Күйдіру, сөндіру және қартаю алюминий қорытпаларының негізгі термиялық өңдеу түрлері болып табылады. Күйдіру - жұмсартқыш өңдеу, оның мақсаты қорытпаны құрамы мен құрылымы бойынша біркелкі және тұрақты ету, жұмыстың қатаюын жою және қорытпаның пластикасын қалпына келтіру. Сөндіру және қартаю - бұл күшейтетін термиялық өңдеу, оның мақсаты қорытпаның беріктігін жақсарту және негізінен термиялық өңдеу арқылы күшейтілетін алюминий қорытпалары үшін қолданылады.
1 Жылыту
Өндірістің әртүрлі талаптарына сәйкес алюминий қорытпасын күйдіру бірнеше формаға бөлінеді: құйманы гомогенизациялау, дайындамаларды күйдіру, аралық күйдіру және дайын өнімді жасыту.
1.1 Құйманы гомогенизациялау күйдіру
Жылдам конденсация және тепе-теңдіксіз кристалдану жағдайында құйма құрамы мен құрылымы біркелкі емес, сонымен қатар үлкен ішкі кернеуге ие болуы керек. Бұл жағдайды өзгерту және құйманың ыстық өңдеу қабілетін жақсарту үшін әдетте гомогенизациялау жасыту қажет.
Атомдық диффузияны ынталандыру үшін гомогенизациялау жасыту үшін жоғарырақ температура таңдалуы керек, бірақ ол қорытпаның төмен балқу температурасы эвтектикалық балқу температурасынан аспауы керек. Әдетте, гомогенизацияның жасыту температурасы балқу температурасынан 5 ~ 40 ℃ төмен, ал жасыту уақыты негізінен 12 ~ 24 сағат арасында.
1.2 Дайындаманы күйдіру
Дайындаманы жасыту қысыммен өңдеу кезіндегі алғашқы суық деформацияға дейінгі жасытуды білдіреді. Мақсаты - дайындаманың теңдестірілген құрылымды алуы және максималды пластикалық деформация қабілетіне ие болуы. Мысалы, ыстықтай илектелген алюминий қорытпасының плитасының домалау температурасы 280 ~ 330 ℃ құрайды. Бөлме температурасында жылдам салқындағаннан кейін жұмыстың қатаю құбылысын толығымен жою мүмкін емес. Атап айтқанда, термиялық өңдеуден өткен нығайтылған алюминий қорытпалары үшін, жылдам салқындағаннан кейін, қайта кристалдану процесі аяқталмаған, ал аса қаныққан қатты ерітінді толығымен ыдыраған жоқ және жұмыстың қатайту және сөндіру әсерінің бір бөлігі әлі де сақталады. Күйдірусіз тікелей салқындату қиын, сондықтан дайындамаларды жасыту қажет. LF3 сияқты термиялық өңделмеген нығайтылған алюминий қорытпалары үшін жасыту температурасы 370~470℃, ал ауаны салқындату 1,5~2,5 сағат жылы ұстағаннан кейін орындалады. Суық тартылған түтіктерді өңдеу үшін қолданылатын дайындама және күйдіру температурасы сәйкесінше жоғары болуы керек және жоғарғы шекті температураны таңдауға болады. LY11 және LY12 сияқты термиялық өңдеу арқылы нығайта алатын алюминий қорытпалары үшін дайындаманы жасыту температурасы 390~450℃, осы температурада 1~3сағ ұсталады, содан кейін пеште 30℃/сағ аспайтын жылдамдықпен 270℃-ден төмен салқындатылады, содан кейін пештен ауамен салқындатылады.
1.3 Аралық күйдіру
Аралық күйдіру суық деформация процестері арасындағы жасытуды білдіреді, оның мақсаты суық деформацияның жалғасуын жеңілдету үшін жұмыстың қатаюын жою болып табылады. Жалпы айтқанда, материал жасытылғаннан кейін, 45 ~ 85% суық деформациядан кейін аралық жасытусыз суық өңдеуді жалғастыру қиын болады.
Аралық күйдірудің технологиялық жүйесі негізінен дайындаманы жасытумен бірдей. Суық деформация дәрежесінің талаптарына сәйкес аралық күйдіруді үш түрге бөлуге болады: толық күйдіру (жалпы деформация ε≈60~70%), қарапайым күйдіру (ε≤50%) және шамалы күйдіру (ε≈30~40%). Алғашқы екі жасыту жүйесі дайындаманы жасытумен бірдей, ал соңғысы 320~350℃ температурада 1,5~2 сағат бойы қызады, содан кейін ауамен салқындатылады.
1.4. Дайын өнімді күйдіру
Дайын өнімді күйдіру - бұл өнімнің техникалық шарттарының талаптарына сәйкес материалға белгілі бір ұйымдастырушылық және механикалық қасиеттер беретін соңғы термиялық өңдеу.
Дайын өнімді жасытуды жоғары температурада күйдіру (жұмсақ өнімдерді өндіру) және төмен температурада күйдіру (әртүрлі күйдегі жартылай қатты өнімдерді өндіру) деп бөлуге болады. Жоғары температурада күйдіру толық қайта кристалдану құрылымын және жақсы пластика алуды қамтамасыз етуі керек. Материалдың жақсы құрылымы мен өнімділігін қамтамасыз ету шартында ұстау уақыты тым ұзақ болмауы керек. Ауаны салқындату сөндіргіш әсерін болдырмау үшін термиялық өңдеу арқылы күшейтілетін алюминий қорытпалары үшін салқындату жылдамдығын қатаң бақылау керек.
Төмен температурада жасыту негізінен таза алюминий және термиялық өңдеуден өткізбейтін күшейтілген алюминий қорытпалары үшін қолданылатын кернеуді жеңілдететін күйдіру және ішінара жұмсарту жасытуды қамтиды. Төмен температурада жасыту жүйесін құрастыру өте күрделі міндет болып табылады, ол тек жасыту температурасы мен ұстау уақытын ғана емес, сонымен қатар қоспалардың әсерін, легірлеу дәрежесін, суық деформацияны, аралық күйдіру температурасын және ыстық деформация температурасын ескеруді қажет етеді. Төмен температурада жасыту жүйесін тұжырымдау үшін жасыту температурасы мен механикалық қасиеттер арасындағы өзгеру қисығын өлшеу керек, содан кейін техникалық шарттарда көрсетілген өнімділік көрсеткіштері бойынша жасыту температурасының диапазонын анықтау керек.
2 Өндіру
Алюминий қорытпасын сөндіруді ерітіндімен өңдеу деп те атайды, ол жоғары температурада қыздыру арқылы қатты ерітіндіге екінші фаза ретінде металдағы легірленетін элементтерді мүмкіндігінше еріту, содан кейін екінші фазаның тұнбасын тежеу үшін жылдам салқындату, осылайша келесі қартаюды өңдеуге жақсы дайындалған аса қаныққан алюминий негізіндегі α қатты ерітіндісін алу.
Аса қаныққан α қатты ерітіндіні алудың алғышарты мынада: алюминийдегі қорытпадағы екінші фазаның ерігіштігі температураның жоғарылауымен айтарлықтай артуы керек, әйтпесе қатты ерітіндімен өңдеу мақсатына жету мүмкін емес. Алюминийдегі легирленген элементтердің көпшілігі осы сипаттамамен эвтектикалық фазалық диаграмма құра алады. Мысал ретінде Al-Cu қорытпасын алсақ, эвтектикалық температура 548℃, ал алюминийдегі мыстың бөлме температурасында ерігіштігі 0,1% -дан аз. 548℃ дейін қыздырғанда оның ерігіштігі 5,6%-ға дейін артады. Демек, құрамында 5,6%-дан аз мыс бар Al-Cu қорытпалары α бір фазалы аймаққа қыздыру температурасы оның ерітінді сызығынан асқаннан кейін түседі, яғни екінші фаза CuAl2 матрицада толығымен ерігеннен кейін, сөндіргеннен кейін жалғыз аса қаныққан α қатты ерітінді алуға болады.
Алюминий қорытпаларына арналған термиялық өңдеудің ең маңызды және ең талапты операциясы. Ең бастысы, сөндірудің сәйкес қыздыру температурасын таңдау және сөндірудің жеткілікті салқындату жылдамдығын қамтамасыз ету және пештің температурасын қатаң бақылау және сөндіру деформациясын азайту.
Сөндіру температурасын таңдау принципі алюминий қорытпасының қатты күйіп кетпеуін немесе дәндердің шамадан тыс өсуін қамтамасыз ете отырып, α қатты ерітіндісінің аса қанығуын және қартаюды өңдеуден кейінгі беріктікті арттыру үшін сөндіруді қыздыру температурасын мүмкіндігінше арттыру болып табылады. Әдетте, алюминий қорытпасынан жасалған қыздыру пеші пештің температурасын бақылау дәлдігінің ± 3 ℃ шегінде болуын талап етеді және пештегі ауа пеш температурасының біркелкілігін қамтамасыз ету үшін айналуға мәжбүр болады.
Алюминий қорытпасының шамадан тыс жануы екілік немесе көп элементті эвтектика сияқты металдың ішіндегі балқу температурасы төмен компоненттердің жартылай балқуынан болады. Шамадан тыс жану механикалық қасиеттердің төмендеуіне әкеліп қана қоймайды, сонымен қатар қорытпаның коррозияға төзімділігіне қатты әсер етеді. Сондықтан алюминий қорытпасы қатты күйіп кеткеннен кейін оны жою мүмкін емес және қорытпа өнімін жою керек. Алюминий қорытпасының нақты шамадан тыс жану температурасы негізінен қорытпаның құрамымен және қоспалардың құрамымен анықталады, сонымен қатар қорытпаның өңдеу күйіне байланысты. Пластикалық деформациялық өңдеуден өткен бұйымдардың шамадан тыс жану температурасы құймаларға қарағанда жоғары. Деформацияны өңдеу неғұрлым көп болса, қызған кезде тепе-тең емес төмен балқу температурасы компоненттерінің матрицаға еруі оңайырақ, сондықтан нақты жану температурасы артады.
Алюминий қорытпасын сөндіру кезіндегі салқындату жылдамдығы қорытпаның қартаюды күшейту қабілетіне және коррозияға төзімділігіне айтарлықтай әсер етеді. LY12 және LC4 сөндіру процесі кезінде α қатты ерітіндісі, әсіресе 290~420℃ температураға сезімтал аймақта ыдырап кетпеуін қамтамасыз ету қажет және жеткілікті үлкен салқындату жылдамдығы қажет. Әдетте салқындату жылдамдығы 50 ℃/с жоғары болуы керек, ал LC4 қорытпасы үшін ол 170 ℃/с жетуі немесе одан жоғары болуы керек деп белгіленеді.
Алюминий қорытпалары үшін ең көп қолданылатын сөндіргіш орта су болып табылады. Өндірістік тәжірибе көрсеткендей, сөндіру кезіндегі салқындату жылдамдығы неғұрлым көп болса, сөндірілген материалдың немесе дайындаманың қалдық кернеуі және қалдық деформациясы соғұрлым көп болады. Сондықтан, қарапайым пішіні бар шағын дайындамалар үшін су температурасы сәл төмен болуы мүмкін, әдетте 10~30℃ және 40℃ аспауы керек. Күрделі пішіні және қабырға қалыңдығының үлкен айырмашылығы бар дайындамалар үшін сөндіргіш деформация мен крекингті азайту үшін су температурасын кейде 80℃ дейін арттыруға болады. Дегенмен, сөндіру резервуарындағы судың температурасы жоғарылаған сайын материалдың беріктігі мен коррозияға төзімділігі де сәйкесінше төмендейтінін атап өту керек.
3. Қартаю
3.1 Қартаю кезіндегі ұйымдық трансформация және өнімділіктің өзгеруі
Сөндіру арқылы алынған аса қаныққан α қатты ерітіндісі тұрақсыз құрылым болып табылады. Қыздырған кезде ол ыдырайды және тепе-теңдік құрылымға айналады. Мысал ретінде Al-4Cu қорытпасын алатын болсақ, оның тепе-теңдік құрылымы α+CuAl2 (θ фазасы) болуы керек. Сөндіруден кейін бір фазалы аса қаныққан α қатты ерітіндісін қартаю үшін қыздырғанда, температура жеткілікті жоғары болса, θ фазасы тікелей тұнбаға түседі. Әйтпесе, ол кезең-кезеңімен жүзеге асырылады, яғни кейбір аралық өтпелі кезеңдерден кейін CuAl2 соңғы тепе-теңдік фазасына жетуге болады. Төмендегі сурет Al-Cu қорытпасының қартаю процесі кезінде жауын-шашынның әрбір кезеңінің кристалдық құрылымының сипаттамаларын көрсетеді. a суреті. сөндірілген күйдегі кристалдық тор құрылымы болып табылады. Бұл кезде ол бір фазалы α аса қаныққан қатты ерітінді болып табылады және мыс атомдары (қара нүктелер) алюминий (ақ нүктелер) матрицалық торда біркелкі және кездейсоқ бөлінеді. b суреті. жауын-шашынның бастапқы кезеңіндегі тор құрылымын көрсетеді. Мыс атомдары матрицалық тордың белгілі бір аймақтарында шоғырлана бастайды, ГВН аймағы деп аталады. GP аймағы өте кішкентай және диск тәрізді, диаметрі шамамен 5 ~ 10 мкм және қалыңдығы 0,4 ~ 0,6 нм. Матрицадағы GP аймақтарының саны өте үлкен және таралу тығыздығы 10¹⁷~10¹⁸см-³ жетуі мүмкін. GP аймағының кристалдық құрылымы әлі де матрицаның құрылымымен бірдей, екеуі де бетке бағытталған текше болып табылады және ол матрицамен когерентті интерфейсті сақтайды. Дегенмен, мыс атомдарының мөлшері алюминий атомдарынан кіші болғандықтан, мыс атомдарының байытылуы аймаққа жақын кристалдық тордың кішіреюіне әкеледі, бұл тордың бұрмалануын тудырады.
Қартаю кезінде Al-Cu қорытпасының кристалдық құрылымының өзгеруінің схемалық диаграммасы
a суреті. Өшірілген күй, бір фазалы α қатты ерітінді, мыс атомдары (қара нүктелер) біркелкі таралған;
b суреті. Қартаюдың ерте кезеңінде GP аймағы қалыптасады;
c суреті. Қартаюдың кеш сатысында жартылай когерентті өтпелі кезең қалыптасады;
d суреті. Жоғары температураның қартаюы, когерентсіз тепе-теңдік фазасының тұнбасы
GP аймағы алюминий қорытпаларының қартаю процесінде пайда болатын алғашқы жауын-шашын өнімі болып табылады. Қартаю уақытын ұзарту, әсіресе қартаю температурасын жоғарылату, басқа аралық өтпелі кезеңдерді де қалыптастырады. Al-4Cu қорытпасында GP аймағынан кейін θ” және θ' фазалары болады, ақырында CuAl2 тепе-теңдік фазасына жетеді.θ” және θ' екеуі де θ фазасының өтпелі фазалары, ал кристалдық құрылым шаршы тор, бірақ тор тұрақтысы әртүрлі. θ өлшемі GP аймағының өлшемінен үлкен, әлі диск тәрізді, диаметрі шамамен 15 ~ 40 нм және қалыңдығы 0,8 ~ 2,0 нм. Ол матрицамен когерентті интерфейсті сақтауды жалғастырады, бірақ тордың бұрмалану дәрежесі анағұрлым қарқынды. θ” фазасынан θ' фазасына өткенде өлшем 20~600нм-ге дейін өсті, қалыңдығы 10~15нм, когерентті интерфейс де жартылай бұзылып, в суретінде көрсетілгендей жартылай когерентті интерфейске айналады. Қартаюдың соңғы өнімі – тепе-теңдік фазасы θ болады (C уақытында Al 2 когерентті интерфейске айналады). d суретінде көрсетілгендей когерентті емес интерфейс.
Жоғарыда келтірілген жағдайға сәйкес, Al-Cu қорытпасының қартаю жауын-шашын реті αs→α+GP аймағы→α+θ”→α+θ'→α+θ.Қартаю құрылымының сатысы қорытпаның құрамына және қартаю ерекшелігіне байланысты.Бір күйде бірнеше қартаю өнімдері болады.Қартаю температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым тепе-теңдік құрылымға жақын болады.
Қартаю процесі кезінде матрицадан тұндырылған GP аймағы мен өтпелі фаза мөлшері бойынша шағын, жоғары дисперсті және оңай деформацияланбайды. Сонымен бірге олар матрицада тордың бұрмалануын тудырады және дислокациялардың қозғалысына айтарлықтай кедергі келтіретін кернеу өрісін құрайды, сол арқылы қорытпаның пластикалық деформациясына төзімділігін арттырады және оның беріктігі мен қаттылығын жақсартады. Бұл қартаюдың қатаю құбылысы жауын-шашынның қатаюы деп аталады. Төмендегі суретте Al-4Cu қорытпасының қисық түрінде сөндіру және қартаю кезіндегі қаттылығының өзгеруі көрсетілген. Суреттегі I кезең қорытпаның бастапқы күйіндегі қаттылығын көрсетеді. Әртүрлі ыстық жұмыс тарихына байланысты бастапқы күйдің қаттылығы өзгереді, әдетте HV=30~80. 500℃ температурада қыздырғаннан кейін және сөндіргеннен кейін (II кезең) барлық мыс атомдары матрицаға ерітіліп, бір фазалы аса қаныққан α қатты ерітіндісі HV=60 құрайды, бұл күйдірілген күйдегі қаттылықтан екі есе қатты (HV=30). Бұл қатты ерітіндіні нығайтудың нәтижесі. Өндіргеннен кейін оны бөлме температурасында орналастырады, ал қорытпаның қаттылығы GP аймақтарының үздіксіз түзілуіне байланысты үздіксіз жоғарылайды (III кезең). Бөлме температурасында қартаюдың бұл қатаю процесі табиғи қартаю деп аталады.
I—түпнұсқа күйі;
II— қатты ерітінді күйі;
III—табиғи қартаю (GP аймағы);
IVa—150~200℃ температурада регрессиялық ем (GP аймағында қайта еріген);
IVb—жасанды қартаю (θ”+θ' фазасы);
V—асып кету (θ”+θ' фазасы)
IV кезеңде қорытпаны қартаю үшін 150°С дейін қыздырады, табиғи қартаюға қарағанда қатайту әсері айқынырақ болады. Бұл кезде тұндыру өнімі негізінен Al-Cu қорытпаларында ең күшті күшейтетін әсерге ие θ” фазасы болып табылады.Егер қартаю температурасы одан әрі жоғарыласа, жауын-шашын фазасы θ” фазасынан θ’ фазасына ауысады, қатаю әсері әлсіреп, қаттылық азаяды, V кезеңге кіреді. Қартаюды IV кезең деп атайды. және V осы санатқа жатады. Егер қаттылық қорытпа қартаюдан кейін (яғни, IVb сатысы) жетуі мүмкін максималды қаттылық мәніне жетсе, бұл қартаю ең жоғары қартаю деп аталады. Қаттылықтың ең жоғары мәніне жетпесе, оны жасанды қартаю немесе толық емес жасанды қартаю деп атайды. Егер шыңның мәні қиылыса және қаттылық төмендесе, оны артық қартаю деп атайды. Тұрақтандыру қартаюды емдеу де артық қартаюға жатады. Табиғи қартаю кезінде қалыптасқан ЖП аймағы өте тұрақсыз. Шамамен 200°C сияқты жоғарырақ температураға дейін жылдам қыздырғанда және қысқа уақыт жылы ұстағанда, GP аймағы қайтадан α қатты ерітіндісіне ериді. Егер ол θ” немесе θ' тұнба сияқты басқа өтпелі фазаларға дейін тез салқындатылса (сөндірілсе), қорытпа бастапқы сөнген күйіне оралуы мүмкін. Бұл құбылыс суреттегі IVa сатысында нүктелі сызықпен көрсетілген қаттылықтың төмендеуі болып табылатын “регрессия” деп аталады. Алюминий қорытпасы бұрынғыдай қатайған, бұрынғысынша қатайған.
Жасы бойынша шыңдалу термиялық өңделетін алюминий қорытпаларын жасаудың негізі болып табылады және оның жасы бойынша шыңдалу қабілеті қорытпаның құрамы мен термиялық өңдеу жүйесіне тікелей байланысты. Al-Si және Al-Mn екілік қорытпаларының тұндыру қатайтатын әсері жоқ, өйткені тепе-теңдік фазасы қартаю процесінде тікелей тұнбаға түседі және термиялық өңделмейтін алюминий қорытпалары болып табылады. Al-Mg қорытпалары GP аймақтары мен өтпелі фазалар β' құра алатынына қарамастан, олар жоғары магний қорытпаларында белгілі бір жауын-шашынмен қатаю қабілетіне ие. Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si және Al-Zn-Mg-Cu қорытпалары GP аймақтарында және өтпелі фазаларында күшті жауын-шашынның қатаю қабілетіне ие және қазіргі уақытта термиялық өңдеуге және күшейтуге болатын негізгі қорытпа жүйелері болып табылады.
3.2 Табиғи қартаю
Жалпы алғанда, термиялық өңдеу арқылы нығайта алатын алюминий қорытпалары сөндіргеннен кейін табиғи қартаю әсерін береді. Табиғи қартаюды күшейту GP аймағынан туындайды. Табиғи қартаю Al-Cu және Al-Cu-Mg қорытпаларында кеңінен қолданылады. Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының табиғи қартаюы тым ұзаққа созылады және тұрақты кезеңге жету үшін жиі бірнеше ай қажет, сондықтан табиғи қартаю жүйесі қолданылмайды.
Жасанды қартаюмен салыстырғанда, табиғи қартаюдан кейін қорытпаның аққыштығы төмен, бірақ пластикалық пен қаттылық жақсырақ, ал коррозияға төзімділігі жоғары. Al-Zn-Mg-Cu жүйесінің аса қатты алюминийінің жағдайы сәл басқаша. Жасанды қартаюдан кейінгі коррозияға төзімділік көбінесе табиғи қартаюдан кейін жақсырақ болады.
3.3 Жасанды қартаю
Жасанды қартаюды өңдеуден кейін алюминий қорытпалары көбінесе ең жоғары шығымдылықты (негізінен өтпелі кезеңді күшейту) және жақсы ұйымдастырушылық тұрақтылықты ала алады. Өте қатты алюминий, соғылған алюминий және құйма алюминий негізінен жасанды түрде ескіреді. Қартаю температурасы мен қартаю уақыты қорытпаның қасиеттеріне маңызды әсер етеді. Қартаю температурасы негізінен 120 ~ 190 ℃ арасында, ал қартаю уақыты 24 сағаттан аспайды.
Бір сатылы жасанды қартаюдан басқа, алюминий қорытпалары жасанды қартаюдың деңгейлі жүйесін де қабылдай алады. Яғни, қыздыру әртүрлі температурада екі рет немесе одан да көп орындалады. Мысалы, LC4 қорытпасын 115 ~ 125 ℃ температурада 2 ~ 4 сағат, содан кейін 160 ~ 170 ℃ температурада 3 ~ 5 сағат бойы ескіруге болады. Біртіндеп қартаю уақытты айтарлықтай қысқартып қана қоймайды, сонымен қатар Al-Zn-Mg және Al-Zn-Mg-Cu қорытпаларының микроқұрылымын жақсартады және механикалық қасиеттерін негізінен төмендетпестен кернеудің коррозияға төзімділігін, шаршау беріктігін және сыну беріктігін айтарлықтай жақсартады.
Жіберу уақыты: 06 наурыз 2025 ж
