Какие сплавы алюминия не требуют термической обработки

Алюминий – мягкий и пластичный металл, который, в общем случае, хорошо поддается механической обработке (фрезерованию, сверлению, гравированию).

Режимы резания при этом могут быть намного выше, чем при обработке, например, конструкционных сталей.

С одной стороны, это обусловлено меньшими нагрузками при снятии стружки, с другой — высоким коэффициентом теплопроводности алюминия, благодаря которому тепло из зоны резания хорошо отводится вместе со стружкой, не вызывая перегрева инструмента.

Иногда при обработке алюминия можно столкнуться и с негативными эффектами. Первый – высокая вязкость некоторых сплавов.

В этом случае существует тенденция к формированию длинной стружки, которая наматывается на инструмент и забивает канавки, что приводит к поломке гравировальной фрезы или сверла.

Поэтому, как правило, на инструменте для обработки сплавов алюминия делают большие стружечные канавки для облегченного схода стружки, хотя это и ограничивает максимальное количество зубьев на фрезе двумя либо тремя.

Второй негативный эффект – наростообразование. Это явление, при котором происходит точечная наплавка обрабатываемого материала на режущую кромку инструмента в зоне резания.

Следствием этого является притупление режущего клина и увеличение нагрузки на инструмент, а так же затрудненный сход стружки из-за ухудшения шероховатости передней поверхности инструмента.

Производители инструмента борются с этим явлением, повышая гладкость передней поверхности (например, за счет дополнительной полировки или нанесения ультрагладкого покрытия), а также задавая определенные значения переднего и заднего углов режущего клина.

При наплавке материала, происходит забивание канавки, что ведет к дисбалансу инструмента.

При затуплении режущей кромки, происходит перегрев инструмента, что может привезти к заклиниванию и как следствие, к поломке дорогостоящего инструмента.

На степень и глубину наплавки материала, влияют режимы резания, геометрия режущего инструмента, степень его затупления, т.е. все факторы, определяющие протекание пластической деформации в зоне резания.

• Увеличение скорости резания способствует уменьшения глубины и степени наплавки, а подачи и глубины резания – к их увеличению!
• Для устранения негативных эффектов при обработке алюминиевых сплавов рекомендуется использовать специальные серии твердосплавного инструмента.
• Для механической обработки на фрезерных и токарных станках,  чаще всего используют марки дюрали Д16 либо Д16Т (Д16ТН).

Д16Т лучше всего подходит для механической обработки на фрезерных и токарных станках. Благодаря термообработке, данный материал имеет более хрупкую структуру, что положительно влияет на режимы его резания.

При фрезеровании  Д16Т, лучше всего использовать непрерывную подачу СОЖ либо систему охлаждение инструмента масляным туманом. При операциях с небольшими съемами за проход, Д16Т можно обрабатывать “на сухую”, либо периодически опрыскивая вручную зону резания. Сплав Д16, так же удобен для механической обработки. Его сопротивление среза не превышает 15 кг/мм2.

Основным отличием данного сплава, относительно термообработанного Д16Т, является чуть более высокий параметр вязкости. При не корректных режимах резания, либо при не правильно подобранном инструменте, может происходить наматывание стружки на инструмент.  При обработке Д16, используют непрерывную подачу СОЖ в зону резания. Инструмент – максимально остро заточенный.

Самым сложным для фрезерной и токарной обработки является чистый алюминий и его сплав с магнием (АМГ). Данные сплавы имеют удовлетворительную прочность, хорошую пластичность и высокую коррозийную стойкость. С ростом содержания магния, существенно увеличивается прочность АМГ.

Из всех сплавов алюминия, данный сплав является самым вязким. При обработке АМГ на фрезерных станках с ЧПУ либо на токарных станках с  ЧПУ, оператор может сталкиваться с проблемой забивания канавок инструмента стружкой. Для обработки АМГ необходимо более тщательно подбирать режимы резания: подачи и  скорость вращения.

Обязательно использование непрерывной подачи СОЖ в зону реза и специального, максимального остро заточенного и полированного инструмента. Соблюдая эти правила, можно обрабатывать АМГ без  опасности для инструмента и получать необходимую шероховатость.

Остальные сплавы алюминия, не так распространены  при механической обработке на Токарных и фрезерных станках с ЧПУ.

Термообработка алюминиевых сплавов

Отжиг.

Алюминиевые сплавы подвергают трем видам термической обработки: отжигу, закалке и старению. Основными видами отжига являются: диффузионный (гомогенизация), рекристаллизацпонный и термически упрочненных сплавов. Гомогенизацию применяют для выравнивания химической микронеоднородности зерен твердого раствора путем диффузии, т. е. уменьшения дендритной ликвации в слитках. Так как скорость диффузии увеличивается с повышением температуры, а количество продиффундировавшего вещества тем больше, чем длительнее выдержка, то для энергичного протекания диффузии необходимы высокая температура (близкая к температуре линии солидуса) и продолжительная выдержка. Для выполнения гомогенизации алюминиевые сплавы (слитки) нагревают до 450-520В° С и выдерживают при этих температурах от 4 до 40 ч; после выдержки — охлаждение вместе с печью или на воздухе. В результате гомогенизации структура становится более однородной (гомогенной), повышается пластичность, что значительно улучшает последующую деформацию слитка горячей обработкой давлением. Поэтому гомогенизацию широко применяют для деформируемых алюминиевых сплавов. Для алюминия и алюминиевых сплавов (а также для других цветных металлов и сплавов) рекристаллизационный отжиг применяют гораздо шире, чем для стали. Это объясняется тем, что такие металлы, как алюминий и медь (используемые в промышленности в чистом виде), а также многие сплавы на их основе, не упрочняются закалкой и повышение их механических свойств может быть достигнуто только холодной обработкой давлением, а промежуточной операцией при такой обработке (для восстановления пластичности) является рекристаллизационный отжиг. Кроме того, сплавы, упрочняемые закалкой, часто подвергают холодной обработке давлением с последующим рекристаллиза- ционным отжигом для придания требуемых свойств. Температура рекристаллизационного отжига алюминиевых сплавов 300-500В° С, выдержка 0,5-2 ч.

Отжиг термически упрочненных сплавов применяют для полного снятия упрочнения, полученного в результате закалки и старения; он проводится при температурах 350-450В° С с выдержкой 1-2 ч и последующим достаточно медленным охлаждением (со скоростью не более 30В° С/ч), чтобы обеспечить протекание диффузионных процессов распада твердого раствора и коагуляцию продуктов распада.

Закалка.

В современной технике применяют много сплавов на алюминиевой основе с различным количеством легирующих элементов. Одни из них, например Сu, Si, Mg, Zn, резко изменяют свойства алюминия и его сплавов.

Другие, например Mn, Ni, Сг, дополнительно улучшают свойства и вводятся только при наличии перечисленных выше, одного или нескольких, основных легирующих элементов.

Часть элементов вводят в качестве модификаторов, добавок, действующих различно, но улучшающих (главным образом измельчающих) структуру; к таким добавкам относятся Na, Be, Ti, Се, Nb.

Некоторые элементы, входящие в алюминиевые сплавы, образуют с алюминием ограниченные твердые растворы переменной концентрации, в которых растворимость элементов с понижением температуры уменьшается. На этом и основывается закалка алюминиевых сплавов.

После закалки алюминиевые сплавы подвергают старению, при котором происходит распад пересыщенного твердого раствора. При старении в сплавах А1-Сu протекают следующие процессы. 1. При температуре 20В° С (естественное старение) и при температурах до 100В°С (искусственное старение) в пересыщенном твердом растворе возникают области (тонкопластинчатой, дискообразной формы), обогащенные атомами меди, названные зонами Гинье-Престона и обозначаемые Г. П., а для данного начального процесса Г. П. 1. Эти зоны имеют толщину 5-10 А и диаметр 40-100 А. Структура их неупорядоченная, как и твердого раствора. Образование зон Г. П. 1 сопровождается искажением кристаллической решетки (рис. 125), что приводит к повышению механических свойств сплава. 2. При температурах 100-150В° С происходит рост зон Г. П. 1 до толщины 10-40 А и диаметра 200-300 А, обогащение атомами меди до состава, близкого к составу стабильной фазы θ» (СuА12). Структура образующихся зон становится упорядоченной. Такие зоны называются зонами Г. П. 2 или фазой θ», и их наличие обусловливает максимальную прочность сплава. 3. При температурах 150-200В° С образуется метастабильная промежуточная фаза θ', имеющая такой же состав, как равновесная θ-фаза (СиА12). Но выделения θ'-фазы не имеют границ раздела с зернами твердого раствора, т. е. когерентно связаны с решеткой алюминия. Таким образом, появление зон Г. П. 1 и Г. П. 2 — это подготовительные стадии к началу распада твердого раствора (выделению избыточной фазы), а образование θ'-фазы — начало распада твердого раствора (выделение избыточной фазы). 4. При температурах 200-250В° С решетка О-фазы отрывается от решетки твердого раствора (когерентность полностью нарушается) и оформляется в решетку, соответствующую соединению СиАl8 (θ'-фаза). 5. Дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции выделившейся θ-фазы, резкому снижению прочности и повышению пластичности.

Таким образом, структура сплавов при старении изменяется в следующей последовательности: зоны Т.П. 1> зоны Г. П. 2 (фаза θ») > фаза θ' > фаза θ (CuA12).

 Возврат.

 В алюминиевомедных сплавах состояние, получившееся в результате естественного или низкотемпературного старения, является неустойчивым. Если такой сплав нагреть до 230- 250В° С с короткой (30-120 с) выдержкой, с последующим быстрым охлаждением (в воде), то упрочнение исчезает и сплав по своим свойствам возвращается к свежезакаленному состоянию. Однако после охлаждения естественное старение снова повторяется, и сплав опять упрочняется. Возвращение (путем краткого нагрева) свойств естественно состаренного сплава к свойствам сплава в свежезакаленном состоянии и обратно называется явлением возврата . Это явление объясняется тем, что при кратковременном нагреве происходит рассасывание зон Гинье-Престона и атомы меди вновь распределяются равномерно в решетке твердого раствора. Строго определенное время выдержки для осуществления возврата необходимо по следующим причинам: 1) если времени недостаточно, то не будет полного возврата (не произойдет полного рассасывание зон Г.П.) 2) если времени выдержки больше, то за это время произойдет рассасывание зон Г.П., сплав возвратится в свежезакаленное состояние, и сразу начнется распад твердого раствора с образованием метастабильной фазы θ' с повышением твердости.

В сплавах А1-Сu при естественном или низкотемпературном старении образуются только зоны Г. П., а при искусственном старении фаза θ», при дальнейшем развитии процесса превращающаяся в фазу θ (CuA12).

Деформируемые алюминиевые сплавы.

Наличие в дуралюминах меди, магния, марганца и примесей (десятые доли процента) кремния и железа приводит к образованию ряда растворимых при нагреве (упрочняющих) фаз — СиА12, Mg2Si, Al2CuMg (так называемая фаза S) и практически не растворимых, например Al6 (Mn, Fe), AlFeSiMn. Микроструктура дуралюмина после отжига состоит из твердого а-раствора и включений различных фаз. При нагреве приблизительно до 500В° С упрочняющие фазы растворяются в α-растворе, а быстрое охлаждение в воде (закалка) позволяет зафиксировать пересыщенный твердый раствор. Микроструктура дуралюмина после закалки состоит из зерен пересыщенного твердого α-раствора и включений, не растворимых в твердом растворе при нагреве фаз (железистых и марганцовистых соединений), микроструктура не изменяется после естественного старения. После искусственного старения по границам и внутри зерен α-твердого раствора выделяются включения СuА12 и фазы S. В закаленном состоянии дуралюмины пластичны и легко деформируются. После закалки и естественного или искусственного старения прочность дуралюмина резко повышается. Максимум прочности получается после естественного старения. При искусственном старении сплав упрочняется тем быстрее, чем выше температура старения, но максимум прочности при этом получается более низким. Обработка закаленного дуралюмина при низких температурах задерживает распад твердого α-раствора (-5В° С); при -50В° С распад не происходит. Обработка холодом дуралюмина дает результаты, противоположные результатам обработки холодом закаленной стали (низкотемпературная обработка которой способствует более полному распаду твердого раствора — аустенита). Период, при котором после закалки дуралюмина упрочнение не наступает, сравнительно невелик и оставляет 1-6 ч. В это время и должны проделываться все операции холодной деформации (штамповка, высадка, расклепка и т. п.) Особенностью термической обработки дуралюминов является узкий интервал температуры нагрева под закалку- +/- t5В°C (например, для дуралюминов Д16, Д18, ВД17 495-505В° С, для дуралюмина Д1 500-510В° С, для дуралюмина В65 — 515- 525В° С). Указанные температуры нагрева необходимо строго соблюдать при закалке дуралюминов, так как нагрев до температур выше или ниже рекомендованного интервала приводит к значительному снижению прочности и пластичности. Снижение механических свойств дуралюмина при нагреве до температуры выше допустимых пределов связано с оплавлением эвтектики, сопровождающимся по границам зерен окислением металла, т. е. происходит пережог. При нагреве до температуры ниже допустимых пределов не произойдет максимального растворения упрочняющих фаз. Вследствие узкого предела допустимых температур нагрева дуралюминов под закалку применяемые печи должны обеспечивать равномерность нагрева и перепад температур, не превышающий интервала температур закалки. Этим требованиям удовлетворяют соляные (селитряные) ванны и электрические печи с принудительной циркуляцией воздуха.

Нагретые алюминиевые сплавы (после выдержки при температуре закалки) охлаждают в холодной воде с температурой не выше 30-40В° С с быстрым их переносом из печи (ванны) в закалочный бак.

Такие условия охлаждения необходимы для того, чтобы зафиксировать в сплаве твердый раствор и получить в дальнейшем (при старении) необходимое упрочнение, а также для предотвращения межкристаллитной коррозии, склонность к которой повышается даже при незначительном распаде твердого раствора с выделением избыточных фаз по границам зерен.

Литейные алюминиевые сплавы.

Для литейных алюминиевых сплавов используют различные виды термической обработки в зависимости от химического состава сплава и назначения литых деталей. Виды термической обработки имеют условные обозначения: Т1 — искусственное старение без предварительной закалки; Т2 — отжиг; ТЗ — закалка; Т4 — закалка и естественное старение; Т5 — закалка и частичное (неполное) искусственное старение; Т6 — закалка и полное искусственное старение; Т7 — закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 — закалка и смягчающий отпуск. Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов по сравнению с термической обработкой деформированных сплавов имеет ряд особенностей, что объясняется различным химическим составом, а также тем, что у литейных сплавов структура более крупнозернистая, чем у деформированных. Температура нагрева под закалку у литейных сплавов несколько выше, чем у деформированных, и выдерживать отливки при этой температуре надо более длительное время. Это необходимо для того, чтобы растворить интерметаллические соединения, обычно выделяющиеся по границам зерен, и обеспечить уменьшение ликвации сплава. При закалке литейные сплавы выдерживают при температуре нагрева от 2 до 20 ч. Охлаждают литейные сплавы при закалке в холодной и нагретой (50-100В° С) воде, а также и в масле. Для упрочнения литейные алюминиевые сплавы подвергают (так же как и деформируемые) закалке с получением пересыщенного твердого раствора и искусственному старению (по режимам Т5 и Т6) с выделением упрочняющих фаз, а также (в отличие от деформируемых сплавов) только закалке без старения с получением в закаленном состоянии устойчивого твердого раствора.

Какие сплавы алюминия не требуют термической обработки

Флюс — это легкоплавкий сплав металлов, посредством которого спаивают два материала. Флюс для пайки своими руками можно сделать, если знать особенности соединения разных материалов путем термической обработки.

Флюс предназначен для спаивания металлов.

С помощью припоев соединяют провода, радиоузлы и мелкие детали.

Параметры полного отжига для снятия термического упрочнения

Алюминиевые сплавы

2014, 2020, 2024, 2036, 2117, 2124, 2219 6005, 6061, 6060, 6063, 6066 7079, 7050, 7075, 7079, 7178, 7475

Температура отжига

Длительность выдержки при температуре отжига

От 2 до 3 часов

Охлаждение после отжига

Охлаждение со скоростью около 30 °С в час от температуры отжига до 260 °С. Скорость последующего охлаждения не имеет значения.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993.

Разновидности флюса

Соединение двух материалов получается, если в зоне шва выдержать определенную температуру. Для разных материалов этот показатель варьируется от 50ºС до 500ºС и выше. Температура плавки припоя должна быть значительно выше температуры плавления обрабатываемого материала.

Флюсы для пайки бывают разных видов, выбор его зависит от вида металла, температуры пайки.

Выбор флюса зависит от таких параметров:

• соединяемых материалов;
• температур плавления детали и флюса;
• размеров поверхности;
• прочности и коррозионной стойкости.

Флюсы делятся на две группы: твердые с высоким температурным порогом и мягкие — с низкой температурой плавления.

Тугоплавкие припои имеют температуру плавления более 500ºС и создают очень прочное соединение. Недостаток этих припоев в том, что их высокая температура плавления иногда приводит к нежелательным последствиям: перегреву основной детали и выведению ее из рабочего состояния.

Легкоплавкие припои имеют температуру плавления от 50 ºС до 400 ºС. В их составе преобладают 38% олова, 61% свинца и 1% других примесей. Этот вид флюсов применяют радиотехники для монтажных работ.

Есть группа так называемых сверхлегкоплавких припоев. Их применяют для соединения транзисторов. Температура плавки таких флюсов не превышает 150ºС.

• Для пайки тонких поверхностей используют мягкие припои, а для проводов большого диаметра требуются твердые припои с высоким температурным порогом.
• Флюс должен соответствовать таким характеристикам, как:
• Характеристики флюсов для пайки.

• хорошо проводить ток и тепло;
• прочность;
• высокий коэффициент растяжения;
• стойкость к коррозионному воздействию;
• разность температур плавления припоя и основного металла.

Припои бывают в виде прутков, лент, катушек с проволокой, трубочек, наполненных канифолью или другим флюсом.

Самая распространенная форма припоя — оловянный прут с диаметром сечения от 1 до 5 м.

  Эмаль для окраски металлических поверхностей в грунте

Также существуют многоканальные флюсы, имеющие несколько источников поступления припоя для прочного соединения. Такие припои продаются в мотках, в колбах, свернутые в спираль, в бобинах. Для одноразового использования рекомендуется приобретать небольшой кучек проволоки, размером со спичку.

Для пайки электрических схем используют флюсы в виде трубочек, заполненных колофонием. Эта смола выступает в роли припоя. С помощью данного присадочного материала выполняется соединение меди, латуни, серебра.

2. 1 Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

К этим сплавам
относятся сплавы алюминия с марганцем
или магнием концентрации менее точки
«а» рис. 1.

Структура этих
сплавов после медленного охлаждения
состоит только из -твердого
раствора марганца или магния в алюминии.

Никаких структурных изменений в этих
сплавах при нагревании и охлаждении не
происходит, поэтому применение термической
обработки с целью повышения прочности
невозможно.

Упрочнение этих сплавов
возможно только за счет холодной
пластической деформации, т.е. наклепа
(нагартовки).

• tо,С
• легирующие
  элементы, %

Рисунок 1 –
Диаграмма состояния Al
— л.э.

1. А
   – деформируемые сплавы,
2. Б
   – литейные сплавы,
3. В
   – не упрочняемые термической обработкой,
4. Г
   – упрочняемые термической обработкой.

Маркируются эти
сплавы буквами АМц (алюминий с марганцем)
или АМг (алюминий с магнием), а цифра,
стоящая после буквы легирующего элемента,
показывает среднее его содержание в
целых долях процента. Если же цифра
отсутствует, то содержание легирующих
элементов менее 1,5%. Например: АМг2 – Mg
– 2%, остальное алюминий.

Химический состав
и механические свойства некоторых марок
этих сплавов представлены в таблице 1.

Таблица
1

Химический состав и механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов не упрочняемых термической обработкой

Марка	Химический состав, %	Механические свойства *
Al	Mn	Mg	в, МПа	0,2, Мпа	, %
Амц	основа	1,0-1,6	—	130(170)	50(130)	23(10)
Амг2	основа	0,2-0,6	1,8-2,8	200(250)	100(200)	23(10)
Амг3	основа	0,3-0,6	3,2-3,8	220	110	20
Амг5	основа	0,3-0,6	4,8-5,8	300	150	20
Амг6	основа	0,5-0,8	5,8-6,8	340(400)	170(300)	18(10)

* Без скобок приведены свойства сплавов
в отожженном состоянии, а в скобках –
в полунагартованном состоянии.

Структура сплава
АМц представляет собой -твердый
раствор марганца в алюминии и небольшое
количество частиц соединения Al6Mn.

Структура сплавов
АМг представляет собой только -твердый
раствор магния в алюминии (Приложение
1). Для того чтобы повысить прочность и
измельчить зерно, в эти сплавы добавляется
марганец, который образует дисперсные
частицы Al6Mn.

Сплавы Al-Mn
и Al-Mg
применяют в отожженном состоянии.

Эти сплавы легко
обрабатываются давлением, а резанием
обработка затруднена, хорошо свариваются
и имеют высокую коррозионную стойкость.
Имеют сравнительно невысокую прочность
и твердость, хорошую пластичность. Их
применяют для изготовления изделий,
испытывающих небольшие нагрузки,
например: баки для бензина, оконные рамы
и двери, трубные узлы в холодильных
установках и др.

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Определение 1

Алюминий – это легкий парамагнитный металл серебристо-белого цвета, который легко поддается механической обработке, литью и формовке.

Алюминий по своей распространенности в земной коре занимает первое место среди металлов и третье среди всех элементов. По разным исследованиям концентрация данного металла в земной коре составляет от 7,45 до 8,14 %. В природе алюминий встречается только в соединениях, самыми распространенными из которых являются:

• александрит,
• бокситы,
• нефелины,
• берилл,
• алуниты,
• каолинит,
• алуниты,
• полевые шпаты,
• корунд,
• глиноземы.

В природных водах алюминий содержится в виде малотоксичных химических соединений, например, фторида алюминия. Алюминий обладает следующими физическими свойствами: плотность — 2712 килограмм на кубометр, температура плавления около 660 градусов по Цельсию, температура кипения более 2500 градусов по Цельсию, высокая пластичность, твердость от 24 до 32 по Бриннелю, твердость по Моосу 2,75.

Алюминиевые сплавы

Определение 2

Алюминиевые сплавы — сплавы, основой которых является алюминий.

Самыми распространенными сплавам алюминия являются:

1. Алюминиево-марганцевые сплавы. Данные сплавы характеризуются сочетанием хорошей пластичности, коррозионной стойкости, свариваемости, высокой усталостной прочности и удовлетворительной прочности. Содержания магния составляет от 1 до 6%. Чтобы улучшить прочностные характеристики алюминиево-магниевого сплава его легируют ванадием, титаном, кремнием, хромом или марганцем.
2. Алюминиево-марганцевые сплавы. Данные сплавы обладают хорошими свариваемостью, пластичностью, технологичностью, прочностью и высокой коррозионной стойкостью. Основными примесями в таком сплаве являются железо и кремний, способствующие уменьшению растворимости марганца в алюминии.
3. Алюминиево-медные сплавы. Данные сплавы обладают механическими свойствами, которые превышают свойства низкоуглеродистых сталей, хорошо поддаются механической обработке. Их основной недостаток — низкая коррозионная стойкость.
4. Сплавы алюминий-медь-кремний. Данные сплавы используются во втулочных подшипниках и в производстве блоков цилиндров с формообразованием. Они обладают высокой твердостью поверхности.
5. Сплавы алюминий-цинк-магний. Данные сплавы обладают высокой прочностью и хорошей обрабатываемостью. Значительный недостаток сплавов алюминий-цинк-магний является очень низкая коррозионная стойкость под воздействием механического напряжения, которая может быть увеличена за счет легирования медью.
6. Алюминий-кремниевые сплавы. Данные сплавы являются литейными и обладают малой усадкой при кристаллизации расплава.
7. Сплавы алюминий-магний-кремний. Данные сплавы отличаются высокой пластичностью и удовлетворительной коррозионной стойкостью.

Основными способами термической обработки алюминиевых сплавов являются закалка, отжиг старение и термомеханическая обработка. Отжиг применяется в том случае, когда возникшее неравновесное состояние сплава является причиной появление нежелательных свойств, например, пониженной пластичности.

В данном случае могут быть применены гомогенизационный или рекристаллизационный отжиг. В промышленных масштабах температура гомогенизационного отжига составляет от 450 до 560 градусов по Цельсию, а время выдержки от 4 до 36 часов.

Рекристаллизационный отжиг применяется в качестве промежуточного этапа между холодной и горячей деформацией. В некоторых случаях он применяется, как последний этап термической обработки деформированных полуфабрикатов.

Для промышленных алюминиевых сплавов температура рекристаллизационного отжига составляет от 300 до 500 градусов по Цельсию, выдержка от 30 минут до 2 часов.

3акалка для алюминиевых сплавов применяется с целью получения пересыщенного твердого раствора.

Например, в алюминиево-медном сплаве, с содержанием меди 4 % ее растворимость в алюминии составляет 0,2 %, а после закалки увеличивается в 20 раз.

Температура нагрева при закалке составляет от 450 до 560 градусов по Цельсию. Для литейных сплавов выдержка может продолжаться десятки часов, а деформированных сплавов десятки минут.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании термической обработки и пластической деформации. Для сплавов алюминия применяются три вида термомеханической обработки:

1. Низкотемпературная обработка, цель которой — увеличение прочности, при заметном снижении пластичности.
2. Высокотемпературная обработка, цель которой — увеличение коррозионной стойкости и прочности при сохранении высокой пластичности.
3. Межоперационная термомеханическая обработка, цель которой — увеличение равномерности свойств по объему, повышение пластичности в высотном и поперечном направлениях и уменьшение анизотропии.

Старение представляет собой выдержку закаленного на пересыщенный твердый раствор сплава при относительно низких температурах, при которых начинается распад пересыщенного твердого раствора. Цель старения алюминиевых сплавов заключается в дополнительном повышении прочности закаленных сплавов.

Какие сплавы алюминия не требуют термической обработки

Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы — руда, представляющая собой в основном гидратированный оксид алюминия Al2O3Ч2H2O. Мировым лидером по производству алюминия являются США, затем Россия, Канада и Австралия.

Алюминий наиболее известен как сырье для производства сплавов, используемых для изготовления пищевых емкостей (бидонов, баллонов, банок и т.п.), легкой кухонной посуды и другой домашней утвари. Неочищенный алюминий был впервые выделен Х.Эрстедом в 1825, хотя еще в 1807 Х.

Дэви обнаружил неизвестный металл при обработке глины серной кислотой. Дэви не смог выделить металл из соединений, но назвал его алюминум (от лат.

alumen — квасцы), а его оксид — глиноземом (alimina); вскоре это название металла по аналогии с названиями других металлов изменили на «алюминий», что стало общепринятым.

Пластическая деформация алюминия

Все металлы – и алюминий тоже – имеют кристаллическую атомную решетку. Пластическая деформация металлов происходит благодаря существованию в их атомной решетке линейных дефектов – дислокаций. Пластическая деформация происходит путем движения этих дислокаций, так, например, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Пластическая деформация путем движения дислокации через атомную решетку пластичного металла

Свойства алюминия

Замечательным свойством алюминия является его легкость; плотность алюминия примерно в три раза меньше, чем у стали, меди или цинка. Чистый алюминий — мягкий металл, но образует сплавы с другими элементами, что обеспечивает большой диапазон полезных свойств. В ряду величин теплопроводности и электрической проводимости алюминий стоит после серебра и меди.

Алюминий отличается высокой реакционной способностью, поэтому он не встречается в природе в свободном состоянии. Металлический алюминий быстро растворяется в соляной кислоте с образованием хлорида AlCl3, медленнее — в серной с образованием сульфата Al2(SO4)3, но с азотной кислотой реагирует только в присутствии солей ртути.

В реакции со щелочами он образует алюминаты, например, с NaOH образует NaAlO2. Алюминий проявляет амфотерные свойства, так как он реагирует и с кислотами, и со щелочами. На воздухе алюминий быстро покрывается прочной защитной пленкой оксида Al2O3, предохраняющей его от дальнейшего окисления.

Поэтому алюминий стабилен на воздухе и в присутствии влаги даже при умеренном нагревании. Если защитная пленка оксида нарушена, то при нагревании на воздухе или в кислороде он сгорает ярким белым пламенем. При нагревании алюминий активно реагирует с галогенами, серой, углеродом и азотом. Расплавленный алюминий реагирует с водой со взрывом.

  Пластмассы (термопластичные и термореактивные)

СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ

• Атомный номер 13
• Атомная масса 26,9815
• Изотопы стабильные 27, нестабильные 24, 25, 26, 28, 29
• Температура плавления, ° С 660
• Температура кипения, ° С 2467
• Плотность, г/см3 2,7
• Твердость (по Моосу) 2,0-2,9
• Содержание в земной коре, % (масс.) 8,13
• Степени окисления +3

О температуре плавления

Необходимо помнить: алюминий очень легко поддается литью и начинает превращаться в жидкую субстанцию уже при температуре в 660 градусов. Для того чтобы понять, что этот показатель довольно низкий, достаточно сравнить его с температурами плавления других металлов, которые также нередко используются для изготовления тех или иных, нужных в обиходе предметов.

Например:

• сталь начинает плавиться лишь при температуре в 1300 градусов;
• чугун — при 1100 градусах.

Но все же, хоть температура плавления алюминия по Цельсию и не слишком высока по сравнению со многими другими металлами, достичь 600 градусов в домашних условиях с использованием обыкновенной газовой или электрической плиты довольно трудно.

Уменьшение температуры

Прежде чем подвергать металл плавлению, можно специальными методами уменьшить его температуру плавления, например, использовать в виде порошка. В этом случае он начнет плавиться чуть быстрее.

Но при этом он становится опасным, так как взаимодействуя с атмосферным кислородом, может окислиться или воспламениться.

А в результате окисления, как мы помним из школьного курса химии, образуется оксид алюминия; и температура, при которой начинает плавиться это вещество, уже превышает две тысячи градусов.

Вообще избежать образования оксида не получится, если заниматься плавлением алюминия, но уменьшить количество лишнего вещества вполне возможно. При плавлении алюминия нужно не допускать попадания в вещество воды. Ведь если это случится, то произойдет взрыв.

Перед началом процесса нужно убедиться в том, что сырье является абсолютно сухим. Чаще всего в качестве исходного материала применяется алюминиевая проволока. Предварительно ее нужно с помощью ножниц разделить на множество мелких по длине кусочков. А для того, чтобы уменьшить площадь контакта с содержащимся в атмосфере кислородом, эти кусочки прессуются пассатижами.

Не всегда есть необходимость создать алюминиевое изделие высокого качества, поэтому вовсе не обязательно всегда использовать порошок или мелко нарезанную и плотно сдавленную проволоку.

Можно взять любой предмет, который уже был использован, например, банку, в которой хранились консервы. Но перед плавкой нужно лишить ее нижнего шва или обрезать профиль. Полученное сырье может быть окрашено или испачкано. Не нужно об этом беспокоиться.

Все, что имеется лишнее на поверхности, быстро отходит в виде шлаков.

Применение алюминия

С давних времен квасцы применяли в медицине как вяжущее средство, в крашении для протравы, и для дубления кожи. Квасцами часто называют смешанные сульфаты одно- и трехвалентного металлов, например алюминия и калия (минерал сольфатерит). Римский ученый Плиний Старший (1 в. н.

э.) в своей Естественной истории упоминает о квасцах как о солях, свойства которых изучали алхимики.

Впервые для дубления кожи и в медицинских целях квасцы применили египтяне; они, а также лидийцы, финикийцы и иудеи, знали, что некоторые краски, например индиго и кошениль, лучше сохраняются, если их смешивать или пропитывать квасцами.

Кристаллический оксид алюминия, встречающийся в природе под названием корунд, используется как абразив, благодаря высокой твердости. Рубин и сапфир — разновидности корунда, окрашенные примесями, являются драгоценными камнями.

Применение металлического алюминия

Алюминий — один из наиболее легких конструкционных металлов.

Сплавы, получаемые из алюминия после термообработки, наряду с низкой плотностью отличаются высокой прочностью и другими важными механическими свойствами, что делает алюминий незаменимым для изготовления деталей транспортных средств (поршни и картеры, блоки и головки цилиндров авиационных и автомобильных двигателей, подшипники, силовой набор и обшивка фюзеляжей и пр.).

  Характеристики, свойства, виды и применение чугуна

Алюминий легко подвергается волочению и вытяжке, что используется в производстве пищевых емкостей. Удельная электропроводность алюминия составляет ок. 61% электрической проводимости меди, но плотность алюминия в три раза меньше.

Сочетание хорошей проводимости с высокой коррозионной стойкостью на воздухе расширяет возможности использования алюминиевых кабелей, часто упрочняемых сталью, для высоковольтных электропередач. Алюминий отличается также и высокой теплопроводностью, что используется в двигателях, системах охлаждения и других устройствах.

Конструкционный материал для низких температур — алюминий

Алюминиевые сплавы являются очень важным классом конструкционных металлов для применения при отрицательных и даже криогенных температурах. Их применяют в деталях для работы при таких низких температурах как –270 °С. При отрицательных температурах большинство алюминиевых сплавов проявляют лишь незначительные изменения своих прочностных свойств.

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) и предел текучести алюминиевых сплавов со снижением температуры могут лишь незначительно уменьшаться, а ударная прочность остается приблизительно постоянной. Поэтому алюминий является полезным материалом для многих низкотемпературных применений.

Основным сдерживающим фактором широкого применения алюминиевых сплавов в криогенной технике является их довольно низкое относительное удлинение по сравнению с некоторыми аустенитно-ферритными сталями. Поэтому в критических применениях с повышенными требованиями к безопасности, применяют все-таки эти стали.

Хорошим примером применения алюминиевых сплавов при низких температурах является изготовление сосудов давления, которые работают в интервале температур от -195 до 65 °С.

Здесь применяют алюминиевые сплавы 5083 и 5456.

У этих сплавов в интервале температуры от комнатной до –195 °С предел прочности при растяжении возрастает на 30-40 %, предел текучести – на 5-10 % и относительное удлинение – на 60-100 %.

Отжиг алюминия для разупрочнения алюминиевых сплавов

Отжиг для разупрочнения сплавов (полный отжиг), проводят при 350—430°С с выдержкой 1—2ч. При этих температурах происходит полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих фаз.

Скорость охлаждения во избежание закалки не должна превышать 30°С/ч. После отжига сплав имеет низкие значения временного сопротивления, удовлетворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением.

Отожженный материал способен выдерживать холодную обработку давлением с высокими степенями деформации.

Алюминий — свойства алюминия, ГОСТы, алюминиевый прокат.

Прочность алюминия при низких температурах

Алюминий и его сплавы, в отличие от сталей, не имеют порога хладноломкости. Напротив, их прочность со снижением температуры возрастает. Длительная выдержка при низких температурах не оказывает влияния на уровень прочностных свойств стабильных термически упрочненных алюминиевых сплавов как непосредственно при этих низких температурах, так и при возвращении к комнатной температуре.

Свежезакаленные термически упрочняемые сплавы могут поддерживаться в этом состоянии в течение длительного времени, если их хранить при низкой температуре для задержки процесса старения.

Самолетные заклепки из сплавов AlCuMgSi (дюралюминов) подвергают нагреву под закалку при 495 °С в течение от 5 до 60 минут в зависимости размеров и количества заклепок, после чего они закаливаются в холодной воде.

При комнатной температуре заклепки остаются пластичными в течение двух часов, при –5 °С это состояние сохраняется 45 часов, а при –15 °С – 150 часов!

Рост прочностных характеристик алюминиевых сплавов при снижении температуры почти не заметен до –15 °С, но начинает значительно увеличиваться ниже –100 °С. На рисунке показано поведение сплава 6061 в интервале температур от -250 °С до комнатной температуры.

Какова цель отжига – такова температура отжига

Если целью отжига является просто снятие деформационного наклепа, то нагрева до температуры около 345 °С будет вполне достаточно.

Если же необходимо удалить упрочнение от термической обработки или даже просто от охлаждения с температуры горячей обработки, то нужна специальная термическая обработка для получения структуры с выделением упрочняющей фазы в виде крупных и отдельно стоящих частиц.

Такой термической обработкой и является полный отжиг: выдержка при температуре от 415 до 440 °С и медленное охлаждение со скоростью около 30 °С в час до 260 °С.

Высокие скорости диффузии легирующих элементов в алюминии, которые характерны для такой высокой температуры, длительность выдержки и медленное охлаждение обеспечивают максимальную коалесценцию (укрупнение) частиц упрочняющей фазы, что и дает в результате материалу – алюминиевому сплаву – минимальную твердость.

Относительное удлинение алюминия

Относительное удлинение большинства алюминиевых сплавов также возрастает со снижением температуры вплоть до –196 °С. У некоторых сплавов Аl-Mg при содержании магния более 4,5 % со снижением температуры относительное удлинение сначала увеличивается, а затем снова снижается, но все равно остается выше, чем при комнатной температуре.

Деформированными алюминиевыми сплавами, которые чаще всего применяют для работы при низких температурах, являются сплавы 1100, 2014, 2024, 2090, 2219, 3003, 5083, 5456, 6061, 7005, 7039 и 7075.

Методы отжига алюминиевых листов

Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.

Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.

Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:

1. Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
2. Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
3. Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.

Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.

На сегодняшний день выделяют три режима отжига:

1. Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
2. Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
3. Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.