Welke warmtebehandelingen worden toegepast bij aluminiumlegeringen?

Warmtebehandelingen van aluminiumlegeringen

Gloeien

Door gloeien worden gietspanningen en interne spanningen als gevolg van machinale bewerking opgeheven, worden de vorm en afmetingen van het onderdeel gestabiliseerd en worden sommige siliciumkristallen in Al-Si-legeringen gesferoïdiseerd om de ductiliteit te verbeteren. Gietstukken van aluminiumlegeringen worden verwarmd tot 280 tot 300 °C, 2 tot 3 uur op temperatuur gehouden en in de oven afgekoeld tot kamertemperatuur. De vaste oplossing valt langzaam uiteen en neergeslagen deeltjes van de tweede fase smelten samen, waardoor interne spanning wordt verlicht, afmetingen worden gestabiliseerd, de ductiliteit wordt verbeterd en vervorming en kromtrekking worden verminderd.

Afkoelen

Bij het afkoelen wordt een gietstuk van een aluminiumlegering tot een hoge temperatuur verhit, doorgaans dicht bij het eutectische smeltpunt en meestal boven 500 °C, en wordt het gedurende meer dan 2 uur op die temperatuur gehouden, zodat de oplosbare fasen volledig oplossen. Het gietstuk wordt vervolgens snel afgekoeld in water met een temperatuur van 60 tot 100 °C. Door de snelle afkoeling blijft bij kamertemperatuur de maximale hoeveelheid versterkende bestanddelen in oplossing behouden. Deze behandeling wordt ook wel oplossingswarmtebehandeling of koudebehandeling genoemd.

Veroudering

Bij het verouderen, ook wel ‘temperen bij lage temperatuur’ genoemd, wordt een afgekoeld gietstuk van een aluminiumlegering tot een bepaalde temperatuur verwarmd, op die temperatuur gehouden en vervolgens aan de lucht afgekoeld tot kamertemperatuur. Dit proces zorgt ervoor dat de oververzadigde vaste oplossing uiteenvalt en de legeringsmatrix wordt gestabiliseerd. Naarmate de temperatuur en de tijd toenemen, herschikken atomen zich eerst in het rooster van de oververzadigde vaste oplossing om G-P I-zones te vormen die rijk zijn aan opgeloste stof. De G-P I-zones verdwijnen, atomen van de tweede fase segregeren volgens een bepaald patroon en er ontstaan G-P II-zones. Vervolgfasen omvatten de vorming van een metastabiele tweede fase, het naast elkaar bestaan van vele G-P II-zones met een kleine hoeveelheid metastabiele fase, de omzetting van de metastabiele fase in de stabiele fase en de coalescentie van deeltjes van de tweede fase. Veroudering wordt onderverdeeld in natuurlijke en kunstmatige veroudering. Natuurlijke veroudering vindt plaats bij kamertemperatuur; kunstmatige veroudering omvat gedeeltelijke kunstmatige veroudering, volledige kunstmatige veroudering en oververoudering.

Gedeeltelijke kunstmatige veroudering

Het gietstuk wordt verwarmd tot 150 tot 170 °C en op die temperatuur gedurende 3 tot 5 uur gehouden. Dit levert een goede treksterkte, ductiliteit en taaiheid op, maar een relatief lage corrosiebestendigheid.

Volledige kunstmatige veroudering

Het gietstuk wordt verwarmd tot 175 tot 185 °C en op die temperatuur gedurende 5 tot 24 uur gehouden. Hierdoor ontstaat voldoende treksterkte en de hoogste hardheid, maar een lagere rek.

Oververoudering

Het gietstuk wordt verwarmd tot 190 tot 230 °C en op die temperatuur gedurende 4 tot 9 uur gehouden. De sterkte neemt af en de vervormbaarheid neemt toe, waardoor de weerstand tegen spanning en corrosie verbetert. Dit proces wordt ook wel stabilisatie-ontspanning genoemd.

Cyclische behandeling

Het gietstuk wordt afgekoeld tot een temperatuur onder het vriespunt, zoals −50, −70 of −195 °C, en op die temperatuur gehouden, waarna het wordt verwarmd tot onder 350 °C. Herhaaldelijke krimp en uitzetting van het rooster van de vaste oplossing veroorzaken kleine korrelverschuivingen in elke fase, waardoor zones van atomaire segregatie en intermetallische deeltjes in een stabielere toestand komen. Dit verbetert de dimensionale en volumetrische stabiliteit. Cyclische behandeling wordt toegepast voor zeer nauwkeurige, maatvaste onderdelen, waaronder bepaalde componenten van meetinstrumenten, maar wordt doorgaans niet toegepast op algemene gietstukken.

Aanduidingen voor de hardheidsgraden van basisaluminiumlegeringen

ISO 2107:2023, Aluminium en aluminiumlegeringen – Bewerkte producten – Aanduidingen voor hardheidsgraden, definieert basisbenamingen voor hardheden aan de hand van één hoofdletter.