Aluminiu se referă la metale, în care nu există nici o conversie polimorfă, și, prin urmare, principalele transformări de fază care apar în timpul tratamentului termic este de a dizolva excesul de faze secundare în procesul de încălzire și separarea lor în timpul răcirii. Prin urmare, toate tipurile de tratament termic fără transformări polimorfe sunt folosite pentru aliaje de aluminiu (recoacere, întărire fără transformare polimorfică și îmbătrânire).
Aliajele de aluminiu sunt supuse la trei tipuri principale de tratament termic: recoacere, stingere și îmbătrânire. Principalele tipuri de recoacere sunt: difuzia (omogenizarea), recristalizarea și recoacerea aliajelor întărite termic.
Homogenizarea este utilizată pentru a egaliza heterogenitatea chimică a microorganismelor de boabe de soluții solide datorită difuziei, adică reducerea lichidului dendritic în lingouri. Din moment ce rata de difuzie crește odată cu creșterea temperaturii, este necesară o temperatură ridicată (aproape de temperatura liniei solidus) și un timp de menținere prelungit pentru difuzarea viguroasă. Prin urmare, pentru a realiza omogenizarea aliaje de aluminiu (lingouri) a fost încălzit la 450-520 ° C și menținut la această temperatură timp de 4 la 40 ore după expunere. - răcire în cuptor sau în aer. Ca rezultat al structurii de omogenizare devine mai uniformă (omogenă) plasticitate crescută, ceea ce facilitează foarte mult deformarea ulterioară la cald a tratamentului de presiune butuc. Prin urmare, omogenizarea este utilizată pe scară largă pentru aliaje de aluminiu deformabile.
Pentru aluminiul și aliajele de aluminiu (precum și pentru alte metale și aliaje neferoase) recoacerea prin recristalizare este utilizată mult mai mult decât pentru oțel. Acest lucru se datorează faptului că aluminiul, precum și multe aliaje pe baza ei, nu durificat prin călire și crește proprietățile mecanice ale acestora pot fi realizate doar prin presiunea de lucru la rece, iar operația intermediară într-o astfel de prelucrare (pentru recuperarea ductilitate) este un recoaceri de recristalizare. În plus, aliajele întărite prin răcire sunt adesea supuse unui tratament de presiune la rece, urmate de recoacerea prin recristalizare pentru a conferi proprietățile dorite. Temperatura recoiltării prin recristalizare a aliajelor de aluminiu este de 300-500 ° C, îmbătrânirea fiind de 0,5-2 ore.
Reacția aliajelor întărite termic este utilizată pentru a elimina complet întărirea rezultată din stingerea și îmbătrânirea; aceasta are loc la temperaturi de 350-450 ° C, cu o întârziere de 1-2 ore, urmată de o răcire destul de lentă (la o rată care să nu depășească 30 ° C / h) pentru a permite difuzia proceselor de descompunere a produselor solide soluție de descompunere și de coagulare.
Încălzirea aliajelor de aluminiu permite obținerea unei rezistențe ridicate în combinație cu vâscozitatea și ductilitatea suficiente. Pentru aliajele de aluminiu se utilizează călirea fără transformare polimorfică.
În tehnologia modernă, multe aliaje sunt utilizate pe o bază de aluminiu cu un număr diferit de elemente de aliere. Unele dintre ele, de exemplu, Cu, Si, Mg, Zn, modifică brusc proprietățile aluminiului și aliajelor sale. Altele, de exemplu Mn, Ni, Cr, îmbunătățesc în continuare proprietățile și sunt introduse numai dacă unul sau mai multe elemente de aliere de bază enumerate mai sus sunt prezente. Unele elemente sunt introduse ca modificatori, aditivii acționând diferit, dar îmbunătățind (în principal măcinând) structura; astfel de aditivi includ Na, Be, Ti, Ce, Nb. Unele elemente incluse în aliajele de aluminiu formează soluții solide limitate de concentrație variabilă cu aluminiu, în care solubilitatea elementelor scade cu scăderea temperaturii. Aceasta este baza pentru întărirea aliajelor de aluminiu.
Fig. 34. Diagrama stării de cupru aluminiu-cupru
După răcire, aliajele de aluminiu sunt supuse îmbătrânirii, în care soluția solidă suprasaturată se descompune. Dacă trece la temperatura normală în condiții naturale, atunci un astfel de proces se numește natural. Este posibil să se accelereze descompunerea soluției solide prin încălzire. Descompunerea unei soluții solide suprasaturate la temperaturi ridicate se numește îmbătrânire artificială.
Când se îmbătrânește în aliajele Al-Cu, apar următoarele procese.
La o temperatură de 20 ° C (îmbătrânire naturală) și la temperaturi de până la 100 ° C (îmbătrânire artificială) într-o soluție solidă suprasaturată apar regiune (tonkoplastinchatoy, în formă de disc), îmbogățit cu atomii de cupru numite zone Guinier-Preston și GP desemnat. dar pentru un proces inițial dat de GP1. Aceste zone au o grosime de 5-10Å și un diametru de 40-100Å. Structura lor este dezordonată, ca și soluția solidă. Formarea zonelor ΓΠ1 este însoțită de o distorsionare a rețelei de cristal (figura 26), ceea ce conduce la o creștere a proprietăților mecanice ale aliajului.
La temperaturi de 100-150 ° С, zonele ГП1 cresc la o grosime de 10-40Å și un diametru de 200-300Å, îmbogățirea cu atomi de cupru la o compoziție apropiată de compoziția fazei stabile # 952; "(CuA12). Structura zonelor formate devine ordonată. Aceste zone sunt denumite zone GP2 sau faza # 952; ", iar prezența lor determină rezistența maximă a aliajului.
Figura 35. Consolidarea aliajelor datorită separării zonelor de GP
La temperaturi de 150-200 ° C, se formează o fază intermediară metastabilă # 952; ", având aceeași compoziție ca și echilibrul # 952; -faza (CuA12). Dar selecția Fazele # 952; nu au interfețe cu granulele soluției solide, adică sunt conectate în mod coerent cu zăbrele de aluminiu. Astfel, apariția zonelor ГП1 și ГП2 reprezintă etape pregătitoare spre începutul descompunerii soluției solide (eliberarea fazei în exces), iar formarea # 952; - începutul fazei de descompunere a soluției solide (separarea fazei în exces).
La temperaturi de 200-250 ° C, zăbrele # 952; - faza se desprinde de la rețeaua soluției solide (coerența este complet rupta) și este formată într-o rețea care corespunde compusului CuAl2 (# 952; -faza).
Îmbătrânirea coagulării (supra-îmbătrânire).
O creștere suplimentară a temperaturii duce la coagularea eliberării # 952; - o scădere puternică a rezistenței și o creștere a ductilității.
Astfel, structura aliajelor la schimbarile de imbatranire in urmatoarea secventa: zonele ГП1> zonele ГП2 (faza # 952; ")> faza # 952; '> fază # 952; (CuA12).
Separarea fazei secundare de pe planurile de alunecare face dificilă deplasarea dislocărilor în timpul deformării plastice. Pentru a le ocoli sau a le tăia, este necesară o creștere a forței de deformare, care se manifestă ca o creștere a rezistenței aliajului.
Fig.36.Change de rezistență la îmbătrânirea duraluminică
la temperaturi diferite
Viteza procesului de îmbătrânire depinde de temperatură. Cu îmbătrânirea naturală, poate apărea timp de câteva zile. Cu o creștere a temperaturii, îmbătrânirea poate să apară în 30 de minute. De obicei, procesul de îmbătrânire se realizează până la obținerea rezistenței maxime, terminând cu etapa a doua a etapei de îmbătrânire. Cu toate acestea, pentru anumite aliaje de înaltă rezistență, rezistența maximă se obține cu o scădere bruscă a ductilității și a vâscozității. În acest caz, îmbătrânirea se realizează până la 3 etape, obținându-se combinația necesară de ductilitate și viscozitate.
Încălzirea fără transformare polimorfică și îmbătrânire poate fi aplicată tuturor aliajelor în care există elemente de aliere care prezintă solubilitate variabilă în aluminiu - Cu, Mg, Zn, Li.