انواع عملیات حرارتی آلومینیوم

عملیات حرارتی آلومینیوم فرآیندی است که در آن استحکام و سختی زیرمجموعه خاصی از آلیاژهای آلومینیوم، یعنی آلیاژهای فرفورژه و ریخته گری که در اثر بارش قابل سخت شدن هستند، افزایش می‌یابد. آلیاژهای آلومینیومی قابل سخت شدن در اثر بارش شامل سری های 2XXX، 6XXX، 7XXX و 8XXX می باشند. علاوه بر این، ممکن است برای قطعاتی که در طول فرآیند شکل دهی، سخت شدن کرنش را تجربه کرده‌اند، نیاز به بازپخت شدن باشد.

عملیات حرارتی معمولی آلومینیوم عبارتند از بازپخت، همگن کردن، عملیات حرارتی محلول، پیری طبیعی و پیری مصنوعی (همچنین به عنوان سخت شدن بارش شناخته می شود). بسته به فرآیند دقیق مورد استفاده، دمای کوره می تواند از 240 تا 1000 درجه فارنهایت متغیر باشد. مهم است که به خاطر داشته باشید که عملیات حرارتی آلومینیوم با فولاد کاملاً متفاوت است. در ادامه مطلب همراه گروه مهندسی فیلت باشید.

فهرست مطالب

• بازپخت (Annealing)
• همگن کردن
• محلول عملیات حرارتی
• عملیات حرارتی طبیعی (Natural Aging)
• عملیات حرارتی مصنوعی (Artificial Aging)
• مسائل مربوط به کوئنچ آلیاژهای آلومینیوم (Issues with Quenching Aluminum Alloys)
• کوره های عملیات حرارتی آلومینیوم
• ASM2705E

مقاله پیشنهادی: آندایز آلومینیوم چیست و چه فوایدی دارد؟

گروه مهندسی فیلت؛
طراحی نقشه، ساخت قالب اكستروژن و تولید كننده پروفیل آلومینیوم در مقاطع عمومی و اختصاصی همراه با خدمات آندایزینگ و رنگ پودری الکترواستاتیک و برشکاری در خدمت مشتریان محترم و بزرگوار می باشد.

بازپخت (Annealing)

آلیاژهای آلومینیوم در معرض سخت شدن کار هستند که به عنوان سخت شدن کرنش نیز شناخته می شود. سخت شدن کرنش زمانی اتفاق می افتد که آلیاژ آلومینیوم در اثر تغییر شکل پلاستیکی شکل می گیرد. تغییر شکل پلاستیک باعث می‌شود که ساختارهای دانه ای در آلومینیوم در امتداد مناطقی که به آن صفحات لغزش گفته می‌شود، روی یکدیگر بلغزند. همانطور که تغییر شکل پلاستیک بیشتر و بیشتر می شود، صفحات لغزشی کمتر و کمتری باقی می مانند که به راحتی تغییر شکل می دهند. در نتیجه نیروی بیشتری برای دستیابی به تغییر شکل بیشتر مورد نیاز است. وقتی قطعه ای به این حالت رسید می گویند کار سخت شده است. برای ادامه تغییر شکل پلاستیکی مواد، سخت شدن کرنش باید از قطعه حذف شود.

هدف از آنیل کردن اساساً تنظیم مجدد ساختار دانه کریستالی، بازیابی صفحات لغزنده و ایجاد امکان ادامه شکل دادن به قطعه بدون نیاز به نیروی اضافی است. برای بازپخت یک آلیاژ آلومینیوم سخت شده، فلز باید در دمایی بین 570 درجه فارنهایت تا 770 درجه فارنهایت برای مدت زمان معینی از 30 دقیقه تا سه ساعت کامل گرم شود. زمان و دما به دو چیز بستگی دارد: اندازه قطعه ای که آنیل می شود و ترکیب آلیاژ آن.

بازپخت همچنین تنش‌های داخلی را که می‌تواند در یک قطعه در طی فرآیندهایی مانند آهنگری سرد یا ریخته گری ایجاد شود، تثبیت ابعاد قطعه و حل مشکلات ناشی از کرنش‌های داخلی (مانند تاب برداشتن) کاهش می‌دهد. همچنین، آنیل را می توان با موفقیت بر روی آلیاژهای آلومینیومی که آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی در نظر گرفته می شوند، انجام داد. معمولاً بر روی قطعات آلومینیومی که آهنگری، اکسترود شده یا ریخته گری می شوند استفاده می شود.

همگن کردن

هموژنیزاسیون برای توزیع مجدد عناصر رسوب دهنده به طور یکنواخت در سراسر یک قطعه آلومینیومی استفاده می شود. این معمولاً هنگام کار با قطعات آلیاژ آلومینیوم ریخته گری ضروری است. وقتی قسمت شروع به خنک شدن کرد، ابتدا لبه بیرونی که مستقیماً با قالب در تماس است خنک می شود. این منجر به پوستی از دانه های آلومینیوم یا کریستال می شود. همانطور که قطعه به سمت داخل سرد می شود، نتیجه آلومینیوم نسبتاً خالص در نزدیکی پوست و برخی مناطق نزدیک به مرکز است. عناصر آلیاژی رسوب می کنند و در نتیجه دانه های آلومینیوم در جای خود قفل می شوند. قسمت بازیگری با برخی از مناطق نرم و برخی دیگر قوی به پایان می رسد. این تفکیک بین مناطق را می توان کاهش داد و با گذراندن فرآیند همگن سازی، بخش حاصل برای شکل گیری کارآمدتر شد.

یک قطعه آلومینیومی با بالا بردن دمای آن به زیر نقطه ذوب آن، که معمولاً بین 900 درجه فارنهایت تا 1000 درجه فارنهایت است، همگن می شود. بعد از اینکه کل قسمت به این دمای همگن رسید، اجازه می دهیم به آرامی خنک شود. نتیجه یک قطعه ریختگی با ساختار داخلی یکنواخت است.

محلول عملیات حرارتی

در حالی که سرعت سرد شدن عاملی در بازپخت نیست، عاملی در فرآیند عملیات حرارتی آلومینیوم مشابه دیگری به نام عملیات حرارتی محلول است. در طی فرآیند عملیات حرارتی محلول، عناصری که مسئول سخت شدن سن هستند که کار با قطعه فلزی را به مرور زمان دشوار می کند، حل می شوند. سپس آن عناصر حل شده به کروی تبدیل می شوند و نتیجه یک ساختار همگن می شود. با این حال، برای حفظ توزیع نهایی عناصر محلول در آلیاژ که در نتیجه عملیات حرارتی به دست آمده است، قطعه باید خاموش شود، یا به سرعت سرد شود. سپس کار با این قطعه بسیار ساده تر است. با گذشت زمان اما، آن عناصر به دام افتاده دوباره رسوب می کنند و باعث سخت شدن سن می شوند.

دمای دقیق برای عملیات حرارتی محلول به ترکیب آلیاژ آلومینیوم بستگی دارد، اما معمولاً در محدوده 825 درجه فارنهایت تا 980 درجه فارنهایت رخ می دهد اما دمای مورد استفاده باید در محدوده ± 10 درجه فارنهایت دمای مورد نظر باشد. اگر این دما به دست نیاید، عملیات حرارتی محلول موفقیت آمیز نخواهد بود. اگر دما خیلی کم باشد، قدرت از بین می رود. اگر دما خیلی بالا باشد ممکن است قطعه تغییر رنگ دهد. عناصر حیاتی ممکن است ذوب شوند یا ممکن است کرنش در قطعه افزایش یابد.

هنگامی که قطعه به آن پنجره باریک برای دمای مورد نظر رسید، باید خیس شود. این زمان خیساندن می تواند از 10 دقیقه برای یک قسمت نازک تا 12 ساعت برای قطعات بزرگتر و ضخیم تر باشد. با این حال، متخصصان عملیات حرارتی یک قانون کلی دارند: یک ساعت برای هر اینچ مقطع در ضخامت.

بعد مرحله خاموش کردن می آید. هدف از خاموش کردن در اینجا “یخ زدن” عناصر محبوس شده در محل، یا خنک کردن قطعات آلومینیومی با سرعت کافی است که عناصر آلیاژی فرصتی برای رسوب در هنگام سرد شدن قطعه نداشته باشند. آب متداول ترین ماده خاموش کننده و معمولاً مؤثرترین خاموش کننده برای آلیاژهای آلومینیوم است.

هر گونه شکل دهی که نیاز به انجام یک محلول عملیات حرارتی شده است باید خیلی زود پس از اتمام عملیات کوئنچ انجام شود. در غیر این صورت، پیری طبیعی آغاز می شود و کار با قطعه دشوارتر می شود. این برعکس چیزی است که در مورد فولادهای عملیات حرارتی شده اتفاق می افتد، که پس از خاموش شدن بسیار شکننده و سخت هستند.

عملیات حرارتی طبیعی (Natural Aging)

پس از عملیات حرارتی با محلول آلومینیوم، عناصر حل شده به مرور زمان رسوب می کنند. این باعث می شود که دانه ها در موقعیت خود قفل شوند که به نوبه خود استحکام طبیعی آلومینیوم را افزایش می دهد و پیری نامیده می شود.

فرآیند پیری طبیعی یا سخت شدن سن در دمای اتاق در یک بازه زمانی چهار تا پنج روزه انجام می شود که 90 درصد سخت شدن در روز اول اتفاق می افتد. به دلیل این اثر، قطعات آلومینیومی اغلب پس از انجام فرآیند عملیات حرارتی محلول، باید به سرعت شکل داده شوند.

عملیات حرارتی مصنوعی (Artificial Aging)

برای اینکه برخی از آلیاژهای آلومینیوم بتوانند به حداکثر سختی برسند، باید عناصر محلول را به طور کامل رسوب دهند. همه آلیاژهای آلومینیوم نمی توانند در طول پیری طبیعی در دمای اتاق به سختی کافی برسند. برخی از آن ها فقط تا حدی می‌توانند سخت شوند، اما می‌توان آن را از طریق سخت شدن بارشی که گاهی به آن پیری مصنوعی می‌گویند، حل کرد.

در سخت شدن رسوبی، آلومینیوم تا دمای مخصوص آلیاژ بین 240 درجه فارنهایت و 460 درجه فارنهایت، در محدوده 5± درجه فارنهایت از دمای مورد نظر گرم می شود. سپس برای مدتی بین شش تا بیست و چهار ساعت خیس می شود و سپس تا دمای اتاق خنک می شود. نتیجه شامل افزایش قابل توجهی در استحکام تسلیم آلومینیوم، افزایش اندکی کمتر در استحکام کششی و کاهش شکل پذیری است.

مسائل مربوط به کوئنچ آلیاژهای آلومینیوم (Issues with Quenching Aluminum Alloys)

همانطور که قبلاً بحث شد، هدف از کوئنچ کردن، حفظ عناصر محلول به شکلی است که در پایان فرآیند گرمایش واقعی به دست می‌آید. اگر کوئنچ به عنوان بخشی از عملیات حرارتی آلومینیوم مورد نیاز است، بسیار مهم است که قطعه را به محض خارج شدن از کوره عملیات حرارتی خاموش کنید. تاخیر بیش از 15 ثانیه می تواند بسیار مضر باشد. داشتن یک مخزن خاموش کننده تا حد امکان ایمن به کوره عملیات حرارتی عاقلانه است.

آب در دمای محیط به طور معمول به عنوان خاموش کننده برای آلیاژهای آلومینیوم استفاده می شود، اما برای اشکال پیچیده تر با مقطع های مختلف ممکن است روش ها یا روش های دیگر در نظر گرفته شود. سایر گزینه های خاموش کننده برای آلومینیوم عبارتند از:

• آب جوش
• محلول های آب نمک
• انفجارهای هوای اجباری
• هنوز هوا
• پلیمرها
• گلیکول ها
• روغن های خاموش کننده سریع

به خاطر داشته باشید که یکی از اشکالات خاموش کردن سریع، اعوجاج بخشی (مانند تاب برداشتن یا پیچش) و ایجاد تنش‌های پسماند است که باعث می‌شود خاموش کردن آب داغ یکی دیگر از گزینه‌های رایج باشد.

کوره های عملیات حرارتی آلومینیوم

تقریباً تمام عملیات حرارتی آلومینیوم ذکر شده در بالا به کنترل بسیار دقیق دما برای دستیابی به اثرات مطلوب نیاز دارند. این شامل استفاده از کوره‌ها و کوره‌های باکیفیت است که می‌توانند به توزیع یکنواخت دما، ابزارهای کنترلی بسیار دقیق و تکنسین‌های ماهری که نحوه استفاده صحیح از تجهیزات را می‌دانند، دست یابند.

نه تنها باید به دمای صحیح رسید، بلکه چرخه‌های دما – زمان برای فرآیند عملیات حرارتی باید دارای یکنواختی و تداوم باشند. علاوه بر این، کوره باید طوری طراحی شود که قسمت تحت درمان به دمای یکنواختی برسد.

ASM2705E

هنگام ساخت قطعات آلومینیومی برای کاربردهای هوافضا و خودرو، از مشخصات پیرومتری جهانی ASM2750E (مشخصات مواد هوافضا) استفاده می شود. این مشخصات توسط SAE International صادر شده و توسط Nadcap در صدور گواهینامه و ممیزی تجهیزات عملیات حرارتی مورد استفاده در ساخت و تولید هوانوردی و خودرو استفاده می شود. این شامل عواملی مانند محل قرارگیری و نوع ترموکوپل های مورد استفاده برای تعیین دمای کوره، کالیبراسیون و دقت سیستم تست می باشد. یک راه حل ایده آل برای دستیابی به انطباق با ASM2705E افزودن یک بسته پیرومتری برای پشتیبانی از ممیزی و آزمایش مورد نیاز است.

کوره های L&L مورد استفاده برای عملیات حرارتی آلومینیوم

وقتی صحبت از عملیات حرارتی قطعات آلومینیومی حیاتی می شود، شرکت L&L Special Furnace Co., Inc. چندین راه حل مختلف ارائه می دهد. کوره هایی که به خوبی برای کار با آلومینیوم سازگار هستند عبارتند از:

• سری DRQ کوره های آنیلینگ با یکنواختی بالا DRQ2436 با مخازن خاموش کننده نیمه خودکار، خنک کننده های کوئنچ مدیا و ایستگاه شستشوی متمرکز
• سری ADC کوره های حرارتی آلومینیومی دو محفظه 1100 درجه فارنهایت (593 درجه سانتیگراد) / 400 درجه فارنهایت (260 درجه سانتیگراد)
• سری VB اجاق های معتدل چرخشی رومیزی با دمای 1300 درجه فارنهایت (700 درجه سانتیگراد)
• سری DV/DR اجاق‌های گرم کننده گازی یا اجاق های گرمایشی با چرخش الکتریکی سنگین با دمای 1300 درجه فارنهایت (700 درجه سانتی گراد)
• GS1714A از سری کوره های کوچکتر GS که معمولاً برای حمل و نقل فوری در انبار موجود است.

هر یک از این اجاق ها را می‌توان با بسته پیرومتری هوانوردی ما برای پشتیبانی از انطباق ASM2705E، و همچنین گزینه های دیگر برای اطمینان از اینکه می‌توانید فری را تهیه کنید که واقعاً نیازهای عملیات حرارتی آلومینیومی شما را برآورده می‌کند، تجهیز کنید.

گروه مهندسی فیلت؛
طراحی نقشه، ساخت قالب اكستروژن و تولید كننده پروفیل آلومینیوم در مقاطع عمومی و اختصاصی همراه با خدمات آندایزینگ و رنگ پودری الکترواستاتیک و برشکاری در خدمت مشتریان محترم و بزرگوار می باشد.
جهت مشاوره فنی و سفارش تماس حاصل فرمایید.
02144675798 – 09123018710