المعالجة الحرارية للألومنيوم وسبائك الألومنيوم - الحلول

عند المعالجة الحرارية للألومنيوم وسبائك الألومنيوم، تدرك شركة Ningbo Hersin المشاكل الحالية التي تواجهها ولماذا من الضروري كبح جماح التقلبات في العملية وانحرافات المعدات. ومن أجل تقديم المساعدة للزملاء في مجال المعالجة الحرارية، قامت شركة Ningbo Hersin بتلخيص وتلخيص أكثر مشاكل المعالجة شيوعًا وطرح عدد من الاقتراحات المستهدفة لحلها. بعد ذلك، ستتم مناقشة هذه الموضوعات بمزيد من التعمق.

المشكلات المتعلقة بالمعالجة الحرارية

بالنسبة للمعالجة الحرارية للألومنيوم، تشمل أكثر المشاكل المبلغ عنها ما يلي:

1) الوضع الخاطئ للأجزاء

وضع غير صحيح - في درجات الحرارة المرتفعة أثناء المحلول الصلب، يكون المنتج أقل صلابة ويسهل سحقه وتشويهه بقوة الجاذبية. يتجنب الوضع الصحيح (الشكل 1) هذه المشاكل.

الخريطة1. وضع الجزء الصحيح

2) ارتفاع درجة الحرارة/ارتفاع درجة الحرارة بسرعة كبيرة-هذا يمكن أن يسبب تشويهًا حراريًا ويجب منعه. يساعد الوضع الصحيح للأجزاء على تسخينها بشكل متساوٍ.

3) مستويات إجهاد متبقي أعلى من المتوقع--لا تغير المعالجات الحرارية الخواص الميكانيكية فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على مستويات الإجهاد المتبقية.

فيما يلي بعض الأسباب المحتملة: اختلاف كبير في معدلات التبريد بين السطح والداخل أثناء التبريد (بما في ذلك عند تبريد الصب بعد التصلب)؛ معدل غير مناسب لارتفاع درجة الحرارة؛ تغيرات درجة الحرارة التي تحدث في الخطوات الوسيطة؛ وما إلى ذلك.

ترتبط الإجهادات المتبقية بعوامل مثل الاختلافات (الكبيرة) في معدلات التبريد، وسمك المقطع العرضي للجزء، والتغيرات المفاجئة في أبعاد المقطع العرضي وقوة المادة. يجب أن نتذكر أن الإجهادات الناتجة عن التبريد أكبر بكثير من تلك الناتجة عن العمليات الأخرى، بما في ذلك الصب.

4) التذبذب في بارامترات الوقت/درجة الحرارة/التبريد-ستؤدي إلى انحرافات في الخواص الميكانيكية و/أو الفيزيائية بين الأجزاء وبين الدفعات.

وتشمل الأسباب وقت نقل الجزء الطويل جدًا، أو التصلب غير السليم (بطيء جدًا)، أو السخونة الزائدة، أو السخونة المنخفضة، أو التغيرات في معاملات الوقت-درجة الحرارة أثناء عملية التصلب بالترسيب. على سبيل المثال، يتم ترسيب جسيمات أكبر (رواسب) في حالة وجود وقت طويل للغاية ودرجة حرارة مرتفعة للغاية.

5) التدفئة المفرطة--هذا عندما يميل الذوبان الأولي أو الانصهار الأولي أو الانصهار سهل الانصهار. وكمثال على ذلك، تتم المعالجات الحرارية بالمحلول الصلب عند درجات حرارة قريبة من درجة انصهار العديد من سبائك الألومنيوم (خاصةً السلسلة 2xxx، والتي غالبًا ما تكون أقل من درجة انصهارها ببضع درجات فقط). درجات الحرارة المناسبة مطلوبة لتعزيز ذوبان عناصر السبائك الصلبة.

6) تدفئة غير كافية--ينتج عن ذلك فقدان الخواص الميكانيكية بسبب عدم كفاية التشبع الفائق. إذا كانت درجة حرارة التعتيق منخفضة للغاية و/أو كان وقت التعتيق قصيرًا للغاية، لا يتحقق تكوين منطقة تجمع الذرات المذاب (منطقة GP)، مما يؤدي إلى انخفاض القوة بعد التعتيق.

7) التبريد غير الكافي يسبب التشوه--تتمثل المشكلة/الصعوبة في هذا المجال في حركة الجزء في آلة التبريد، خاصةً عندما يجب استخدام التبريد اليدوي.

يجب أن يدخل الجزء إلى المسخن بسلاسة. في مصطلحات المعالجين بالحرارة، تجنب "صفع" الجزء على المسخن. نقل الحرارة المنتظم في جميع أنحاء الجزء يمنع اختلافات التبريد واختلافات الإجهاد.

عادةً ما تكون التغيرات في انتقال الحرارة في الاتجاه الأفقي غير مواتية أكثر من التغيرات في الاتجاه الرأسي. من المهم الحفاظ على المروي في درجة الحرارة المناسبة، والتحكم في تسخينه، وضمان تدفقه المنتظم، واختيار المروي الأنسب (مثل الهواء أو الماء أو البوليمر)، وما إلى ذلك.

على سبيل المثال، يمكن ضبط معدل تبريد البوليمر لتطبيق معين عن طريق تغيير التركيز ودرجة الحرارة وشدة التحريك لضمان انتقال الحرارة ومعدل التبريد بشكل موحد خلال مرحلة غليان النواة. كما أن الحفاظ على المروي مهم أيضًا. بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة، مثل المطروقات والمسبوكات والبثق الصدمي والأجزاء المصنوعة من ألواح رقيقة، يمكن استخدام معدلات تبريد أقل لتحسين سلوك التشوه.

8) تقشير السطح/الأكسدة في درجات الحرارة العالية--نناقش هذه المسألة بالتفصيل في "الأكسدة في درجات الحرارة العالية - دراسة حالة".

9) الإفراط في الوصفات الطبية--قد يتسبب ذلك في فقدان الخواص الميكانيكية. وإذا كانت درجة حرارة التعتيق عالية جداً و/أو كان وقت التعتيق طويلاً جداً، يزداد حجم النوى الحرجة للمراحل المترسبة في المحلول الصلب المفرط التشبع، مما يؤدي إلى انخفاض مؤشر القوة بعد التعتيق.

10) عدم كفاية فترة التقادم--قد يؤدي ذلك أيضًا إلى فقدان الخواص الميكانيكية.

11) التقييد الطبيعي غير المناسب--تتراوح مدة التقادم الطبيعي من حوالي 5 أيام لسبائك السلسلة 2xxx إلى حوالي 30 يومًا للسبائك الأخرى. 6xxx و7xxx أقل ثباتًا في درجة حرارة الغرفة ويمكن أن تستمر التغيرات في الخواص الميكانيكية لسنوات عديدة.

هناك بعض السبائك التي يتم منع أو تأخير الشيخوخة الطبيعية لها لعدة أيام بعد المعالجة بالتبريد عند درجة حرارة -18 درجة مئوية أو أقل (-1 درجة فهرنهايت).

ومن الممارسات الشائعة أن يتم الانتهاء من التشكيل والتقويم والختم قبل أن تتغير خواص المادة عن طريق التقادم. على سبيل المثال، تعتبر المعالجة بالتبريد إجراءً غالبًا ما يتم اتخاذه في مسامير البرشام 2014-T4 للحفاظ على خصائص التثبيت الجيدة.

12) التقييد الاصطناعي غير المناسب--التعتيق الاصطناعي (المعروف أيضًا باسم المعالجة الحرارية بالترسيب) هي عملية أطول وأقل درجة حرارة. يعد التحكم في درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية ويجب ضمان انتظام درجة الحرارة بمقدار ±6 درجة مئوية (±10 درجة فهرنهايت) بشكل صارم. يجب أن يكون الهدف الأمثل لتوحيد درجة الحرارة ± 4 درجات مئوية (± 7 درجات فهرنهايت).

13) وقت الانتظار غير كافٍ- والنتيجة هي عدم تحقيق الخواص الميكانيكية المطلوبة. فالوقت القصير للغاية يؤدي إلى عدم كفاية التشبع الفائق، بينما يؤدي الوقت الطويل للغاية إلى تشوه الجزء.

14) ضعف انتظام درجة الحرارة--قد يؤدي ذلك إلى عدم تحقيق الخواص الميكانيكية أو حتى تغييرها. المتطلبات النموذجية لتوحيد درجة حرارة المعالجة هي ± 6 درجات مئوية (± 10 درجات فهرنهايت)، في حين أن معظم التطبيقات الفضائية تتوقع ± 3 درجات مئوية (± 5 درجات فهرنهايت).

15) العمل البارد غير السليم بعد معالجة المحلول الصلب-عادةً ما يرجع ذلك إلى عدم فهم تفاعل السبيكة التي تتم معالجتها. على سبيل المثال، سيؤدي التشغيل على البارد لسبيكة من السلسلة 2xxx في حالة التبريد إلى زيادة كبيرة في مدى تفاعلها مع معالجات الترسيب اللاحقة.

(16) معدل تبريد غير كافٍ أثناء التلدين للمنتجات المعالجة بالحرارة بالمحلول-يجب الحفاظ على معدل التبريد الأقصى عند 20 درجة مئوية (40 درجة فهرنهايت) في الساعة حتى تنخفض درجة الحرارة إلى 290 درجة مئوية (555 درجة فهرنهايت). تكون معدلات التبريد أقل من درجة الحرارة هذه أقل أهمية.

المشكلات المتعلقة بالصب

وبالمناسبة، تجدر الإشارة إلى أن سبائك الألومنيوم في حالة المصنع تحتوي على عدد من العيوب التي تؤثر على المعالجة الحرارية والخصائص الميكانيكية اللاحقة، بما في ذلك:

1) تباعد الثقوب/مركز الثقب/المركز-يسبب انكماشًا غير كافٍ أو انفصالًا هيدروجينيًا أو أكسدة سطحية (غالبًا بسبب فقاعات الهواء)

2) التضمينات-شوائب الصب في شكل كربيدات، أو بوريدات، أو أكاسيد، وما إلى ذلك (بسبب مصافي الحبوب أو فقاعات الهواء)

3) التحيز الكلي أو الجزئي- لا يتم توزيع المكونات المذيبة وجزيئات المركب عالي الصلابة بين الفلزات وجزيئات الطور الثاني بالتساوي. ويساعد التجانس السليم على حل هذه المشكلة.

4) التشوه/الانكماش-سبب الإجهاد/الإجهاد الناجم عن التبريد

5) التمزق الحراري--يعزى ذلك بشكل رئيسي إلى مشاكل الانكماش

6) مشاكل الدرفلة (الألواح الرقيقة والسميكة) أو الدكتايل (البثق والقضبان والصفائح) التي تنطوي على الحصول على خواص ميكانيكية أعلى. ومع ذلك، ينبغي تجنب المعالجة الحرارية الثانوية إذا كانت هناك حاجة إلى مستوى أعلى من الأداء.

الملاحظات الختامية

الحل لمعظم مشاكل الألومنيوم المتعلقة بالمعالجة الحرارية هو:

فهم ما يمكن أن يحدث من أخطاء؛ وتحديد الممارسات والخطوات المناسبة؛ والحفاظ على الاتساق (وقابلية التكرار) في تنفيذ هذه الخطوات؛ ومراقبة العملية في الوقت الفعلي حيثما أمكن؛ والاحتفاظ بسجلات لعمليات أفران المعالجة الحرارية وملامح درجات الحرارة الزمنية للتأكد من أن العملية المقصودة يتم تنفيذها بالفعل.

أخيرًا، من المهم التأكد من استخدام طرق الاختبار المناسبة للتأكد من أن المكونات تفي بالمتطلبات وتؤدي بشكل موثوق في الاستخدام الفعلي.

لقد كان المعالجون بالحرارة على دراية بهذه المتطلبات من قبل، لكنها أكثر أهمية في المعالجة الحرارية للألومنيوم وسبائك الألومنيوم مقارنةً بالمجالات الأخرى.