Отжиг алюминия режимы

Отжиг алюминия

Статья от компании Полиасмет – прокат цветных металлов в Москве
Дата размещения: 11 мая 2012
>>Допускается републикация статьи с индексируемой ссылкой – “Источник: ELport.ru”

Отжиг алюминия

Для упрочнения алюминиеквого проката алюминий подвергают отжигу и старению. Виды отжига алюминия: гомогенизационный, рекристаллизационный, для разупрочнения сплавов – производится после предварительной закалки и старения.

Отжигу подвергают различные виды алюминиевого проката для придания ему определённых специфических свойств. Отожжённый алюминиевый прокат, естественно, несколько дороже неотожжённого.

Гомогенизационный отжиг алюминия

Этому виду отжига подвергают слитки, перед обработкой давлением, для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен и между ветвями дендрнтов хрупких неравновесных эвтектических включений CuAl₂ , Mg₂Si, Al₂CuMg (S-фаза), Al₆CuMg₄ (Т-фаза) и др. В процессе гомогенизации состав кристаллитов твердого раствора выравнивается, а интерметаллиды растворяются. В процессе последующего охлаждения интерметаллиды выделяются в виде равномерно распределенных мелких вторичных включений (рис. 159, б). Вследствие этого пластичность литого сплава повышается, что позволяет увеличить степень обжатия при горячей обработке давлением, скорость прессова ния и уменьшить технологические отходы. Гомогенизация способствует получению мелкозернистой структуры в отожженных листах и уменьшает склонность к коррозии под напряжением. Температура гомогенизации лежит несколько ниже неравновесного солидуса и для наиболее распространенных сплавов составляет 480—530°С Выдержка колеблется от 6 до 36ч. Охлаждение проводят на воздухе или вместе с печью.

Рекристаллизационный отжиг алюминия

Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации, применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. У большинства алюминиевых сплавов при степени деформации 50—70% температура начала рекристаллизации находится в пределах 280—300°С. Температура рекристаллизационного отжига в зависимости от состава сплава колеблется от 300 до 500 °С (высокий отжиг), с выдержкой 0,5—3,0 ч. После рекристаллизационного отжига сплавов, неупроч-няемых термической обработкой, скорость охлаждения выбирают произвольно. Для сплавов, упрочняемых термической обработкой, скорость охлаждения до 200—250°С должны быть

30°С/ч. Отжиг в качестве промежуточной операции применяют между горячей и холодной деформациями.
Разновидностью рекристаллизационного отжига является неполный отжиг (низкий отжиг), который позволяет получить промежуточные свойства — между нагартованным состоянием и рекристаллизо-ванным. В этом случае температура отжига должна быть ниже температуры окончания рекристаллизации для получения полигони зованной структуры или частично рекристаллизованной, когда наклеп снимается частично (температура отжига 150—300°С). Неполный отжиг чаще применяют для деформированных сплавов неупрочняемых закалкой и старением.

Отжиг алюминия для разупрочнения алюминиевых сплавов

Отжиг для разупрочнения сплавов (полный отжиг), проводят при 350—430°С с выдержкой 1—2ч. При этих температурах происходит полный распад пересыщенного твердого раствора и коагуляция упрочняющих фаз. Скорость охлаждения во избежание закалки не должна превышать 30°С/ч. После отжига сплав имеет низкие значения временного сопротивления, удовлетворительную пластичность и высокую сопротивляемость коррозии под напряжением. Отожженный материал способен выдерживать холодную обработку давлением с высокими степенями деформации.

Алюминий – свойства алюминия, ГОСТы, алюминиевый прокат.

Термическая обработка алюминиевых и магниевых сплавов.

Термическая обработка алюминиевых и магниевых сплавов является ответственной операцией технологического процесса. Цель ее – изменить структуру и физико-химические свойства сплавов. Режим термической обработки выбирают в зависимости от сплавов и метода изготовления из них заготовок и деталей.

Термическая обработка деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов, основана на том, что с понижением температуры растворимость многих элементов в твердом алюминии уменьшается. При нагреве под закалку алюминиевые сплавы неполностью кристаллизуются. Если сплав перегрет, в результате чего структура получилась с крупным зерном, то такой сплав бракуется. Поэтому термист должен быть внимателен к нагреву деталей из алюминиевых сплавов.

Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов. Деформируемые алюминиевые сплавы подвергают таким видам термической обработки, как отжиг, закалка, старение.

Отжиг применяют для заготовок с целью придания материалу пластических свойств, необходимых для выполнения операций, которые связаны с обработкой давлением в холодном состоянии. В зависимости от сплава и назначения полуфабрикатов применяют высокий, низкий и полный отжиг.

Высокий отжиг (310-350°С) предназначается для полного разупрочнения (снятия наклепа) материала, происходящего после холодной пластической деформации сплавов А1, АД, AM и др.

Низкий отжиг (150-300°С) также применяют для сплавов А1, АД, AM, но с целью повышения пластичности при сохранении достаточной прочности, полученной нагартовкой.

Полный отжиг (380-450°С) применяют для полуфабрикатов, изготовленных из термически упрочняемых сплавов Д1, Д16, АК6 и т. д., чтобы получить высокую пластичность и снять упрочнение, полученное в результате закалки и старения.

Для снятия эффективности естественного старения и возвращения материала к свежезакаленному состоянию применяют нагрев в течение нескольких секунд или минут при температуре 200-250°С. Такой вид операции называют отжигом на возврат.

Закалка деформируемых алюминиевых сплавов, в основном дюралюминия Д1, Д16 и Д18, состоит только из одной операции – нагрева с охлаждением в воде при температуре 30- 40°С. Температура закалки для Д1 берется равной 495-505°С, для Д16 – 490-500°С, для Д18 – 495-510°С. Выдержка при нагреве устанавливается в зависимости от размеров деталей,

Особенность дюралюминия заключается в том, что он проявляет повышенную восприимчивость к старению при комнатной температуре. Стабилизация свойств происходит примерно через четверо суток. Искусственное старение дюралюминия неблагоприятно сказывается на механических свойствах и коррозийной стойкости.

Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов. В отличие от деформируемых литейные алюминиевые сплавы почти все подвергаются термической обработке.

Для отливок из сплавов применяют несколько видов термической обработки.

Виды термической обработки литейных алюминиевых сплавов

Вид термической обработки

Условное обозначение термической обработки

Искусственное старение без предварительной закалки

Для улучшения обрабатываемости резанием литых деталей и повышения механической прочности

Для снятия литейных и термических напряжений, наклепа и повышения пластичности

Для применения деталей в свежезакаленном состоянии

Закалка и естественное старение

Для повышения прочностных свойств

Закалка и кратковременное старение

Для получения достаточно высокой прочности и повышение пластичности

Закалка и полное искусственное старение

Для получения максимальных прочностных свойств

Закалка и стабилизирующий отпуск

Для получения достаточной прочности и стабильной структуры

Закалка и смягчающий отпуск

Для получения повышенной пластичности за счет снижения прочностных свойств

Циклическая обработка (холодом и последующим нагревом)

Для получения деталей с более устойчивым состоянием по геометрии

Наиболее типичные режимы термической обработки отливок из алюминиевых сплавов:

Режимы термической обработки литейных алюминиевых сплавов

Отжиг алюминия

Под отжигом алюминия и алюминиевых сплавов обычно понимают полный отжиг, в отличие от частичного отжига, отжига для снятия деформационного упрочнения или отжига в контролируемой атмосфере.

Полный отжиг алюминия и алюминиевых сплавов

После полного отжига все алюминиевые сплавы – как термически упрочняемые, так термически не упрочняемые – получают состояние, которое является самым мягким, самым пластичным и наиболее благоприятным для пластической деформации.

Международное обозначение этого состояния буква «О». Иногда эту букву «О» путают с цифрой «0».

В отечественных стандартах на алюминиевую продукцию есть состояние просто «отжига» и это состояние обозначают буквой «М». По смыслу и по механическим свойствам сплавов в этом состоянии этот «просто» отжиг является именно полным отжигом, как его понимают в международных стандартах.

Температура отжига

Снижение или полное снятие деформационного упрочнения от холодной пластической деформации (нагартовки или наклепа) достигается при нагреве до температуры от 260 до 440 °С. Это справедливо как для термически упрочняемых, так и для термически не упрочняемых алюминиевых сплавов.

Скорость разупрочнения нагартованного материала сильно зависит от температуры. Поэтому время, которое требуется для полного отжига данного алюминиевого сплава с данной степенью нагартовки, может различаться от нескольких часов при низких температурах до нескольких секунд при высоких температурах.

Какова цель отжига – такова температура отжига

Если целью отжига является просто снятие деформационного наклепа, то нагрева до температуры около 345 °С будет вполне достаточно. Если же необходимо удалить упрочнение от термической обработки или даже просто от охлаждения с температуры горячей обработки, то нужна специальная термическая обработка для получения структуры с выделением упрочняющей фазы в виде крупных и отдельно стоящих частиц. Такой термической обработкой и является полный отжиг: выдержка при температуре от 415 до 440 °С и медленное охлаждение со скоростью около 30 °С в час до 260 °С.

Высокие скорости диффузии легирующих элементов в алюминии, которые характерны для такой высокой температуры, длительность выдержки и медленное охлаждение обеспечивают максимальную коалесценцию (укрупнение) частиц упрочняющей фазы, что и дает в результате материалу – алюминиевому сплаву – минимальную твердость.

Выдержка отжига и охлаждение после отжига

При отжиге важно обеспечить, чтобы заданная температура была достигнута во всех частях садки и во всех точках каждого изделия. Поэтому обычно назначают длительность выдержки при температуре отжига не менее 1 часа. Максимальная температура отжига является умеренно критической: рекомендуется не превышать температуру 415 °С из-за возможного окисления и роста зерна. Скорость нагрева может быть критической, например, для сплава 3003, который обычно требует быстрого нагрева для предотвращения роста зерна. Относительно медленное охлаждение на спокойном воздухе или с печью рекомендуется для всех сплавов для минимизации коробления.

Типичные параметры полного отжига для некоторых алюминиевых сплавов представлены ниже.

Параметры полного отжига для снятия деформационного упрочнения

Алюминиевые сплавы

1060, 1100, 1350
3003, 3004, 3105
5005, 5050, 5052, 5083, 5086, 5154, 5182, 5254, 5454, 5456, 5457, 5652
7005
Применяется также для термически упрочняемых сплавов, если целью отжига является только снятие деформационного упрочнения или частичный отжиг.

Температура отжига

Длительность выдержки при температуре отжига

Около 1 часа. Длительность пребывания в печи должна быть не более, чем это необходимо, что довести бы все части садки до температуры отжига.

Охлаждение после отжига

Скорость охлаждения после отжига не имеет значения.

Параметры полного отжига для снятия термического упрочнения

Алюминиевые сплавы

2014, 2017, 2024, 2036, 2117, 2124, 2219
6005, 6061, 6060, 6063, 6066
7079, 7050, 7075, 7079, 7178, 7475

Температура отжига

Длительность выдержки при температуре отжига

От 2 до 3 часов

Охлаждение после отжига

Охлаждение со скоростью около 30 °С в час от температуры отжига до 260 °С. Скорость последующего охлаждения не имеет значения.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993.

Холодная обработка и отжиг металлов

Большинство обычных металлов нельзя упрочнить термической обработкой. Однако почти все металлы упрочняются – до той или иной степени – в результате ковки, прокатки или гибки. Это называют наклепом или нагартовкой металла.

Отжиг является видом термической обработки для умягчения металла, который стал нагартованным — наклепанным, чтобы можно было продолжать его холодную обработку.

Холодная обработка: медь, свинец и алюминий

Обычные металлы весьма сильно различаются по своей степени и скорости деформационного упрочнения — наклепа или нагартовки. Медь довольно быстро наклепывается в результате холодной ковки, а, значит, быстро снижает свою ковкость и пластичность. Поэтому медь требует частого отжига, чтобы ее можно было дальше обрабатывать без риска разрушения.

С другой стороны, свинец можно обрабатывать ударами молотка почти в любую форму без отжига и без риска его разрушения. Свинец обладает таким запасом пластичности, который позволяет ему получать большую пластическую деформацию с очень малой степенью деформационного наклепа. Однако, медь хотя и тверже свинца, обладает в целом большей ковкостью.

Алюминий может выдерживать весьма большое количество пластической деформации в результате формовки молотком или холодной прокатки, прежде чем ему понадобится отжиг для восстановления его пластических свойств. Чистый алюминий наклепывается намного медленнее, чем медь, а некоторые листовые алюминиевые сплавы являются слишком твердыми или хрупкими, чтобы позволять большой наклеп.

Холодная обработка железа и стали

Промышленное чистое железо можно подвергать холодной обработке до больших степеней деформации, прежде чем оно станет слишком твердым для дальнейшей обработки. Примеси в железе или стали ухудшают способность металла к холодной обработке до такой степени, что большинство сталей нельзя подвергать холодной пластической обработке, кроме конечно, специальных низкоуглеродистых сталей для автомобильной промышленности. Вместе с тем, почти все стали можно успешно пластически обрабатывать в раскаленном докрасна состоянии.

Зачем нужен отжиг металлов

Точная природа процесса отжига, которому подвергают металл, в значительной степени зависит от назначения отожженного металла. Существует значительное различие отжига по методам его выполнения между отжигом на заводах, где производят огромное количество листовой стали, и отжигом в небольшой автомастерской, когда всего лишь одна деталь требует такой обработки.

Если кратко, то холодная обработка – это пластическая деформация путем разрушения или искажения зеренной структуры металла. При отжиге металл или сплав нагревают до температуры, при которой происходит рекристаллизация — образование вместо старых — деформированных и удлиненных — зерен новых зерен — не деформируемых и круглых. Затем металл охлаждают с заданною скоростью. Другими словами, кристаллам или зернам внутри металла, которые были смещены или деформированы в ходе холодной пластической обработки, дают возможность перестроиться и восстановиться в свое естественное состояние, но уже при повышенной температуре отжига.

Отжиг железа и стали

Железо и низкоуглеродистые стали необходимо нагревать до температуры около 900 градусов Цельсия, а затем давать возможность медленно охлаждаться для обеспечения максимально возможной «мягкости». При этом принимают меры, чтобы предотвратить контакт металла с воздухом во избежание окисления его поверхности. Когда это делают в небольшой автомастерской, то для этого применяют теплый песок.

Высокоуглеродистые стали требуют аналогичной обработки за исключением того, что температура отжига для них ниже и составляет около 800 градусов Цельсия.

Отжиг меди

Медь отжигают при температуре около 550 градусов по Цельсию, когда меди разогрета до темно-красного цвета. После нагрева медь охлаждают в воде или позволяют медленно охлаждаться на воздухе. Скорость охлаждения меди после нагрева при температуре отжига не влияет на степень получаемой «мягкости» этого металла. Преимущество быстрого охлаждения заключается в том, что при этом металл очищается от окалины и грязи.

Отжиг алюминия

Алюминий отжигают при температуре при температуре 350 градусов Цельсия. На заводах это делают в подходящих печах или соляных ваннах. В мастерской алюминий отжигают газовой горелкой. Рассказывают, что при этом деревянной лучиной трут по поверхности нагретого металла. Когда дерево начинает оставлять черные следы, то это значит, что алюминий получил свой отжиг. Иногда вместо дерева применяют кусок мыла: когда мыло начинает оставлять коричневые следы, нагрев нужно прекращать. Затем алюминий охлаждают в воде или оставляют охлаждаться на воздухе.

Отжиг цинка

Цинк становиться снова ковким при температуре между 100 и 150 градусами Цельсия. Это значит, что его можно отжигать в кипятке. Цинк нужно обрабатывать, пока он горячий: когда он охлаждается, то сильно теряет свою ковкость.