I. Panoramica del trattamento termico delle leghe di alluminio

Il trattamento termico delle leghe di alluminio è di fondamentale importanza. Può migliorare significativamente le varie proprietà delle leghe di alluminio e consentire loro di svolgere un ruolo maggiore in numerosi campi. I comuni processi di trattamento termico comprendono principalmente ricottura, tempra e invecchiamento.

Il trattamento di ricottura può eliminare lo stress di fusione dei getti e lo stress interno causato dalla lavorazione e stabilizzare la forma e le dimensioni delle parti lavorate. Ad esempio, dopo che il prodotto è stato riscaldato ad una certa temperatura e mantenuto a quella temperatura per un certo periodo di tempo, e poi raffreddato a temperatura ambiente ad una certa velocità di raffreddamento, attraverso la diffusione e la migrazione degli atomi, la microstruttura può essere resa più uniforme e stabile, lo stress interno può essere eliminato, la plasticità del materiale può essere notevolmente migliorata, ma la resistenza sarà ridotta. Per la ricottura di omogeneizzazione dei lingotti, mantenendoli ad alta temperatura per lungo tempo e poi raffreddandoli ad una certa velocità è possibile omogeneizzare la composizione chimica, la microstruttura e le proprietà dei lingotti, aumentare la plasticità del materiale di circa il 20%, ridurre la pressione di estrusione di circa il 20%, aumentare la velocità di estrusione di circa il 15% e allo stesso tempo migliorare la qualità del trattamento superficiale del materiale.

La tempra prevede il riscaldamento dei getti in lega di alluminio a una temperatura relativamente elevata e il mantenimento di tale temperatura per più di 2 ore in modo che le fasi solubili all'interno della lega possano dissolversi completamente. Successivamente, i getti vengono raffreddati rapidamente in acqua per raffreddarli rapidamente, consentendo ai componenti rinforzanti della lega di dissolversi al massimo e rimanere fissi fino a temperatura ambiente. Questo processo è noto anche come trattamento in soluzione o trattamento a freddo. Ad esempio, per alcuni materiali in lega con bassa sensibilità al raffreddamento, il trattamento della soluzione può essere effettuato sfruttando l'elevata temperatura durante l'estrusione, quindi il raffreddamento può essere effettuato mediante raffreddamento ad aria (T5) o raffreddamento con acqua nebulizzata (T6) per ottenere determinati microstrutture e proprietà.

Il trattamento di invecchiamento viene applicato ai materiali che sono stati sottoposti a tempra in soluzione. Quando questi materiali vengono mantenuti a temperatura ambiente o a una temperatura relativamente elevata per un periodo di tempo, la soluzione solida sovrasatura instabile si decomporrà e le particelle della seconda fase precipiteranno dalla soluzione solida sovrasatura e si distribuiranno attorno ai granuli di alluminio α(Al). , generando così un effetto rinforzante. Per l'invecchiamento naturale, leghe come la 2024 possono produrre effetti di rafforzamento delle precipitazioni a temperatura ambiente. Per l'invecchiamento artificiale, le leghe come la 7075 non mostrano evidenti effetti di rafforzamento delle precipitazioni a temperatura ambiente, ma l'effetto di rafforzamento delle precipitazioni è significativo a temperature relativamente elevate. Il trattamento dell'invecchiamento può essere suddiviso in invecchiamento insufficiente, eccessivo e multistadio, ecc.

Il trattamento termico delle leghe di alluminio ha un impatto positivo sia sulle proprietà meccaniche che sulla resistenza alla corrosione.

In termini di proprietà meccaniche, il trattamento termico può affinare la struttura dei grani, aumentare la resistenza e la durezza del materiale e allo stesso tempo migliorarne la plasticità e la tenacità. Ad esempio, il trattamento della soluzione può distribuire uniformemente gli elementi solidi della soluzione come Cu e Mg nella lega all'interno dei confini dei grani e all'interno dei grani, formando una soluzione solida sovrasatura, migliorando così la resistenza e la durezza della lega.

Per quanto riguarda la resistenza alla corrosione, il trattamento termico può eliminare difetti microscopici e strati di ossido superficiale, migliorare la qualità superficiale della lega e aumentarne la resistenza alla corrosione. Ad esempio, il trattamento della solubilizzazione può regolare la distribuzione degli elementi nella lega e la purezza dei bordi dei grani, il che favorisce la formazione di una pellicola di ossido uniforme e densa, migliorando così la resistenza alla corrosione della lega.

II. Principali metodi di trattamento termico

(I) Trattamento di ricottura

Il trattamento di ricottura svolge un ruolo importante nel trattamento termico delle leghe di alluminio. Elimina principalmente lo stress di fusione dei getti in lega di alluminio e lo stress interno causato dalla lavorazione riscaldando i getti in lega di alluminio a una temperatura specifica e mantenendoli a quella temperatura per un periodo di tempo, quindi raffreddandoli a temperatura ambiente con un raffreddamento appropriato valutare. Questo trattamento può stabilizzare la forma e le dimensioni delle parti lavorate e rendere la microstruttura della lega di alluminio più uniforme e stabile.

Ad esempio, per le leghe della serie Al-Si, il trattamento di ricottura può anche far cristallizzare e sferoidizzare parte del Si, migliorando così notevolmente la plasticità della lega. Secondo i dati della ricerca, la plasticità della lega di alluminio dopo il trattamento di ricottura può essere aumentata di circa il 20%. Il processo specifico consiste nel riscaldare i getti in lega di alluminio a 280 - 300 °C, mantenerli a quella temperatura per 2 - 3 ore, quindi raffreddarli a temperatura ambiente insieme al forno, in modo che la soluzione solida si decomponga lentamente, il precipitato nella seconda fase le particelle si aggregano e quindi si eliminano le tensioni interne dei getti, raggiungendo gli scopi di stabilizzare le dimensioni, migliorare la plasticità e ridurre la deformazione.

(II) Tempra

La tempra è uno dei passaggi chiave nel trattamento termico delle leghe di alluminio. Solitamente, i getti in lega di alluminio vengono riscaldati a una temperatura relativamente elevata, generalmente vicina al punto di fusione dell'eutettico, per lo più superiore a 500 °C, e mantenuti a questa temperatura per più di 2 ore in modo che le fasi solubili all'interno della lega possano dissolversi completamente . Successivamente, i getti vengono raffreddati rapidamente in acqua con una temperatura di 60 - 100 °C per raffreddarli rapidamente. Tale operazione permette agli elementi rinforzanti della lega di dissolversi al massimo e di restare fissi fino a temperatura ambiente.

Ad esempio, per alcuni materiali in lega con bassa sensibilità al raffreddamento, il trattamento della soluzione può essere effettuato sfruttando l'elevata temperatura durante l'estrusione, quindi il raffreddamento può essere effettuato mediante raffreddamento ad aria (T5) o raffreddamento con acqua nebulizzata (T6) per ottenere determinati microstrutture e proprietà. Durante il processo di tempra, si spera che la lega abbia caratteristiche quali un ampio intervallo di temperature tra la linea di solubilità e la linea di solidus, bassa forza di deformazione di estrusione alla temperatura della soluzione e bassa sensibilità di tempra.

(III) Trattamento dell'invecchiamento

Il trattamento di invecchiamento è un processo tecnologico in cui i getti bonificati in lega di alluminio vengono riscaldati ad una determinata temperatura, mantenuti a tale temperatura per un certo periodo di tempo, estratti dal forno e raffreddati ad aria fino al raggiungimento della temperatura ambiente, in modo da decomporre il soluzione solida sovrasatura e stabilizzare la microstruttura della matrice della lega.

Durante il processo di trattamento di invecchiamento della lega, con l'aumento della temperatura e l'allungamento dei tempi, essa attraverserà diverse fasi, tra cui la scomparsa della regione reticolare della soluzione solida sovrasatura, la segregazione degli atomi della seconda fase secondo determinate regole e la formazione di regioni G-PII, la successiva formazione di seconde fasi metastabili (fasi di transizione), la combinazione di un gran numero di G-PII e un piccolo numero di fasi metastabili e la trasformazione di fasi metastabili in fasi stabili e IL aggregazione delle particelle della seconda fase. Il trattamento dell’invecchiamento può essere suddiviso in due categorie principali: invecchiamento naturale e invecchiamento artificiale. Per invecchiamento naturale si intende l'invecchiamento in cui il rafforzamento dell'invecchiamento viene effettuato a temperatura ambiente. L’invecchiamento artificiale è ulteriormente suddiviso in invecchiamento artificiale incompleto, invecchiamento artificiale completo e invecchiamento eccessivo.

(IV) Trattamento ciclistico Il trattamento ciclistico è un metodo di trattamento termico piuttosto speciale per le leghe di alluminio. I getti in lega di alluminio vengono raffreddati a una determinata temperatura inferiore allo zero (come -50 °C, -70 °C, -195 °C) e mantenuti a tale temperatura per un certo periodo di tempo. Quindi, i getti vengono riscaldati a una temperatura inferiore a 350 ° C, provocando la contrazione e l'espansione ripetuta del reticolo della soluzione medio solida nella lega e facendo leggermente spostare i grani di ciascuna fase. Lo scopo di ciò è rendere le regioni di segregazione atomica all'interno del reticolo cristallino di queste soluzioni solide e le particelle dei composti intermetallici in uno stato più stabile, in modo da raggiungere l'obiettivo di rendere più stabili le dimensioni e i volumi delle parti del prodotto. Questo processo di trattamento termico di riscaldamento e raffreddamento ripetuti è adatto per parti che richiedono elevata precisione e dimensioni stabili durante l'uso. Generalmente i getti ordinari non subiscono questo trattamento. III. Elementi chiave del trattamento termico #(I) Requisiti per le apparecchiature per il trattamento termico Le apparecchiature per il trattamento termico svolgono un ruolo cruciale nel processo di trattamento termico delle leghe di alluminio. In primo luogo, poiché l'intervallo di differenza di temperatura tra le temperature di tempra e di invecchiamento delle leghe di alluminio non è ampio, la differenza di temperatura all'interno del forno dovrebbe essere controllata entro ±5 °C. Questo perché la temperatura di raffreddamento delle leghe di alluminio è vicina al punto di fusione dei componenti eutettici a basso punto di fusione all'interno della lega. Se la differenza di temperatura è troppo grande, può portare ad una microstruttura non uniforme della lega di alluminio, influenzandone così le proprietà. Ad esempio, nella produzione effettiva, se la differenza di temperatura all'interno del forno supera ±5 °C, il grado di soluzione solida dei getti di lega di alluminio nelle diverse parti può variare, il che influenzerà quindi le proprietà meccaniche come resistenza e durezza. In secondo luogo, è necessario che gli strumenti di misurazione e controllo della temperatura siano sensibili e accurati per garantire che la temperatura rientri nell'intervallo di errore sopra indicato. La precisione degli strumenti di misurazione e controllo della temperatura non deve essere inferiore al grado 0,5. In questo modo, la temperatura all'interno del forno può essere controllata con precisione per garantire la stabilità e l'affidabilità del processo di trattamento termico. Ad esempio, alcune apparecchiature avanzate per il trattamento termico sono dotate di strumenti di misurazione e controllo della temperatura ad alta precisione in grado di monitorare la temperatura all'interno del forno in tempo reale ed effettuare regolazioni automatiche in base alla curva di temperatura preimpostata per garantire che i getti in lega di alluminio siano sempre in condizioni ottimali. un ambiente a temperatura adeguata durante il processo di trattamento termico. Inoltre, la temperatura in ciascuna zona all'interno del forno deve essere uniforme, con una differenza compresa tra 1 e 2 °C. Per raggiungere questo obiettivo, le apparecchiature per il trattamento termico sono solitamente dotate di un dispositivo di circolazione per garantire che l'aria calda all'interno del forno possa fluire in modo uniforme, in modo che i getti in lega di alluminio possano essere riscaldati e raffreddati uniformemente in tutte le parti. Ad esempio, alcuni grandi forni per il trattamento termico delle leghe di alluminio adottano un sistema di ventilazione a circolazione forzata. I ventilatori ad alta potenza soffiano uniformemente aria calda verso i pezzi fusi in lega di alluminio, mantenendo la temperatura in ciascuna zona all'interno del forno entro un intervallo ristretto. La vasca di raffreddamento è inoltre dotata di dispositivi di riscaldamento e circolazione per garantire il riscaldamento dell'acqua e l'uniformità della sua temperatura. La tempra è una delle fasi chiave nel trattamento termico delle leghe di alluminio e l'uniformità della temperatura del mezzo di tempra influisce direttamente sull'effetto di raffreddamento e sulle proprietà meccaniche dei getti. Ad esempio, durante il processo di tempra, se la temperatura del mezzo di raffreddamento non è uniforme, ciò potrebbe portare a diverse velocità di raffreddamento dei getti di lega di alluminio in parti diverse, con conseguenti problemi quali stress interno e microstruttura irregolare. Pertanto, i dispositivi di riscaldamento e circolazione della vasca di tempra possono garantire che la temperatura del mezzo di tempra sia sempre mantenuta entro un intervallo adeguato, migliorando l'effetto di tempra e la qualità dei getti. Infine, l'acqua di raffreddamento contaminata deve essere controllata e sostituita regolarmente. Durante il processo di tempra, l'acqua di raffreddamento può essere contaminata da impurità e ossidi sulla superficie dei getti in lega di alluminio, influenzando così l'effetto di raffreddamento e la qualità dei getti. Pertanto, il controllo e la sostituzione regolari dell'acqua di raffreddamento contaminata è una delle misure importanti per garantire la qualità del trattamento termico. Ad esempio, alcune aziende hanno formulato norme rigorose sulla gestione dell'acqua di raffreddamento, testano e sostituiscono regolarmente l'acqua di raffreddamento per garantire il regolare svolgimento del processo di raffreddamento.

(II) Mezzi di tempra I mezzi di tempra sono fattori importanti per garantire il raggiungimento di vari scopi o effetti del trattamento termico. Maggiore è la velocità di raffreddamento del mezzo di raffreddamento, più intenso (più veloce) sarà il raffreddamento del getto e maggiore sarà il grado di sovrasaturazione della soluzione solida α nella microstruttura metallica, con conseguenti migliori proprietà meccaniche del mezzo di raffreddamento. il casting. Questo perché un gran numero di fasi rinforzanti come i composti intermetallici sono disciolti nella soluzione solida α di Al. Ad esempio, gli studi hanno dimostrato che l'utilizzo di liquidi di tempra PAG con concentrazioni diverse ha impatti diversi sulle proprietà meccaniche, sulle caratteristiche della curva di polarizzazione e sulle proprietà di corrosione intergranulare della lega di alluminio 7249. La lega raffreddata con liquido di raffreddamento PAG al 30% ha la migliore resistenza e plasticità, con una piccola corrente di corrosione e un basso tasso di corrosione durante il processo di polarizzazione. Ha una buona resistenza alla corrosione intergranulare garantendo allo stesso tempo resistenza e plasticità relativamente elevate e ha le migliori prestazioni complessive. Un altro esempio è che per i fogli di lega di alluminio 2519A, la resistenza della lega che è stata temprata in diversi mezzi e pre-deformata è superiore a quella della lega senza deformazione. Nello stato T8, la lega ha la massima resistenza alla trazione quando raffreddata in acqua a 20 °C; e ha la resistenza alla trazione più bassa quando raffreddato in aria. Nel frattempo, la resistenza alla corrosione intergranulare e la resistenza alla corrosione da esfoliazione della lega che è stata temprata in diversi mezzi e pre-deformata sono migliori di quelle della lega senza deformazione. La lega raffreddata in acqua a 20 °C ha la migliore resistenza alla corrosione intergranulare e alla corrosione per esfoliazione, mentre la lega raffreddata in aria ha la peggiore resistenza alla corrosione intergranulare e alla corrosione per esfoliazione. Inoltre, anche la temperatura dell'acqua di raffreddamento ha un impatto sulle proprietà meccaniche delle leghe di alluminio pressofuso. Gli studi hanno dimostrato che la resistenza e la durezza dei campioni di lega sono correlate alla temperatura dell'acqua di tempra e la tempra a 80 °C può ottenere materiali in lega con le migliori prestazioni complessive. A questa temperatura dell'acqua di raffreddamento, la modalità di frattura dei campioni di lega è principalmente una frattura duttile accompagnata da sfaldamento locale, e la lega presenta proprietà meccaniche relativamente buone.

(III) Strumenti e materiali per la misurazione e il controllo della temperatura

La precisione degli strumenti di misurazione e controllo della temperatura non deve essere inferiore al grado 0,5. Il forno di riscaldamento per il trattamento termico deve essere dotato di dispositivi e strumenti in grado di misurare e controllare automaticamente la temperatura, con funzioni quali registrazione automatica, allarme automatico, interruzione automatica dell'alimentazione e ripristino dell'alimentazione, in modo da garantire che la visualizzazione della temperatura e il controllo nel forno è accurato e la temperatura è uniforme.

Gli strumenti di misurazione e controllo della temperatura ad alta precisione possono monitorare accuratamente la temperatura all'interno del forno in tempo reale e garantire che la temperatura sia sempre entro un intervallo adeguato durante il processo di trattamento termico. Ad esempio, quando la temperatura all'interno del forno supera l'intervallo preimpostato, il dispositivo di allarme automatico emetterà un allarme in modo tempestivo per ricordare agli operatori di apportare modifiche. I dispositivi automatici di interruzione e ripristino dell'alimentazione possono interrompere l'alimentazione in tempo quando la temperatura è anomala o si verificano altri guasti, proteggendo la sicurezza dell'apparecchiatura e dei pezzi in lavorazione. Una volta risolti i problemi, l'alimentazione verrà ripristinata automaticamente per garantire la continuità del processo di trattamento termico.

Il dispositivo di registrazione automatico può registrare le variazioni di temperatura durante il processo di trattamento termico, fornendo supporto dati per la successiva analisi della qualità e ottimizzazione del processo. Ad esempio, analizzando la curva di registrazione della temperatura, possiamo comprendere l'andamento del cambiamento della temperatura nelle diverse fasi, scoprire possibili problemi e apportare modifiche e miglioramenti mirati.

Le funzioni di questi dispositivi di controllo automatico della temperatura consistono nel migliorare la precisione e la stabilità del trattamento termico, ridurre l'interferenza dei fattori umani, garantire che i getti in lega di alluminio possano ottenere una microstruttura e proprietà uniformi durante il processo di trattamento termico e migliorare la qualità e l'affidabilità di prodotti.

IV. Metodi di rinforzo per le leghe di alluminio

(I) Rafforzamento del lavoro

Il rafforzamento del lavoro è un metodo mediante il quale le leghe ottengono un'elevata resistenza attraverso la deformazione plastica. L'essenza del rafforzamento delle leghe risiede nell'aumento della densità delle dislocazioni durante la deformazione plastica. Dopo un'intensa deformazione dei metalli, la densità delle dislocazioni può aumentare da 10⁶ per cm² a oltre 10¹² per cm². Maggiore è la densità delle dislocazioni nella lega, maggiori saranno le possibilità che le dislocazioni si intersechino tra loro durante il processo di scorrimento quando continuano a deformarsi, e maggiore sarà la resistenza tra loro. Di conseguenza aumenterà anche la resistenza alla deformazione e la lega risulterà quindi rafforzata.

Il grado di rinforzo del lavoro varia a seconda della velocità di deformazione, della temperatura di deformazione e della natura della lega stessa. Per lo stesso materiale in lega sottoposto a deformazione a freddo alla stessa temperatura, maggiore è la velocità di deformazione, maggiore sarà la resistenza, ma la plasticità diminuirà con l'aumento della velocità di deformazione. Quando la temperatura di deformazione è relativamente bassa, la mobilità delle dislocazioni è scarsa. Dopo la deformazione, la maggior parte delle lussazioni si distribuiscono in modo disordinato e irregolare, formando grovigli di lussazioni. In questo momento, l'effetto rinforzante della lega è buono, ma anche la plasticità è significativamente ridotta. Quando la temperatura di deformazione è relativamente alta, la mobilità delle dislocazioni è maggiore e si verifica uno scorrimento incrociato. Le lussazioni possono riunirsi e aggrovigliarsi localmente, formando cluster di dislocazioni e compaiono sottostrutture e il loro rafforzamento. In questo momento, l'effetto di rinforzo non è buono quanto quello della deformazione a freddo, ma la perdita di plasticità è relativamente piccola.

(II) Rafforzamento della soluzione

Gli elementi di lega vengono aggiunti all'alluminio puro per formare soluzioni solide a base di alluminio, che causano la distorsione del reticolo e ostacolano il movimento delle dislocazioni, svolgendo così un ruolo nel rafforzamento della soluzione e nell'aumento della sua resistenza. Le leghe binarie come Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn e Al-Mn possono generalmente formare soluzioni solide limitate e hanno tutte solubilità limite relativamente grandi, quindi hanno effetti significativi di rafforzamento della soluzione.

Ad esempio, nelle leghe di alluminio ad altissima resistenza contenenti scandio, l'elemento Sc, come additivo comune, può migliorare la resistenza e la tenacità delle leghe di alluminio formando soluzioni solide Sc-Al. Nel frattempo, quantità adeguate di elementi come Ti e Zr possono anche promuovere efficacemente il processo di soluzione di rafforzamento. Attraverso la loro interazione con l'elemento Sc si può formare un sistema composito di rinforzo multilivello e multifase.

(III) Rafforzamento dell'eterofase

Le eterofasi nelle leghe di alluminio sono generalmente composti intermetallici duri e fragili. Impediscono il movimento delle dislocazioni nella lega e rinforzano la lega. Ad esempio, nelle leghe di alluminio ad altissima resistenza contenenti Sc, un trattamento appropriato con una soluzione di rinforzo può anche migliorare la resistenza alla corrosione e le prestazioni alle alte temperature della lega di alluminio. Tuttavia, se il numero di eterofasi è troppo elevato, sia la resistenza che la plasticità risulteranno ridotte. Quanto più complessa è la composizione e la struttura dell'eterofase e quanto più alto è il suo punto di fusione, tanto migliore è la sua stabilità termica alle alte temperature.

(IV) Rafforzamento della dispersione

Quanto più piccola è la dimensione delle particelle della fase di dispersione e quanto più uniforme è la loro distribuzione, tanto migliore è l'effetto rinforzante. Ad esempio, l'aggiunta di particelle fini in fase di dispersione alle leghe di alluminio può impedire il movimento delle dislocazioni e migliorare la resistenza e la durezza delle leghe.

(V) Rafforzamento delle precipitazioni

Quando la lega viene ricotta alla temperatura di trattamento della soluzione, gli elementi di lega si dissolvono nella matrice, formando una soluzione solida sovrasatura. Successivamente viene effettuato il quenching per raffreddare rapidamente la soluzione solida sovrasatura ed impedire la diffusione e la precipitazione degli elementi di lega. Durante il processo di invecchiamento, gli elementi leganti precipitano dalla soluzione solida sovrasatura per formare particelle fini e disperse della seconda fase. Queste particelle sono solitamente composti ricchi di elementi di lega o fasi intermetalliche e le loro dimensioni, forma e distribuzione hanno un impatto significativo sulla resistenza e sulla durezza della lega.

(VI) Rafforzamento dei confini del grano

Durante il processo di invecchiamento la fase precipitata tende a precipitare ai bordi grano, formando una zona di precipitazione bordo-grano. La zona di precipitazione grano-confine ostacola lo scorrimento grano-confine e migliora la resistenza al taglio dei confini del grano, aumentando così la resistenza complessiva della lega. Allo stesso tempo, la fase precipitata può anche precipitare ai confini del sottogranulo, rafforzando i confini del sottogranulo e migliorando ulteriormente le proprietà meccaniche complessive della lega.

(VII) Rafforzamento combinato

Nelle applicazioni pratiche, diversi metodi di rinforzo funzionano solitamente contemporaneamente. Ad esempio, nelle leghe di alluminio ad altissima resistenza contenenti Sc, ottimizzando parametri quali tipi di additivi, temperatura e tempo di riscaldamento, il rafforzamento della soluzione può migliorare significativamente la resistenza e la tenacità della lega di alluminio. Allo stesso tempo, il rafforzamento della soluzione può anche migliorare la resistenza alla corrosione e le prestazioni alle alte temperature della lega di alluminio. In futuro, la microstruttura e le proprietà delle leghe di alluminio ad altissima resistenza contenenti Sc rafforzate da molteplici additivi in ​​modo coordinato, così come le proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione delle leghe di alluminio ad altissima resistenza contenenti Sc in servizio complesso gli ambienti possono essere ulteriormente studiati.

V. Influenza del trattamento termico sulle proprietà di leghe specifiche

(I) Influenza sulla microstruttura e sulle proprietà della lega 2024

La lega 2024 appartiene alla serie di leghe di alluminio Al - Cu - Mg ad alta resistenza e durezza ed è ampiamente utilizzata nell'industria aerospaziale. Il trattamento di solubilizzazione e il trattamento di invecchiamento hanno un impatto importante sulla plasticità, resistenza e resistenza alla corrosione della lega 2024.

Durante il trattamento in soluzione, il primo gruppo di campioni è stato trattato termicamente in soluzione e mantenuto a temperature diverse. I risultati hanno mostrato che dopo che la lega è stata trattata in soluzione a una temperatura specifica (come 500 °C) per 50 minuti, le fasi solubili nella lega potevano essere completamente disciolte, ponendo le basi per il successivo trattamento di invecchiamento. Il trattamento della soluzione può regolare la distribuzione degli elementi nella lega, distribuendo uniformemente elementi in soluzione solida come Cu e Mg all'interno dei confini dei grani e all'interno dei grani, formando una soluzione solida sovrasatura, aumentando così la resistenza e la durezza della lega. Allo stesso tempo, il trattamento della soluzione può anche migliorare la plasticità della lega. I dati della ricerca mostrano che la plasticità della lega 2024 dopo il trattamento della solubilizzazione può essere migliorata in una certa misura.

Molto significativo è anche l’impatto del trattamento di invecchiamento sulle proprietà della lega 2024. Il terzo gruppo di campioni è stato prima trattato con soluzione e poi sottoposto a trattamento termico di invecchiamento a lungo termine a diverse temperature. L'esperimento ha scoperto che la lega poteva ottenere la migliore microstruttura e proprietà dopo l'invecchiamento artificiale a 180 °C per 10 ore e la durezza poteva raggiungere 81,3 HRB. Durante il processo di trattamento di invecchiamento, la soluzione solida sovrasatura instabile si decomporrà e le particelle della seconda fase precipiteranno dalla soluzione solida sovrasatura e si distribuiranno attorno ai grani di alluminio α(Al), producendo così un effetto rinforzante. L'invecchiamento naturale di leghe come la 2024 può produrre un effetto di rafforzamento delle precipitazioni a temperatura ambiente, aumentando la resistenza della lega. Allo stesso tempo, il trattamento di invecchiamento può anche migliorare la resistenza alla corrosione della lega. Eliminando i difetti microscopici e gli strati superficiali di ossido, la qualità superficiale della lega viene migliorata, il che favorisce la formazione di una pellicola di ossido uniforme e densa, migliorando così la resistenza alla corrosione della lega.

(II) Influenza sulla microstruttura e sulle proprietà della lega 7075 L'invecchiamento a stadio singolo ha un impatto importante sulla struttura delle fibre, sulla formazione di particelle della seconda fase, sulla microdurezza e sulla resistenza dei picchi della lega 7075. Misurando la durezza, il limite di snervamento, la resistenza alla trazione, l'allungamento e la riduzione dell'area dei campioni con diversi tempi di invecchiamento sotto il regime di invecchiamento a stadio singolo di 120 °C, si è scoperto che la lega di alluminio 7075 poteva ottenere la migliore combinazione di resistenza e plasticità se invecchiato a 120 °C per 24 ore. Attraverso l'esperimento ortogonale dell'invecchiamento a doppia fase, si sapeva che per il trattamento di invecchiamento a doppia fase della lega di alluminio 7075, la temperatura di pre-invecchiamento era di 140 °C e il tempo di mantenimento era di 4 ore, e la temperatura di invecchiamento della seconda fase era 140°C - 160°C e il tempo di mantenimento era di 10 ore. Questo processo di trattamento potrebbe ottenere prodotti con proprietà più complete. Durante il processo di invecchiamento in una sola fase, la struttura delle fibre della lega 7075 cambierà. All'aumentare del tempo di invecchiamento, la struttura della fibra diventa gradualmente più densa, il che è vantaggioso per migliorare la resistenza della lega. Allo stesso tempo si formeranno gradualmente anche le particelle della seconda fase. Queste particelle della seconda fase impediscono il movimento delle dislocazioni nella lega e rinforzano la lega. Ad esempio, MgZn2 e Al2Mg3Zn3 hanno un'elevata solubilità nell'alluminio e un'ovvia relazione correlata alla temperatura e hanno un forte effetto di indurimento con l'invecchiamento. L'invecchiamento a stadio singolo può anche migliorare significativamente la microdurezza e la resistenza massima della lega 7075. All'aumentare del tempo di invecchiamento, la microdurezza aumenta continuamente e dopo un certo tempo la durezza tende ad essere stabile. Anche la forza massima aumenta gradualmente durante il processo di invecchiamento. Questo perché il trattamento di invecchiamento consente ai componenti rinforzanti della lega di dissolversi al massimo e di rimanere fissi fino a temperatura ambiente, aumentando così la resistenza della lega.

VI. Trattamento termico post-saldatura (1) Influenza del trattamento termico post-saldatura su resistenza e tenacità Per le leghe di alluminio rinforzate trattabili termicamente, dopo la saldatura, il trattamento termico può essere eseguito nuovamente per ripristinare la resistenza della zona interessata dal calore del metallo di base ad un livello vicino alla forza originale. Generalmente, il cedimento del giunto si verifica solitamente nella zona di fusione della saldatura. Dopo aver eseguito nuovamente il trattamento termico post-saldatura, la resistenza ottenuta dal metallo saldato dipende principalmente dal metallo d'apporto utilizzato. Quando la composizione del metallo d'apporto è diversa da quella del metallo di base, la resistenza dipenderà dalla diluizione del metallo di base da parte del metallo d'apporto. La migliore resistenza è compatibile con il trattamento termico utilizzato per il metallo saldato. Sebbene il trattamento termico post-saldatura aumenti la resistenza, potrebbe verificarsi una certa perdita di tenacità della saldatura. A causa della precipitazione vicino alla saldatura e della fusione dei bordi dei grani nella zona di fusione, la tenacità di alcune saldature di leghe di alluminio rinforzate con trattamento termico è molto scarsa. Se la situazione non è troppo grave, il trattamento termico post-saldatura può far sciogliere nuovamente i componenti solubili, ottenendo una struttura più uniforme, migliorando leggermente la tenacità e aumentando notevolmente la resistenza. Ad esempio, per la lega di alluminio 6061 saldata nello stato di trattamento termico T4 (trattamento in soluzione + invecchiamento naturale) e quindi trattata con T6 (trattamento in soluzione + trattamento artificiale) dopo la saldatura, la resistenza della saldatura può raggiungere 280 MPa. Il trattamento T6 prevede il riscaldamento della lega di alluminio a 535 ± 5 °C, il mantenimento per 6 ore, quindi il raffreddamento in acqua a 80 ± 10 °C, con un tempo di raffreddamento non inferiore a 5 minuti. Successivamente viene stagionato in forno a bassa temperatura a 165 ± 5 °C per 4 ± 0,5 ore. La durezza dopo il trattamento raggiunge generalmente HB80 - 90, l'allungamento è superiore all'8% e la resistenza alla trazione raggiunge 250 - 290 MPa. Per il giunto saldato in lega di alluminio 6082 - T6 sono stati eseguiti due metodi di trattamento termico, ovvero soluzione + invecchiamento e invecchiamento. La resistenza alla trazione del giunto saldato 6082 - T6 non trattato era di 225 MPa, il punto della frattura era nella zona influenzata dal calore e il valore di durezza più basso del giunto era nella zona influenzata dal calore. Dopo il trattamento di invecchiamento, la distribuzione della fase di rinforzo sul giunto saldato 6082 - T6 era più uniforme, non vi era alcun cambiamento evidente nella microstruttura della zona di saldatura e la microstruttura della zona di fusione e della zona termicamente alterata era leggermente raffinato. La resistenza alla trazione era di 264 MPa, il punto della frattura era ancora nella zona termicamente alterata e il valore di durezza più basso del giunto era ancora nella zona termicamente alterata. Dopo il trattamento di soluzione + invecchiamento, le fasi di rinforzo fini sono state precipitate nuovamente sul giunto saldato 6082 - T6, la microstruttura della zona di fusione e della zona interessata dal calore è stata notevolmente raffinata, la resistenza alla trazione è stata aumentata a 302 MPa, si è verificata la frattura nella zona di saldatura e il valore di durezza era significativamente superiore a quello del giunto saldato 6082 - T6 non trattato e il valore di durezza più basso si trovava nella zona di saldatura.

(II) Punti tecnici chiave 1. Problema di conservazione del calore: la tecnologia chiave risiede nel problema della conservazione del calore. È essenziale seguire il processo. Il trasferimento dal forno ad alta temperatura (soluzione) al tempra in acqua dovrebbe essere il più rapido possibile; in caso contrario, l'effetto della soluzione sarà influenzato e, in definitiva, l'effetto del trattamento termico sarà influenzato. 2. Rimozione dei residui: dopo la saldatura delle parti saldate, se si utilizza la saldatura a gas o la saldatura con elettrodi rivestiti, il flusso rimanente e le scorie su e su entrambi i lati della saldatura devono essere rimossi in modo tempestivo prima dell'ispezione visiva e controlli non distruttivi della saldatura. Questo per evitare che le scorie e il flusso rimanente corrodano la saldatura e la sua superficie ed evitare conseguenze negative. I metodi di pulizia post-saldatura comunemente utilizzati comprendono il lavaggio in acqua calda a 60 °C - 80 °C; immersione in bicromato di potassio (K2Cr2O7) o anidride cromica (CrO3) con una frazione di massa del 2% - 3%; poi lavaggio in acqua calda a 60°C - 80°C; ed essiccazione in forno o essiccazione all'aria. Per testare l'effetto della rimozione del flusso rimanente, è possibile far cadere acqua distillata sulla saldatura della parte saldata, quindi l'acqua distillata viene raccolta e fatta cadere in una piccola provetta contenente una soluzione di acido nitrico al 5%. Se è presente un precipitato bianco, significa che il flusso rimanente non è stato completamente rimosso. 3. Trattamento superficiale delle parti saldate: attraverso adeguati processi di saldatura e corrette tecniche operative, la superficie del cordone saldato di alluminio e leghe di alluminio dopo la saldatura ha un aspetto ondulato uniforme e liscio. È possibile eseguire trattamenti di anodizzazione, lucidatura meccanica, ecc. Per migliorare la qualità della superficie dei pezzi in alluminio. Tuttavia, l’alluminio e le leghe di alluminio sono metalli teneri con un coefficiente di attrito relativamente elevato. Se durante il processo di macinazione si verifica un surriscaldamento, le parti saldate potrebbero deformarsi o addirittura fratturarsi dai bordi dei grani. Ciò richiede una lubrificazione sufficiente durante il processo di lucidatura e la pressione sulla superficie metallica dovrebbe essere ridotta al minimo. VII. Nuovi metodi di trattamento termico e approcci al miglioramento delle prestazioni (1) Strategia di sostituzione e dispersione dell'interfaccia Il team guidato da He Chunnian della Scuola dei Materiali dell'Università di Tianjin ha proposto in modo innovativo una strategia di dispersione di "sostituzione dell'interfaccia" e ha raggiunto con successo il livello di singola particella distribuzione uniforme delle particelle di ossido di circa 5 nanometri nelle leghe di alluminio. La lega di alluminio rinforzata con dispersione di ossido preparata con questa strategia mostra ancora una resistenza alla trazione senza precedenti (circa 200 MPa) e una resistenza allo scorrimento ad alta temperatura fino a 500 °C. Nell’intervallo di temperature compreso tra 300 °C e 500 °C, che rappresenta la maggiore preoccupazione nei settori attuali come quello aerospaziale, le proprietà meccaniche delle tradizionali leghe di alluminio diminuiscono drasticamente, mentre la lega di alluminio preparata con questa strategia supera di gran lunga il miglior livello di materiali a base di alluminio segnalati a livello internazionale. Per prima cosa hanno utilizzato l'effetto di autoassemblaggio durante la decomposizione del precursore del sale metallico per preparare particelle di ossido ultrafini rivestite con pochi strati di grafite. La combinazione di legame chimico più forte tra le nanoparticelle è stata sostituita con la combinazione di forza di van der Waals più debole tra gli strati di rivestimento di grafite, riducendo così l'adesione tra le nanoparticelle di 2-3 ordini di grandezza. Su questa base, attraverso un semplice processo meccanico di macinazione a sfere, metallurgia delle polveri, è stata ottenuta la dispersione uniforme di particelle di ossido ultrafini a livello di particella singola con una frazione in volume elevata (frazione in volume dell'8%) nella matrice di alluminio, e la lega di alluminio ha mostrato proprietà meccaniche alle alte temperature estremamente eccezionali e resistenza allo scorrimento alle alte temperature. Le resistenze a trazione di questo materiale a 300 °C e 500 °C sono rispettivamente 420 MPa e 200 MPa; in condizioni di creep di 500 °C e 80 MPa, la velocità di creep in stato stazionario è di 10⁻⁷ s⁻¹. Questa ricerca rivela lo straordinario meccanismo di resistenza al calore delle nanoparticelle ultrafini nel potenziamento dei metalli leggeri e fornisce nuove idee per lo sviluppo di materiali metallici leggeri, ad alta resistenza e resistenti al calore e le loro applicazioni nel settore aerospaziale, dei trasporti e in altri campi. (2) Tecnologia di trattamento a impulsi elettrici Nel 2015, Xu Xiaofeng dell'Università di Jilin ha proposto la tecnologia di trattamento a impulsi elettrici (EPT) per le leghe di alluminio. Questa tecnologia si basa su un input istantaneo ad alta energia per ridurre il tempo di soluzione della lega di alluminio 7075 a 220 ms. La tecnologia di trattamento degli impulsi elettrici può accelerare significativamente il processo di soluzione nella lega di alluminio 7075. Sebbene, rispetto al metodo di soluzione tradizionale, la sovrasaturazione dei campioni trattati con corrente pulsata sia leggermente inferiore, l'effetto combinato dell'affinamento del grano e dell'affinamento della fase precipitato causato dal trattamento con corrente pulsata è migliore e la resistenza dopo l'invecchiamento artificiale è superiore a quello dei campioni trattati con il trattamento convenzionale T6. Inoltre, il tempo di processo del trattamento con corrente pulsata è inferiore a 1 s, il che può evitare la deformazione e l'ossidazione del materiale durante il processo di trattamento termico. Dopo l'SST (trattamento in soluzione) e l'EPT, dal diagramma della microstruttura ottica si può vedere che nella lega è avvenuta la ricristallizzazione. La granulometria dei campioni trattati con corrente pulsata è di soli 15 μm, mentre la granulometria dei campioni in soluzione tradizionale è di 53 μm. Sono stati migliorati la resistenza alla trazione e l'allungamento della lega dopo il trattamento in soluzione e il trattamento con corrente pulsata. Dopo l'invecchiamento artificiale, la lega trattata con corrente pulsata presenta una resistenza maggiore e una piccola perdita di allungamento. Si può considerare che la struttura a grana fine dopo il trattamento con corrente pulsata fornisce un ulteriore contributo alla resistenza della lega.

(III) Trattamento criogenico Il trattamento criogenico non solo può eliminare lo stress residuo delle leghe di alluminio, ma anche migliorare la stabilità dimensionale delle leghe e ridurre la deformazione della lavorazione. Il trattamento criogenico può migliorare le proprietà meccaniche delle leghe di alluminio come resistenza, plasticità e resistenza agli urti. Ad esempio, dopo che la lega di alluminio è stata sottoposta al trattamento ad alta-bassa temperatura del ciclo caldo-freddo utilizzando il forno di tempra criogenica integrato DJL (Dejieli), il valore della tensione residua della lega di alluminio è significativamente ridotto e la tensione residua della la lega di alluminio può essere ridotta al massimo di oltre il 50%. Il trattamento criogenico delle leghe di alluminio utilizzando il forno di tempra criogenico integrato DJL può ridurre efficacemente la deformazione della lavorazione dei prodotti in lega di alluminio e migliorare la resa della lavorazione del prodotto. Il trattamento criogenico può ridurre efficacemente lo stress residuo all'interno dei componenti in lega di alluminio, migliorare la stabilità dimensionale e la precisione della lega di alluminio e prevenire la deformazione durante l'uso successivo. L'effetto di più trattamenti a ciclo caldo-freddo è migliore di un singolo trattamento e il numero di volte generalmente raccomandato è 2 - 3 volte.