Traitement thermique de l'aluminium et des alliages d'aluminium - solutions

Ningbo Hersin dans le domaine de l'aluminium et de l'acier.aluminiumLors d'un traitement thermique, il est essentiel de reconnaître les problèmes actuels et de savoir pourquoi il est important de contrôler les fluctuations du processus et les écarts de l'équipement. Afin d'aider ses collègues dans le domaine du traitement thermique, Ningbo Hersin a résumé et synthétisé les problèmes de processus les plus fréquemment rencontrés et a proposé un certain nombre de suggestions ciblées pour les résoudre. Ces sujets seront ensuite abordés de manière plus approfondie.

Questions relatives au traitement thermique

Pour le traitement thermique de l'aluminium, les problèmes les plus fréquents sont les suivants :

1) Mauvais positionnement des pièces

Placement incorrect - À des températures plus élevées pendant la mise en solution solide, le produit est moins rigide et est facilement écrasé et déformé par la force de gravité. Un placement correct (Fig. 1) permet d'éviter ces problèmes.

rechercher1. Placement correct des pièces

2) Augmentation trop rapide du chauffage/de la température-Cela peut entraîner des déformations thermiques et doit être évité. Un placement correct des pièces permet de les chauffer uniformément.

3) Des niveaux de contraintes résiduelles plus élevés que prévu--Les traitements thermiques ne modifient pas seulement les propriétés mécaniques, mais affectent aussi directement les niveaux de contraintes résiduelles.

Les causes possibles sont les suivantes : une grande différence de vitesse de refroidissement entre la surface et l'intérieur pendant la trempe (y compris lorsque le moulage est refroidi après la solidification) ; une vitesse de montée en température inappropriée ; des changements de température se produisant lors d'étapes intermédiaires, etc.

Les contraintes résiduelles sont liées à des facteurs tels que les différences (importantes) de vitesse de refroidissement, l'épaisseur de la section transversale de la pièce, les changements soudains des dimensions de la section transversale et la résistance du matériau. Il ne faut pas oublier que les contraintes induites par la trempe sont beaucoup plus importantes que celles induites par d'autres procédés, y compris le moulage.

4) Fluctuation du temps/de la température/des paramètres de trempe-Ils entraînent des écarts dans les propriétés mécaniques et/ou physiques entre les pièces et entre les lots.

Les causes comprennent un temps de transfert des pièces trop long, un durcissement incorrect (trop lent), une surchauffe, une sous-chauffe ou des changements dans les paramètres temps-température pendant le durcissement par précipitation. Par exemple, des particules plus grosses (précipités) sont précipitées dans le cas d'un temps trop long et d'une température trop élevée.

5) Chauffage excessif--C'est à ce moment-là qu'un début de fusion ou une fusion eutectique a tendance à se produire. Par exemple, les traitements thermiques en solution solide sont effectués à des températures proches du point de fusion de nombreux alliages d'aluminium (en particulier ceux de la série 2xxx, qui ne sont souvent qu'à quelques degrés en dessous de leur point de fusion). Des températures appropriées sont nécessaires pour favoriser la dissolution des éléments d'alliage solides.

6) Chauffage insuffisant--Il en résulte une perte de propriétés mécaniques due à une sursaturation insuffisante. Si la température de vieillissement est trop basse et/ou le temps de vieillissement trop court, la formation de la zone d'agrégation des atomes de soluté (zone GP) n'est pas facile à réaliser, ce qui entraîne une faible résistance après le vieillissement.

7) Une trempe insuffisante provoque des déformations--Le problème/la difficulté dans ce domaine est le déplacement de la pièce dans le bain de trempe, en particulier lorsque la trempe manuelle doit être utilisée.

La pièce doit entrer dans la trempe en douceur. Dans le jargon des traiteurs thermiques, il faut éviter de "claquer" la pièce contre la trempe. Un transfert de chaleur uniforme dans toute la pièce permet d'éviter les différences de refroidissement et les différences de déformation.

Les variations du transfert de chaleur dans le sens horizontal sont généralement plus défavorables que les variations dans le sens vertical. Il est important de maintenir l'agent de trempe à la bonne température, de contrôler son réchauffement, d'assurer son écoulement uniforme, de sélectionner l'agent de trempe le plus approprié (par exemple, l'air, l'eau ou le polymère), etc.

Par exemple, la vitesse de refroidissement du polymère peut être ajustée pour une application spécifique en variant la concentration, la température et l'intensité de l'agitation afin d'assurer un transfert de chaleur et une vitesse de trempe uniformes pendant la phase d'ébullition du noyau. L'entretien de l'agent de trempe est également important. Pour les pièces de forme complexe, telles que les pièces forgées, les pièces moulées, les pièces extrudées par choc et les pièces fabriquées à partir de plaques minces, des taux de trempe plus faibles peuvent être utilisés pour améliorer le comportement à la déformation.

8) Décollement de la surface/oxydation à haute température--Nous examinons cette question en détail dans "L'oxydation à haute température - Une étude de cas".

9) Prescription excessive--Cela peut entraîner une perte des propriétés mécaniques. Si la température de vieillissement est trop élevée et/ou le temps de vieillissement trop long, la taille critique des noyaux des phases précipitées dans la solution solide sursaturée augmente, ce qui entraîne un indice de résistance plus faible après le vieillissement.

10) Prescription inadéquate--Cela peut également entraîner une perte des propriétés mécaniques.

11) Limitation naturelle inappropriée--La durée du vieillissement naturel varie d'environ 5 jours pour les alliages de la série 2xxx à environ 30 jours pour les autres alliages. Les séries 6xxx et 7xxx sont moins stables à température ambiante et les changements de propriétés mécaniques peuvent persister pendant de nombreuses années.

Pour certains alliages, le vieillissement naturel est inhibé ou retardé de plusieurs jours après un traitement cryogénique à -18°C (-1˚F) ou en dessous.

Il est courant que le formage, le redressage et l'emboutissage soient achevés avant que les propriétés du matériau ne soient altérées par le vieillissement. Par exemple, le traitement cryogénique est une mesure souvent prise par les rivets 2014-T4 pour maintenir de bonnes propriétés de rivetage.

12) Limitation artificielle inappropriée--Le vieillissement artificiel (également connu sous le nom de traitement thermique par précipitation) est un processus plus long et à plus basse température. Le contrôle de la température est essentiel et l'uniformité de la température de ±6˚C (±10˚F) doit être strictement garantie. L'objectif optimal pour l'uniformité de la température doit être de ±4˚C (±7˚F).

13) Temps de maintien insuffisant- La conséquence est que les propriétés mécaniques souhaitées ne sont pas atteintes. Un temps trop court entraîne une sursaturation insuffisante, tandis qu'un temps trop long tend à déformer la pièce.

14) Mauvaise uniformité de la température--Cela peut avoir pour conséquence que les propriétés mécaniques ne soient pas atteintes, voire qu'elles soient altérées. Les exigences typiques en matière d'uniformité de la température du processus sont de ±6˚C (±10˚F), alors que la plupart des applications aérospatiales exigent ±3˚C (±5˚F).

15) Transformation à froid incorrecte après le traitement en solution solide--Cela est généralement dû à un manque de compréhension de la réaction de l'alliage traité. Par exemple, l'écrouissage d'un alliage de la série 2xxx à l'état trempé augmentera de manière significative la mesure dans laquelle il réagit aux traitements de précipitation ultérieurs.

(16) Vitesse de refroidissement insuffisante lors du recuit des produits traités par mise en solution-La vitesse de refroidissement maximale doit être maintenue à 20˚C (40˚F) par heure jusqu'à ce que la température tombe à 290˚C (555˚F). Les taux de refroidissement inférieurs à cette température sont moins importants.

Problèmes liés à la coulée

Par ailleurs, il convient de mentionner que les lingots d'aluminium fabriqués en usine présentent un certain nombre de défauts qui affectent le traitement thermique et les propriétés mécaniques ultérieurs :

1) Trous/dispersion des centres-provoque un retrait insuffisant, une ségrégation de l'hydrogène ou une oxydation de la surface (souvent due à la présence de bulles d'air)

2) Inclusions--Impuretés de coulée sous forme de carbures, borures, oxydes, etc. (dues à des affineurs de grains ou à des bulles d'air)

3) Biais macro ou micro- Les composants solutés, les particules de composés intermétalliques de haute dureté et les particules de seconde phase ne sont pas répartis uniformément. Une homogénéisation adéquate permet de résoudre ce problème.

4) Déformation/rétrécissement-En raison des contraintes et des déformations induites par le refroidissement

5) Déchirure thermique--Principalement en raison de problèmes de rétrécissement

6) Les problèmes de laminage (plaques minces et épaisses) ou de ductilité (extrusions, barres et tôles) permettent d'obtenir des propriétés mécaniques plus élevées. Toutefois, le traitement thermique secondaire doit être évité si un niveau de performance plus élevé est requis.

remarques finales

La solution à la plupart des problèmes liés au traitement thermique de l'aluminium est la suivante :

Comprendre ce qui peut mal tourner, identifier les pratiques et les étapes appropriées, maintenir la cohérence (et la reproductibilité) dans l'exécution de ces étapes, surveiller le processus en temps réel dans la mesure du possible, et conserver des enregistrements des opérations du four de traitement thermique et des profils temps-température pour confirmer que l'opération prévue est effectivement réalisée.

Enfin, il est important de veiller à ce que des méthodes d'essai appropriées soient utilisées pour confirmer que les composants répondent aux exigences et fonctionnent de manière fiable en utilisation réelle.

Les spécialistes du traitement thermique connaissent ces exigences depuis longtemps, mais elles sont plus critiques pour le traitement thermique de l'aluminium et des alliages d'aluminium que dans d'autres domaines.