Penyepuhlindapan dan pelindapkejutan dan penuaan adalah jenis rawatan haba asas aloi aluminium. Penyepuhlindapan adalah rawatan melembutkan, tujuannya adalah untuk menjadikan aloi seragam dan stabil dalam komposisi dan struktur, menghapuskan pengerasan kerja, dan memulihkan keplastikan aloi. Pelindapkejutan dan penuaan adalah rawatan haba pengukuhan, tujuannya adalah untuk meningkatkan kekuatan aloi, dan digunakan terutamanya untuk aloi aluminium yang boleh diperkuatkan oleh rawatan haba.
1 Penyepuhlindapan
Mengikut keperluan pengeluaran yang berbeza, penyepuhlindapan aloi aluminium dibahagikan kepada beberapa bentuk: penyepuhlindapan homogenisasi jongkong, penyepuhlindapan bilet, penyepuhlindapan perantaraan dan penyepuhlindapan produk siap.
1.1 Penyepuhlindapan homogenisasi jongkong
Di bawah keadaan pemeluwapan pesat dan penghabluran bukan keseimbangan, jongkong mesti mempunyai komposisi dan struktur yang tidak sekata, dan juga mempunyai tekanan dalaman yang hebat. Untuk mengubah keadaan ini dan meningkatkan kebolehprosesan kerja panas jongkong, penyepuhlindapan homogenisasi secara amnya diperlukan.
Untuk menggalakkan resapan atom, suhu yang lebih tinggi harus dipilih untuk penyepuhlindapan homogenisasi, tetapi ia tidak boleh melebihi takat lebur eutektik takat lebur rendah aloi. Secara amnya, suhu penyepuhlindapan homogenisasi adalah 5 ~ 40 ℃ lebih rendah daripada takat lebur, dan masa penyepuhlindapan kebanyakannya antara 12 ~ 24h.
1.2 Penyepuhlindapan bilet
Penyepuhlindapan bilet merujuk kepada penyepuhlindapan sebelum ubah bentuk sejuk pertama semasa pemprosesan tekanan. Tujuannya adalah untuk menjadikan bilet memperoleh struktur yang seimbang dan mempunyai kapasiti ubah bentuk plastik maksimum. Sebagai contoh, suhu hujung penggulungan papak aloi aluminium gelek panas ialah 280~330℃. Selepas penyejukan pantas pada suhu bilik, fenomena pengerasan kerja tidak dapat dihapuskan sepenuhnya. Khususnya, untuk aloi aluminium diperkukuh yang dirawat haba, selepas penyejukan pantas, proses penghabluran semula belum berakhir, dan larutan pepejal supertepu belum terurai sepenuhnya, dan sebahagian daripada kesan pengerasan dan pelindapkejutan kerja masih dikekalkan. Sukar untuk menggulung sejuk terus tanpa penyepuhlindapan, jadi penyepuhlindapan bilet diperlukan. Untuk aloi aluminium diperkukuh yang tidak dirawat haba, seperti LF3, suhu penyepuhlindapan ialah 370~470℃, dan penyejukan udara dilakukan selepas memanaskan badan selama 1.5~2.5j. Suhu bilet dan penyepuhlindapan yang digunakan untuk pemprosesan tiub ditarik sejuk hendaklah lebih tinggi dengan sewajarnya, dan suhu had atas boleh dipilih. Untuk aloi aluminium yang boleh dikuatkan dengan rawatan haba, seperti LY11 dan LY12, suhu penyepuhlindapan bilet ialah 390~450℃, disimpan pada suhu ini selama 1~3j, kemudian disejukkan dalam relau hingga di bawah 270℃ pada kadar tidak lebih daripada 30℃/j dan kemudian disejukkan udara keluar dari relau.
1.3 Penyepuhlindapan pertengahan
Penyepuhlindapan perantaraan merujuk kepada penyepuhlindapan antara proses ubah bentuk sejuk, tujuannya adalah untuk menghapuskan pengerasan kerja untuk memudahkan ubah bentuk sejuk yang berterusan. Secara umumnya, selepas bahan telah disepuhlindapkan, sukar untuk meneruskan kerja sejuk tanpa penyepuhlindapan perantaraan selepas mengalami ubah bentuk sejuk 45~85%.
Sistem proses penyepuhlindapan perantaraan pada asasnya adalah sama seperti penyepuhlindapan bilet. Mengikut keperluan darjah ubah bentuk sejuk, penyepuhlindapan perantaraan boleh dibahagikan kepada tiga jenis: penyepuhlindapan lengkap (jumlah ubah bentuk ε≈60~70%), penyepuhlindapan mudah (ε≤50%) dan penyepuhlindapan sedikit (ε≈30~40%). Dua sistem penyepuhlindapan pertama adalah sama seperti penyepuhlindapan bilet, dan sistem kedua dipanaskan pada 320~350℃ selama 1.5~2j dan kemudian disejukkan dengan udara.
1.4. Penyepuhlindapan produk siap
Penyepuhlindapan produk siap ialah rawatan haba akhir yang memberikan bahan sifat organisasi dan mekanikal tertentu mengikut keperluan keadaan teknikal produk.
Penyepuhlindapan produk siap boleh dibahagikan kepada penyepuhlindapan suhu tinggi (pengeluaran produk lembut) dan penyepuhlindapan suhu rendah (pengeluaran produk separa keras di negeri yang berbeza). Penyepuhlindapan suhu tinggi harus memastikan bahawa struktur penghabluran semula yang lengkap dan keplastikan yang baik boleh diperolehi. Di bawah syarat memastikan bahawa bahan memperoleh struktur dan prestasi yang baik, masa pegangan tidak boleh terlalu lama. Untuk aloi aluminium yang boleh dikuatkan dengan rawatan haba, untuk mengelakkan kesan pelindapkejutan penyejukan udara, kadar penyejukan harus dikawal dengan ketat.
Penyepuhlindapan suhu rendah termasuk penyepuhlindapan pelepasan tekanan dan penyepuhlindapan pelembut separa, yang digunakan terutamanya untuk aluminium tulen dan aloi aluminium yang diperkukuh rawatan bukan haba. Merumuskan sistem penyepuhlindapan suhu rendah adalah tugas yang sangat rumit, yang bukan sahaja perlu mempertimbangkan suhu penyepuhlindapan dan masa pegangan, tetapi juga perlu mempertimbangkan pengaruh kekotoran, tahap pengaloian, ubah bentuk sejuk, suhu penyepuhlindapan pertengahan dan suhu ubah bentuk panas. Untuk merumuskan sistem penyepuhlindapan suhu rendah, adalah perlu untuk mengukur lengkung perubahan antara suhu penyepuhlindapan dan sifat mekanikal, dan kemudian menentukan julat suhu penyepuhlindapan mengikut penunjuk prestasi yang dinyatakan dalam keadaan teknikal.
2 Pelindapkejutan
Pelindapkejutan aloi aluminium juga dipanggil rawatan penyelesaian, iaitu untuk melarutkan sebanyak mungkin unsur pengaloi dalam logam sebagai fasa kedua ke dalam larutan pepejal yang mungkin melalui pemanasan suhu tinggi, diikuti dengan penyejukan pantas untuk menghalang pemendakan fasa kedua, dengan itu memperoleh larutan pepejal α berasaskan aluminium tepu, yang disediakan dengan baik untuk rawatan penuaan seterusnya.
Premis untuk mendapatkan larutan pepejal α supertepu ialah keterlarutan fasa kedua dalam aloi dalam aluminium harus meningkat dengan ketara dengan peningkatan suhu, jika tidak, tujuan rawatan larutan pepejal tidak dapat dicapai. Kebanyakan unsur pengaloian dalam aluminium boleh membentuk rajah fasa eutektik dengan ciri ini. Mengambil aloi Al-Cu sebagai contoh, suhu eutektik ialah 548 ℃, dan keterlarutan suhu bilik kuprum dalam aluminium adalah kurang daripada 0.1%. Apabila dipanaskan hingga 548 ℃, keterlarutannya meningkat kepada 5.6%. Oleh itu, aloi Al-Cu yang mengandungi kurang daripada 5.6% kuprum memasuki rantau fasa tunggal α selepas suhu pemanasan melebihi garis solvusnya, iaitu, fasa kedua CuAl2 dibubarkan sepenuhnya dalam matriks, dan penyelesaian pepejal α supertepu tunggal boleh diperolehi selepas pelindapkejutan.
Pelindapkejutan adalah operasi rawatan haba yang paling penting dan paling mencabar untuk aloi aluminium. Kuncinya ialah memilih suhu pemanasan pelindapkejutan yang sesuai dan memastikan kadar penyejukan pelindapkejutan yang mencukupi, dan untuk mengawal suhu relau dengan ketat dan mengurangkan ubah bentuk pelindapkejutan.
Prinsip memilih suhu pelindapkejutan adalah untuk meningkatkan suhu pemanasan pelindapkejutan sebanyak mungkin sambil memastikan bahawa aloi aluminium tidak terlalu terbakar atau bijirin tumbuh secara berlebihan, supaya dapat meningkatkan supersaturasi larutan pepejal α dan kekuatan selepas rawatan penuaan. Secara amnya, relau pemanasan aloi aluminium memerlukan ketepatan kawalan suhu relau berada dalam lingkungan ±3 ℃, dan udara dalam relau dipaksa untuk beredar untuk memastikan keseragaman suhu relau.
Pembakaran terlampau aloi aluminium disebabkan oleh pencairan separa komponen takat lebur rendah di dalam logam, seperti eutektik binari atau berbilang unsur. Pembakaran berlebihan bukan sahaja menyebabkan pengurangan sifat mekanikal, tetapi juga mempunyai kesan serius terhadap rintangan kakisan aloi. Oleh itu, sebaik sahaja aloi aluminium terbakar, ia tidak boleh dihapuskan dan produk aloi harus dibuang. Suhu pembakaran terlampau sebenar aloi aluminium terutamanya ditentukan oleh komposisi aloi dan kandungan kekotoran, dan juga berkaitan dengan keadaan pemprosesan aloi. Suhu pembakaran terlampau produk yang telah mengalami pemprosesan ubah bentuk plastik adalah lebih tinggi daripada tuangan. Semakin besar pemprosesan ubah bentuk, semakin mudah komponen takat lebur rendah bukan keseimbangan untuk larut ke dalam matriks apabila dipanaskan, jadi suhu pembakaran terlampau sebenar meningkat.
Kadar penyejukan semasa pelindapkejutan aloi aluminium mempunyai kesan ketara ke atas keupayaan pengukuhan penuaan dan rintangan kakisan aloi. Semasa proses pelindapkejutan LY12 dan LC4, adalah perlu untuk memastikan bahawa larutan pepejal α tidak terurai, terutamanya dalam kawasan sensitif suhu 290~420 ℃, dan kadar penyejukan yang cukup besar diperlukan. Ia biasanya ditetapkan bahawa kadar penyejukan hendaklah melebihi 50℃/s, dan untuk aloi LC4, ia harus mencapai atau melebihi 170℃/s.
Medium pelindapkejutan yang paling biasa digunakan untuk aloi aluminium ialah air. Amalan pengeluaran menunjukkan bahawa semakin tinggi kadar penyejukan semasa pelindapkejutan, semakin besar tegasan sisa dan ubah bentuk sisa bahan atau bahan kerja yang dipadamkan. Oleh itu, untuk bahan kerja kecil dengan bentuk mudah, suhu air boleh lebih rendah sedikit, secara amnya 10~30 ℃, dan tidak boleh melebihi 40 ℃. Untuk bahan kerja dengan bentuk yang kompleks dan perbezaan besar dalam ketebalan dinding, untuk mengurangkan ubah bentuk pelindapkejutan dan keretakan, suhu air kadangkala boleh ditingkatkan kepada 80 ℃. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa apabila suhu air tangki pelindapkejutan meningkat, kekuatan dan rintangan kakisan bahan juga berkurangan dengan sewajarnya.
3. Penuaan
3.1 Transformasi organisasi dan perubahan prestasi semasa penuaan
Larutan pepejal α supertepu yang diperoleh dengan pelindapkejutan adalah struktur yang tidak stabil. Apabila dipanaskan, ia akan terurai dan berubah menjadi struktur keseimbangan. Mengambil aloi Al-4Cu sebagai contoh, struktur keseimbangannya hendaklah α+CuAl2 (fasa θ). Apabila larutan pepejal α supertepu fasa tunggal selepas pelindapkejutan dipanaskan untuk penuaan, jika suhu cukup tinggi, fasa θ akan dimendakan secara langsung. Jika tidak, ia akan dijalankan secara berperingkat, iaitu, selepas beberapa peringkat peralihan pertengahan, fasa keseimbangan akhir CuAl2 boleh dicapai. Rajah di bawah menggambarkan ciri struktur kristal bagi setiap peringkat kerpasan semasa proses penuaan aloi Al-Cu. Rajah a. ialah struktur kekisi kristal dalam keadaan dipadamkan. Pada masa ini, ia adalah larutan pepejal supertepu fasa tunggal, dan atom kuprum (titik hitam) diagihkan secara sama rata dan rawak dalam kekisi matriks aluminium (titik putih). Rajah b. menunjukkan struktur kekisi pada peringkat awal kerpasan. Atom kuprum mula tertumpu di kawasan tertentu kekisi matriks untuk membentuk kawasan Guinier-Preston, dipanggil kawasan GP. Zon GP sangat kecil dan berbentuk cakera, dengan diameter kira-kira 5~10μm dan ketebalan 0.4~0.6nm. Bilangan zon GP dalam matriks adalah sangat besar, dan ketumpatan pengedaran boleh mencapai 10¹⁷~10¹⁸cm-³ . Struktur kristal zon GP masih sama seperti matriks, kedua-duanya adalah kubik berpusat muka, dan ia mengekalkan antara muka yang koheren dengan matriks. Walau bagaimanapun, kerana saiz atom kuprum adalah lebih kecil daripada atom aluminium, pengayaan atom kuprum akan menyebabkan kekisi kristal berhampiran rantau ini mengecut, yang menyebabkan herotan kekisi.
Gambar rajah skema perubahan struktur kristal aloi Al-Cu semasa penuaan
Rajah a. Keadaan dipadamkan, penyelesaian pepejal α fasa tunggal, atom kuprum (titik hitam) diagihkan sama rata;
Rajah b. Pada peringkat awal penuaan, zon GP terbentuk;
Rajah c. Pada peringkat akhir penuaan, fasa peralihan separa koheren terbentuk;
Rajah d. Penuaan suhu tinggi, pemendakan fasa keseimbangan yang tidak koheren
Zon GP ialah produk pra-kerpasan pertama yang muncul semasa proses penuaan aloi aluminium. Memanjangkan masa penuaan, terutamanya meningkatkan suhu penuaan, juga akan membentuk fasa peralihan perantaraan yang lain. Dalam aloi Al-4Cu, terdapat fasa θ" dan θ' selepas zon GP, dan akhirnya fasa keseimbangan CuAl2 dicapai. θ" dan θ' ialah kedua-dua fasa peralihan fasa θ, dan struktur kristal ialah kekisi persegi, tetapi pemalar kekisi adalah berbeza. Saiz θ lebih besar daripada zon GP, masih berbentuk cakera, dengan diameter kira-kira 15~40nm dan ketebalan 0.8~2.0nm. Ia terus mengekalkan antara muka yang koheren dengan matriks, tetapi tahap herotan kekisi adalah lebih sengit. Apabila beralih daripada fasa θ” kepada θ', saiznya telah berkembang kepada 20~600nm, ketebalannya ialah 10~15nm, dan antara muka koheren juga sebahagiannya musnah, menjadi antara muka separa koheren, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah c. Hasil akhir pemendakan penuaan ialah fasa keseimbangan θ (antaramuka masa keseimbangan θ2 yang musnah sepenuhnya), dan antara muka CuAl dimusnahkan sepenuhnya. antara muka tidak koheren, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah d.
Mengikut situasi di atas, susunan pemendakan penuaan aloi Al-Cu ialah αs→α+GP zone→α+θ”→α+θ'→α+θ. Peringkat struktur penuaan bergantung pada komposisi aloi dan spesifikasi penuaan. Selalunya terdapat lebih daripada satu produk penuaan dalam keadaan yang sama. Semakin tinggi suhu penuaan, semakin dekat dengan struktur keseimbangan.
Semasa proses penuaan, zon GP dan fasa peralihan yang dimendakan daripada matriks bersaiz kecil, sangat tersebar, dan tidak mudah cacat. Pada masa yang sama, ia menyebabkan herotan kekisi dalam matriks dan membentuk medan tegasan, yang mempunyai kesan menghalang yang ketara terhadap pergerakan kehelan, dengan itu meningkatkan rintangan kepada ubah bentuk plastik aloi dan meningkatkan kekuatan dan kekerasannya. Fenomena pengerasan penuaan ini dipanggil pengerasan kerpasan. Rajah di bawah menggambarkan perubahan kekerasan aloi Al-4Cu semasa pelindapkejutan dan rawatan penuaan dalam bentuk lengkung. Peringkat I dalam rajah mewakili kekerasan aloi dalam keadaan asalnya. Disebabkan oleh sejarah kerja panas yang berbeza, kekerasan keadaan asal akan berbeza-beza, secara amnya HV=30~80. Selepas dipanaskan pada 500 ℃ dan pelindapkejutan (peringkat II), semua atom kuprum dibubarkan ke dalam matriks untuk membentuk larutan pepejal α supertepu fasa tunggal dengan HV=60, iaitu dua kali lebih keras daripada kekerasan dalam keadaan sepuhlindap (HV=30). Ini adalah hasil pengukuhan penyelesaian pepejal. Selepas pelindapkejutan, ia diletakkan pada suhu bilik, dan kekerasan aloi terus meningkat disebabkan oleh pembentukan berterusan zon GP (peringkat III). Proses pengerasan penuaan pada suhu bilik ini dipanggil penuaan semula jadi.
I—keadaan asal;
II—keadaan larutan pepejal;
III—penuaan semula jadi (zon GP);
IVa—rawatan regresi pada 150~200℃ (larut semula dalam zon GP);
IVb—penuaan buatan (fasa θ”+θ');
V—lebihan (θ”+θ' fasa)
Pada peringkat IV, aloi dipanaskan hingga 150°C untuk penuaan, dan kesan pengerasan lebih jelas daripada penuaan semula jadi. Pada masa ini, produk pemendakan adalah terutamanya fasa θ", yang mempunyai kesan pengukuhan yang paling besar dalam aloi Al-Cu. Jika suhu penuaan ditingkatkan lagi, fasa pemendakan peralihan dari fasa θ" ke fasa θ', kesan pengerasan menjadi lemah, dan kekerasan berkurangan, memasuki peringkat V. Mana-mana rawatan penuaan yang memerlukan proses penuaan buatan dan peringkat IV ini. Jika kekerasan mencapai nilai kekerasan maksimum yang boleh dicapai oleh aloi selepas penuaan (iaitu, peringkat IVb), penuaan ini dipanggil penuaan puncak. Jika nilai kekerasan puncak tidak dicapai, ia dipanggil penuaan di bawah umur atau penuaan buatan tidak lengkap. Jika nilai puncak dipalang dan kekerasan berkurangan, ia dipanggil penuaan berlebihan. Rawatan penuaan penstabilan juga tergolong dalam penuaan berlebihan. Zon GP yang terbentuk semasa penuaan semulajadi adalah sangat tidak stabil. Apabila dipanaskan dengan cepat pada suhu yang lebih tinggi, seperti kira-kira 200°C, dan disimpan hangat untuk masa yang singkat, zon GP akan larut kembali ke dalam larutan pepejal α. Jika ia disejukkan dengan cepat (dipadamkan) sebelum fasa peralihan lain seperti θ” atau θ' mendakan, aloi boleh dipulihkan kepada keadaan terlindap asalnya. Fenomena ini dipanggil “regression”, iaitu penurunan kekerasan yang ditunjukkan oleh garis putus-putus di peringkat IVa dalam rajah. Aloi aluminium yang telah diundur masih mempunyai keupayaan pengerasan penuaan yang sama.
Pengerasan umur adalah asas untuk membangunkan aloi aluminium yang boleh dirawat haba, dan keupayaan pengerasan umurnya secara langsung berkaitan dengan komposisi aloi dan sistem rawatan haba. Aloi binari Al-Si dan Al-Mn tidak mempunyai kesan pengerasan kerpasan kerana fasa keseimbangan dimendakan secara langsung semasa proses penuaan, dan merupakan aloi aluminium yang tidak boleh dirawat haba. Walaupun aloi Al-Mg boleh membentuk zon GP dan fasa peralihan β', ia hanya mempunyai keupayaan pengerasan kerpasan tertentu dalam aloi magnesium tinggi. Aloi Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si dan Al-Zn-Mg-Cu mempunyai keupayaan pengerasan kerpasan yang kuat dalam zon GP dan fasa peralihan mereka, dan pada masa ini merupakan sistem aloi utama yang boleh dirawat haba dan diperkukuh.
3.2 Penuaan Semulajadi
Secara amnya, aloi aluminium yang boleh dikuatkan dengan rawatan haba mempunyai kesan penuaan semula jadi selepas pelindapkejutan. Pengukuhan penuaan semula jadi disebabkan oleh zon GP. Penuaan semulajadi digunakan secara meluas dalam aloi Al-Cu dan Al-Cu-Mg. Penuaan semula jadi aloi Al-Zn-Mg-Cu bertahan terlalu lama, dan selalunya mengambil masa beberapa bulan untuk mencapai tahap yang stabil, jadi sistem penuaan semula jadi tidak digunakan.
Berbanding dengan penuaan buatan, selepas penuaan semula jadi, kekuatan hasil aloi lebih rendah, tetapi keplastikan dan keliatan lebih baik, dan rintangan kakisan lebih tinggi. Keadaan aluminium super keras sistem Al-Zn-Mg-Cu sedikit berbeza. Rintangan kakisan selepas penuaan buatan selalunya lebih baik daripada selepas penuaan semula jadi.
3.3 Penuaan buatan
Selepas rawatan penuaan buatan, aloi aluminium selalunya boleh memperoleh kekuatan hasil tertinggi (terutamanya pengukuhan fasa peralihan) dan kestabilan organisasi yang lebih baik. Aluminium super-keras, aluminium tempa dan aluminium tuang kebanyakannya berumur buatan. Suhu penuaan dan masa penuaan mempunyai pengaruh penting pada sifat aloi. Suhu penuaan kebanyakannya antara 120 ~ 190 ℃, dan masa penuaan tidak melebihi 24 jam.
Sebagai tambahan kepada penuaan tiruan satu peringkat, aloi aluminium juga boleh menggunakan sistem penuaan tiruan berperingkat. Iaitu, pemanasan dilakukan dua kali atau lebih pada suhu yang berbeza. Sebagai contoh, aloi LC4 boleh berumur pada 115~125℃ selama 2~4j dan kemudian pada 160~170℃ untuk 3~5j. Penuaan secara beransur-ansur bukan sahaja dapat memendekkan masa dengan ketara, tetapi juga meningkatkan struktur mikro aloi Al-Zn-Mg dan Al-Zn-Mg-Cu, dan dengan ketara meningkatkan rintangan kakisan tegasan, kekuatan keletihan dan keliatan patah tanpa mengurangkan sifat mekanikal pada dasarnya.
Masa siaran: Mac-06-2025
