I. Overzicht van de warmtebehandeling van aluminiumlegeringen

Warmtebehandeling van aluminiumlegeringen is van cruciaal belang. Het kan de verschillende eigenschappen van aluminiumlegeringen aanzienlijk verbeteren en hen in staat stellen een grotere rol te spelen op tal van gebieden. De gebruikelijke warmtebehandelingsprocessen omvatten voornamelijk gloeien, blussen en veroudering.

Een gloeibehandeling kan de gietspanning van gietstukken en de interne spanning veroorzaakt door machinale bewerking elimineren, en de vorm en grootte van de bewerkte onderdelen stabiliseren. Nadat het product bijvoorbeeld tot een bepaalde temperatuur is verwarmd en gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur is gehouden, en vervolgens met een bepaalde koelsnelheid tot kamertemperatuur is afgekoeld, kan de microstructuur door de diffusie en migratie van atomen beter worden gemaakt. uniform en stabiel, de interne spanning kan worden geëlimineerd, de plasticiteit van het materiaal kan aanzienlijk worden verbeterd, maar de sterkte zal worden verminderd. Voor het homogeniseren van het gloeien van blokken, door ze lange tijd op een hoge temperatuur te houden en ze vervolgens met een bepaalde snelheid af te koelen, kunnen de chemische samenstelling, microstructuur en eigenschappen van de blokken worden gehomogeniseerd, de plasticiteit van het materiaal met ongeveer 20% worden verhoogd, de extrusiedruk met ongeveer 20%, verhoog de extrusiesnelheid met ongeveer 15% en verbeter tegelijkertijd de kwaliteit van de oppervlaktebehandeling van het materiaal.

Afschrikken omvat het verwarmen van gietstukken van aluminiumlegeringen tot een relatief hoge temperatuur en het handhaven van die temperatuur gedurende meer dan 2 uur, zodat de oplosbare fasen in de legering volledig kunnen oplossen. Vervolgens worden de gietstukken snel in water afgeschrikt om ze snel af te koelen, waardoor de versterkende componenten in de legering optimaal kunnen oplossen en gefixeerd blijven tot kamertemperatuur. Dit proces wordt ook wel oplossingsbehandeling of koudebehandeling genoemd. Voor sommige legeringsmaterialen met een lage afschrikgevoeligheid kan bijvoorbeeld een oplossingsbehandeling worden uitgevoerd door gebruik te maken van de hoge temperatuur tijdens de extrusie, en vervolgens kan het afschrikken worden uitgevoerd door luchtkoeling (T5) of watermistkoeling (T6) om bepaalde eigenschappen te verkrijgen. microstructuren en eigenschappen.

Verouderingsbehandeling wordt toegepast op materialen die oplossingsdoving hebben ondergaan. Wanneer deze materialen gedurende een bepaalde tijd op kamertemperatuur of een relatief hoge temperatuur worden gehouden, zal de onstabiele oververzadigde vaste oplossing ontleden en zullen de tweede-fasedeeltjes uit de oververzadigde vaste oplossing neerslaan en zich rond de α (Al) aluminiumkorrels verspreiden. , waardoor een versterkend effect ontstaat. Voor natuurlijke veroudering kunnen legeringen zoals 2024 bij kamertemperatuur neerslagversterkende effecten veroorzaken. Voor kunstmatige veroudering vertonen legeringen zoals 7075 geen duidelijke neerslagversterkende effecten bij kamertemperatuur, maar het neerslagversterkende effect is significant bij relatief hoge temperaturen. Verouderingsbehandelingen kunnen worden onderverdeeld in onderveroudering, oververoudering en meerfasige veroudering, enz.

Warmtebehandeling van aluminiumlegeringen heeft een positieve invloed op zowel de mechanische eigenschappen als de corrosieweerstand.

In termen van mechanische eigenschappen kan warmtebehandeling de korrelstructuur verfijnen, de sterkte en hardheid van het materiaal vergroten en tegelijkertijd de plasticiteit en taaiheid ervan verbeteren. Oplossingsbehandeling kan bijvoorbeeld vaste oplossingselementen zoals Cu en Mg gelijkmatig verdelen binnen de korrelgrenzen en binnen de korrels, waardoor een oververzadigde vaste oplossing ontstaat, waardoor de sterkte en hardheid van de legering wordt verbeterd.

Wat de corrosieweerstand betreft, kan warmtebehandeling microscopische defecten en oxidelagen aan het oppervlak elimineren, de oppervlaktekwaliteit van de legering verbeteren en de corrosieweerstand ervan vergroten. Oplossingsbehandeling kan bijvoorbeeld de verdeling van elementen in de legering en de zuiverheid van korrelgrenzen aanpassen, wat bevorderlijk is voor de vorming van een uniforme en dichte oxidefilm, waardoor de corrosieweerstand van de legering wordt verbeterd.

II. Belangrijkste warmtebehandelingsmethoden

(I) Gloeibehandeling

Gloeibehandeling speelt een belangrijke rol bij de warmtebehandeling van aluminiumlegeringen. Het elimineert voornamelijk de gietspanning van gietstukken van aluminiumlegeringen en de interne spanning veroorzaakt door machinale bewerking door de gietstukken van aluminiumlegeringen tot een specifieke temperatuur te verwarmen en ze gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur te houden, en ze vervolgens af te koelen tot kamertemperatuur met een geschikte koeling. tarief. Deze behandeling kan de vorm en grootte van de bewerkte onderdelen stabiliseren en de microstructuur van de aluminiumlegering uniformer en stabieler maken.

Voor legeringen uit de Al-Si-serie kan de uitgloeibehandeling er bijvoorbeeld ook voor zorgen dat een deel van het Si kristalliseert en bolvormig wordt, waardoor de plasticiteit van de legering aanzienlijk wordt verbeterd. Volgens onderzoeksgegevens kan de plasticiteit van de aluminiumlegering na een gloeibehandeling met ongeveer 20% worden verhoogd. Het specifieke proces bestaat erin de gietstukken van aluminiumlegeringen te verwarmen tot 280 - 300 °C, ze 2 - 3 uur op die temperatuur te houden en ze vervolgens samen met de oven af ​​te koelen tot kamertemperatuur, zodat de vaste oplossing langzaam ontleedt en het neergeslagen materiaal langzaam wordt afgebroken. Deeltjes uit de tweede fase aggregeren en zo wordt de interne spanning van de gietstukken geëlimineerd, waardoor de doeleinden van het stabiliseren van de grootte, het verbeteren van de plasticiteit en het verminderen van de vervorming worden bereikt.

(II) Afschrikken

Afschrikken is een van de belangrijkste stappen bij de warmtebehandeling van aluminiumlegeringen. Gewoonlijk worden gietstukken van aluminiumlegeringen verwarmd tot een relatief hoge temperatuur, meestal dichtbij het smeltpunt van het eutectische materiaal, meestal boven 500 ° C, en gedurende meer dan 2 uur op deze temperatuur gehouden, zodat de oplosbare fasen in de legering volledig kunnen oplossen. . Vervolgens worden de gietstukken snel afgeschrikt in water met een temperatuur van 60 - 100 °C om ze snel af te koelen. Een dergelijke bewerking maakt het mogelijk dat de versterkingselementen in de legering zo goed mogelijk oplossen en gefixeerd blijven tot kamertemperatuur.

Voor sommige legeringsmaterialen met een lage afschrikgevoeligheid kan bijvoorbeeld een oplossingsbehandeling worden uitgevoerd door gebruik te maken van de hoge temperatuur tijdens de extrusie, en vervolgens kan het afschrikken worden uitgevoerd door luchtkoeling (T5) of watermistkoeling (T6) om bepaalde eigenschappen te verkrijgen. microstructuren en eigenschappen. Tijdens het afschrikproces wordt gehoopt dat de legering kenmerken heeft zoals een breed temperatuurbereik tussen de oplosbaarheidslijn en de soliduslijn, een lage extrusievervormingskracht bij de oplossingstemperatuur en een lage afschrikgevoeligheid.

(III) Verouderingsbehandeling

Verouderingsbehandeling is een technologisch proces waarbij de afgeschrikte gietstukken van aluminiumlegeringen tot een bepaalde temperatuur worden verwarmd, gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur worden gehouden, uit de oven worden gehaald en aan de lucht worden gekoeld totdat ze op kamertemperatuur zijn gekomen, om de oververzadigde vaste oplossing en stabiliseert de microstructuur van de legeringsmatrix.

Tijdens het verouderingsbehandelingsproces van de legering, met de stijging van de temperatuur en de verlenging van de tijd, zal het verschillende fasen doorlopen, waaronder het verdwijnen van het roostergebied van de oververzadigde vaste oplossing, de segregatie van tweedefase-atomen volgens bepaalde regels en de vorming van G-PII-regio's, de daaropvolgende vorming van metastabiele tweede fasen (overgangsfasen), de combinatie van een groot aantal G-PII en een klein aantal metastabiele fasen, en de transformatie van metastabiele fasen in stabiele fasen en de aggregatie van deeltjes uit de tweede fase. Verouderingsbehandelingen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: natuurlijke veroudering en kunstmatige veroudering. Natuurlijke veroudering verwijst naar de veroudering waarbij de verouderingsversterking wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur. Kunstmatige veroudering wordt verder onderverdeeld in onvolledige kunstmatige veroudering, volledige kunstmatige veroudering en oververoudering.

(IV) Cyclische behandeling Cyclische behandeling is een nogal speciale warmtebehandelingsmethode voor aluminiumlegeringen. De gietstukken van aluminiumlegeringen worden gekoeld tot een bepaalde temperatuur onder het vriespunt (zoals -50 °C, -70 °C, -195 °C) en gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur gehouden. Vervolgens worden de gietstukken verwarmd tot onder de 350 °C, waardoor het rooster van de middelvaste oplossing in de legering herhaaldelijk samentrekt en uitzet, waardoor de korrels van elke fase enigszins verschuiven. Het doel hiervan is om de atomaire segregatiegebieden binnen het kristalrooster van deze vaste oplossingen en de deeltjes van intermetallische verbindingen in een stabielere toestand te brengen, om zo het doel te bereiken om de afmetingen en volumes van productonderdelen stabieler te maken. Dit warmtebehandelingsproces van herhaalde verwarming en koeling is geschikt voor onderdelen die tijdens gebruik hoge precisie en stabiele afmetingen vereisen. Over het algemeen ondergaan gewone gietstukken deze behandeling meestal niet. III. Sleutelelementen van warmtebehandeling #(I) Vereisten voor warmtebehandelingsapparatuur Warmtebehandelingsapparatuur speelt een cruciale rol in het warmtebehandelingsproces van aluminiumlegeringen. Ten eerste moet, omdat het temperatuurverschil tussen de afschrik- en verouderingstemperaturen van aluminiumlegeringen niet groot is, het temperatuurverschil in de oven binnen ±5 °C worden gehouden. Dit komt omdat de afschriktemperatuur van aluminiumlegeringen dicht bij het smeltpunt van de eutectische componenten met een laag smeltpunt in de legering ligt. Als het temperatuurverschil te groot is, kan dit leiden tot een ongelijkmatige microstructuur van de aluminiumlegering, waardoor de eigenschappen ervan worden aangetast. Als bij de daadwerkelijke productie het temperatuurverschil in de oven bijvoorbeeld groter is dan ± 5 °C, kan de mate van vaste oplossing van gietstukken van aluminiumlegeringen op verschillende onderdelen variëren, wat vervolgens de mechanische eigenschappen zoals hun sterkte en hardheid zal beïnvloeden. Ten tweede is het vereist dat de temperatuurmeet- en temperatuurregelinstrumenten gevoelig en nauwkeurig zijn om te garanderen dat de temperatuur binnen het bovengenoemde foutbereik ligt. De nauwkeurigheid van de temperatuurmeet- en temperatuurregelinstrumenten mag niet lager zijn dan graad 0,5. Op deze manier kan de temperatuur in de oven nauwkeurig worden gecontroleerd om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het warmtebehandelingsproces te garanderen. Sommige geavanceerde warmtebehandelingsapparatuur is bijvoorbeeld uitgerust met zeer nauwkeurige temperatuurmeet- en temperatuurregelinstrumenten die de temperatuur in de oven in realtime kunnen bewaken en automatische aanpassingen kunnen maken volgens de vooraf ingestelde temperatuurcurve om ervoor te zorgen dat gietstukken van aluminiumlegeringen altijd in goede staat zijn. een geschikte temperatuuromgeving tijdens het warmtebehandelingsproces. Bovendien moet de temperatuur in elke zone in de oven uniform zijn, met een verschil tussen 1 en 2 °C. Om dit doel te bereiken, is warmtebehandelingsapparatuur meestal uitgerust met een circulatieapparaat om ervoor te zorgen dat de hete lucht in de oven gelijkmatig kan stromen, zodat gietstukken van aluminiumlegeringen op alle onderdelen gelijkmatig kunnen worden verwarmd en gekoeld. Sommige grote warmtebehandelingsovens van aluminiumlegeringen gebruiken bijvoorbeeld een ventilatiesysteem met geforceerde circulatie. Krachtige ventilatoren blazen hete lucht gelijkmatig naar gietstukken van aluminiumlegeringen, waardoor de temperatuur in elke zone in de oven binnen een klein bereik blijft. De blustank is ook voorzien van verwarmings- en circulatie-inrichtingen om de verwarming van het water en de uniformiteit van de temperatuur te garanderen. Afschrikken is een van de belangrijkste stappen bij de warmtebehandeling van aluminiumlegeringen, en de temperatuuruniformiteit van het afschrikmedium heeft rechtstreeks invloed op het koeleffect en de mechanische eigenschappen van de gietstukken. Als tijdens het afschrikproces de temperatuur van het afschrikmedium bijvoorbeeld niet uniform is, kan dit bijvoorbeeld leiden tot verschillende koelsnelheden van gietstukken van aluminiumlegeringen op verschillende delen, wat resulteert in problemen zoals interne spanning en een ongelijkmatige microstructuur. Daarom kunnen de verwarmings- en circulatie-inrichtingen van de blustank ervoor zorgen dat de temperatuur van het blusmedium altijd binnen een geschikt bereik wordt gehouden, waardoor het bluseffect en de kwaliteit van de gietstukken worden verbeterd. Tenslotte dient het vervuilde koelwater regelmatig gecontroleerd en vervangen te worden. Tijdens het afschrikproces kan het koelwater vervuild raken door onzuiverheden en oxiden op het oppervlak van gietstukken van aluminiumlegeringen, waardoor het koeleffect en de kwaliteit van de gietstukken worden beïnvloed. Daarom is het regelmatig controleren en vervangen van het vervuilde koelwater één van de belangrijke maatregelen om de kwaliteit van de warmtebehandeling te waarborgen. Sommige bedrijven hebben bijvoorbeeld strikte regels opgesteld voor het beheer van koelwater en testen en vervangen het koelwater regelmatig om een ​​soepel verloop van het blusproces te garanderen.

(II) Afschrikmedia Afschrikmedia zijn belangrijke factoren om het bereiken van verschillende doeleinden of effecten van warmtebehandeling te garanderen. Hoe hoger de afkoelsnelheid van het blusmedium, hoe intenser (sneller) de afkoeling van het gietstuk zal zijn, en hoe hoger de mate van oververzadiging van de α-vaste oplossing in de metaalmicrostructuur zal zijn, resulterend in betere mechanische eigenschappen van de casting. Dit komt omdat een groot aantal versterkende fasen, zoals intermetallische verbindingen, worden opgelost in de vaste α-oplossing van Al. Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat het gebruik van PAG-blusvloeistoffen met verschillende concentraties verschillende effecten heeft op de mechanische eigenschappen, polarisatiecurve-eigenschappen en intergranulaire corrosie-eigenschappen van 7249 aluminiumlegering. De legering geblust met 30% PAG-blusvloeistof heeft de beste sterkte en plasticiteit, met een kleine corrosiestroom en een lage corrosiesnelheid tijdens het polarisatieproces. Het heeft een goede intergranulaire corrosieweerstand, zorgt voor een relatief hoge sterkte en plasticiteit en heeft de beste algehele prestaties. Een ander voorbeeld is dat voor platen van aluminiumlegering 2519A de sterkte van de legering die in verschillende media is afgeschrikt en voorvervormd, hoger is dan die van de legering zonder vervorming. Onder de T8-toestand heeft de legering de hoogste treksterkte wanneer deze wordt afgeschrikt in water bij 20 °C; en het heeft de laagste treksterkte wanneer het in de lucht wordt geblust. Ondertussen zijn de intergranulaire corrosieweerstand en exfoliatiecorrosieweerstand van de legering die in verschillende media is geblust en voorvervormd beter dan die van de legering zonder vervorming. De legering die bij 20 °C in water wordt geblust, heeft de beste weerstand tegen intergranulaire corrosie en afschilferingscorrosie, terwijl de in de lucht gebluste legering de slechtste weerstand tegen intergranulaire corrosie en afschilferingscorrosie heeft. Bovendien heeft de temperatuur van het bluswater ook invloed op de mechanische eigenschappen van gegoten aluminiumlegeringen. Studies hebben aangetoond dat de sterkte en hardheid van legeringsmonsters verband houden met de temperatuur van het bluswater, en door afschrikken bij 80 ° C kunnen legeringsmaterialen worden verkregen met de beste algehele prestaties. Bij deze afschrikwatertemperatuur is de breukmodus van de legeringsmonsters voornamelijk ductiele breuk, vergezeld van lokale splitsing, en vertoont de legering relatief goede mechanische eigenschappen.

(III) Instrumenten en materialen voor temperatuurmeting en temperatuurcontrole

De nauwkeurigheid van de temperatuurmeet- en temperatuurregelinstrumenten mag niet lager zijn dan graad 0,5. De verwarmingsoven voor warmtebehandeling moet worden uitgerust met apparaten en instrumenten die de temperatuur automatisch kunnen meten en regelen, met functies zoals automatische registratie, automatisch alarm, automatische stroomonderbreking en stroomherstel, om ervoor te zorgen dat de temperatuurweergave en controle in de oven zijn nauwkeurig en de temperatuur is uniform.

Uiterst nauwkeurige temperatuurmeet- en temperatuurregelinstrumenten kunnen de temperatuur in de oven nauwkeurig en in realtime bewaken en ervoor zorgen dat de temperatuur tijdens het warmtebehandelingsproces altijd binnen een geschikt bereik ligt. Wanneer de temperatuur in de oven bijvoorbeeld het vooraf ingestelde bereik overschrijdt, geeft het automatische alarmapparaat tijdig een alarm af om de operators eraan te herinneren aanpassingen te doen. De automatische stroomonderbrekings- en stroomherstelapparaten kunnen de stroomtoevoer op tijd afsluiten wanneer de temperatuur abnormaal is of er andere storingen optreden, waardoor de veiligheid van de apparatuur en werkstukken wordt beschermd. Nadat de problemen zijn opgelost, wordt de stroomvoorziening automatisch hersteld om de continuïteit van het warmtebehandelingsproces te garanderen.

Het automatische registratieapparaat kan de temperatuurveranderingen tijdens het warmtebehandelingsproces registreren en gegevensondersteuning bieden voor daaropvolgende kwaliteitsanalyse en procesoptimalisatie. Door bijvoorbeeld de temperatuurregistratiecurve te analyseren, kunnen we de trends in temperatuurveranderingen in verschillende stadia begrijpen, mogelijke problemen ontdekken en gerichte aanpassingen en verbeteringen aanbrengen.

De functies van deze automatische temperatuurregelapparaten liggen in het verbeteren van de precisie en stabiliteit van de warmtebehandeling, het verminderen van de interferentie van menselijke factoren, het garanderen dat gietstukken van aluminiumlegeringen tijdens het warmtebehandelingsproces een uniforme microstructuur en eigenschappen kunnen verkrijgen, en het verbeteren van de kwaliteit en betrouwbaarheid van producten.

IV. Versterkingsmethoden voor aluminiumlegeringen

(I) Werkversterking

Werkversterking is een methode waarbij legeringen een hoge sterkte verkrijgen door plastische vervorming. De essentie van werkversterking van legeringen ligt in het vergroten van de dislocatiedichtheid tijdens plastische vervorming. Na intense vervorming van metalen kan de dislocatiedichtheid toenemen van 10⁶ per cm² tot meer dan 10¹² per cm². Hoe groter de dislocatiedichtheid in de legering is, hoe meer mogelijkheden er zullen zijn voor dislocaties om elkaar te kruisen tijdens het slipproces wanneer ze blijven vervormen, en hoe groter de weerstand daartussen zal zijn. Hierdoor zal ook de vervormingsweerstand toenemen en wordt de legering dus versterkt.

De mate van werkversterking varieert afhankelijk van de vervormingssnelheid, de vervormingstemperatuur en de aard van de legering zelf. Voor hetzelfde legeringsmateriaal dat bij dezelfde temperatuur koude vervorming ondergaat, geldt dat hoe hoger de vervormingssnelheid is, hoe hoger de sterkte zal zijn, maar de plasticiteit zal afnemen met de toename van de vervormingssnelheid. Wanneer de vervormingstemperatuur relatief laag is, is de mobiliteit van dislocaties slecht. Na vervorming worden de meeste dislocaties op een ongeordende en onregelmatige manier verdeeld, waardoor dislocatieklitten ontstaan. Op dit moment is het versterkende effect van de legering goed, maar de plasticiteit wordt ook aanzienlijk verminderd. Wanneer de vervormingstemperatuur relatief hoog is, is de mobiliteit van dislocaties groter en treedt er kruisslip op. Dislocaties kunnen zich lokaal verzamelen en in de war raken, waardoor dislocatieclusters ontstaan, en substructuren en hun versterking verschijnen. Op dit moment is het versterkende effect niet zo goed als dat van koude vervorming, maar het verlies aan plasticiteit is relatief klein.

(II) Oplossingsversterking

Aan puur aluminium worden legeringselementen toegevoegd om op aluminium gebaseerde vaste oplossingen te vormen, die roostervervorming veroorzaken en de beweging van dislocaties belemmeren, waardoor ze een rol spelen bij het versterken en vergroten van de sterkte van de oplossing. Binaire legeringen zoals Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn en Al-Mn kunnen over het algemeen beperkte vaste oplossingen vormen en hebben allemaal relatief grote beperkende oplosbaarheden, zodat ze aanzienlijke oplossingsversterkende effecten hebben.

In scandiumbevattende aluminiumlegeringen met ultrahoge sterkte kan het Sc-element, als een gebruikelijk additief, bijvoorbeeld de sterkte en taaiheid van aluminiumlegeringen verbeteren door vaste Sc-Al-oplossingen te vormen. Ondertussen kunnen geschikte hoeveelheden elementen zoals Ti en Zr ook effectief het versterkende oplossingsproces bevorderen. Door hun interactie met het Sc-element kan een composietversterkingssysteem met meerdere niveaus en meerdere fasen worden gevormd.

(III) Versterking van heterofase

De heterofasen in aluminiumlegeringen zijn meestal harde en brosse intermetallische verbindingen. Ze belemmeren de beweging van dislocaties in de legering en versterken de legering. In aluminiumlegeringen met ultrahoge sterkte die Sc bevatten, kan een geschikte behandeling met een versterkende oplossing bijvoorbeeld ook de corrosiebestendigheid en prestaties bij hoge temperaturen van de aluminiumlegering verbeteren. Als het aantal heterofasen echter te groot is, zullen zowel de sterkte als de plasticiteit afnemen. Hoe complexer de samenstelling en structuur van de heterofase en hoe hoger het smeltpunt, des te beter de thermische stabiliteit bij hoge temperaturen.

(IV) Versterking van de spreiding

Hoe kleiner de grootte van de dispersiefasedeeltjes en hoe uniformer hun verdeling, hoe beter het versterkende effect. Het toevoegen van fijne dispersie-fasedeeltjes aan aluminiumlegeringen kan bijvoorbeeld de beweging van dislocaties belemmeren en de sterkte en hardheid van de legeringen verbeteren.

(V) Versterking van de neerslag

Wanneer de legering wordt uitgegloeid bij de oplossingsbehandelingstemperatuur, lossen de legeringselementen op in de matrix, waardoor een oververzadigde vaste oplossing ontstaat. Vervolgens wordt afschrikken uitgevoerd om de oververzadigde vaste oplossing snel af te koelen en de diffusie en precipitatie van de legeringselementen te voorkomen. Tijdens het verouderingsproces slaan de legeringselementen uit de oververzadigde vaste oplossing neer en vormen fijne en gedispergeerde tweedefasedeeltjes. Deze deeltjes zijn meestal legerings-elementrijke verbindingen of intermetallische fasen, en hun grootte, vorm en verdeling hebben een aanzienlijke invloed op de sterkte en hardheid van de legering.

(VI) Versterking van de graangrens

Tijdens het verouderingsproces heeft de geprecipiteerde fase de neiging om neer te slaan op de korrelgrenzen, waardoor een korrelgrensprecipitatiezone ontstaat. De korrel-grensprecipitatiezone verhindert het glijden van de korrelgrens en verbetert de schuifweerstand van de korrelgrenzen, waardoor de algehele sterkte van de legering toeneemt. Tegelijkertijd kan de geprecipiteerde fase ook neerslaan aan de subkorrelgrenzen, waardoor de subkorrelgrenzen worden versterkt en de algehele mechanische eigenschappen van de legering verder worden verbeterd.

(VII) Gecombineerde versterking

In praktische toepassingen werken meestal meerdere versterkingsmethoden tegelijkertijd. In aluminiumlegeringen met ultrahoge sterkte die Sc bevatten, kan het versterken van de oplossing bijvoorbeeld de sterkte en taaiheid van de aluminiumlegering aanzienlijk verbeteren door parameters zoals de soorten additieven, de verwarmingstemperatuur en -tijd te optimaliseren. Tegelijkertijd kan het versterken van de oplossing ook de corrosiebestendigheid en prestaties bij hoge temperaturen van de aluminiumlegering verbeteren. In de toekomst zullen de microstructuur en eigenschappen van aluminiumlegeringen met ultrahoge sterkte die Sc bevatten, op een gecoördineerde manier worden versterkt door meerdere additieven, evenals de mechanische en corrosiebestendige eigenschappen van aluminiumlegeringen met ultrahoge sterkte die Sc bevatten in complexe toepassingen omgevingen kunnen verder worden bestudeerd.

V. Invloed van warmtebehandeling op de eigenschappen van specifieke legeringen

(I) Invloed op de microstructuur en eigenschappen van 2024-legering

De 2024-legering behoort tot de aluminiumlegering uit de Al-Cu-Mg-serie met hoge sterkte en hardheid en wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Oplossingsbehandeling en verouderingsbehandeling hebben een belangrijke invloed op de plasticiteit, sterkte en corrosiebestendigheid van de 2024-legering.

Tijdens oplossingsbehandeling werd de eerste groep monsters oplossings-warmtebehandeld en op verschillende temperaturen gehouden. De resultaten toonden aan dat nadat de legering gedurende 50 minuten was behandeld bij een specifieke temperatuur (zoals 500 °C), de oplosbare fasen in de legering volledig konden worden opgelost, waardoor een basis werd gelegd voor de daaropvolgende verouderingsbehandeling. Oplossingsbehandeling kan de verdeling van elementen in de legering aanpassen, waardoor vaste oplossingselementen zoals Cu en Mg gelijkmatig worden verdeeld binnen de korrelgrenzen en binnen de korrels, waardoor een oververzadigde vaste oplossing wordt gevormd, waardoor de sterkte en hardheid van de legering wordt vergroot. Tegelijkertijd kan oplossingsbehandeling ook de plasticiteit van de legering verbeteren. Uit onderzoeksgegevens blijkt dat de plasticiteit van de 2024-legering na oplossingsbehandeling tot op zekere hoogte kan worden verbeterd.

De impact van de verouderingsbehandeling op de eigenschappen van de 2024-legering is ook zeer aanzienlijk. De derde groep monsters werd eerst in oplossing behandeld en vervolgens onderworpen aan langdurige verouderingswarmtebehandeling bij verschillende temperaturen. Uit het experiment bleek dat de legering de beste microstructuur en eigenschappen kon verkrijgen na kunstmatige veroudering bij 180 °C gedurende 10 uur, en dat de hardheid 81,3 HRB kon bereiken. Tijdens het verouderingsbehandelingsproces zal de onstabiele oververzadigde vaste oplossing ontleden en zullen de tweede fasedeeltjes neerslaan uit de oververzadigde vaste oplossing en zich rond de α(Al) aluminiumkorrels verspreiden, waardoor een versterkend effect ontstaat. Natuurlijke veroudering van legeringen zoals 2024 kan neerslag veroorzaken - versterkend effect bij kamertemperatuur, waardoor de sterkte van de legering toeneemt. Tegelijkertijd kan een verouderingsbehandeling ook de corrosieweerstand van de legering verbeteren. Door het elimineren van microscopische defecten en oppervlakteoxidelagen wordt de oppervlaktekwaliteit van de legering verbeterd, wat bevorderlijk is voor de vorming van een uniforme en dichte oxidefilm, waardoor de corrosieweerstand van de legering wordt verbeterd.

(II) Invloed op de microstructuur en eigenschappen van 7075-legering Eenfasige veroudering heeft een belangrijke invloed op de vezelstructuur, de vorming van tweede-fasedeeltjes, microhardheid en pieksterkte van de 7075-legering. Door het meten van de hardheid, vloeigrens, treksterkte, rek en verkleining van het oppervlak van de monsters met verschillende verouderingstijden onder het eentrapsverouderingsregime van 120 °C, werd gevonden dat de 7075 aluminiumlegering de beste combinatie van sterkte en kwaliteit kon verkrijgen. plasticiteit bij veroudering bij 120 °C gedurende 24 uur. Door het orthogonale experiment van tweetrapsveroudering was het bekend dat voor de tweetrapsverouderingsbehandeling van 7075 aluminiumlegering de voorverouderingstemperatuur 140 °C was en de houdtijd 4 uur, en de tweede trapverouderingstemperatuur was 140 °C - 160 °C en de verblijftijd was 10 uur. Dit behandelingsproces zou producten met betere alomvattende eigenschappen kunnen opleveren. Tijdens het verouderingsproces in één fase zal de vezelstructuur van de 7075-legering veranderen. Naarmate de verouderingstijd langer wordt, wordt de vezelstructuur geleidelijk dichter, wat gunstig is voor het verbeteren van de sterkte van de legering. Tegelijkertijd zullen er geleidelijk ook tweedefasedeeltjes worden gevormd. Deze tweedefasedeeltjes belemmeren de beweging van dislocaties in de legering en versterken de legering. MgZn2 en Al2Mg3Zn3 hebben bijvoorbeeld een hoge oplosbaarheid in aluminium en een duidelijk temperatuurgerelateerd verband, en hebben een sterk verouderingsverhardend effect. Eenfasige veroudering kan ook de microhardheid en pieksterkte van de 7075-legering aanzienlijk verbeteren. Naarmate de verouderingstijd toeneemt, neemt de microhardheid voortdurend toe, en na een bepaalde tijd heeft de hardheid de neiging stabiel te zijn. Ook de pieksterkte neemt geleidelijk toe tijdens het verouderingsproces. Dit komt omdat de verouderingsbehandeling ervoor zorgt dat de versterkende componenten in de legering voor het grootste deel oplossen en gefixeerd blijven tot kamertemperatuur, waardoor de sterkte van de legering toeneemt.

VI. Warmtebehandeling na het lassen (1) Invloed van warmtebehandeling na het lassen op sterkte en taaiheid Voor warmtebehandelbare, versterkte aluminiumlegeringen kan na het lassen opnieuw een warmtebehandeling worden uitgevoerd om de sterkte van de door hitte beïnvloede zone van het basismetaal te herstellen tot een niveau dat dicht bij de oorspronkelijke sterkte ligt. Over het algemeen treedt het falen van de verbinding meestal op in de smeltzone van de las. Na het opnieuw uitvoeren van de warmtebehandeling na het lassen, hangt de sterkte die door het lasmetaal wordt verkregen voornamelijk af van het gebruikte vulmetaal. Wanneer de samenstelling van het vulmetaal verschilt van die van het basismetaal, zal de sterkte afhangen van de verdunning van het basismetaal door het vulmetaal. De beste sterkte is compatibel met de warmtebehandeling die voor het lasmetaal wordt gebruikt. Hoewel de warmtebehandeling na het lassen de sterkte vergroot, kan er enig verlies optreden in de taaiheid van de las. Als gevolg van de neerslag nabij de las en het smelten van de korrelgrenzen in de smeltzone, is de taaiheid van sommige lasnaden van door warmtebehandeling versterkte aluminiumlegeringen zeer slecht. Als de situatie niet al te ernstig is, kan de warmtebehandeling na het lassen ervoor zorgen dat de oplosbare componenten opnieuw oplossen, waardoor een meer uniforme structuur wordt verkregen, de taaiheid enigszins wordt verbeterd en de sterkte aanzienlijk wordt vergroot. Voor bijvoorbeeld een aluminiumlegering 6061 die in de T4 (oplossingsbehandeling + natuurlijke veroudering) warmtebehandelingstoestand is gelast en vervolgens na het lassen is behandeld met T6 (oplossingsbehandeling + kunstmatige behandeling), kan de lassterkte 280 MPa bereiken. De T6-behandeling omvat het verwarmen van de aluminiumlegering tot 535 ± 5 °C, het gedurende 6 uur vasthouden ervan en het vervolgens afschrikken in water van 80 ± 10 °C, waarbij de afschriktijd niet minder dan 5 minuten bedraagt. Vervolgens wordt het gedurende 4 ± 0,5 uur in een lagetemperatuuroven bij 165 ± 5 °C gerijpt. De hardheid na behandeling bereikt over het algemeen HB80 - 90, de rek is groter dan 8% en de treksterkte bereikt 250 - 290 MPa. Voor de lasverbinding van aluminiumlegering 6082 - T6 werden twee warmtebehandelingsmethoden uitgevoerd, namelijk oplossing + veroudering en veroudering. De treksterkte van de onbehandelde 6082 - T6 lasverbinding was 225 MPa, de breuklocatie bevond zich in de door hitte beïnvloede zone en de laagste hardheidswaarde van de verbinding bevond zich in de door hitte beïnvloede zone. Na de verouderingsbehandeling was de verdeling van de versterkingsfase bij de lasverbinding 6082 - T6 uniformer, er was geen duidelijke verandering in de microstructuur van de laszone en de microstructuur van de smeltzone en de door hitte beïnvloede zone waren enigszins verfijnd. De treksterkte was 264 MPa, de breuklocatie bevond zich nog steeds in de door hitte beïnvloede zone en de laagste hardheidswaarde van de verbinding bevond zich nog steeds in de door hitte beïnvloede zone. Na de oplossing + verouderingsbehandeling werden fijne versterkingsfasen opnieuw neergeslagen bij de 6082 - T6 lasverbinding, de microstructuur van de smeltzone en de door hitte beïnvloede zone werd aanzienlijk verfijnd, de treksterkte werd verhoogd tot 302 MPa, de breuk trad op in de laszone, en de hardheidswaarde was aanzienlijk hoger dan die van de onbehandelde 6082 - T6 lasverbinding, en de laagste hardheidswaarde bevond zich in de laszone.

(II) Belangrijke technische punten 1. Kwestie van hittebehoud: De sleuteltechnologie ligt in de kwestie van hittebehoud. Het is essentieel om het proces te volgen. De overgang van de hogetemperatuuroven (oplossingsoven) naar het blussen met water moet zo snel mogelijk plaatsvinden; anders wordt het oplossingseffect beïnvloed en uiteindelijk het warmtebehandelingseffect. 2. Verwijderen van resten: Na het lassen van de gelaste delen, als gaslassen of gecoat elektrodelassen wordt gebruikt, moeten de resterende flux en slak op en aan beide zijden van de las tijdig vóór de visuele inspectie worden verwijderd en niet-destructief testen van de las. Dit is om te voorkomen dat de slak en het resterende vloeimiddel de las en het oppervlak ervan aantasten en om nadelige gevolgen te voorkomen. De algemeen gebruikte reinigingsmethoden na het lassen omvatten schrobben in heet water van 60 °C - 80 °C; onderdompelen in kaliumdichromaat (K2Cr2O7) of chroomanhydride (CrO3) met een massafractie van 2% - 3%; vervolgens wassen in warm water van 60 °C - 80 °C; en drogen in een droogoven of luchtdrogen. Om het effect van de verwijdering van het resterende vloeimiddel te testen, kan gedestilleerd water op de lasnaad van het gelaste deel worden gedruppeld. Vervolgens wordt het gedestilleerde water opgevangen en in een kleine reageerbuis gedruppeld die een 5% salpeterzuuroplossing bevat. Als er een wit neerslag ontstaat, betekent dit dat het resterende vloeimiddel niet volledig is verwijderd. 3. Oppervlaktebehandeling van gelaste onderdelen: Door geschikte lasprocessen en correcte bedieningstechnieken heeft het oppervlak van de lasnaad van aluminium en aluminiumlegeringen na het lassen een uniform en glad golvend uiterlijk. Anodiseerbehandeling, mechanisch polijsten, etc. kunnen worden uitgevoerd om de oppervlaktekwaliteit van de aluminium werkstukken te verbeteren. Aluminium en aluminiumlegeringen zijn echter zachte metalen met een relatief hoge wrijvingscoëfficiënt. Als er tijdens het slijpproces oververhitting optreedt, kunnen de gelaste onderdelen vervormen of zelfs breken ten opzichte van de korrelgrenzen. Dit vereist voldoende smering tijdens het polijstproces en de druk op het metalen oppervlak moet tot een minimum worden beperkt. VII. Nieuwe warmtebehandelingsmethoden en benaderingen voor prestatieverbetering (1) Interfacevervanging en dispersiestrategie Het team onder leiding van He Chunnian van de School of Materials van de Universiteit van Tianjin heeft op innovatieve wijze een "interfacevervanging"-dispersiestrategie voorgesteld en met succes het niveau van één deeltje bereikt. uniforme verdeling van oxidedeeltjes van ongeveer 5 nanometer in aluminiumlegeringen. De met oxidedispersie versterkte aluminiumlegering die met deze strategie is vervaardigd, vertoont nog steeds een ongekende treksterkte (ongeveer 200 MPa) en kruipweerstand bij hoge temperaturen bij een temperatuur tot wel 500 °C. Voor het temperatuurbereik van 300 °C - 500 °C, wat van het grootste belang is in de huidige sectoren als de lucht- en ruimtevaart, nemen de mechanische eigenschappen van traditionele aluminiumlegeringen scherp af, terwijl de aluminiumlegering die met deze strategie wordt bereid het beste niveau van de lucht- en ruimtevaart ruimschoots overtreft. op aluminium gebaseerde materialen, internationaal gerapporteerd. Ze gebruikten eerst het zelfassemblage-effect tijdens de ontleding van de metaalzoutvoorloper om ultrafijne oxidedeeltjes te bereiden die bedekt waren met weinig lagen grafiet. De sterkere chemische bindingscombinatie tussen de nanodeeltjes werd vervangen door de zwakkere van der Waals-krachtcombinatie tussen de grafietcoatinglagen, waardoor de adhesie tussen de nanodeeltjes met 2 - 3 ordes van grootte werd verminderd. Op deze basis werd door een eenvoudig mechanisch kogel- maal- poeder-metallurgieproces de uniforme dispersie van ultrafijne oxidedeeltjes op enkelvoudig deeltjesniveau met een hoge volumefractie (volumefractie van 8%) in de aluminiummatrix bereikt, en de aluminiumlegering vertoonde buitengewoon uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen en kruipweerstand bij hoge temperaturen. De treksterkte van dit materiaal bij 300 °C en 500 °C bedraagt ​​respectievelijk 420 MPa en 200 MPa; onder de kruipconditie van 500 °C en 80 MPa is de stabiele kruipsnelheid 10⁻⁷ s⁻¹. Dit onderzoek onthult het buitengewone hittebestendigheidsmechanisme van ultrafijne nanodeeltjes bij het verbeteren van lichtgewicht metalen en levert nieuwe ideeën op voor de ontwikkeling van lichtgewicht, hoge sterkte en hittebestendige metalen materialen en hun toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, transport en andere gebieden. (2) Elektrische pulsbehandelingstechnologie In 2015 stelde Xu Xiaofeng van de Jilin Universiteit de elektrische pulsbehandelingstechnologie (EPT) voor aluminiumlegeringen voor. Deze technologie is gebaseerd op een onmiddellijke hoge energie-input om de oplossingstijd van 7075 aluminiumlegering te verkorten tot 220 ms. De elektrische pulsbehandelingstechnologie kan het oplossingsproces in 7075 aluminiumlegering aanzienlijk versnellen. Hoewel, vergeleken met de traditionele oplossingsmethode, de oververzadiging van de monsters die met pulsstroom zijn behandeld iets lager is, is het gecombineerde effect van korrelverfijning en neerslag-faseverfijning veroorzaakt door de puls-stroombehandeling beter, en is de sterkte na kunstmatige veroudering lager. hoger dan die van de monsters behandeld met de conventionele T6-behandeling. Bovendien is de procestijd van de puls-stroombehandeling minder dan 1 seconde, wat de vervorming en oxidatie van het materiaal tijdens het warmtebehandelingsproces kan voorkomen. Na SST (oplossingsbehandeling) en EPT is uit het optische microstructuurdiagram te zien dat herkristallisatie in de legering heeft plaatsgevonden. De korrelgrootte van de met pulsstroom behandelde monsters is slechts 15 μm, terwijl de korrelgrootte van de traditionele oplossingsmonsters 53 μm is. De treksterkte en rek van de legering na oplossingsbehandeling en pulsstroombehandeling zijn verbeterd. Na kunstmatige veroudering heeft de met pulsstroom behandelde legering een hogere sterkte en een klein rekverlies. Er kan van worden uitgegaan dat de fijnkorrelige structuur na puls-stroombehandeling een extra bijdrage levert aan de sterkte van de legering.

(III) Cryogene behandeling Cryogene behandeling kan niet alleen de restspanning van aluminiumlegeringen elimineren, maar ook de dimensionele stabiliteit van de legeringen verbeteren en de vervorming van de bewerking verminderen. Cryogene behandeling kan de mechanische eigenschappen van aluminiumlegeringen verbeteren, zoals sterkte, plasticiteit en slagvastheid. Nadat de aluminiumlegering bijvoorbeeld is onderworpen aan een behandeling met een hoge en lage temperatuur in een warm-koude cyclus met behulp van de geïntegreerde cryogene temperoven van DJL (Dejieli), wordt de waarde van de restspanning van de aluminiumlegering aanzienlijk verminderd en wordt de restspanning van de aluminiumlegering aanzienlijk verminderd. aluminiumlegering kan met maximaal 50% worden verminderd. De cryogene behandeling van aluminiumlegeringen met behulp van de DJL geïntegreerde cryogene temperoven kan de bewerkingsvervorming van producten van aluminiumlegeringen effectief verminderen en de opbrengst van de productverwerking verbeteren. Cryogene behandeling kan de restspanning in de componenten van de aluminiumlegering effectief verminderen, de maatvastheid en precisie van de aluminiumlegering verbeteren en vervorming tijdens later gebruik voorkomen. Het effect van meerdere behandelingen met een warme en koude cyclus is beter dan een enkele behandeling, en het algemeen aanbevolen aantal keren is 2 - 3 keer.