Gloeien, blussen en ferâlderen binne de basis waarmtebehannelingsoarten fan aluminiumlegeringen. Gloeien is in sêftmeitsjende behanneling, waans doel is om de legearing unifoarm en stabyl te meitsjen yn gearstalling en struktuer, wurkferhurding te eliminearjen en de plastisiteit fan 'e legearing te herstellen. Blussen en ferâlderen is in fersterkende waarmtebehanneling, waans doel is om de sterkte fan 'e legearing te ferbetterjen, en wurdt benammen brûkt foar aluminiumlegeringen dy't fersterke wurde kinne troch waarmtebehanneling.
1 Gloeien
Neffens ferskate produksjeeasken is it annealing fan aluminiumlegering ferdield yn ferskate foarmen: homogenisaasje-annealing fan ingots, annealing fan billet, tuskentiids annealing en annealing fan ôfmakke produkten.
1.1 Homogenisaasje fan ingots gloeien
Under de omstannichheden fan rappe kondensaasje en net-lykwichtskristallisaasje moat de ingot in ûngelikense gearstalling en struktuer hawwe, en ek in hege ynterne spanning hawwe. Om dizze situaasje te feroarjen en de waarme ferwurkberens fan 'e ingot te ferbetterjen, is homogenisaasjegloeien oer it algemien fereaske.
Om atomêre diffúzje te befoarderjen, moat in hegere temperatuer keazen wurde foar homogenisaasjegloeien, mar it moat it eutektyske smeltpunt fan 'e legearing net oerskriuwe. Yn 't algemien is de homogenisaasjegloeitemperatuer 5 ~ 40 ℃ leger as it smeltpunt, en de gloeitiid is meast tusken 12 ~ 24 oeren.
1.2 Billet-gloeien
Billet-annealing ferwiist nei it annealjen foar de earste kâlde deformaasje tidens de drukferwurking. It doel is om de billet in lykwichtige struktuer te jaan en de maksimale plastyske deformaasjekapasiteit te hawwen. Bygelyks, de rôltemperatuer fan 'e hjitwalsde aluminiumlegeringplaat is 280 ~ 330 ℃. Nei rappe ôfkuolling by keamertemperatuer kin it wurkferhurdingsferskynsel net folslein eliminearre wurde. Benammen foar waarmtebehannele fersterke aluminiumlegeringen is it rekristallisaasjeproses nei rappe ôfkuolling noch net einige, en de oerfersêde fêste oplossing is net folslein ûntbûn, en in diel fan it wurkferhurdings- en blusseneffekt bliuwt noch behâlden. It is lestich om direkt kâld te walsen sûnder te gloeien, dus billet-annealing is fereaske. Foar net-waarmtebehannele fersterke aluminiumlegeringen, lykas LF3, is de gloeitemperatuer 370 ~ 470 ℃, en wurdt loftkoeling útfierd nei 1,5 ~ 2,5 oeren waarm hâlden. De billet- en gloeitemperatuer dy't brûkt wurdt foar kâldlutsen buisferwurking moat passend heger wêze, en de boppeste limyttemperatuer kin selektearre wurde. Foar aluminiumlegeringen dy't fersterke wurde kinne troch waarmtebehanneling, lykas LY11 en LY12, is de gloeitemperatuer fan 'e billet 390 ~ 450 ℃, hâlden op dizze temperatuer foar 1 ~ 3 oeren, dan ôfkuolle yn 'e oven nei ûnder 270 ℃ mei in taryf fan net mear as 30 ℃ / oere en dan loftkuolle út 'e oven.
1.3 Tuskentiids gloeien
Tuskengloeien ferwiist nei gloeien tusken kâlde deformaasjeprosessen, wêrfan it doel is om wurkferhurding te eliminearjen om trochgeande kâlde deformaasje mooglik te meitsjen. Yn 't algemien sil it, nei't it materiaal gloeid is, lestich wêze om troch te gean mei kâldbewurking sûnder tuskengloeien nei't it 45~85% kâlde deformaasje ûndergien is.
It prosessysteem fan tuskengloeien is yn prinsipe itselde as dat fan billetgloeien. Neffens de easken fan 'e kâlde deformaasjegraad kin tuskengloeien wurde ferdield yn trije soarten: folslein gloeien (totale deformaasje ε≈60~70%), ienfâldich gloeien (ε≤50%) en licht gloeien (ε≈30~40%). De earste twa gloeisystemen binne itselde as billetgloeien, en de lêste wurdt ferwaarme op 320~350℃ foar 1,5~2 oeren en dan loftkuolle.
1.4. Gloeien fan klear produkt
Gloeien fan it ôfmakke produkt is de lêste waarmtebehanneling dy't it materiaal bepaalde organisatoaryske en meganyske eigenskippen jout neffens de easken fan 'e technyske omstannichheden fan it produkt.
It gloeien fan klear produkt kin wurde ferdield yn gloeien by hege temperatuer (produksje fan sêfte produkten) en gloeien by lege temperatuer (produksje fan healhurde produkten yn ferskate steaten). Gloeien by hege temperatuer moat derfoar soargje dat in folsleine rekristallisaasjestruktuer en goede plastisiteit wurde krigen. Under de betingst dat it materiaal in goede struktuer en prestaasjes krijt, moat de hâldtiid net te lang wêze. Foar aluminiumlegeringen dy't fersterke wurde kinne troch waarmtebehanneling, moat de koelsnelheid strang kontroleare wurde om it loftkoelingseffekt te foarkommen.
Leechtemperatuergloeien omfettet spanningsferlieninggloeien en diels sêfter gloeien, dy't benammen brûkt wurde foar suver aluminium en net-waarmtebehannele fersterke aluminiumlegeringen. It formulearjen fan in leechtemperatuergloeisysteem is in heul yngewikkelde taak, wêrby't net allinich de gloeitemperatuer en hâldtiid rekken holden wurde moat, mar ek de ynfloed fan ûnreinheden, legeringsgraad, kâlde deformaasje, tuskentiidse gloeitemperatuer en waarme deformaasjetemperatuer. Om in leechtemperatuergloeisysteem te formulearjen, is it nedich om de feroaringskurve tusken gloeitemperatuer en meganyske eigenskippen te mjitten, en dan it gloeitemperatuerberik te bepalen neffens de prestaasje-yndikatoaren dy't spesifisearre binne yn 'e technyske betingsten.
2 Blussen
It blussen fan aluminiumlegering wurdt ek wol oplossingsbehanneling neamd, wat betsjut dat safolle mooglik legeringseleminten yn it metaal as twadde faze yn 'e fêste oplossing oplost wurde troch ferwaarming op hege temperatuer, folge troch rappe ôfkuolling om de delslach fan 'e twadde faze te remmen, wêrtroch in oerfersêde aluminium-basearre α-fêste oplossing ûntstiet, dy't goed taret is op 'e folgjende ferâlderingsbehanneling.
It útgongspunt foar it krijen fan in oerfersêde α fêste oplossing is dat de oplosberens fan 'e twadde faze yn 'e legearing yn aluminium signifikant tanimme moat mei de tanimming fan 'e temperatuer, oars kin it doel fan 'e behanneling mei fêste oplossing net berikt wurde. De measte legearingseleminten yn aluminium kinne in eutektysk fazediagram foarmje mei dizze eigenskip. As wy Al-Cu-legearing as foarbyld nimme, is de eutektyske temperatuer 548 ℃, en de oplosberens fan koper yn aluminium by keamertemperatuer is minder as 0,1%. As it ferwaarme wurdt oant 548 ℃, nimt de oplosberens ta nei 5,6%. Dêrom komme Al-Cu-legearingen mei minder as 5,6% koper yn it α-ienfazegebiet nei't de ferwaarmingstemperatuer de solvusline oerskriuwt, dat wol sizze, de twadde faze CuAl2 is folslein oplost yn 'e matrix, en kin nei it blussen in inkele oerfersêde α fêste oplossing krigen wurde.
Blussen is de wichtichste en easkenste waarmtebehanneling foar aluminiumlegeringen. De kaai is om de juste blustemperatuer te selektearjen en te soargjen foar foldwaande bluskoelsnelheid, en om de oventemperatuer strang te kontrolearjen en blusdeformaasje te ferminderjen.
It prinsipe fan it selektearjen fan 'e blustemperatuer is om de blustemperatuer safolle mooglik te ferheegjen, wylst derfoar soarge wurdt dat de aluminiumlegering net te folle ferbaarnt of de kerrels te folle groeie, om de oersaturaasje fan 'e α-fêste oplossing en de sterkte nei ferâlderingsbehanneling te fergrutsjen. Yn 't algemien fereasket de ferwaarmingsoven fan aluminiumlegering dat de krektens fan 'e oventemperatuerkontrôle binnen ± 3 ℃ leit, en de loft yn 'e oven wurdt twongen om te sirkulearjen om de unifoarmiteit fan 'e oventemperatuer te garandearjen.
Oerbrâning fan aluminiumlegering wurdt feroarsake troch it diels smelten fan komponinten mei in leech smeltpunt yn it metaal, lykas binêre of multi-elemint eutektika. Oerbrâning feroarsaket net allinich de fermindering fan meganyske eigenskippen, mar hat ek in serieuze ynfloed op 'e korrosjebestriding fan' e legearing. Dêrom, as in aluminiumlegering ienris oerbrând is, kin it net mear eliminearre wurde en moat it legearingsprodukt sloopt wurde. De werklike oerbrântemperatuer fan aluminiumlegering wurdt benammen bepaald troch de gearstalling fan 'e legearing en it ûnreinheidsgehalte, en is ek relatearre oan' e ferwurkingsstatus fan 'e legearing. De oerbrântemperatuer fan produkten dy't plestike deformaasjeferwurking hawwe ûndergien, is heger as dy fan jitten. Hoe grutter de deformaasjeferwurking, hoe makliker it is foar komponinten mei in leech smeltpunt yn net-lykwicht om op te lossen yn 'e matriks by ferwaarming, sadat de werklike oerbrântemperatuer tanimt.
De koelsnelheid by it blussen fan aluminiumlegering hat in wichtige ynfloed op it ferâlderingsfermogen en de korrosjebestriding fan 'e legearing. Tidens it blussen fan LY12 en LC4 is it needsaaklik om te soargjen dat de α-fêste oplossing net ûntbûn wurdt, foaral yn it temperatuergefoelige gebiet fan 290 ~ 420 ℃, en in foldwaande grutte koelsnelheid is fereaske. Meastentiids wurdt bepaald dat de koelsnelheid boppe 50 ℃ / s moat wêze, en foar LC4-legering moat it 170 ℃ / s berikke of mear wêze.
It meast brûkte blusmiddel foar aluminiumlegeringen is wetter. De produksjepraktyk lit sjen dat hoe grutter de koelsnelheid by it blussen, hoe grutter de oerbleaune spanning en oerbleaune deformaasje fan it blusde materiaal of wurkstik. Dêrom kin foar lytse wurkstikken mei ienfâldige foarmen de wettertemperatuer wat leger wêze, oer it algemien 10~30℃, en moat net mear as 40℃ wêze. Foar wurkstikken mei komplekse foarmen en grutte ferskillen yn wanddikte, om blusdeformaasje en barsten te ferminderjen, kin de wettertemperatuer soms ferhege wurde nei 80℃. It moat lykwols opmurken wurde dat as de wettertemperatuer fan 'e blustank tanimt, de sterkte en korrosjebestriding fan it materiaal ek ôfnimme.
3. Ferâldering
3.1 Organisatoryske transformaasje en prestaasjesferoarings tidens fergrizing
De oerfersêde α fêste oplossing dy't krigen wurdt troch it blussen is in ynstabile struktuer. As it ferwaarme wurdt, sil it ûntbinen en feroarje yn in lykwichtsstruktuer. As wy de Al-4Cu-legering as foarbyld nimme, moat de lykwichtsstruktuer α+CuAl2 (θ-faze) wêze. As de ienfase oerfersêde α fêste oplossing nei it blussen ferwaarme wurdt foar ferâldering, sil de θ-faze direkt delslach wurde as de temperatuer heech genôch is. Oars sil it yn stadia útfierd wurde, dat is, nei wat tuskenlizzende oergongsstadia kin de definitive lykwichtsfaze CuAl2 berikt wurde. De ûndersteande figuer yllustrearret de kristalstruktuerkarakteristiken fan elke delslachstadium tidens it ferâlderingsproses fan 'e Al-Cu-legering. Figuer a. is de kristalroosterstruktuer yn 'e blusde steat. Op dit stuit is it in ienfase α oerfersêde fêste oplossing, en koperatomen (swarte stippen) binne evenredich en willekeurich ferdield yn it aluminium (wite stippen) matrixrooster. Figuer b. lit de roosterstruktuer sjen yn 'e iere faze fan delslach. Koperatomen begjinne har te konsintrearjen yn bepaalde gebieten fan it matrixrooster om in Guinier-Preston-gebiet te foarmjen, neamd it GP-gebiet. De GP-sône is ekstreem lyts en skiiffoarmich, mei in diameter fan sawat 5~10μm en in dikte fan 0.4~0.6nm. It oantal GP-sônes yn 'e matriks is ekstreem grut, en de ferspriedingstichtens kin 10¹⁷~10¹⁸cm-³ berikke. De kristalstruktuer fan 'e GP-sône is noch altyd itselde as dy fan 'e matriks, beide binne flaksintraal kubysk, en it behâldt in koherinte ynterface mei de matriks. Omdat de grutte fan koperatomen lytser is as dy fan aluminiumatomen, sil de ferriking fan koperatomen lykwols feroarsaakje dat it kristalrooster tichtby it gebiet krimpt, wat roosterferfoarming feroarsaket.
Skematysk diagram fan 'e kristalstruktuerferoaringen fan Al-Cu-legering tidens ferâldering
Figuer a. Bluste steat, in ienfaze α fêste oplossing, koperatomen (swarte stippen) binne evenredich ferdield;
Figuer b. Yn it iere stadium fan ferâldering wurdt de GP-sône foarme;
Figuer c. Yn it lette stadium fan ferâldering wurdt in semi-koherinte oergongsfaze foarme;
Figuer d. Hege temperatuer ferâldering, delslach fan ynkoherinte lykwichtsfaze
De GP-sône is it earste foar-delslachprodukt dat ferskynt tidens it ferâlderingsproses fan aluminiumlegeringen. It ferlingjen fan 'e ferâlderingstiid, benammen it ferheegjen fan 'e ferâlderingstemperatuer, sil ek oare tuskenlizzende oergongsfazen foarmje. Yn 'e Al-4Cu-legering binne der θ”- en θ'-fazen nei de GP-sône, en úteinlik wurdt de lykwichtsfaze CuAl2 berikt. θ” en θ' binne beide oergongsfazen fan 'e θ-faze, en de kristalstruktuer is in fjouwerkant roaster, mar de roasterkonstante is oars. De grutte fan θ is grutter as dy fan 'e GP-sône, noch altyd skiiffoarmich, mei in diameter fan sawat 15~40nm en in dikte fan 0.8~2.0nm. It bliuwt in koherinte ynterface mei de matriks behâlde, mar de mjitte fan roasterferfoarming is yntinsiver. By de oergong fan θ” nei θ' faze is de grutte groeid nei 20~600nm, de dikte is 10~15nm, en de koherinte ynterface is ek foar in part ferneatige, wêrtroch't it in semi-koherinte ynterface wurdt, lykas te sjen is yn figuer c. It einprodukt fan ferâldere delslach is de lykwichtsfaze θ (CuAl2), wêrby't de koherinte ynterface folslein ferneatige wurdt en in net-koherinte ynterface wurdt, lykas te sjen is yn figuer d.
Neffens de boppesteande situaasje is de ferâlderingspresiпитаasje-oarder fan 'e Al-Cu-legering αs→α+GP-sône→α+θ”→α+θ'→α+θ. It stadium fan 'e ferâlderingsstruktuer hinget ôf fan 'e gearstalling fan 'e legearing en de ferâlderingsspesifikaasje. Der binne faak mear as ien ferâlderingsprodukt yn deselde steat. Hoe heger de ferâlderingstemperatuer, hoe tichter de lykwichtsstruktuer by komt.
Tidens it ferâlderingsproses binne de GP-sône en oergongsfaze dy't út 'e matriks delslach wurde, lyts fan grutte, tige ferspraat en net maklik te deformearjen. Tagelyk feroarsaakje se roasterferfoarming yn 'e matriks en foarmje in spanningsfjild, dat in wichtige hinderjende effekt hat op 'e beweging fan dislokaasjes, wêrtroch't de wjerstân tsjin plestike deformaasje fan 'e legearing fergruttet en de sterkte en hurdens ferbetteret. Dit ferâlderingsferhurdingsferskynsel wurdt delslachferhurding neamd. De ûndersteande figuer yllustrearret de hurdensferoaring fan 'e Al-4Cu-legering tidens it blussen en ferâlderingsbehanneling yn 'e foarm fan in kromme. Fase I yn 'e figuer fertsjintwurdiget de hurdens fan 'e legearing yn syn oarspronklike steat. Fanwegen ferskillende hjittebewurkingshistoarjes sil de hurdens fan 'e oarspronklike steat fariearje, oer it algemien HV=30~80. Nei ferwaarming by 500 ℃ en blussen (fase II) wurde alle koperatomen oplost yn 'e matriks om in ienfaze oerfersêde α fêste oplossing te foarmjen mei HV=60, dy't twa kear sa hurd is as de hurdens yn 'e gegloeide steat (HV=30). Dit is it resultaat fan fersterking fan fêste oplossing. Nei it ôfkuoljen wurdt it by keamertemperatuer pleatst, en de hurdens fan 'e legearing wurdt kontinu ferhege troch de trochgeande foarming fan GP-sônes (stadium III). Dit ferhurdingsproses by keamertemperatuer wurdt natuerlike ferâldering neamd.
Ik - oarspronklike steat;
II - fêste oplossingstoestân;
III—natuerlike ferâldering (GP-sône);
IVa—regresjebehanneling by 150~200 ℃ (opnij oplost yn GP-sône);
IVb—keunstmjittige ferâldering (θ”+θ' faze);
V—oerferâldering (θ”+θ' faze)
Yn stadium IV wurdt de legearing ferwaarme oant 150 °C foar ferâldering, en it ferhurdingseffekt is dúdliker as dat fan natuerlike ferâldering. Op dit stuit is it delslachprodukt benammen de θ”-faze, dy't it grutste fersterkjende effekt hat yn Al-Cu-legeringen. As de ferâlderingstemperatuer fierder ferhege wurdt, giet de delslachfaze oer fan 'e θ”-faze nei de θ'-faze, it ferhurdingseffekt ferswakket, en de hurdens nimt ôf, wêrtroch stadium V yngiet. Elke ferâlderingsbehanneling dy't keunstmjittige ferwaarming fereasket, wurdt keunstmjittige ferâldering neamd, en stadia IV en V hearre ta dizze kategory. As de hurdens de maksimale hurdenswearde berikt dy't de legearing nei ferâldering berikke kin (d.w.s. stadium IVb), wurdt dizze ferâldering peakferâldering neamd. As de peakhurdenswearde net berikt wurdt, wurdt it ûnderferâldering of ûnfolsleine keunstmjittige ferâldering neamd. As de peakwearde oerskreden wurdt en de hurdens ôfnimt, wurdt it oerferâldering neamd. Stabilisaasjeferâlderingsbehanneling heart ek ta oerferâldering. De GP-sône dy't foarme wurdt tidens natuerlike ferâldering is tige ynstabyl. As it fluch ferwaarme wurdt nei in hegere temperatuer, lykas sawat 200 °C, en in koarte tiid waarm hâlden wurdt, sil de GP-sône werom oplosse yn 'e α-fêste oplossing. As it fluch ôfkuolle (blust) wurdt foardat oare oergongsfazen lykas θ” of θ' delslach foarkomme, kin de legearing werombrocht wurde nei syn oarspronklike blustste steat. Dit ferskynsel wurdt "regresje" neamd, dat is de hurdensdaling oanjûn troch de stippele line yn stadium IVa yn 'e figuer. De aluminiumlegering dy't regresjeare is, hat noch altyd itselde ferâlderingsferhurdingsfermogen.
Ferâlderingsferhurding is de basis foar it ûntwikkeljen fan waarmtebehannelbere aluminiumlegeringen, en it ferâlderingsferhurdingsfermogen is direkt relatearre oan 'e legeringsgearstalling en it waarmtebehannelingssysteem. Al-Si en Al-Mn binêre legeringen hawwe gjin delslachferhurdingseffekt, om't de lykwichtsfaze direkt delslach wurdt tidens it ferâlderingsproses, en binne net-waarmtebehannelbere aluminiumlegeringen. Hoewol Al-Mg-legeringen GP-sônes en oergongsfazen β' kinne foarmje, hawwe se allinich in bepaalde delslachferhurdingsfermogen yn hege magnesiumlegeringen. Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si en Al-Zn-Mg-Cu-legeringen hawwe in sterke delslachferhurdingsfermogen yn har GP-sônes en oergongsfazen, en binne op it stuit de wichtichste legeringssystemen dy't waarmtebehannelber en fersterke wurde kinne.
3.2 Natuerlike ferâldering
Yn 't algemien hawwe aluminiumlegeringen dy't fersterke wurde kinne troch waarmtebehanneling in natuerlik ferâlderingseffekt nei it blussen. Natuerlike fersterking fan ferâldering wurdt feroarsake troch de GP-sône. Natuerlike ferâldering wurdt in soad brûkt yn Al-Cu- en Al-Cu-Mg-legeringen. De natuerlike ferâldering fan Al-Zn-Mg-Cu-legeringen duorret te lang, en it duorret faak ferskate moannen om in stabyl stadium te berikken, sadat it natuerlike ferâlderingssysteem net brûkt wurdt.
Yn ferliking mei keunstmjittige ferâldering is de reksterkte fan 'e legearing nei natuerlike ferâldering leger, mar de plastisiteit en taaiheid binne better, en de korrosjebestriding is heger. De situaasje fan superhurde aluminium fan it Al-Zn-Mg-Cu-systeem is wat oars. De korrosjebestriding nei keunstmjittige ferâldering is faak better as dy nei natuerlike ferâldering.
3.3 Keunstmjittige ferâldering
Nei keunstmjittige ferâlderingsbehanneling kinne aluminiumlegeringen faak de heechste reksterkte (benammen oergongsfazefersterking) en bettere organisatoaryske stabiliteit krije. Superhurd aluminium, smeid aluminium en getten aluminium wurde benammen keunstmjittich ferâldere. De ferâlderingstemperatuer en ferâlderingstiid hawwe in wichtige ynfloed op 'e eigenskippen fan' e legearing. De ferâlderingstemperatuer leit meast tusken 120 ~ 190 ℃, en de ferâlderingstiid is net mear as 24 oeren.
Neist ien-faze keunstmjittige ferâldering kinne aluminiumlegeringen ek in stadich keunstmjittich ferâlderingssysteem brûke. Dat wol sizze, ferwaarming wurdt twa of mear kear útfierd by ferskillende temperatueren. Bygelyks, LC4-legering kin ferâldere wurde by 115 ~ 125 ℃ foar 2 ~ 4 oeren en dan by 160 ~ 170 ℃ foar 3 ~ 5 oeren. Stadichoan ferâldering kin net allinich de tiid signifikant koarter meitsje, mar ek de mikrostruktuer fan Al-Zn-Mg en Al-Zn-Mg-Cu-legeringen ferbetterje, en de spanningskorrosjebestriding, wurgenssterkte en brektaaiens signifikant ferbetterje sûnder de meganyske eigenskippen yn essinsje te ferminderjen.
Pleatsingstiid: 6 maart 2025
