Алюминиевый сплав упрочняемый термообработкой

Если честно, до сих пор встречаю инженеров, которые путают естественное и искусственное старение для алюминиевых сплавов – ладно новички, но технолог с двадцатилетним стажем вчера доказывал, что Д16Т после закалки можно сразу в работу. Пришлось показывать на распиле, как по границам зёрен пошла корекция. Вот именно такие моменты заставляют вспомнить, почему алюминиевый сплав упрочняемый термообработкой требует не столько учебников, сколько часов у печи с журналом режимов.

Что на самом деле значит 'упрочняемый'

Когда вижу в техзадании 'сплав алюминия упрочняемый термообработкой', первым делом смотрю на толщину сечения. С В95 ведь история известная – если сечение больше 60 мм, то по центру даже при идеальной закалке твёрдость упадёт на 15-20%. Однажды для авиакомпонента пришлось перейти на штамповку из АК6, хотя по паспорту прочность ниже.

Интересно, что китайские коллеги из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' в своём каталоге разделяют сплавы не по маркам, а по группе применения – видимо, набили шишек с перепутанными поставками. На их сайте https://www.lianxin-metal.ru есть довольно практичная таблица по термостойкости, но я бы добавил там графу 'склонность к короблению при закалке'.

Кстати, про коробление – для тонкостенных профилей из алюминиевый сплав упрочняемый термообработкой мы давно перешли на прессование с одновременной закалкой на выходе из пресса. Правда, пришлось повозиться со скоростью выхода, чтобы не пошла полосчатость.

Ошибки при старении, которые дорого обходятся

Вот реальный случай: заказчик требовал для детали гидравлики твёрдость 150 HB, получили 180 HB после старения. Казалось бы, лучше? Но при механической обработке резец начал выкрашивать кромку – перестарили, пластичность упала. Пришлось делать повторный отжиг.

Сейчас для ответственных деталей мы ведём журнал где фиксируем не только температуру и время старения, но и скорость нагрева камеры. Обнаружили, что при резком нагреве до 190°C для Д16 разброс твёрдости по партии достигает 10%.

Коллеги из Ляньсинь как-то предлагали пробную партию сплава с легированием цирконием – утверждали, что старение идёт стабильнее. Мы пробовали, но для тонкостенных изделий не подошло из-за роста зерна. Зато для массивных поковок вариант интересный.

Неочевидные связи между химией и режимами

Магний в алюминиевых сплавах – всегда палка о двух концах. С одной стороны, упрочнение при старении, с другой – если превысить 2.5%, резко растёт склонность к межкристаллитной коррозии. Особенно в морских условиях.

Однажды анализировали разрушение кронштейна из АМг6 – вроде бы термообработка по регламенту, но в зоне сварки пошла сетка трещин. Металлографика показала выделения по границам зёрен. Оказалось, поставщик сэкономил на гомогенизации слитка.

На https://www.lianxin-metal.ru в разделе алюминиевых сплавов я заметил правильный акцент на контроле содержания железа – именно он часто становится причиной брака в глубокой вытяжке. Мы сами перешли на сплавы с марганцем для компенсации, но это уже совсем другая история.

Практические сложности с закалкой

Вода или полимер? Для толстостенных изделий до сих пор спорный вопрос. Полимер даёт меньше коробления, показал на примере крыльчатки насоса – но если не выдержать концентрацию, появляются пятна с пониженной твёрдостью.

Запомнился случай с пресс-формами для литья под давлением – заказчик требовал использовать алюминиевый сплав упрочняемый термообработкой марки 7xxx серии. В теории прочность отличная, но на практике – термическая усталость оказалась выше, чем у инструментальной стали. Пришлось объяснять, что высокая твёрдость не всегда означает долгий срок службы.

Кстати, в ассортименте ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' есть интересное решение – биметаллические медно-алюминиевые композиты. Мы пробовали для теплоотводов – после термообработки алюминиевой части удалось добиться хорошего сочетания прочности и теплопроводности.

Контроль качества – где мы часто ошибаемся

Ультразвуковой контроль для термоупрочнённых алюминиевых сплавов – отдельная головная боль. Пока не подобрали правильные датчики, пропускали микропоры в зонах повышенных напряжений.

Сейчас обязательно делаем выборочную металлографику из каждой партии – смотрим не только размер зерна, но и распределение интерметаллидов. После того случая с трещинами в зоне горячей штамповки, добавили контроль скорости охлаждения на выходе из пресса.

Если говорить про перспективы, то сейчас активно экспериментируем с двухступенчатым старением для деталей работающих в циклически нагруженных состояниях. Первые результаты обнадёживают – усталостная прочность выросла на 12-15%, правда, технологический цикл удлинился.

Вместо заключения – о чём обычно молчат поставщики

Ни один поставщик не напишет в сертификате, как меняются свойства сплава после 5-летнего хранения на складе. Пришлось на собственном опыте выяснять, что для АК4-1Ч после длительного хранения требуется дополнительная гомогенизация перед термообработкой.

Ещё момент – абсолютно все сплавы чувствительны к скорости нагрева под закалку. Если для массивных деталей дать быстрый нагрев, гарантированно получим остаточные напряжения, которые проявятся при механической обработке.

Сейчас при выборе алюминиевый сплав упрочняемый термообработкой всегда запрашиваю у поставщиков не только сертификаты, но и протоколы испытаний на технологические пробы. Как показывает практика, именно в них видно реальное качество металла, а не в красивых буклетах.