaji mzuri, muda wa kushikilia haipaswi kuwa mrefu sana. Kwa aloi za alumini ambazo zinaweza kuimarishwa na matibabu ya joto, ili kuzuia athari ya kuzima ya baridi ya hewa, kiwango cha baridi kinapaswa kudhibitiwa kwa ukali.

Upunguzaji wa halijoto ya chini ni pamoja na upunguzaji wa mfadhaiko na upunguzaji wa upunguzaji wa mfadhaiko kwa sehemu, ambao hutumiwa hasa kwa alumini safi na aloi za alumini zilizoimarishwa za matibabu yasiyo ya joto. Kuunda mfumo wa annealing ya joto la chini ni kazi ngumu sana, ambayo sio tu inahitaji kuzingatia hali ya joto ya annealing na muda wa kushikilia, lakini pia inahitaji kuzingatia ushawishi wa uchafu, shahada ya alloying, deformation ya baridi, joto la kati la annealing na joto la deformation ya moto. Ili kuunda mfumo wa annealing ya joto la chini, ni muhimu kupima curve ya mabadiliko kati ya hali ya joto ya annealing na mitambo, na kisha kuamua kiwango cha joto cha annealing kulingana na viashiria vya utendaji vilivyoainishwa katika hali ya kiufundi.

2 Kuzima

Kuzimwa kwa aloi ya alumini pia huitwa matibabu ya suluhisho, ambayo ni kufuta vitu vingi vya aloi kwenye chuma kama awamu ya pili ndani ya suluhisho dhabiti iwezekanavyo kupitia inapokanzwa kwa joto la juu, ikifuatiwa na baridi ya haraka ili kuzuia mvua ya awamu ya pili, na hivyo kupata suluhisho thabiti la α-msingi la alumini iliyojaa, ambayo imeandaliwa vizuri kwa matibabu inayofuata.

Nguzo ya kupata supersaturated α ufumbuzi imara ni kwamba umumunyifu wa awamu ya pili katika alloy katika alumini inapaswa kuongezeka kwa kiasi kikubwa na ongezeko la joto, vinginevyo, madhumuni ya matibabu ya ufumbuzi imara haiwezi kupatikana. Vipengele vingi vya aloi katika alumini vinaweza kuunda mchoro wa awamu ya eutectic na tabia hii. Kwa mfano, aloi ya Al-Cu, halijoto ya eutectic ni 548℃, na umumunyifu wa joto la chumba katika alumini ni chini ya 0.1%. Inapokanzwa hadi 548 ℃, umumunyifu wake huongezeka hadi 5.6%. Kwa hiyo, aloi za Al-Cu zilizo na chini ya 5.6% ya shaba huingia katika eneo la awamu moja ya α baada ya joto la joto kuzidi mstari wake wa solvus, yaani, awamu ya pili ya CuAl2 imefutwa kabisa kwenye tumbo, na ufumbuzi mmoja wa supersaturated α unaweza kupatikana baada ya kuzima.

Kuzima ni operesheni muhimu zaidi na inayohitaji sana matibabu ya joto kwa aloi za alumini. Jambo kuu ni kuchagua joto linalofaa la kuzima joto na kuhakikisha kiwango cha baridi cha kuzima, na kudhibiti joto la tanuru kwa uangalifu na kupunguza deformation ya kuzimisha.

Kanuni ya kuchagua halijoto ya kuzima ni kuongeza halijoto ya kuzima joto kadri inavyowezekana huku ukihakikisha kwamba aloi ya alumini haichomi kupita kiasi au nafaka hukua kupita kiasi, ili kuongeza upenyezaji wa mmumunyo α mnene na nguvu baada ya matibabu ya kuzeeka. Kwa ujumla, tanuru ya kupokanzwa aloi ya alumini inahitaji usahihi wa udhibiti wa joto la tanuru kuwa ndani ya ± 3℃, na hewa katika tanuru inalazimika kuzunguka ili kuhakikisha usawa wa joto la tanuru.

Kuungua kupita kiasi kwa aloi ya alumini husababishwa na kuyeyuka kwa sehemu ya vipengee vya kiwango cha chini myeyuko ndani ya chuma, kama vile eutectics ya binary au vipengele vingi. Kuungua kwa moto sio tu husababisha kupunguzwa kwa mali ya mitambo, lakini pia ina athari kubwa juu ya upinzani wa kutu wa alloy. Kwa hiyo, mara tu alloy ya alumini inapochomwa, haiwezi kuondolewa na bidhaa ya alloy inapaswa kufutwa. Joto halisi la kuchomwa kwa aloi ya alumini imedhamiriwa hasa na utungaji wa alloy na maudhui ya uchafu, na pia inahusiana na hali ya usindikaji wa alloy. Joto la kuungua kwa bidhaa ambazo zimepitia usindikaji wa deformation ya plastiki ni kubwa zaidi kuliko ile ya castings. Kadiri usindikaji wa deformation unavyoongezeka, ndivyo inavyokuwa rahisi zaidi kwa vipengele visivyo na usawa vya kiwango cha chini cha kuyeyuka ndani ya tumbo wakati wa joto, hivyo joto halisi la kuungua huongezeka.

Kiwango cha baridi wakati wa kuzima kwa aloi ya alumini ina athari kubwa juu ya uwezo wa kuimarisha kuzeeka na upinzani wa kutu wa alloy. Wakati wa mchakato wa kuzima kwa LY12 na LC4, ni muhimu kuhakikisha kuwa suluji α imara haiozi, hasa katika eneo nyeti la joto la 290 ~ 420 ℃, na kiwango cha kutosha cha baridi kinahitajika. Kwa kawaida inaelezwa kuwa kiwango cha kupoeza kinapaswa kuwa zaidi ya 50℃/s, na kwa aloi ya LC4, inapaswa kufikia au kuzidi 170℃/s.

Njia ya kawaida ya kuzima kwa aloi za alumini ni maji. Mazoezi ya uzalishaji yanaonyesha kuwa kadiri kasi ya kupoeza wakati wa kuzima inavyoongezeka, ndivyo mkazo wa mabaki na mabadiliko ya mabaki ya nyenzo iliyozimwa au sehemu ya kazi inavyoongezeka. Kwa hiyo, kwa kazi ndogo na maumbo rahisi, joto la maji linaweza kuwa chini kidogo, kwa ujumla 10 ~ 30 ℃, na haipaswi kuzidi 40 ℃. Kwa vifaa vya kufanya kazi vilivyo na maumbo changamano na tofauti kubwa za unene wa ukuta, ili kupunguza deformation ya kuzima na kupasuka, joto la maji wakati mwingine linaweza kuongezeka hadi 80 ℃. Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba joto la maji la tank ya kuzima linaongezeka, nguvu na upinzani wa kutu wa nyenzo pia hupungua ipasavyo.

3. Kuzeeka

3.1 Mabadiliko ya shirika na mabadiliko ya utendaji wakati wa uzee

Suluhisho thabiti la α la supersaturated lililopatikana kwa kuzima ni muundo usio na utulivu. Inapokanzwa, itatengana na kubadilisha muundo wa usawa. Kwa kuchukua aloi ya Al-4Cu kama mfano, muundo wake wa usawa unapaswa kuwa α+CuAl2 (θ awamu). Wakati awamu moja ya supersaturated α ufumbuzi imara baada ya kuzimwa inapokanzwa kwa kuzeeka, ikiwa hali ya joto ni ya juu ya kutosha, awamu ya θ itanyeshwa moja kwa moja. Vinginevyo, itafanyika kwa hatua, yaani, baada ya baadhi ya hatua za kati za mpito, awamu ya mwisho ya usawa CuAl2 inaweza kufikiwa. Kielelezo kilicho hapa chini kinaonyesha sifa za muundo wa fuwele za kila hatua ya mvua wakati wa mchakato wa kuzeeka wa aloi ya Al-Cu. Kielelezo a. ni muundo wa kimiani wa kioo katika hali iliyozimwa. Kwa wakati huu, ni awamu moja α iliyojaa suluhisho dhabiti, na atomi za shaba (doti nyeusi) husambazwa sawasawa na nasibu katika kimiani ya matrix ya aluminium (dots nyeupe). Kielelezo b. inaonyesha muundo wa kimiani katika hatua ya awali ya mvua. Atomi za shaba huanza kujilimbikizia katika maeneo fulani ya kimiani ya matrix kuunda eneo la Guinier-Preston, linaloitwa eneo la GP. Eneo la GP ni ndogo mno na umbo la diski, lenye kipenyo cha takriban 5~10μm na unene wa 0.4~0.6nm. Idadi ya kanda za GP kwenye tumbo ni kubwa sana, na msongamano wa usambazaji unaweza kufikia 10¹⁷~10¹⁸cm-³ . Muundo wa fuwele wa eneo la GP bado ni sawa na ule wa tumbo, zote mbili ni za ujazo unaozingatia uso, na hudumisha kiolesura thabiti na tumbo. Hata hivyo, kwa sababu saizi ya atomi za shaba ni ndogo kuliko ile ya atomi za alumini, urutubishaji wa atomi za shaba utasababisha kimiani cha fuwele kilicho karibu na eneo hilo kusinyaa, jambo ambalo husababisha kuvuruga kwa kimiani.

Mchoro wa mpangilio wa mabadiliko ya muundo wa fuwele wa aloi ya Al-Cu wakati wa kuzeeka

Kielelezo a. Hali ya kuzimwa, ufumbuzi wa awamu moja α imara, atomi za shaba (dots nyeusi) zinasambazwa sawasawa;

Kielelezo b. Katika hatua ya awali ya kuzeeka, eneo la GP linaundwa;

Kielelezo c. Katika hatua ya marehemu ya kuzeeka, awamu ya mpito ya nusu-madhubuti huundwa;

Kielelezo d. Kuzeeka kwa joto la juu, mvua ya awamu isiyo na usawa ya usawa

Eneo la GP ni bidhaa ya kwanza ya mvua kabla ya mvua ambayo inaonekana wakati wa mchakato wa kuzeeka wa aloi za alumini. Kupanua muda wa kuzeeka, hasa kuongeza joto la kuzeeka, pia kutaunda awamu nyingine za kati za mpito. Katika aloi ya Al-4Cu, kuna awamu θ” na θ' baada ya eneo la GP, na hatimaye awamu ya msawazo CuAl2 imefikiwa. θ” na θ' zote ni awamu za mpito za awamu ya θ, na muundo wa fuwele ni kimiani cha mraba, lakini uthabiti wa kimiani ni tofauti. Saizi ya θ ni kubwa kuliko ile ya eneo la GP, bado ina umbo la diski, na kipenyo cha takriban 15 ~ 40nm na unene wa 0.8 ~ 2.0nm. Inaendelea kudumisha kiolesura thabiti na tumbo, lakini kiwango cha upotoshaji wa kimiani ni kikubwa zaidi. Wakati wa kuhama kutoka θ” hadi awamu ya θ', saizi imeongezeka hadi 20~600nm, unene ni 10 ~ 15nm, na kiolesura thabiti pia kimeharibiwa kwa kiasi, na kuwa kiolesura chenye uwiano, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro c. Bidhaa ya mwisho ya mvua ya kuzeeka ni usawazishaji na kiolesura θ kiolesura ambacho kinaharibiwa kabisa na awamu ya θ. kiolesura kisichoshikamana, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro d.

Kulingana na hali iliyo hapo juu, mpangilio wa kuzeeka wa mvua ya aloi ya Al-Cu ni αs→α+GP zone→α+θ”→α+θ'→α+θ. Hatua ya muundo wa kuzeeka inategemea muundo wa aloi na hali ya kuzeeka. Mara nyingi kuna zaidi ya bidhaa moja ya kuzeeka katika hali sawa. Kadiri halijoto ya kuzeeka inavyoongezeka, ndivyo inavyokaribia muundo wa usawa.

Wakati wa mchakato wa kuzeeka, eneo la GP na awamu ya mpito inayotokana na tumbo ni ndogo kwa ukubwa, hutawanywa sana, na si rahisi kuharibika. Wakati huo huo, husababisha kuvuruga kwa kimiani kwenye tumbo na kuunda uwanja wa mafadhaiko, ambayo ina athari kubwa ya kuzuia harakati za kutengana, na hivyo kuongeza upinzani wa deformation ya plastiki ya aloi na kuboresha nguvu na ugumu wake. Hali hii ya kuzeeka ya ugumu inaitwa ugumu wa mvua. Kielelezo hapa chini kinaonyesha mabadiliko ya ugumu wa aloi ya Al-4Cu wakati wa kuzima na matibabu ya kuzeeka kwa namna ya curve. Hatua ya I katika takwimu inawakilisha ugumu wa alloy katika hali yake ya awali. Kwa sababu ya historia tofauti za kufanya kazi moto, ugumu wa hali ya asili utatofautiana, kwa ujumla HV=30~80. Baada ya kupasha joto kwa 500℃ na kuzima (hatua ya II), atomi zote za shaba huyeyushwa ndani ya tumbo ili kuunda myeyusho thabiti wa α uliojaa awamu moja na HV=60, ambao ni ugumu mara mbili ya ugumu katika hali ya kudondoshwa (HV=30). Hii ni matokeo ya kuimarisha ufumbuzi imara. Baada ya kuzima, huwekwa kwenye joto la kawaida, na ugumu wa alloy huongezeka kwa kuendelea kutokana na uundaji unaoendelea wa kanda za GP (hatua ya III). Mchakato huu wa ugumu wa uzee kwenye joto la kawaida huitwa kuzeeka asili.

I-hali ya asili;

II-hali ya suluhisho imara;

III - kuzeeka kwa asili (eneo la GP);

IVa - matibabu ya kurudi nyuma kwa 150 ~ 200 ℃ (iliyoyeyushwa tena katika eneo la GP);

IVb—kuzeeka kwa bandia (θ”+θ' awamu);

V—inazidi kupita kiasi (θ”+θ' awamu)

Katika hatua ya IV, alloy huwashwa hadi 150 ° C kwa kuzeeka, na athari ya ugumu ni dhahiri zaidi kuliko ile ya kuzeeka kwa asili. Kwa wakati huu, bidhaa ya kunyesha ni awamu ya θ”, ambayo ina athari kubwa zaidi ya kuimarisha katika aloi za Al-Cu. Ikiwa halijoto ya kuzeeka itaongezeka zaidi, mabadiliko ya awamu ya mvua kutoka kwa awamu ya θ” hadi awamu ya θ', athari ya ugumu hudhoofika, na ugumu hupungua, kuingia hatua ya V. Matibabu yoyote ya kuzeeka ambayo yanahitaji kuhamishwa na V. Tiba yoyote ya kuzeeka ambayo yanahitaji artificial na V. kategoria hii. Ikiwa ugumu unafikia thamani ya juu ya ugumu ambayo aloi inaweza kufikia baada ya kuzeeka (yaani, hatua ya IVb), uzeeka huu unaitwa kuzeeka kwa kilele. Ikiwa thamani ya kilele cha ugumu haijafikiwa, inaitwa kuzeeka chini au kutokamilika kwa kuzeeka kwa bandia. Ikiwa thamani ya kilele imevuka na ugumu hupungua, inaitwa kuzeeka zaidi. Udhibiti wa matibabu ya kuzeeka pia ni ya kuzeeka kupita kiasi. Eneo la GP linaloundwa wakati wa kuzeeka asili ni imara sana. Inapokanzwa haraka hadi joto la juu zaidi, kama vile karibu 200 ° C, na kuwekwa joto kwa muda mfupi, eneo la GP litayeyuka tena ndani ya myeyusho α mnene. Iwapo itapozwa kwa kasi (kuzimwa) kabla ya awamu nyingine za mpito kama vile θ” au θ' kunyesha, aloi inaweza kurejeshwa katika hali yake ya awali ya kuzimwa. Hali hii inaitwa "regression", ambayo ni kushuka kwa ugumu unaoonyeshwa na mstari wa nukta katika hatua ya IVa katika takwimu. Aloi ya alumini iliyokamilishwa bado imekuwa na uwezo wa kurudi nyuma.

Ugumu wa umri ndio msingi wa kukuza aloi za alumini zinazoweza kutibiwa na joto, na uwezo wake wa ugumu wa umri unahusiana moja kwa moja na muundo wa aloi na mfumo wa matibabu ya joto. Aloi za binary za Al-Si na Al-Mn hazina athari ya ugumu wa mvua kwa sababu awamu ya msawazo hunyeshwa moja kwa moja wakati wa mchakato wa kuzeeka, na ni aloi za alumini zisizoweza kutibika na joto. Ingawa aloi za Al-Mg zinaweza kuunda kanda za GP na awamu za mpito β', zina uwezo fulani tu wa kufanya ugumu wa mvua katika aloi za magnesiamu nyingi. Aloi za Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si na Al-Zn-Mg-Cu zina uwezo mkubwa wa kufanya ugumu wa mvua katika maeneo yao ya GP na awamu za mpito, na kwa sasa ni mifumo kuu ya aloi ambayo inaweza kutibiwa na joto na kuimarishwa.

3.2 Uzee wa Asili

Kwa ujumla, aloi za alumini ambazo zinaweza kuimarishwa na matibabu ya joto zina athari ya asili ya kuzeeka baada ya kuzima. Uimarishaji wa kuzeeka asili husababishwa na eneo la GP. Uzee wa asili hutumiwa sana katika aloi za Al-Cu na Al-Cu-Mg. Uzee wa asili wa aloi za Al-Zn-Mg-Cu hudumu kwa muda mrefu sana, na mara nyingi huchukua miezi kadhaa kufikia hatua imara, hivyo mfumo wa asili wa kuzeeka hautumiwi.

Ikilinganishwa na kuzeeka kwa bandia, baada ya kuzeeka kwa asili, nguvu ya mavuno ya alloy ni ya chini, lakini plastiki na ugumu ni bora, na upinzani wa kutu ni wa juu. Hali ya alumini-ngumu ya mfumo wa Al-Zn-Mg-Cu ni tofauti kidogo. Upinzani wa kutu baada ya kuzeeka kwa bandia mara nyingi ni bora kuliko baada ya kuzeeka asili.

3.3 Kuzeeka kwa Bandia

Baada ya matibabu ya kuzeeka bandia, aloi za alumini mara nyingi zinaweza kupata nguvu ya juu ya mavuno (haswa uimarishaji wa awamu ya mpito) na utulivu bora wa shirika. Alumini ngumu zaidi, alumini ghushi na alumini ya kutupwa huzeeka kwa njia bandia. Joto la kuzeeka na wakati wa kuzeeka vina ushawishi muhimu juu ya mali ya alloy. Joto la uzee mara nyingi huwa kati ya 120 ~ 190 ℃, na wakati wa kuzeeka hauzidi 24h.

Mbali na kuzeeka kwa hatua moja, aloi za alumini pia zinaweza kupitisha mfumo wa kuzeeka bandia. Hiyo ni, inapokanzwa hufanywa mara mbili au zaidi kwa joto tofauti. Kwa mfano, aloi ya LC4 inaweza kuwa na umri wa 115~125℃ kwa 2~4h na kisha 160 ~ 170℃ kwa 3~5h. Kuzeeka kwa taratibu hakuwezi tu kufupisha muda kwa kiasi kikubwa, lakini pia kuboresha muundo mdogo wa aloi za Al-Zn-Mg na Al-Zn-Mg-Cu, na kuboresha kwa kiasi kikubwa upinzani wa kutu wa dhiki, nguvu ya uchovu na ushupavu wa fracture bila kimsingi kupunguza mali ya mitambo.