» » Технология термической обработки литейных алюминиевых сплавов
20.01.2015

Наиболее распространенные виды термической обработки литейных алюминиевых сплавов — отжиг, закалка и старение. Кроме того, отливки из ряда 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 условии кристаллизации некоторые компоненты остаются в пересыщенном твердом растворе. Последующее старение литого материала при повышенных температурах выбывает некоторое увеличение прочности и снижение относительного удлинения.
Для обозначения разных видов термической обработки приняты следующие обозначения: искусственное старение без предварительной закалки T1, отжиг Т2, закалка закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение Т5, закалка и полное искусственное старение Т6, закалка и стабилизирующее старение Т7, накалка и стабилизирующий отжиг T8.
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 полной протекают процессы отжига. Отжиг как самостоятельный вид термической обработки применяют pедко. 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%.
При выборе температуры и времени выдержки под закалку необходимо учитывать также и неравновесность структуры отливок. При затвердевании сложнолегированных алюминиевых сплавов в неравновесных условиях в ряде случаев образуются неравновесные легкоплавкие эвтектики, сосредоточивающиеся в объемах отливок, кристаллизирующихся в последнюю очередь. В этих случаях целесообразно применять ступенчатые режимы нагрева под закалку. Первую ступень выбирают при температуре на 3—10°С нижe температуры неравновесного солидуса. После выдержки при этой температуре в течение времени, достаточного для перевода составляющих легкоплавкой эвтектики в твердый раствор, температуру поднимают на следующую, более высокую ступень для обеспечения максимальной насыщенности твердого раствора легирующими компонентами.
На скорость растворения легирующих элементов существенно влияют предшествующие термообработки, ускоряющие переход легирующих компонентов в твердый раствор. Поэтому при возможных в процессе изготовления деталей перезакалках время выдержки может быть существенно сокращено.
На механические и коррозионные свойства отливок влияет время переноса отливок из печи в закалочный бак. Eсли оно достаточно велико, то при охлаждении отливки на воздухе протекают начальные стадии распада пересыщенного раствора, и последующая закалка фиксирует не максимально пересыщенный раствор. Это может приводить к значительному снижению механических свойств, а в случае неблагоприятного распределения выделившихся при распаде фаз в виде сетки также и к уменьшению коррозионной стойкости закаленных и состаренных отливок.
Скорость охлаждения после выдержки при температуре нагрева под закалку должна обеспечивать фиксацию максимально пересыщенного твердого раствора при комнатной температуре.
В зависимости от назначения деталей и требовании, предъявляемых к уровню механических свойств, применяют закалку с охлаждением в воде, органических жидкостях, расплавленных солях или на воздухе. Кроме того, детали охлаждают в горячих средах (кипящая воля, подогретое масло) для обеспечения низкого уровня остаточных напряжений после закалки
Литейные алюминиевые сплавы в свежезакаленно состоянии имеют сравнительно низкую прочность и повышенную пластичность. Тем не менее прочностные свойства сплавов в закаленном состоянии выше, чем в литом. Повышение прочностных свойств после закалки объясняется увеличением легированности алюминиевого твердого раствора, а рост пластичности связан в основном с изменением характера структуры При нагреве и последующей выдержке сплавов перед закалкой растворяются хрупкие интерметаллические составляющие образующие в литых сплавах сетку, обрамляющую зерна твердого раствора. Это и вызывает повышение пластичности. Для некоторых сплавов, характеризующихся в равновесном состоянии большим количеством избыточных хрупких фаз (например, силумины), увеличение пластичности связано с коагуляцией и сфероидизацией избыточных фаз.
Старение осуществляют с целью повышения прочностных свойств или для 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 напряжении и стабилизации геометрических размеров фасонных отливок при механической обработке, сборке, эксплуатации.
В табл. 10 указаны наиболее часто используемые режимы термической обработки сплавов АЛ19 и АЛ9 Для сплава АЛ19 применяют две ступени нагрева под закалку (в таблице отмечены римскими цифрами).
Технология термической обработки литейных алюминиевых сплавов

На первой низкотемпературной ступени растворяются неравновесные и температура солидуса повышается. Вторую ступень используют для получения твердого раствора с максимальной концентрацией. Как видно из данных табл. 10, для одного и того же сплава в зависимости от назначения деталей могут быть выбраны различные режимы окончательной термической обработки. Кроме того применяют также и промежуточные термические обработки для стабилизации размеров деталей.