Закалка алюминия в домашних условиях

Термическая обработка алюминиевых профилей

Термическая обработка алюминиевых сплавов

Термическую обработку алюминиевых профилей применяют для модификации свойств алюминиевых сплавов, из которых они сделаны, путем изменения их микроструктуры. Основными упрочняющими механизмами в алюминиевых сплавах являются упрочнение за счет легирования твердого раствора и упрочнение за счет выделений вторичных фаз. Как правило, один из этих механизмов в сплаве является доминирующим.

Твердый раствор алюминиевых сплавов

Твердый раствор получают нагревом алюминиевого сплава, при котором все имеющиеся в нем фазы растворяются с образованием одной гомогенной фазы – алюминия с растворенными в нем легирующими элементами. С повышением температуры растворимость элементов увеличивается, со снижением температуры – снижается. Механизм упрочнения заключается в том, что при достаточно быстром охлаждении алюминиевого сплава растворенные элементы остаются в атомной решетке алюминия и искажают, упруго деформируют ее. Эта искаженная атомная решетка затрудняет движение дислокаций и, следовательно, пластическую деформацию сплава и тем самым повышает его механическую прочность.

Старение алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы, которые упрочняются старением, содержат определенное количество растворимых легирующих элементов, например, некоторых комбинаций из меди, магния, кремния, марганца и цинка. При соответствующей термической обработке эти растворенные атомы соединяются в виде очень малых частиц, которые выделяются внутри зерен алюминиевого сплава. Этот процесс и называют старением, так он происходит «сам собой» при комнатной температуре. Для ускорения и достижения большей эффективности упрочнения алюминиевого сплава старение проводят при повышенной температуре, скажем, 200 °С.

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе является весьма экономически выгодной технологией термической обработки алюминиевых профилей по сравнению с закалкой с отдельного нагрева. При закалке на прессе охлаждение алюминиевых профилей проводят от температуры, с которой они выходят из матрицы. Необходимое условие для закалки на прессе – интервал температур нагрева алюминиевого сплава под закалку должен совпадать с интервалом температур алюминиевых профилей на выходе из пресса. Это, в принципе, выполняется только для «мягких» и «полутвердых» алюминиевых сплавов – технического алюминия, алюминиевых сплавов серий 3ххх и 6ххх, а также малолегированных сплавов серии 5ххх (с магнием до 3 %) и некоторых алюминиевых сплавов серии 7ххх без легирования медью (7020, 7005 (наш 1915), 7003). Эффект закалки для алюминиевых сплавов 3ххх и 5ххх очень незначителен и, как правило, не принимается во внимание. Окончательные механические свойства алюминиевые сплавы 3ххх и 5ххх принимают не в результате термического упрочнения, а при последующей нагартовке, что может включать и операции термической обработки: один или несколько отжигов. Упро чняющей фазой для сплавов серии 6ххх является соединение Mg ₂ Si . Подробнее см. Закалка алюминиевых профилей на прессе

Закалка на прессе сплавов АД31, 6060 и 6063

Все алюминиевые сплавы серии 6ххх могут получать закалку непосредственно на прессе. Для фиксирования растворенных фаз в твердом растворе алюминия необходимо охлаждение алюминиевых профилей на выходе из пресса со скоростью не ниже некоторой критической скорости. Эта скорость зависит от химического состава алюминиевого сплава. Обычно усиленного охлаждения вентиляторами бывает достаточно для большинства алюминиевых профилей, однако иногда бывает необходимым и охлаждение их водой или смесью воздуха и воды. Успешная закалка алюминиевых сплавов серии 6ххх зависит от толщины профиля, а также от типа сплава и его химического состава. В случае чрезмерно массивных алюминиевых профилей, например, из сплава АД33 (6061) и относительно медленной скорости прессования материал на выходе из матрицы может не достигать интервала температур, необходимого для закалки и часть частиц Mg ₂ Si останется не растворенной. Поэтому при последующем воздушном, или даже водяном, охлаждении профилей их полной закалки не получится. В таких случаях применяют отдельный нагрев под закалку в специальных печах – обычно вертикальных с последующим охлаждением в вертикальных баках с водой. После закалки алюминиевых профилей производят их растяжение на 1,5 – 3 % для правки и снятия остаточных напряжений.

Старение алюминиевых профилей: искусственное и естественное

Заключительной операцией термической обработки алюминиевых профилей является старение, естественное или искусственное. Естественное старение происходит само собой в течение некоторого времени, разного для различных алюминиевых сплавов – от нескольких недель до нескольких месяцев. Искусственное старение производят в специальных печах старения. Типичные режимы термической обработки для некоторых алюминиевых сплавов 6ххх приведены в таблице 1.

Термическая обработка алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg

Алюминиевые сплавы Al- Zn -Mg без легирования медью (7020, 7005 (1915), 7003) также относят к «полутвердым» сплавам. Их успешно применяют при изготовлении кузовов вагонов, несущих, в том числе, сварных, конструкций. Эти алюминиевые сплавы успешно подвергаются упрочнению старением, если температура профилей на выходе из пресса составляет хотя бы 400 °С. Чаще всего их применяют вообще без принудительного охлаждения в виду их склонности к коррозии под напряжением. Вместе с тем, например, алюминиевый сплав 1915 обеспечивает даже в горячепрессованном состоянии с естественным старением от 30 до 35 суток предел прочности более 315 МПа.

Закалка алюминиевых профилей с отдельного нагрева

Алюминиевые с плавы Al – Cu – Mg и Al – Zn – Mg – Cu , а также сплавы серии Al – Mg при содержании магния более 3 % относят к труднопрессуемым. Алюминиево-магниевые сплавы не подвергаются термическому упрочнению, а процесс термического упрочнения алюминиевых сплавов Al – Cu – Mg и Al – Zn – Mg – Cu (2ххх и 7ххх) значительно отличается от термической обработки сплавов 6ххх, которые всегда закаливают на прессе. Закалку этих сплавов, например, сплавов 7075 и 2024 (Д16), производят только с отдельного нагрева, чаще всего в вертикальных печах, с последующей быстрой закалкой в вертикальных ваннах-баках с водой. Заключительную операцию термической обработки – операцию старения – проводят или при комнатной температуре (естественное старение) или при заданной повышенной температуре в течение необходимого времени (искусственное старение).

Закалка твердых алюминиевых сплавов

В таблице 2 представлены упрочняющие фазы термически упрочняемых твердых сплавов. При печном нагреве под закалку они растворяются в твердом растворе. Процесс нагрева включает выдержку при заданной температуре для достижения почти гомогенного твердого раствора. Скорость охлаждения алюминиевых профилей от температуры закалки должна превышать некоторую критическую скорость, разную для разных алюминиевых сплавов, чтобы получить максимальные прочностные свойства и сопротивление межкристаллитной в состаренном состоянии. Например, для сплава 7075 скорость охлаждения должна быть не менее чем 300 °С/c в температурном интервале от 400 до 280 °С. В закаленном состоянии алюминиевые сплавы, упрочняемые старением, являются нестабильными. При старении алюминиевых сплавов выделяются субмикроскопические частицы вторичной фазы, которые образуют нерегулярную дислокационную структуру. За счет формирования этой структуры и происходит упрочнение сплава. Размер и распределение этих выделений определяет оптимальные механические свойства алюминиевого сплава. Типичные режимы термической обработки некоторых твердых алюминиевых сплавов приведены в таблице 3. Длительность нагрева зависит от толщины алюминиевых профилей.

Таблица 2 Таблица 3

Термическая обработка

В зависимости от химического состава сплавы подразделяются на термически неупрочняемые и термически упрочняемые. Первые или вообще не подвергают никакой термообработке как например, многие сплавы на основе меди, алюминиевые сплавы типа АД1, АМЦ и др., или отжигают. Вторые также могут поставляться без термообработки в состоянии после прессования или после отжига, но их можно и упрочнять путем закалки и старения. Впервые основы теории термической обработки металлических сплавов разработал великий русский металлург Д. А. Чернов.

Операция отжига заключается в нагреве металла до определенной температуры, характерной для данного сплава, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. В результате отжига металл становится более мягким, пластичным. Поэтому часто отжиг применяют для тех пресс-изделий, которые подвергают дальнейшей обработке давлением. Например, прессуют пруток из алюминиевого сплава Д18. Этот пруток служит заготовкой для последующего волочения на проволоку меньшего диаметра. Для того, чтобы при волочении можно было осуществить большую деформацию л металл не разрушился, прессованную заготовку приходится отжигать при температуре около 400°С. Отжиг проводят чаще всего в электрических печах с воздушной циркуляцией.

Очень большое значение в технике имеет другой вид термической обработки, называемый закалкой. При закалке металл становится прочнее, тверже. Во многих машинах, аппаратах и других конструкциях отдельные части и детали могут выдержать высокие рабочие напряжения только потому, что они закалены. Закалке подвергают не каждый сплав, а только такой, в котором при нагреве происходит внутренняя перестройка структуры металла, вызывающая изменения его свойств.

Суть закалки заключается в следующем. При повышенных температурах, характерных для каждого сплава, в основном металле сплава, например, в алюминии алюминиевого сплава, растворяются легирующие элементы, упрочняющие его (медь, магний, цинк и др.). В результате получается так называемый твердый раствор на основе алюминия, который прочнее чистого алюминия. Если этот твердый раствор охлаждать медленно, то упрочняющие элементы из него выделятся, так как растворимость их в алюминии при понижении температуры уменьшается и сплав станет мягким и пластичным. Если же твердый раствор охладить быстро, то упрочняющие элементы из него не успеют выделиться, и при комнатной температуре сплав будет иметь повышенные прочностные свойства.

В зависимости от состава сплава закалку производят при различных температурах: например, алюминиевые сплавы закаливаются с температуры около 500°С, стали — с 800—1000°С и т. д. Нагрев металла под закалку производят в определенном интервале температур. Для одних сплавов допустимые температуры ограничиваются узким интервалом и такие сплавы называют «чувствительными» к закалке, другие сплавы могут закаливаться в широком интервале температур, и называются «нечувствительными» к закалке.

Большое значение имеет скорость охлаждения с закалочной температуры. Для достижения полного эффекта закалки необходимо, чтобы скорость охлаждения была очень высокой — составляла несколько сотен градусов в секунду. Есть много и других особенностей в закалке различных металлов, создана целая теория закалки, а в промышленности действует широкая сеть термических отделений, цехов и предприятий, где производится закалка различных металлических полуфабрикатов и деталей. Чтобы определить температуру закалки, металловеды строят специальные диаграммы, называемые диаграммами состояния, в которых отражается связь между температурой, содержанием химических элементов сплава и изменениями состава. Например, широко известны диаграммы состояния систем железо — углерод, алюминий — медь и др., которые являются научной основой для различных видов термической обработки. Такие диаграммы показывают, в частности, до какой температуры нужно нагреть сплав, чтобы в нем произошли изменения, обеспечивающие получение желаемых свойств.

Закалку осуществляют следующим образом. Профили нагревают в специальных печах до температуры закалки и некоторое время выдерживают в них для ее выравнивания по всему объему профиля. В это время в металле завершаются те изменения структуры, о которых мы говорили выше. Затем нагретый металл очень быстро охлаждают, например, путем резкого погружения в ванну с холодной водой.

В последние годы большое число пресс-изделий, прежде всего из алюминиевых сплавов типа АД31, стали закаливать сразу же после выхода их из матрицы. Оказывается, горячее прессование можно вести при таких условиях, что температура изделия после выхода из матрицы будет равна температуре закалки. В этом случае достаточно профиль охладить прямо на столе пресса и закалка будет осуществлена. Охлаждающей средой для алюминиевых сплавов типа АД31 служит или воздух, который нагнетается вентилятором, или разбрызганная в мелкие капли вода (водяной туман). Закалка на столе пресса очень выгодна — устраняется повторный нагрев перед закалкой, в результате экономятся энергия и трудовые затраты. Кроме того, не нужно строить дорогостоящие закалочные агрегаты, да и качество готовых профилей, закаленных на столе пресса, в основном выше, чем при закалке из печи. При этом, однако, следует иметь в виду, что пока на столе пресса можно закаливать не все сплавы, а лишь «нечувствительные» к закалке, как например, упомянутый выше сплав АД31.

К операциям термической обработки относится также старение, которое применяется, например, для алюминиевых сплавов и различных сталей. Дело в том, что после закалки некоторые алюминиевые сплавы не сразу приобретают наибольшую прочность, а этот процесс при комнатной температуре может длиться долгое время. Для его ускорения применяют нагрев до не очень высоких температур. Например, один из вариантов старения для сплава АД31: нагрев до 195—205 °С в течение 2—3 ч. Такое старение при повышенных температурах называют искусственным в отличие от естественного — при комнатной температуре. Искусственное старение проводят в специальных печах, и выполняют эту операцию после обрезки профилей.

Как состарить алюминий в домашних условиях?

Всем доброго времени суток! Возник недавно передо мной такой вопрос: как состарить металлические пластины (предположительно алюминиевые)? Нужно, чтобы они выглядели старыми, темными, можно даже с ржавчиной. Покопалась в инете, нашла только химические способы. А можно ли чем-нибудь ещё состарить, помимо химии? Доступа у меня к подобным реагентам нет (и даже не знаю, где их можно купить), потому нужен бытовой способ, если такой, конечно, имеется.

Пластина моя выглядит примерно так:

Заранее благодарю за помощь!

Ржавчина, Это к железу.

Даже если Вам удастся оксидировать алюминий, то его патина выглядит некрасиво – она не темная – она белесая, как плесень, ничуть не благородная. ничего хорошего.

Мне нужна именно темная патина. Хотя не знаю, возможен ли такой эффект на алюминии?

И примерно такое. Алюминиевая лента – единственное, что нашлось. Хочу сделать что-то типа обшивки, какую используют на сундуках и многих других предметах, сделанных под старину. У меня, конечно, это предполагается исключительно как декоративная деталь. Наверно, надо все-таки взять другой металл?

Ну вот Павел уже написал – и меня удивил. Я была уверена, что с алюминием ничего путного сделать нельзя. Старые сундуки обивали, кажется, просто железом. Мне кажется, медь или латунь – было бы очень красиво.

Было бы – да. Очень хочу сделать правдоподобный старинный сундук – мечта давняя)) Но сколько фотографий смотрела, убеждалась, что там в основном шло железо. Сейчас вот, интересно, чем обивают (помимо ковки).

думаю, жестью или чем-то вроде того.

Как вариант – сейчас бывает всякая искусственная патина (типа специального покрытия, создающего эффект) – может, Вам такое лучше поискать, если с металлом напряженка?

Сейчас вот пробовала поискать стальную ленту для стяжки – нашла только по оптовым ценам и, соотвественно, большими партиями. Свою я брала в строительном гипермаркете, специально, правда, никуда не ездила и не искала. Искусственные патины есть, но мне хочется именно натурального металла, можно даже с небольшой коррозией. Думаю, придется мне продолжать поиски уже железной ленты, её можно хотя бы поржавить попробовать в воде. А то с алюминиевой у меня ничего не получается. (

Виктория, знаю один дедовский способ. Когда-то работал с алюминием немного, так что проверено.

Берёте обычное яйцо, отделяете белок от желтка. Белок размешиваете и выливаете в плотно закрывающийся сосуд, банка с крышкой подойдёт, и ставите дня на три в тёплое место, можно на батарею.

Через три дня белок протухает, вонь капитальная..))

Предварительно надев противогаз, открываете банку, перемешиваете, кистью наносите на отделываемую поверхность тухлый белок (он как вода из лужи становится, когда протухнет), и оставляете подсыхать на часик-другой.

Теперь нужна горелка. Газовая или бензиновая – без разницы. Хотя, возможно, и на газовой плите пойдёт, но не уверен..

Подсохшую детальку просто прокаливаете догоряча и оставляете остывать. Цвет изделия станет как патина, грязно-коричневого цвета. Затем либо шлифануть деталь, либо мягкой латунной щёточкой пройтись, можно и тканью потереть.

Изделие будет выглядеть состаренным.

ЗЫ.. Почему-то мне кажется, что Вы не пожелаете воспользоваться этим рецептом..)) Но, мало ли, может кому и пригодится..

Инструкция по плавке алюминия в бытовых условиях

Алюминий используется в быту и промышленности на протяжении многих лет. Свойства материала позволяют создавать разнообразные изделия. Плавка алюминия может выполняться в домашних условиях, поскольку для этого не требуется высокая температура. Свойства металла нужно знать, чтобы правильно провести такую процедуру.

Характеристики

Чистота материалов определяет температуру их плавления. Алюминий пригоден для проведения разных технологических процедур, благодаря небольшому весу и хорошей пластичности. При высокой температуре происходит взаимодействие с кислородом. На поверхности металла возникает оксидная пленка, которая защищает его от коррозии и окисления. Плавление алюминия способствует изменению структуры вещества, поэтому защитное покрытие полезно для него. Усадка и дополнительное внутреннее напряжение появляется при резком охлаждении.

Особенности технологического процесса

Тигель — это тугоплавкая емкость для разогрева металла. Используются изделия из таких материалов:

В бытовых условиях применяется готовый тигель или емкость из широкой железной трубы. Чтобы изготовить ее, потребуется болгарка и сварочное оборудование. Объем тигля выбирается индивидуально, емкость прогревается равномерно, измельченный металл плавится в результате теплопередачи.

Перед термообработкой нужно уменьшить температуру плавления, чтобы состояние металла менялось быстрее. Для этого алюминий дробят на мелкие фрагменты. Воспламенение или окисление происходит часто после такого измельчения. Состояние образовавшегося оксида алюминия меняется при более высоких температурах. Это вещество удаляется вместе с другими шлаками после переплавки основного металла.

В процессе термообработки придется избегать попадания жидкости в тигель. Резкое испарение воды становится причиной взрыва. При погружении металла в емкость необходимо убедиться в том, что на нем отсутствует влага. Чаще всего плавят алюминиевую проволоку. Сначала материал делится на фрагменты ножницами, затем сдавливается пассатижами. Такой способ позволяет предотвратить воздействие кислорода на металл. Если нет необходимости в получении деталей высокого качества, измельчать сырье не нужно.

Технологию литья придется смоделировать самостоятельно при необходимости получить расплавленный алюминий в бытовых условиях. Материал предварительно очищается от грязи, примесей, шлаков. Крупные заготовки делятся на несколько малых фрагментов. Метод отливки требует соблюдения инструкции: для плавки металла используется самый удобный способ. Шлак удаляется с поверхности текучего вещества. Жидкий алюминий наливают в форму, которая разбивается после затвердевания.

Какой источник тепла использовать?

Для переплавки алюминия в бытовых условиях применяются:

• Муфельная печь, которую можно изготовить самостоятельно. Это эффективный метод, позволяющий быстро расплавить алюминий.
• Паяльная лампа может расплавить алюминий в малых количествах.
• Иногда используется газовый резак.

Из кирпичей сооружается очаг, каркас изготавливается из металлической емкости. Сбоку сверлится отверстие для подачи кислорода. К металлической трубке присоединяется пылесос, фен или другой прибор, нагнетающий воздух. После разведения огня тигель помещают в очаг.

Чтобы добиться лучшей термообработки, по бокам тоже выкладываются угли. Чтобы избежать потери тепла, можно соорудить крышку, оставить отверстия для выхода дыма. Если металл нужно расплавить один раз, нет необходимости оборудовать печь. Простая газовая плита поможет раскалить алюминий до нужной температуры. Небольшие куски металла плавятся примерно за полчаса.

Обычно жестяная банка применяется в качестве тигля. Чтобы добиться равномерного распределения температуры, емкость с алюминием помещают в другую банку таким образом, чтобы зазор между стенками равнялся 1 см. Чтобы обеспечить доступ пламени, нужно проделать в большой банке несколько отверстий по 3-4 см в диаметре. Рассекатель на конфорке удалять необязательно. Так можно добиться равномерного обогрева банки с металлом. Большую жестянку накрывают крышкой, чтобы тепло не выходило.

Как сделать форму для отливки

Создание простого материала для припоя не требует изготовления специальной формы. Можно вылить металл на стальной лист.

Для создания формы используются такие материалы:

• Гипс.
• Песок.
• Глина.
• Каменноугольный пепел.
• Жидкое стекло.

Сплав заливается в форму разными способами:

Открытый метод отличается простотой. Расплавленный металл переливается в обычную емкость, консервную банку, чашку и т. д. Когда вещество застывает, болванку извлекают из емкости. Если форма металлического предмета неважна, можно оставить алюминий на прочной поверхности.

Сложная отливка требует соответствия изделия указанным параметрам, для этого используются формировочные элементы. Кремнезем – это распространенное вещество, которое часто применяется при открытой заливке. Изделие состоит из двух емкостей, в которые засыпается и трамбуется земля. Элементы кремнезема сжимаются, между ними закладывается макет для отливки. Так можно получить точный отпечаток необходимой детали. Макет удаляется, в форму помещают раскаленный алюминий. Для закрытого способа отливки применяется речной песок, смешанный с жидким стеклом.

Гипс можно использовать для одноразового литья. Из парафина или пенопласта изготавливаются макеты. Применение таких материалов требует выполнения работ на открытом пространстве с хорошим доступом воздуха. Пенопласт не удаляется из твердого гипса, заливается раскаленным алюминием. Продукты горения этого вещества вредны для здоровья.

Распространенные ошибки и как их избежать

Гипсовые формы отличаются удобством и высокой чувствительностью к влаге. Простая сушка не позволяет удалить жидкость, поэтому качество отливки ухудшается. Придется ждать несколько дней, добиться полного высыхания гипсовой формы. Алюминий нужно держать на огне до самой заливки, чтобы успеть распределить его по всей форме.

Нежелательно использовать воду для охлаждения детали. Внутренняя структура вещества при этом нарушается, появляются трещины.

Меры безопасности

Требуется использование индивидуальной защиты при плавке алюминия. Руки, лицо, открытые участки тела должны быть защищены. Рекомендуется использовать перчатки сварщика, которые выдерживают температуру больше 600 градусов. Это главное средство защиты, поскольку шансы попадания жидкого алюминия на руки самые высокие. Очки и маска предотвращают попадание раскаленных элементов в глаза. Чтобы защититься полностью, можно проводить плавильные работы в костюме металлурга с высокой огнестойкостью. Химический респиратор применяется при очистке алюминия сварочным флюсом.

Плавка алюминия в бытовых условиях не представляет сложности. Металл разогревается в заранее подготовленной емкости. С поверхности жидкого вещества удаляются шлаки, затем чистый алюминий заливают в форму. Конструкция печи и температура определяют время плавки. При использовании газовой горелки тепло должно воздействовать на металл сверху.