Annealing жана өчүрүү жана карылык алюминий эритмелерин негизги жылуулук дарылоо түрлөрү болуп саналат. Күйдөтүү – жумшартуу дарылоосу, анын максаты эритмени курамы жана түзүлүшү боюнча бир калыпта жана туруктуу кылуу, жумуштун катуулануусун жоюу жана эритменин пластикалуулугун калыбына келтирүү. Өчүрүү жана картаюу - бул эритменин бекемдигин жогорулатуу болгон бекемдөөчү жылуулук дарылоо, ал негизинен жылуулук менен иштетүү менен бекемделе турган алюминий эритмелери үчүн колдонулат.
1 Жылуулоо
Ар кандай өндүрүштүк талаптарга ылайык, алюминий эритмесин күйгүзүү бир нече түргө бөлүнөт: куйма гомогенизациясы, куйма менен күйгүзүү, ортодогу күйүү жана даяр продукцияны күйдүрүү.
1.1 куймаларды гомогенизациялоо
Тез конденсация жана тең салмактуу эмес кристаллдашуу шарттарында куйма бир калыпта эмес составга жана түзүлүшкө ээ, ошондой эле чоң ички стресске ээ болушу керек. Бул жагдайды өзгөртүү жана куйма ысык жумушчу processability жакшыртуу үчүн, жалпысынан гомогендөө күйдүрүү талап кылынат.
Атомдук диффузияга көмөктөшүү үчүн гомогенизациялоону күйгүзүү үчүн жогорку температура тандалышы керек, бирок ал эритменин эрүү температурасынын төмөн эвтектикалык эрүү температурасынан ашпоого тийиш. Жалпысынан алганда, гомогенизациялоонун температурасы эрүү чекитинен 5 ~ 40 ℃ төмөн, ал эми күйүү убактысы көбүнчө 12 ~ 24 сааттын ортосунда.
1.2 Биллет күйдүрүү
Биллет күйдүрүү басым иштетүү учурунда биринчи муздак деформация алдында күйдүрүү билдирет. Максаты - дайындаманын тең салмактуу структурасын алуу жана максималдуу пластикалык деформация жөндөмдүүлүгүнө ээ болуу. Мисалы, ысык прокатталган алюминий эритмеси плитанын жылдырып акыркы температурасы 280 ~ 330 ℃ болуп саналат. Бөлмө температурасында тез муздатуудан кийин жумуштун катуулануу көрүнүшүн толугу менен жок кылуу мүмкүн эмес. Атап айтканда, жылуулук менен иштетилген бекемделген алюминий эритмелери үчүн, тез муздатуудан кийин, кайра кристаллдашуу процесси аяктаган жок, ал эми өтө каныккан катуу эритме толугу менен ажыроо элек жана иштин катуулануучу жана өчүрүүчү эффектинин бир бөлүгү дагы деле сакталып турат. Түздөн-түз муздатуу кыйын, андыктан даярдалган күйдүрүү талап кылынат. LF3 сыяктуу жылуулук менен иштетилбеген бекемделген алюминий эритмелери үчүн күйгүзүү температурасы 370 ~ 470 ℃ жана аба муздатуу 1,5 ~ 2,5 саат жылуу болгондон кийин жүргүзүлөт. Муздак тартылган түтүктү иштетүү үчүн колдонулган куйма жана күйгүзүү температурасы тиешелүү түрдө жогору болушу керек жана жогорку чек температурасы тандалышы мүмкүн. LY11 жана LY12 сыяктуу термикалык иштетүү менен бекемделе турган алюминий эритмелери үчүн куймаларды күйгүзүү температурасы 390 ~ 450 ℃ болуп, бул температурада 1 ~ 3 саат кармалат, андан кийин меште 30 ℃/сааттан ашпаган ылдамдыкта 270 ℃ дан төмөн муздатылып, андан кийин мештен муздатылат.
1.3 Аралык күйгүзүү
Аралык күйгүзүү муздак деформация процесстеринин ортосундагы күйдөөнү билдирет, анын максаты муздак деформациянын уланышын жеңилдетүү үчүн иштин катуулануусун жоюу болуп саналат. Жалпысынан алганда, материалды күйгүзгөндөн кийин, 45 ~ 85% муздак деформациядан өткөндөн кийин, аралык күйдүрүүсүз муздак иштөөнү улантуу кыйын болот.
Аралык күйдүрүү процессинин системасы негизинен куймаларды күйдүрүү менен бирдей. Муздак деформация даражасынын талаптарына ылайык, аралык күйгүзүү үч түргө бөлүнөт: толук күйгүзүү (жалпы деформация ε≈60~70%), жөнөкөй күйүү (ε≤50%) жана бир аз күйүү (ε≈30~40%). Алгачкы эки күйгүзүү системасы бланкаларды күйдүрүү менен бирдей, ал эми экинчиси 320~350℃ 1,5~2 саат ысытылып, андан кийин аба муздатылат.
1.4. Даяр продукцияны күйдүрүү
Даяр продукцияны күйдүрүү - бул продукциянын техникалык шарттарынын талаптарына ылайык материалга белгилүү бир уюштуруучулук жана механикалык касиеттерди берүүчү акыркы жылуулук иштетүү.
Даяр продукцияны күйдүрүү жогорку температурадагы күйдүрүү (жумшак буюмдарды өндүрүү) жана төмөнкү температурадагы күйдүрүү (ар кандай штаттарда жарым катуу буюмдарды өндүрүү) болуп бөлүнөт. Жогорку температурадагы күйдүрүү толук кайра кристаллдашуу түзүмүн жана жакшы пластикалуулугун камсыз кылууга тийиш. Материалдын жакшы структурасын жана иштешин камсыз кылуу шартында, кармоо убактысы өтө көп болбошу керек. аба муздатуу өчүрүү таасирин алдын алуу үчүн жылуулук дарылоо менен бекемделиши мүмкүн алюминий эритмелери үчүн, муздатуу ылдамдыгы катуу көзөмөлгө алынышы керек.
Төмөн температурада күйдүрүү негизинен таза алюминий жана жылуулуксуз иштетилген алюминий эритмелери үчүн колдонулган стресстен арылтуу жана жарым-жартылай жумшартуучу күйдүрүү кирет. Төмөн температурадагы күйдүрүү системасын калыптандыруу өтө татаал маселе, ал бир гана күйдүрүү температурасын жана кармоо убактысын эске алуу менен чектелбестен, аралашмалардын таасирин, эритмелөө даражасын, муздак деформацияны, ортодогу күйдүрүү температурасын жана ысык деформация температурасын да эске алуу керек. Төмөн температурада күйгүзүү системасын түзүү үчүн күйүү температурасы менен механикалык касиеттердин ортосундагы өзгөрүү ийри сызыгын өлчөө керек, андан кийин техникалык шарттарда көрсөтүлгөн эффективдүү индикаторлор боюнча күйдүрүү температурасынын диапазонун аныктоо керек.
2 Өчүрүү
Алюминий эритмесин өчүрүү эритме менен дарылоо деп да аталат, бул жогорку температурадагы жылытуу аркылуу мүмкүн болушунча катуу эритмеге экинчи фаза катары металлдагы көп легирлөөчү элементтерди эритүү, андан кийин тез муздатуу менен экинчи фазанын чөгүшүнө бөгөт коюу, ошону менен өтө каныккан алюминий негизиндеги α катуу эритмесин алуу, ал кийинки эскирүү процессине жакшы даярдалган.
Ашыкча каныккан α катуу эритмени алуунун негизи алюминийде эритмедеги экинчи фазанын эригичтиги температуранын жогорулашы менен бир топ жогорулашы керек, антпесе катуу эритмени тазалоонун максатына жетишүү мүмкүн эмес. Алюминийдеги көпчүлүк легирлөөчү элементтер бул мүнөздөмө менен эвтектикалык фаза диаграммасын түзө алат. Мисал катары Al-Cu эритмесин алсак, эвтектикалык температура 548 ℃, ал эми алюминийдеги жездин бөлмө температурасында эригичтиги 0,1% дан аз. 548 ℃ чейин ысытылганда, анын эригичтиги 5,6% га чейин жогорулайт. Демек, курамында 5,6% дан аз жез бар Al-Cu эритмелери α бир фазалуу аймакка ысытуу температурасы анын солвус сызыгынан ашкандан кийин кирет, башкача айтканда, экинчи фаза CuAl2 матрицада толугу менен эрийт жана өчүрүлгөндөн кийин бир өтө каныккан α катуу эритмесин алууга болот.
Алюминий эритмелерин өчүрүү - бул эң маанилүү жана эң көп талап кылынган жылуулук менен иштетүү. Негизгиси - тийиштүү өчүрүү ысытуу температурасын тандоо жана жетиштүү өчүрүү муздатуу ылдамдыгын камсыз кылуу, ошондой эле мештин температурасын катуу көзөмөлдөө жана өчүрүү деформациясын азайтуу.
Өндүрүү температурасын тандоо принциби алюминий эритмесинин күйүп кетпешине же бүртүкчөлөрүнүн ашыкча өсүп кетишине кепилдик берүү менен өчүрүү ысытуу температурасын мүмкүн болушунча жогорулатуу болуп саналат, α катуу эритменин ашыкча каныккандыгын жана эскирген дарылоодон кийин күчүн жогорулатуу. Жалпысынан алганда, алюминий эритмесин жылытуу меши мештин температурасын көзөмөлдөө тактыгын ± 3 ℃ чегинде болушун талап кылат жана мештеги аба мештин температурасынын бирдейлигин камсыз кылуу үчүн айланууга аргасыз болот.
Алюминий эритмесинин ашыкча күйүшү металлдын ичиндеги эрүү температурасы төмөн компоненттердин жарым-жартылай эрүүсүнөн келип чыгат, мисалы бинардык же көп элементтүү эвтектика. Ашыкча күйүү механикалык касиеттердин төмөндөшүнө гана алып келбестен, эритменин коррозияга туруктуулугуна да олуттуу таасирин тийгизет. Ошондуктан, алюминий эритмесин ашыкча күйүп кеткенден кийин, аны жок кылуу мүмкүн эмес жана эритмеден жасалган буюмду жокко чыгаруу керек. Алюминий эритмесинин иш жүзүндөгү күйүп кетүү температурасы негизинен эритмелердин курамы жана ыпластыктын курамы менен аныкталат, ошондой эле эритме кайра иштетүү абалына байланыштуу. Пластикалык деформациялык иштетүүдөн өткөн буюмдардын күйүү температурасы куюлган буюмдарга караганда жогору. Деформацияны иштетүү канчалык чоң болсо, ысытылганда тең салмактуу эмес төмөн эрүү чекитиндеги компоненттердин матрицага эриши ошончолук жеңил болот, ошондуктан анык күйүү температурасы жогорулайт.
Алюминий эритмесин өчүрүү учурунда муздатуу ылдамдыгы эритменин карылык бекемдөө жөндөмдүүлүгүнө жана коррозияга туруктуулугуна олуттуу таасирин тийгизет. LY12 жана LC4 өчүрүү процессинде, α катуу эритмеси, өзгөчө 290 ~ 420 ℃ температурага сезгич аймакта чирип кетпешин камсыз кылуу керек жана жетишерлик чоң муздатуу талап кылынат. Адатта, муздатуу ылдамдыгы 50 ℃ / с жогору болушу керек, ал эми LC4 эритмеси үчүн 170 ℃ / с жетиши же андан ашуусу керек.
Алюминий эритмелери үчүн эң көп колдонулган өчүрүүчү чөйрө суу болуп саналат. Өндүрүштүк практика көрсөткөндөй, өчүрүү учурунда муздатуу ылдамдыгы канчалык көп болсо, өчүрүлгөн материалдын же даяр материалдын калдыктары жана калдык деформациясы ошончолук чоң болот. Ошондуктан, жөнөкөй фигуралар менен чакан даярдалган буюмдар үчүн, суунун температурасы бир аз төмөн болушу мүмкүн, жалпысынан 10 ~ 30 ℃, жана 40 ℃ ашпоого тийиш. Татаал формадагы жана дубалдын калыңдыгында чоң айырмачылыктары бар даяр буюмдар үчүн, өчүрүү деформациясын жана крекингди азайтуу үчүн суунун температурасы кээде 80 ℃ чейин көтөрүлүшү мүмкүн. Бирок, белгилей кетүү керек, өчүрүүчү резервуардын суунун температурасы жогорулаган сайын материалдын бекемдиги жана коррозияга туруктуулугу да ошого жараша төмөндөйт.
3. Карылык
3.1 Уюмдун кайра өзгөрүшү жана улгайган мезгилдеги натыйжалуулугу өзгөрөт
Өндүрүү жолу менен алынган өтө каныккан α катуу эритмеси туруксуз структура болуп саналат. ысытылганда ал ыдырап, тең салмактуу түзүлүшкө айланат. Мисал катары Al-4Cu эритмесин алсак, анын тең салмактуу структурасы α+CuAl2 (θ фазасы) болушу керек. Өндүрүүдөн кийин бир фазалуу өтө каныккан α катуу эритмени эскирүү үчүн ысытканда, эгерде температура жетишерлик жогору болсо, θ фазасы түздөн-түз туна баштайт. Болбосо, ал этап менен ишке ашырылат, башкача айтканда, кээ бир аралык өтүү этаптарынан кийин, акыркы тең салмактуулук фазасына CuAl2 жетиши мүмкүн. Төмөнкү сүрөттө Al-Cu эритмесин картаюу процессинде жаан-чачындын ар бир баскычынын кристаллдык структурасынын мүнөздөмөлөрү көрсөтүлгөн. Сүрөт а. өчүрүлгөн абалдагы кристалл торчо структурасы болуп саналат. Бул учурда, ал бир фазалуу α өтө каныккан катуу эритме болуп саналат жана жез атомдору (кара чекиттер) алюминий (ак чекиттер) матрицалык торчодо бирдей жана туш келди бөлүштүрүлөт. Сүрөт b. жаан-чачындын алгачкы этабында тордун түзүлүшүн көрсөтөт. Жез атомдору матрица торчосунун белгилүү аймактарында топтолуп, ГП аймагы деп аталган Гвинье-Престон аймагын түзө баштайт. GP зонасы өтө кичинекей жана диск формасында, диаметри болжол менен 5 ~ 10μm жана калыңдыгы 0.4 ~ 0.6нм. Матрицадагы GP зоналарынын саны өтө чоң жана бөлүштүрүүнүн тыгыздыгы 10¹⁷~10¹⁸см-³ жетиши мүмкүн. GP зонасынын кристаллдык структурасы дагы эле матрицаныкындай эле, экөө тең бетке багытталган куб болуп саналат жана ал матрица менен когеренттүү интерфейсти сактайт. Бирок, жез атомдорунун өлчөмү алюминий атомдоруна караганда кичине болгондуктан, жез атомдорунун байышы аймакка жакын кристалл торчосунун кичирейишине алып келет, бул тордун бурмаланышына алып келет.
Картаюу учурунда Al-Cu эритмесинин кристаллдык структурасынын өзгөрүшүнүн схемалык диаграммасы
Сүрөт а. Өндүрүлгөн абал, бир фазалуу α катуу эритме, жез атомдору (кара чекиттер) бир калыпта таралган;
Сүрөт b. Картаюунун алгачкы стадиясында GP зонасы түзүлөт;
Сүрөт в. Картаюунун кеч стадиясында жарым когеренттүү өтүү фазасы түзүлөт;
Сүрөт d. Жогорку температуранын карылыгы, когерентсиз тең салмактуулук фазасынын жаан-чачыны
GP зонасы алюминий эритмелеринин картаюу процессинде пайда болгон жаан-чачынга чейинки биринчи продукт. Картаюу убактысын узартуу, айрыкча карылыктын температурасын жогорулатуу, ошондой эле башка аралык өткөөл фазаларды түзөт. Al-4Cu эритмесинде GP зонасынан кийин θ” жана θ' фазалары бар, акырында CuAl2 тең салмактуулук фазасына жетет.θ” жана θ' экөө тең θ фазасынын өткөөл фазалары, ал эми кристалл структурасы төрт бурчтуу тор, бирок тор константасы башка. θ өлчөмү GP зонасына караганда чоңураак, дагы эле диск түрүндөгү, диаметри болжол менен 15 ~ 40нм жана калыңдыгы 0,8 ~ 2,0нм. Ал матрица менен ырааттуу интерфейсти сактоону улантууда, бирок тордун бурмаланышынын даражасы күчтүүрөөк. θ” фазасынан θ' фазасына өткөндө өлчөмү 20~600нмге чейин чоңоюп, калыңдыгы 10~15нм, когеренттүү интерфейс да жарым-жартылай бузулуп, с-сүрөттө көрсөтүлгөндөй жарым когеренттүү интерфейске айланат. Карыган жаан-чачындын акыркы продуктусу тең салмактуулук фазасы θ болуп калат жана ал когеренттүү интерфейс толугу менен бузулат. д-сүрөттө көрсөтүлгөндөй когеренттүү эмес интерфейс.
Жогорудагы жагдайга ылайык, Al-Cu эритмесинин карылык жаан-чачындын тартиби αs→α+GP зонасы→α+θ”→α+θ'→α+θ. Картаюунун структурасынын стадиясы эритмелердин курамына жана картаюу спецификациясына жараша болот. Көбүнчө ошол эле абалда бирден ашык эскирүү продуктулары болот. Карылыктын температурасы канчалык жогору болсо, тең салмактуулук структурага ошончолук жакын болот.
Картаюу процессинде матрицадан чөккөн GP зонасы жана өтүү фазасы көлөмү боюнча кичинекей, жогорку дисперстүү жана оңой деформацияланбайт. Ошол эле учурда алар матрицада торлордун бурмаланышын пайда кылат жана дислокациялардын кыймылына олуттуу тоскоол болгон чыңалуу талаасын түзөт, ошону менен эритменин пластикалык деформациясына туруктуулугун жогорулатат жана анын бекемдигин жана катуулугун жакшыртат. Бул карылыктын катуулануу кубулушу жаан-чачындын катуулануусу деп аталат. Төмөндөгү сүрөттө өчүрүү жана эскирүү процессинде Al-4Cu эритмесинин катуулугун ийри сызык түрүндө көрсөткөн. Сүрөттөгү I этап эритменин баштапкы абалындагы катуулугун көрсөтөт. Ар кандай ысык иштөө тарыхына байланыштуу, баштапкы абалдын катуулугу ар кандай болот, жалпысынан HV = 30 ~ 80. 500 ℃ ысытып, өчүргөндөн кийин (II этап) бардык жез атомдору матрицага эрийт, бир фазалуу өтө каныккан α катуу эритмеси HV=60 түзүлөт, ал күйдүрүлгөн абалдагы катуулуктан эки эсе катуу (HV=30). Бул бекем чечим бекемдөө натыйжасы болуп саналат. Өндүргөндөн кийин бөлмө температурасында жайгаштырылат, ал эми эритменин катуулугу GP зоналарынын үзгүлтүксүз пайда болушунун эсебинен үзгүлтүксүз жогорулайт (III этап). Бөлмө температурасында бул картаюу процесси табигый картаюу деп аталат.
I — баштапкы абал;
II — катуу эритме абалы;
III—табигый картаюу (GP зонасы);
IVa - 150 ~ 200 ℃ регрессиялык дарылоо (GP зонасында кайра эрийт);
IVb—жасалма картаюу (θ”+θ' фазасы);
V—ашып кетүү (θ”+θ' фазасы)
IV этапта эритме картаюу үчүн 150°Сге чейин ысытылат жана катуулануу эффектиси табигый картаюуга караганда ачык-айкын болот. Бул учурда, жаан-чачындын продуктусу негизинен Al-Cu эритмелеринде эң күчтүү бекемдөөчү эффектке ээ болгон θ” фазасы болуп саналат.Эгер картаюу температурасы андан ары жогоруласа, жаан-чачындын фазасы θ” фазасынан θ' фазасына өтөт, катуулануу эффектиси алсырап, катуулук төмөндөп, V стадияга кирет. жана V ушул категорияга кирет. Катуулугу эритме эскиргенден кийин (б.а. IVb этап) жетиши мүмкүн болгон максималдуу катуулук маанисине жетсе, бул картаюу эң жогорку картаюу деп аталат. Катуулуктун эң жогорку маанисине жетпесе, ал жашы жете элек же толук эмес жасалма картаюу деп аталат. Эгерде чокусу ашып кетсе жана катуулугу азайса, ал ашыкча картаюу деп аталат. Турукташтыруу карылык дарылоо да ашыкча карылык таандык. Табигый картаюу учурунда пайда болгон GP зонасы өтө туруксуз. Тез 200°C сыяктуу жогорку температурага чейин ысытылганда жана кыска убакытка жылуу кармаганда, GP зонасы кайра α катуу эритмесине эрийт. Эгерде ал θ” же θ' чөкмө сыяктуу өткөөл фазалардын алдында тез муздаса (өчүрүлсө), эритме өзүнүн баштапкы өчкөн абалына кайтарылышы мүмкүн. Бул кубулуш “регрессия” деп аталат, бул сүрөттөгү IVa баскычында чекиттүү сызык менен көрсөтүлгөн катуулуктун төмөндөшү. Алюминий эритмеси мурдагыдай эле эскирүү жөндөмдүүлүгүн жоготот.
Курактык катуулануу жылуулук менен иштетилүүчү алюминий эритмелерин иштеп чыгуу үчүн негиз болуп саналат жана анын курактагы катуулануу жөндөмү эритмелердин курамына жана жылуулук менен дарылоо системасына түздөн-түз байланыштуу. Al-Si жана Al-Mn бинардык эритмелери карытуу процессинде тең салмактуулук фазасы түздөн-түз чөккөндүктөн, жаан-чачындын катуулануучу эффектиси жок жана жылуулук менен иштетилбеген алюминий эритмелери болуп саналат. Al-Mg эритмелери GP зоналарын жана өтүү фазаларын β' түзө алса да, алар жогорку магний эритмелеринде жаан-чачындын катуулануу жөндөмүнө гана ээ. Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si жана Al-Zn-Mg-Cu эритмелери GP зоналарында жана өткөөл фазаларында күчтүү жаан-чачындын катуулануу жөндөмүнө ээ жана азыркы учурда жылуулук менен иштетиле турган жана бекемделүүчү негизги эритме системалары болуп саналат.
3.2 Табигый картаюу
Жалпысынан алганда, жылуулук дарылоо менен бекемделиши мүмкүн алюминий эритмелери өчүрүү кийин табигый картаюу таасирин тийгизет. Табигый карылык бекемдөө GP зонасы менен шартталган. Табигый эскирүү Al-Cu жана Al-Cu-Mg эритмелеринде кеңири колдонулат. Al-Zn-Mg-Cu эритмелеринин табигый картаюусу өтө узакка созулат жана туруктуу стадияга жетүү үчүн көп учурда бир нече ай талап кылынат, ошондуктан табигый картаюу системасы колдонулбайт.
Жасалма карылык менен салыштырганда, табигый картаюу кийин, эритмесинин кирешелъълъгъ төмөн, бирок пластикалык жана катуулугу жакшыраак, жана коррозияга туруктуулугу жогору. Al-Zn-Mg-Cu системасынын супер-катуу алюминий абалы бир аз башкача. Жасалма карылыктан кийин коррозияга туруктуулук табигый картаюудан кийинкиге караганда жакшыраак болот.
3.3 Жасалма картаюу
Жасалма карылык дарылоодон кийин алюминий эритмелери көбүнчө эң жогорку түшүмдүүлүккө (негизинен өткөөл фазаны бекемдөө) жана жакшы уюштуруучулук туруктуулукту ала алат. Супер-катуу алюминий, жасалма алюминий жана куюлган алюминий, негизинен, жасалма эскирген. Картаюу температурасы жана картаюу убактысы эритмелердин касиеттерине маанилүү таасир этет. Карылык температурасы негизинен 120 ~ 190 ℃ ортосунда, ал эми карылык убактысы 24 сааттан ашпайт.
Бир баскычтуу жасалма карылыктан тышкары, алюминий эритмелери да классикалык жасалма картаюу системасын кабыл алат. Башкача айтканда, жылытуу ар кандай температурада эки же андан көп аткарылат. Мисалы, LC4 эритмесин 115 ~ 125 ℃ 2 ~ 4 саатка, андан кийин 160 ~ 170 ℃ 3 ~ 5 саатка улгайтса болот. Акырындык менен картаюу убакытты бир кыйла кыскартуу менен чектелбестен, Al-Zn-Mg жана Al-Zn-Mg-Cu эритмелеринин микроструктурасын жакшыртат жана механикалык касиеттерин негизинен төмөндөтпөстөн, стресстин коррозияга туруктуулугун, чарчоо күчүн жана сынууга бышыктыгын бир топ жакшыртат.
Посттун убактысы: Март-06-2025
