Jakie są główne metody wyżarzania aluminium kutego?

Wyżarzanie to proces obróbki cieplnej stosowany w celu uzyskania jednolitego składu, stabilnej mikrostruktury lub korzystnych właściwości obróbczych. W zależności od celu wyżarzanie aluminium kutego dzieli się na wyżarzanie homogenizacyjne, rekrystalizacyjne, pośrednie i końcowe.

Wyżarzanie homogenizacyjne

Wyżarzanie homogenizacyjne przeprowadza się głównie w hutach aluminium i zakładach produkujących stopy. Zbyt szybkie schładzanie może spowodować efekt hartowania. Aby temu zapobiec, materiał powinien schładzać się w piecu lub po wyjęciu z niego powinien być ułożony w stosy w celu schłodzenia na powietrzu.

Wyżarzanie rekrystalizacyjne

Wyżarzanie rekrystalizacyjne usuwa defekty krystaliczne oraz utwardzenie odkształceniowe spowodowane odkształceniem plastycznym oraz poprawia plastyczność i wytrzymałość na uderzenie. Rekrystalizacja przebiega poprzez zarodkowanie i wzrost nowych ziaren.

Wyżarzanie pośrednie

Podczas obróbki na zimno często nie da się uzyskać tak dużego odkształcenia w jednej operacji. Wyżarzanie pośrednie usuwa utwardzenie przez obróbkę i przywraca plastyczność, dzięki czemu można kontynuować odkształcanie aż do uzyskania wymaganego rozmiaru i kształtu.

Wyżarzanie końcowe

W zależności od stopu i wymagań eksploatacyjnych wyżarzanie końcowe może mieć charakter częściowy lub niskotemperaturowy albo pełny i wysokotemperaturowy.

W trakcie wyżarzania pełnego stop utwardzony przez obróbkę na zimno lub częściowo utwardzony przez hartowanie podgrzewa się powyżej temperatury przemiany i utrzymuje w tej temperaturze do momentu utworzenia się jednofazowego roztworu stałego. Powolne schładzanie, zazwyczaj w piecu, pozwala na rozpad roztworu stałego oraz koalescencję cząstek drugiej fazy w wyniku dyfuzji.

W procesie wyżarzania częściowego stop podgrzewa się do odpowiedniej temperatury poniżej krytycznego punktu przemiany, utrzymuje się go w tej temperaturze, a następnie stosunkowo szybko schładza, zazwyczaj na powietrzu. Eliminuje to część efektu utwardzenia przez odkształcenie, co ułatwia przeprowadzenie kolejnej operacji formowania przy ograniczonym odkształceniu lub poprawia plastyczność, zachowując jednocześnie pewien stopień wzmocnienia wynikający z odkształcenia na zimno, co pozwala uzyskać stan półutwardzony.

Większość pracy związanej z odkształceniem jest rozpraszana w postaci ciepła, ale niewielka jej część pozostaje w metalu jako energia zgromadzona w postaci zniekształceń sieci krystalicznej oraz defektów, takich jak defekty punktowe, dyslokacje, granice podziaren i wady ułożenia. Ta zgromadzona energia, wyrażona jako wzrost energii swobodnej po odkształceniu na zimno, powoduje zmiany mikrostrukturalne.

Gdy metal poddany odkształceniu plastycznemu zostanie podgrzany i utrzymany w tej temperaturze, jego struktura zmienia się w trzech etapach. Podczas odprężania wydłużone ziarna włókniste pozostają pod mikroskopem niemal niezmienione. Podczas rekrystalizacji w obrębie odkształconych ziaren powstają nowe, małe ziarna, które rosną, aż struktura włóknista zostanie całkowicie zastąpiona ziarnami równoprzecinnymi. Podczas wzrostu ziaren nowe ziarna wzajemnie się pochłaniają, aż osiągną stosunkowo stabilną wielkość. Utrzymywanie materiału w coraz wyższej temperaturze prowadzi do tej samej sekwencji procesów.

Podczas odprężania twardość spada jedynie nieznacznie, podczas gdy plastyczność ulega poprawie; wytrzymałość zmienia się w podobny sposób, ponieważ zasadniczo podąża za twardością. Podczas rekrystalizacji twardość i wytrzymałość znacznie spadają, a plastyczność gwałtownie wzrasta. Wzrost twardości i wytrzymałości spowodowany odkształceniem plastycznym wiąże się ze wzrostem gęstości dyslokacji. Gęstość dyslokacji zmniejsza się jedynie nieznacznie podczas odprężania, ale spada znacznie podczas rekrystalizacji.