Varmebehandling af aluminiumslegeringsplader: temperament, ældningsplaner og forvrængningskontrol

Sådan klassificeres varmebehandlinger af aluminiumplader

Varmebehandling er det trin, der forvandler en valset aluminiumsplade fra et blødt, bearbejdet produkt til et strukturelt materiale. Fire grupper bruges i praksis.

Termomekaniske behandlinger kombinerer deformation med en termisk cyklus. At strække eller komprimere en plade efter bratkøling for at lindre resterende stress er det mest almindelige eksempel.

Opløsningsvarmebehandling opløser de opløselige legeringsfaser ved høj temperatur og bratkøler derefter pladen hurtigt nok til at holde dem i overmættet fast opløsning. Det ustabile temperament produceret på denne måde er betegnet W.

Udfældningshærdning, eller kunstig ældning, holder den afkølede plade ved en mellemtemperatur, så der dannes fine forstærkende bundfald. Dette producerer T6- og T7-familierne af temperament.

Udglødning, betegnet O, blødgør pladen ved omkrystallisation og bruges til at genoprette formbarheden mellem formningsoperationer.

Ét punkt er ofte fejlrapporteret: T651 øger ikke styrken med 10-15 % i forhold til T6. Begge temperamenter når den samme nedbørstilstand og derfor næsten de samme trækegenskaber. Forskellen er restspænding. Den 1,5-3 % strækning, der påføres mellem bratkøling og ældning, fjerner det meste af bratkølingsspændingen, hvilket er det, der holder en bearbejdet del flad og formstabil.

Opløsningsbehandling og quenching

Opløsningsbehandlingstemperaturen indstilles af legeringsserien og holdes bevidst under den eutektiske eller begyndende-smeltetemperatur, fordi overophedning på dette stadium er irreversibel.

Slukning er den del af cyklussen, der oftest giver problemer. Pladen skal afkøles hurtigt nok til at undertrykke nedbør under faldet gennem det følsomme temperaturområde; tykke 7xxx sektioner har generelt brug for afkølingshastigheder langt over 100 C pr. sekund ved overfladen for at bevare en god ældningsrespons. Fordi overfladen altid afkøles hurtigere end kernen, låser quenchen også en spændingsgradient, der senere viser sig som forvrængning, så quench-ensartethed betyder lige så meget som quench-hastighed. Spray quenching, polymer quenchants og afbrudte quenches med en kort luftforsinkelse før vandstadiet bruges til at bytte lidt hårdhed til en stor reduktion af termisk stød og vridning.

Aldringsplaner og de deraf følgende temperamenter

Kunstig ældningstemperatur og -tid vælger den bundfaldsstørrelse, der giver den nødvendige balance mellem styrke, duktilitet og korrosionsbestandighed.

Det fysiske grundlag er ligetil. Topældning, som producerer T6, giver den maksimale antal tæthed af sammenhængende bundfald og derfor den højeste styrke, men det efterlader også legeringen følsom over for spændingskorrosionsrevner og eksfoliering i kloridmiljøer. Overældning, som producerer T73 og T7451, gør bundfaldene grovere og ofrer en vis styrke for en stor gevinst i korrosionsbestandighed. I 7xxx-serien er præcipitaterne af MgZn2-familien, og sportilsætninger såsom zirconium bruges til at bremse omkrystallisationen, så den bearbejdede struktur overlever den termiske cyklus.

Stresslindring og forvrængningskontrol

Forvrængningskontrol er et procesdesignproblem, ikke et slutinspektionsproblem, og foranstaltningerne nedenfor bruges sammen.

Mekanisk aflastning: strækning til 1,5-3 % for T651, eller kompression for T7451, påført efter bratkøling og før ældning.

Armaturdesign: stive rettebeslag og, for lange plader, understøttende jigs, der holder pladen gennem opløsnings- og bratkølingsstadierne.

Slukningsensartethed: kontrollerede sprøjtemønstre, ensartet omrøring og, hvor legeringen tillader det, afbrudt bratkøling.

Bearbejdningsgodtgørelse: efterlader tilstrækkeligt materiale til, at begge flader kan renses efter enhver resterende bevægelse.

Processimulering: Finite element-modeller af quenchen bruges til at forudsige forvrængningsmønsteret, så tillæg kan indbygges i pladedimensionerne.

I rumfartspraksis bruges et kontrolleret kryogenhold efter bratkøling nogle gange som et ekstra spændingsaflastningstrin før den endelige bearbejdning, hvilket reducerer den nødvendige mængde på tyk plade.

Standarder, test og verifikation

Varmebehandlingsparametre specificeres og revideres i forhold til offentliggjorte standarder i stedet for uformelt aftalt mellem mølle og kunde. Hoveddokumenterne er AMS 2772 for opløsningsvarmebehandling af aluminiumslegeringsdele, AMS 2770 til varmebehandling af bearbejdede aluminiumslegeringer, ASTM B918 til udøvelse af varmebehandling af bearbejdede aluminiumprodukter og AMS 2750 pyrometristandarden, som sætter ovnens temperaturensartethedsklasse, som kræver en. NADCAP AC7102 er akkrediteringsvejen for varmebehandlingsleverandører til luftfartsindustrien.

Accepttest dækker normalt hårdhed ved flere positioner på tværs af pladen, trækprøvning til ASTM B557 og ASTM E8, kornstørrelsesmåling til ASTM E112 og, hvor specificeret, metallografiske eller transmissionselektronmikroskopiske kontroller af bundfaldsstørrelse og -afstand. En rettelse til en udbredt kopieret erklæring: brintskørhedstest er ikke en del af aluminiums varmebehandlingsstandarder. Det gælder højstyrkestål, og det er en specifikationsfejl at citere det for aluminiumsplade.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Giver T651 højere styrke end T6?
nr. T651 og T6 når den samme nedbørstilstand, så trækegenskaberne er i det væsentlige ens. T651 aflastes ved strækning, hvilket forbedrer fladheden og bearbejdningsstabiliteten.

Q: Hvorfor er quenching rate så kritisk?
En langsom bratkøling gør det muligt for opløst stof at udfældes under afkøling, hvilket forbruger de elementer, der er nødvendige senere til ældningshærdning. Tykke sektioner har brug for høje overfladeafkølingshastigheder, så både hastighed og ensartethed skal kontrolleres.

Q: Kan 5xxx plade varmebehandles?
Nej. Al-Mg-legeringer kan ikke-varme-behandles. De forstærkes af belastningshærdning, og en termisk cyklus over udglødningsområdet blødgør dem kun.

Q: Hvilket temperaturområde bruges til kunstig aldring?
De fleste smedelegeringer ældes mellem omkring 120 C og 200 C. Lavere temperaturer med længere tid favoriserer topstyrke, mens højere temperaturer og overældning forbedrer korrosionsbestandigheden til en vis pris i styrke.

Q: Hvorfor overdrive en plade til T73 eller T7451?
Overældning gør bundfaldene grovere og forbedrer i høj grad modstanden mod spændingskorrosionsrevner og eksfoliering, hvilket er afgørende for 7xxx-plader, der bruges udendørs eller i rumfartsstrukturer.

Q: Hvordan verificeres varmebehandlingens kvalitet?
Gennem hårdhedsundersøgelser, trækprøvning af prøver fra batchen til ASTM B557, kornstørrelsesbestemmelse til ASTM E112 og procesregistreringer, der viser, at ovn- og bratkølingstemperaturer overholdt AMS 2750-pyrometrikravene.