Какие виды термической обработки применяются для алюминиевых сплавов?

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Отжиг

Отжиг снимает литейные напряжения и внутренние напряжения, возникающие в результате механической обработки, стабилизирует форму и размеры детали, а также приводит к сфероидизации некоторых кристаллов кремния в сплавах Al-Si с целью повышения пластичности. Отливки из алюминиевых сплавов нагревают до 280–300 °C, выдерживают в течение 2–3 часов и охлаждают в печи до комнатной температуры. Твёрдый раствор медленно распадается, а выпавшие в осадок частицы второй фазы сливаются, что снимает внутренние напряжения, стабилизирует размеры, улучшает пластичность и уменьшает деформацию и коробление.

Закалка

При закалке отливка из алюминиевого сплава нагревается до высокой температуры, как правило, близкой к температуре плавления эвтектики и обычно превышающей 500 °C, и выдерживается в этом состоянии более 2 часов, чтобы растворимые фазы полностью растворились. Затем отливка быстро закаливается в воде с температурой от 60 до 100 °C. Быстрое охлаждение позволяет сохранить максимальное количество упрочняющих компонентов в растворе при комнатной температуре. Эту обработку также называют термообработкой в растворе или холодной обработкой.

Старение

Старение, также называемое низкотемпературной отпуской, заключается в нагревании закаленного литья из алюминиевого сплава до заданной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе до комнатной температуры. Этот процесс приводит к распаду перенасыщенного твердого раствора и стабилизации матрицы сплава. С увеличением температуры и времени атомы сначала перегруппировываются в решетке перенасыщенного твёрдого раствора, образуя зоны G-P I, обогащённые растворённым веществом. Зоны G-P I исчезают, атомы второй фазы сегрегируются по определённой схеме, и образуются зоны G-P II. Последующие стадии включают образование метастабильной второй фазы, сосуществование множества зон G-P II с небольшим количеством метастабильной фазы, превращение метастабильной фазы в стабильную и коалесценцию частиц второй фазы. Старение подразделяется на естественное и искусственное. Естественное старение протекает при комнатной температуре; искусственное старение включает частичное искусственное старение, полное искусственное старение и перестарение.

Частичное искусственное старение

Изделие нагревают до температуры от 150 до 170 °C и выдерживают в течение 3–5 часов. Это обеспечивает хорошую прочность на разрыв, пластичность и ударную вязкость, но относительно низкую коррозионную стойкость.

Полное искусственное старение

Заготовка нагревается до температуры от 175 до 185 °C и выдерживается в течение от 5 до 24 часов. Это обеспечивает достаточную прочность на разрыв и максимальную твердость, но при этом снижается относительное удлинение.

Чрезмерное старение

Заготовку нагревают до температуры от 190 до 230 °C и выдерживают в течение 4–9 часов. При этом прочность снижается, а пластичность повышается, что обеспечивает улучшенную стойкость к нагрузкам и коррозии. Этот процесс также называют стабилизационным отпуском.

Циклическая обработка

Отливку охлаждают до температуры ниже нуля, например −50, −70 или −195 °C, и удерживают в таком состоянии, а затем нагревают до температуры ниже 350 °C. Повторное сжатие и расширение решетки твердого раствора вызывает небольшие смещения зерен в каждой фазе, приводя зоны атомной сегрегации и интерметаллические частицы в более стабильное состояние. Это повышает стабильность размеров и объема. Циклическую обработку применяют для изготовления высокоточных деталей с стабильными размерами, в том числе некоторых компонентов контрольно-измерительных приборов, однако обычно она не применяется к обычным отливкам.

Основные обозначения состояний алюминиевых сплавов

ISO 2107:2023, Алюминий и алюминиевые сплавы — Прокатные изделия — Обозначения состояний, определяет основные обозначения темперов с использованием одной заглавной буквы.