المعالجة الحرارية لألواح سبائك الألومنيوم: المزاجات وجداول التقادم والتحكم في التشويه

كيف يتم تصنيف المعالجات الحرارية لألواح الألمنيوم

المعالجة الحرارية هي الخطوة التي تحول صفيحة الألمنيوم المدرفلة من منتج ناعم ومصنوع إلى مادة هيكلية. يتم استخدام أربع مجموعات في الممارسة العملية.

تجمع المعالجات الميكانيكية الحرارية بين التشوه والدورة الحرارية. يعد تمديد اللوحة أو ضغطها بعد التبريد لتخفيف الضغط المتبقي هو المثال الأكثر شيوعًا.

تعمل المعالجة الحرارية للمحلول على إذابة مراحل السبائك القابلة للذوبان عند درجة حرارة عالية ومن ثم إخماد اللوحة بسرعة كافية لاحتوائها في محلول صلب مفرط التشبع. المزاج غير المستقر الناتج بهذه الطريقة يُشار إليه بـ W.

تعمل عملية التصلب بالترسيب، أو التعتيق الاصطناعي، على تثبيت اللوح المسقى عند درجة حرارة متوسطة بحيث تتشكل رواسب التقوية الدقيقة. وهذا ينتج عائلات T6 و T7 من الغضب.

التليين، المعين O، يلين اللوحة عن طريق إعادة البلورة ويستخدم لاستعادة القابلية للتشكيل بين عمليات التشكيل.

غالبًا ما يتم الإبلاغ بشكل خاطئ عن نقطة واحدة: T651 لا يرفع القوة بنسبة 10-15٪ مقارنة بـ T6. يصل كلا المزاجين إلى نفس حالة الهطول وبالتالي إلى نفس خصائص الشد تقريبًا. والفرق هو الإجهاد المتبقي. إن التمدد بنسبة 1.5-3% المطبق بين التسقية والشيخوخة يزيل معظم إجهاد التسقية، وهو ما يحافظ على الجزء المُشكَّل آليًا مسطحًا ومستقرًا الأبعاد.

معالجة المحاليل والتبريد

يتم ضبط درجة حرارة معالجة المحلول بواسطة سلسلة السبائك ويتم الاحتفاظ بها عمدًا تحت درجة حرارة الانصهار -الانصهار الأولية، لأن ارتفاع درجة الحرارة في هذه المرحلة لا يمكن عكسه.

التبريد هو جزء من الدورة الذي يسبب المشاكل في أغلب الأحيان. يجب تبريد اللوحة بسرعة كافية لقمع هطول الأمطار أثناء الخريف من خلال نطاق درجات الحرارة الحساسة؛ تحتاج المقاطع السميكة 7xxx عمومًا إلى معدلات تبريد أعلى بكثير من 100 درجة مئوية في الثانية على السطح للاحتفاظ باستجابة جيدة للشيخوخة. نظرًا لأن السطح يبرد دائمًا بشكل أسرع من القلب، فإن الإخماد يحبس أيضًا تدرج الضغط الذي يظهر لاحقًا كتشويه، لذا فإن انتظام الإخماد مهم بقدر أهمية سرعة الإخماد. يتم استخدام التبريد بالرش، والتبريد البوليمري، والتبريد المتقطع مع تأخير هواء قصير قبل مرحلة الماء لاستبدال القليل من الصلابة من أجل تقليل كبير في الصدمة الحرارية والتزييف.

جداول الشيخوخة والتقلبات الناتجة

تحدد درجة حرارة ووقت التعتيق الاصطناعي حجم الراسب الذي يعطي التوازن المطلوب من القوة والليونة ومقاومة التآكل.

الأساس المادي واضح ومباشر. ذروة الشيخوخة، التي تنتج T6، تعطي الحد الأقصى لعدد كثافة الرواسب المتماسكة وبالتالي أعلى قوة، ولكنها أيضًا تترك السبيكة حساسة للتكسير الناتج عن التآكل الإجهادي والتقشير في بيئات الكلوريد. الإفراط في العمل، الذي ينتج T73 وT7451، يؤدي إلى خشونة الرواسب والتضحية ببعض القوة لتحقيق مكاسب كبيرة في مقاومة التآكل. في سلسلة 7xxx، تكون الرواسب من عائلة MgZn2، ويتم استخدام الإضافات النزرة مثل الزركونيوم لإبطاء إعادة التبلور بحيث ينجو الهيكل المشغول من الدورة الحرارية.

تخفيف التوتر والتحكم في التشويه

يعد التحكم في التشويه مشكلة في تصميم العملية، وليس مشكلة فحص نهائي، ويتم استخدام التدابير الموضحة أدناه معًا.

تخفيف الضغط الميكانيكي: يتم التمدد إلى 1.5-3% بالنسبة لـ T651، أو الضغط بالنسبة لـ T7451، بعد التسقية وقبل التعتيق.

تصميم التركيبات: تركيبات استقامة صلبة، وبالنسبة للوحة الطويلة، أدوات دعم تثبت اللوحة خلال مراحل الحل والإخماد.

اتساق التسقية: أنماط رش يمكن التحكم فيها، وتقليب موحد، والتبريد المتقطع حيثما تسمح السبيكة بذلك.

بدل التصنيع: ترك مخزون كافٍ يمكن تنظيف كلا الوجهين بعد أي حركة متبقية.

محاكاة العملية: يتم استخدام نماذج العناصر المحدودة للإخماد للتنبؤ بنمط التشوه بحيث يمكن دمج البدل في أبعاد اللوحة.

في ممارسة الفضاء الجوي، يتم أحيانًا استخدام الاحتفاظ بالتبريد المتحكم به بعد التبريد كخطوة إضافية لتخفيف الضغط قبل المعالجة النهائية، مما يقلل من المساحة المسموح بها المطلوبة على اللوحة السميكة.

المعايير والاختبار والتحقق

يتم تحديد معايير المعالجة الحرارية ومراجعتها وفقًا للمعايير المنشورة بدلاً من الاتفاق عليها بشكل غير رسمي بين المصنع والعميل. الوثائق الرئيسية هي AMS 2772 للمعالجة الحرارية لأجزاء سبائك الألومنيوم، AMS 2770 للمعالجة الحرارية لسبائك الألومنيوم المطاوع، ASTM B918 لممارسة المعالجة الحرارية لمنتجات الألومنيوم المطاوع، ومعيار قياس الحرارة AMS 2750، الذي يحدد فئة توحيد درجة حرارة الفرن التي يتطلبها التسامح المحدد. يوفر NADCAP AC7102 طريق الاعتماد لموردي المعالجة الحرارية لصناعة الطيران.

يغطي اختبار القبول عادةً الصلابة في عدة مواضع عبر اللوحة، واختبار الشد وفقًا لمعيار ASTM B557 وASTM E8، وقياس حجم الحبيبات وفقًا لمعيار ASTM E112، وعند تحديد ذلك، يتم الفحص المجهري للمعادن أو الفحص المجهري الإلكتروني للإرسال على حجم الراسب والتباعد. تصحيح واحد لبيان منسوخ على نطاق واسع: اختبار تقصف الهيدروجين ليس جزءًا من معايير المعالجة الحرارية للألمنيوم. إنه ينطبق على الفولاذ عالي القوة، ويعتبر اقتباسه بالنسبة للوحة الألومنيوم خطأً في المواصفات.

الأسئلة المتداولة

س: هل يعطي T651 قوة أعلى من T6؟
رقم T651 وT6 يصلان إلى نفس حالة الهطول، لذا فإن خصائص الشد متساوية بشكل أساسي. يتم تخفيف الضغط T651 عن طريق التمدد، مما يحسن التسطيح واستقرار المعالجة.

س: لماذا يعتبر معدل التبريد بالغ الأهمية؟
يسمح الإخماد البطيء للمذاب بالترسيب أثناء التبريد، مما يستهلك العناصر اللازمة لاحقًا للتصلب بالعمر. تحتاج المقاطع السميكة إلى معدلات تبريد عالية للسطح، لذلك يجب التحكم في كل من المعدل والتجانس.

س: هل يمكن معالجة لوحة 5xxx بالحرارة؟
لا. سبائك Al-المغنيسيوم غير قابلة للمعالجة-بالحرارة-. يتم تقويتها عن طريق تصلب الإجهاد، كما أن الدورة الحرارية فوق نطاق التلدين تؤدي فقط إلى تليينها.

س: ما هو نطاق درجة الحرارة المستخدم للشيخوخة الاصطناعية؟
تتراوح أعمار معظم السبائك المطاوع بين حوالي 120 درجة مئوية و200 درجة مئوية. وتؤدي درجات الحرارة المنخفضة مع فترات أطول إلى زيادة قوة الذروة، في حين تعمل درجات الحرارة المرتفعة والزيادة في العمر على تحسين مقاومة التآكل بتكلفة معينة في القوة.

س: لماذا تجاوزت اللوحة T73 أو T7451؟
يؤدي الإفراط في الاستخدام إلى خشونة الرواسب وتحسين مقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد والتقشير بشكل كبير، وهو أمر ضروري للوحة 7xxx المستخدمة في الهواء الطلق أو في هياكل الفضاء الجوي.

س: كيف يتم التحقق من جودة المعالجة الحرارية؟
من خلال مسوحات الصلابة، واختبار الشد للعينات من الدفعة إلى ASTM B557، وتحديد حجم الحبوب وفقًا لمعيار ASTM E112، وسجلات العمليات التي توضح أن درجات حرارة الفرن والتروي تتوافق مع متطلبات قياس الحرارة AMS 2750.