Właściwości stopów aluminium oraz ich stabilność wymiarową można regulować poprzez wyżarzanie, hartowanie lub obróbkę cieplną rozpuszczającą, starzenie naturalne i sztuczne, nadmierne starzenie oraz obróbkę cykliczną. Niniejszy przewodnik wyjaśnia cel, zakres temperatur, czas utrzymywania, metodę chłodzenia oraz oczekiwany efekt każdego z tych procesów. Zawiera on również podsumowanie podstawowych oznaczeń stanów utwardzenia F, O, H, W i T zdefiniowanych dla wyrobów z aluminium kutego, pomagając czytelnikom powiązać historię obróbki z wytrzymałością, plastycznością, odpornością na korozję, naprężeniami wewnętrznymi oraz stabilnością wymiarową. Artykuł zachowuje podane w źródle warunki procesowe, jednostki miary, gatunki materiałów oraz zależności techniczne, co stanowi praktyczne źródło informacji.
Wyżarzanie usuwa naprężenia odlewnicze oraz naprężenia wewnętrzne powstałe w wyniku obróbki skrawaniem, stabilizuje kształt i wymiary elementu oraz powoduje sferoidyzację niektórych kryształów krzemu w stopach Al-Si w celu poprawy plastyczności. Odlewy ze stopów aluminium są podgrzewane do temperatury od 280 do 300°C, utrzymywane w tej temperaturze przez 2 do 3 godzin, a następnie schładzane w piecu do temperatury pokojowej. Roztwór stały ulega powolnemu rozkładowi, a wytrącone cząstki fazy drugorzędnej ulegają koalescencji, co zmniejsza naprężenia wewnętrzne, stabilizuje wymiary, poprawia plastyczność oraz ogranicza odkształcenia i wypaczenia.
W procesie hartowania odlew ze stopu aluminium podgrzewa się do wysokiej temperatury, zazwyczaj zbliżonej do eutektycznej temperatury topnienia i zwykle powyżej 500°C, a następnie utrzymuje się go w tej temperaturze przez ponad 2 godziny, tak aby fazy rozpuszczalne uległy całkowitemu rozpuszczeniu. Następnie odlew poddaje się gwałtownemu schłodzeniu w wodzie o temperaturze od 60 do 100°C. Szybkie schładzanie pozwala zachować maksymalną ilość składników wzmacniających w roztworze w temperaturze pokojowej. Obróbkę tę nazywa się również obróbką cieplną w roztworze lub obróbką na zimno.
Starzenie, zwane również odpuszczaniem niskotemperaturowym, polega na podgrzaniu hartowanego odlewu ze stopu aluminium do określonej temperatury, utrzymaniu go w tej temperaturze, a następnie schłodzeniu na powietrzu do temperatury pokojowej. Proces ten powoduje rozpad przesyconego roztworu stałego i stabilizuje matrycę stopu. Wraz ze wzrostem temperatury i czasu atomy najpierw zmieniają swoje ułożenie w sieci krystalicznej przesyconego roztworu stałego, tworząc strefy G-P I bogate w substancję rozpuszczoną. Strefy G-P I zanikają, atomy drugiej fazy ulegają segregacji zgodnie z określonym wzorem i powstają strefy G-P II. Kolejne etapy obejmują tworzenie się metastabilnej fazy drugorzędowej, współistnienie wielu stref G-P II z niewielką ilością fazy metastabilnej, przemianę fazy metastabilnej w fazę stabilną oraz koalescencję cząstek fazy drugorzędowej. Starzenie dzieli się na starzenie naturalne i sztuczne. Starzenie naturalne zachodzi w temperaturze pokojowej; starzenie sztuczne obejmuje starzenie częściowe, starzenie całkowite oraz nadmierne starzenie.
Odlew podgrzewa się do temperatury od 150 do 170°C i utrzymuje w tej temperaturze przez 3 do 5 godzin. Pozwala to uzyskać dobrą wytrzymałość na rozciąganie, plastyczność i udarność, ale stosunkowo niską odporność na korozję.
Odlew jest podgrzewany do temperatury od 175 do 185°C i utrzymywany w tej temperaturze przez 5 do 24 godzin. Pozwala to uzyskać wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie i najwyższą twardość, ale przy mniejszym wydłużeniu.
Odlew jest podgrzewany do temperatury od 190 do 230°C i utrzymywany w tej temperaturze przez 4 do 9 godzin. W wyniku tego zmniejsza się wytrzymałość, a wzrasta plastyczność, co zapewnia lepszą odporność na obciążenia i korozję. Proces ten nazywany jest również odpuszczaniem stabilizacyjnym.
Odlew schładza się do temperatury poniżej zera, np. −50, −70 lub −195 °C, i utrzymuje się w tej temperaturze, a następnie ogrzewa do temperatury poniżej 350 °C. Powtarzające się kurczenie i rozszerzanie się sieci krystalicznej roztworu stałego powoduje niewielkie przemieszczenia ziaren w każdej fazie, co prowadzi do ustabilizowania stref segregacji atomowej i cząstek międzymetalicznych. Poprawia to stabilność wymiarową i objętościową. Obróbkę cykliczną stosuje się w przypadku bardzo precyzyjnych, stabilnych wymiarowo elementów, w tym niektórych części przyrządów kontrolnych, ale zazwyczaj nie stosuje się jej w przypadku odlewów ogólnego przeznaczenia.
ISO 2107:2023, Aluminium i stopy aluminium – Wyroby kute – Oznaczenia stanów utwardzenia, określa podstawowe oznaczenia gatunków stali za pomocą jednej wielkiej litery.
| Kod | Nazwa | Opis i zastosowanie |
|---|---|---|
| F | W stanie, w jakim zostały wyprodukowane | Wyroby, w przypadku których podczas formowania nie stosuje się specjalnej kontroli nad utwardzaniem przez zgniatanie ani warunkami obróbki cieplnej. Zazwyczaj nie określa się konkretnych granicznych wartości właściwości mechanicznych. |
| O | Wyżarzony | Wyroby z aluminium kutego i stopów aluminium poddane wyżarzaniu w celu uzyskania niższej wytrzymałości i większej plastyczności. |
| H | Utwardzane przez odkształcenie | Wyroby utwardzone przez odkształcenie. Po utwardzeniu przez odkształcenie można zastosować dodatkową obróbkę cieplną w celu częściowego obniżenia wytrzymałości. |
| W | Rozwiązanie poddane obróbce cieplnej | Produkty, które po obróbce cieplnej w roztworze ulegają naturalnemu starzeniu w temperaturze pokojowej. Ten niestabilny stan utwardzenia stosuje się zazwyczaj wyłącznie podczas naturalnego starzenia. |
| T | Poddane obróbce cieplnej w celu uzyskania stabilnego stanu twardości innego niż F, O lub H | Wyroby doprowadzone do stabilnego stanu utwardzenia w wyniku obróbki cieplnej, z dodatkowym utwardzaniem przez odkształcenie lub bez niego. |
Udostępnij swój rysunek, materiał, docelową tolerancję lub pytanie dotyczące zastosowania. Nasz zespół inżynierów może pomóc w przeanalizowaniu trasy obróbki i zasugerować praktyczny następny krok.
Technologia obróbki skrawaniem
Wytaczanie metodą CNC pozwala skorygować wcześniejsze błędy w otworach, spełniając jednocześnie rygorystyczne wymagania dotyczące wymiarów, geometrii i chropowatości powierzchni. W niniejszym przewodniku wyjaśniono, kiedy należy stosować obróbkę zgrubną, półwykończeniową,...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
Planowanie procesu obróbki wału korbowego musi uwzględniać równowagę między jakością obróbki, wydajnością produkcji, kosztami oraz wymaganiami dotyczącymi terminów dostaw. W niniejszym artykule wyjaśniono, jak na wczesnym etapie ustalić precyzyjne punkty odniesienia,...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
Odpowiednio zaprojektowana ścieżka frezowania konturowego CNC zapewnia dokładność wymiarową, jakość powierzchni oraz wydajność cyklu. W niniejszym przewodniku wyjaśniono, jak ustawić i anulować promień frezu...
Przeczytaj artykułTechnologia obróbki skrawaniem
W tym artykule wyjaśniono kluczowe kwestie związane z programowaniem obróbki tokarskiej CNC, koncentrując się na ustawieniu płaszczyzny obróbki, wyborze parametrów skrawania i usuwaniu wiórów. To...
Przeczytaj artykuł
