Технология термической обработки литейных алюминиевых сплавов

 Наиболее распространенные виды термической обработки литейных алюминиевых сплавов — отжиг, закалка и старение. Кроме того, отливки из некоторых алюминиевых сплавов под­вергают старению в литом состоянии (без закалки). Возмож­ность этого вида термической обработки обусловлена тем, что при литье фасонных отливок с высокими скоростями охлаждения (например,.литье в кокиль) из-за неравновесных условий кристаллизации некоторые компоненты остаются в пересыщенном твердом растворе. Последующее старение литого материала при повышенных температурах вызывает некоторое увеличение прочности и снижение относительного удлинения.

Для обозначения разных видов термической обработки при­няты следующие обозначения: искусственное старение без пред­варительной закалки Т1, отжиг Т2, закалка Т4, закалка и крат­ковременное (неполное) искусственное старение Т5, закалка и полное искусственное старение Т6, закалка и стабилизирующее старение Т7, закалка и стабилизирующий отжиг Т8.

Отжиг по режиму Т2 используют для уменьшения остаточных напряжений и неоднородностей в структуре отливок, вызванных неравновесными условиями кристаллизации. Чем более дисперсна структура и меньше размеры дендритных ячеек, тем с большей скоростью и полнотой протекают процессы отжига. Отжиг как самостоятельный вид термической обработки применяют редко. Обычно его совмещают с нагревом под закалку.                                                                                   

Температуру нагрева под закалку выбирают на основании диаграмм состояния и данных термического анализа. Естест­венным верхним пределом для температур нагрева под закалку является температура равновесного солидуса сплава. Выбор температуры закалки зависит также и от характеристик обо­рудования, применяемого для нагрева. Чем в более узких пре­делах обеспечивается точность регулирования температур, тем выше может быть выбрана температура нагрева под закалку. На скорость растворения фаз существенно влияет дисперсность избыточных фаз в структуре сплава, возрастающая с увеличе­нием скоростей кристаллизации отливок. Так, при получении отливок в песчаной форме их структура более грубая, чем при литье в металлическую форму. Поэтому во втором случае время выдержки может быть сокращено на 20—25 %.

Старение осуществляют для повышения прочностных свойств или стабилизации размеров отливок. В зависимости от выбора режимов старения, основными характеристиками которых яв­ляются температура и время старения, можно получать не только различное упрочнение, но и повышенную пластичность при пониженной прочности (из-за коагуляции продуктов рас­пада). Соответствующий режим старения называют смягчаю­щим отжигом, стабилизирующим отжигом или просто стабили­зацией. Этот режим термической обработки применяют обычно для уменьшения уровня остаточных напряжений и стабилиза­ции геометрических размеров фасонных отливок при механиче­ской обработке, сборке, эксплуатации.

В табл. 4 указаны наиболее часто используемые режимы термической обработки сплавов АЛ 19 и АЛ9. Для сплава АЛ19 применяют две ступени нагрева под закалку (отмечены рим­скими цифрами).

На первой низкотемпературной ступени растворяются нерав­новесные эвтектики, и температура солидуса повышается. Вто­рую ступень используют для получения твердого раствора с максимальной концентрацией. Для одного и того же сплава в зависимости от назначения деталей (см. табл. 4) могут быть выбраны различные режимы окончательной термической обра­ботки. Кроме того, применяют также и промежуточные терми­ческие обработки для стабилизации размеров деталей.

 

Таблица 4. Режимы термической обработки литейных алюминиевых сплавов АЛ9 и АЛ19

 

Термическая обработка	Закалка в воде			Старение
	tнагр, ^0С	tвыд, ч	tводы, ^0С	tнагр, ^0С	tвыд, ч
Сплав АЛ9
Т2 Т4 Т5 Т6 Т7 Т8	- 535 535 535 535 535	- 2-6 2-6 2-6 2-6 2-6	- 20-100 20-100 20-100 80-100 80-100	300 - 150 200 225 250	2-4 - 1-3 2-5 3-5 3-5
Сплав АЛ19
Т4     Т5     Т7	545 530 (I) 545 (II) 545 530 (I) 545 (II) 545 530 (I) 545 (II)	10-15 5-9 5-9 10-15 5-9 5-9 10-13 5-9 5-9	100 - 20-100 20-100 - 20-100 80-100 - 80-100	- - - 175 - 175 250 - 250	- - - 3-6 - 3-6 3-10 - 3-10

 

Брак при термической обработке и методы контроля

Контроль изделий, прошедших термическую обработку, прово­дят в соответствии с требованиями технических условий. Ос­новные методы контроля:

а) визуальный осмотр поверхности деталей;

б) рентгенопросвечивание и ультразвуковой контроль;

в) проверка геометрических размеров;

г) определение механических свойств;

д) металлографический анализ;
е) метод вихревых токов.

 

МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Выбор режимов термической обработки магниевых сплавов

У термической обработки магниевых и алюминиевых сплавов много общего, поскольку в этих металлах отсутствуют поли­морфные превращения и они имеют близкие температуры плав­ления. На режимы термической обработки магниевых сплавов также существенно влияют пониженные коэффициенты диффу­зии большинства компонентов в твердых растворах магния. Низкие скорости диффузионных процессов в твердом магнии приводят в условиях неравновесной кристаллизации к силь­ному развитию дендритной ликвации, облегчают фиксацию пересыщенных твердых растворов при закалке, затрудняют распад пересыщенных растворов при старении.

Дендритная ликвация вызывает снижение механических свойств и технологической пластичности слитков. Поэтому перед деформацией они подвергаются гомогенизационному отжигу. Часто гомогенизационный отжиг совмещают с нагревом под деформацию.

Магниевые сплавы подвергают также рекристаллизационному отжигу, при выборе режимов которого необходимо учи­тывать склонность к росту зерна при повышенных температу­рах.

Деформированные полуфабрикаты из магниевых сплавов отжигают также для снятия остаточных напряжений. Эту об­работку проводят при температурах более низких, чем исполь­зуемые для рекристаллизационного отжига, сразу же после технологической обработки, создающей остаточные напря­жения.

Магниевые спяавы подвергаются также закалке и старению для повышения прочностных свойств. Критические скорости охлаждения невысоки, и фиксация при закалке гомогенного состояния, соответствующего температуре нагрева под закалку, происходит уже при охлаждении в воздухе. Лишь для некото­рых сплавов необходимо охлаждение струями воздуха или подогретой до температур 80—95 °С водой.

Закалка существенно повышает прочностные свойства спла­вов, а иногда и пластические; особенно это относится к литей­ным сплавам При нагреве литейных сплавов под закалку при достаточно высоких температурах сетка выделе­ний по границам зерен рассасывается и происходит хотя бы частичная гомогенизация, поэтому и возрастает пластичность.

 

Таблица 5. Условные обозначения режимов термической обработки

 

Условное обозначение	Вид термической обработки	Назначение
Т1     Т2     Т4     Т6   Т61	Искусственное старение без             предварительной закалки.   Отжиг     Закалка     Закалка на воздухе и             старение   Закалка в воде и старение	Повышение механических свойств сплавов.   Снятие остаточных напряжений и наклепа   Повышение прочностных характеристик   Повышение прочности при некотором снижении относительного удлинения   Максимальное повышение прочности литых деталей.

 

Естественное старение большинства магниевых сплавов по­сле закалки не происходит, и выдержка закаленных полуфаб­рикатов при комнатной температуре в течение длительного времени не изменяет структуры и свойств. Продолжительность искусственного старения магниевых сплавов значительно больше, чем для алюминиевых. Искусственное старение маг­ниевых сплавов повышает прочностные сйойства закаленного материала, но эффект упрочнения сравнительно невелик