Термообработка алюминиевых сплавов

Основные виды

Цель данной статьи рассмотреть возможные варианты применения оборудования для различных видов термообработки изделий из алюминиевых сплавов. В данной статье не рассматривается оборудование для получения отливок и печи на газовом топливе.

Термообработку алюминиевых сплавов производят для получения необходимой структуры и соответственно механических свойств, как на стадии заготовки, так и уже в готовых изделиях.

Для термообработки существует пять основных видов манипуляций со свойственными им методами нагрева и охлаждения. Чтобы получить нужные физические свойства применяют тот или иной метод нагрева.

Отжиг первого рода

Предусмотрен для снятия литейных или термических остаточных напряжений, устранение наклёпа, при таком нагреве в структуре металла не происходит фазовых превращений.

Отжиг второго рода

Предусмотрен для изменения структуры материала посредством перекристаллизации. Заготовки нагревают выше критических температур и медленно охлаждают. В результате изменяется размер зёрен, их форма, распределение частиц вторых фаз.

Закалка алюминиевых сплавов предназначена для закрепления неравновесных (метастабильных) структурных состояний. Свежезакаленое изделие мягкое, как после отжига сталей, его можно деформировать. Но по истечении 4-6 дней металл самоупрочняется.

Исходная структура до закалки	Структура после закалки

Схема изменения строения сплава алюминия, содержащего 4% Cu (после закалки)

Отпуск (старение) предназначен для придания нужных свойств изделиям. В зависимости от температуры происходит упрочнение или разупрочнение.

Общая информация о печах

Отличительные особенности алюминиевых сплавов, такие как значительно большая теплоёмкость, точность нагрева в пределах ±3°С, теплопроводность, структура, температура плавления, концентрации легирования не всегда позволяют использовать электропечи для термообработки сталей. Эти особенности необходимо учитывать при выборе оборудования для термообработки сплавов на основе алюминия. Для термической обработки применяются низкотемпературные печи, характерным признаком которых является передача большей части тепла нагреваемым изделиям усиленной конвекцией , поэтому применяются мощные вентиляторы перемешивания газа в рабочей камере и распределённой схемы направления конвекционных потоков. В зависимости от типа производства электропечи могут быть периодического (садочного типа) так и непрерывного действия (проходные).

Камерные электропечи с неподвижным подом применяются отжига, закалки, старения мелких и средних деталей в мелко и среднесерийном производстве. Преимущество таких печей в доступности и надёжности. Недостаток — в отсутствии механизации.

Камерные электропечи с выкатным подом применяют для термической обработки крупногабаритных отливок, профилей, поковок преимущественно под отжиг, отпуск или старение и т.д. Преимущества в возможности загрузки больших партий заготовок. Недостаток таких конструкций, в больших занимаемых площадях. В случае применения подобных печей затруднительно производить операцию закалки из-за подстуживания заготовок во время выката пода и выгрузки.

Шахтные электропечи получили широкое распространение для термообработки фасонного литья. Они минимально занимают площадь цеха, имеют относительно высокую производительность, чем камерные.

Конвейерные электропечи широко применяются для термической обработки. Толкательные или рольганговые печи. Здесь заготовки загружают в контейнер, который по направляющим проталкивают либо катят через всю тепловую камеру. Преимущество проходных исполнений в том, что они легко соединяются другими установками в агрегаты и линии. Эти печи применяют, как правило, в крупносерийном производстве.

Особенности конструкции установок для проведения отжига

После первичного нагрева, для некоторых видов отжига, необходима фиксированная скорость охлаждения, меньше, чем на воздухе. Для этого в корпусе должны быть отверстия, закрываемые во время прогрева и выдержки. Во время охлаждения, деталей с печью, эти отверстия приоткрываются и через них поступает воздух, нагнетаемый вентилятором.

Особенности конструкции термического оборудования для упрочнения алюминиевых сплавов

Нагрев под закаливание деталей является ответственной операцией, и успешное осуществление её зависит в основном от равномерного распределения температуры в нагревательной камере и возможности ее регулирования в ограниченных пределах (±3℃) . Диапазон температур под закалку составляет 500-550 ℃ . Если металл перегреть, то по периметру зёрен образуется жидкая фаза, происходит усадка, появляется микропористость, со значительным снижением прочности и пластичности. Нагреватели должны размещаться в потокообразующих каналах. Управляющий температурой прибор «Терморегулятор» должен иметь механизм сведения температуры (точной подстройки) в диапазоне 480-530℃, что обеспечит необходимую точность нагрева под закалку (±3℃).

Особенности приёмов термообработки

После прогрева и выдержки перемещение заготовок из камеры в закалочный бак необходимо провести максимально быстро, не дольше 5-7 сек. Охлаждение должно вестись максимально интенсивно. Начинать охлаждение необходимо с температуры выдержки. Это означает что время переноса деталей из камеры в закалочный бак (вода) должно быть минимально, этого можно достичь механизацией перемещения садки в закалочный бак. Закалочный бак должен иметь мощную систему перемешивания воды, большую мощность теплообменника охлаждения.