Гомогенизация алюминиевых сплавов

Если честно, каждый раз когда слышу про 'гомогенизацию' у новичков, вспоминаю свой первый провал с пережжённым АД31. Все ведь думают, что это просто 'погрел-подержал-остудил', а на деле — тончайший баланс между распадом метастабильных фаз и ростом зёрен. Особенно с нашими российскими печами, где термопары вручную калибруешь.

Что на самом деле происходит в печи

Вот берём литейный слиток АМг6 — вроде бы обычный сплав. Но если не выдержать 450°C хотя бы 8 часов, потом при прокатке по краям обязательно 'сеточка' пойдёт. Проверял десятки раз: даже при 470°C но 6 часов — уже неоднородность по твёрдости. Кстати, у китайских коллег из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' видел интересный подход — они для гомогенизации алюминиевых сплавов используют ступенчатый нагрев, особенно для пресс-заготовок.

Как-то пробовали их методику на сплаве 1560 — сначала 380°C, потом резко на 520°C. Результат? На изломе макроструктура стала мельче, но пришлось жертвовать производительностью. Кстати, их сайт https://www.lianxin-metal.ru упоминает композитные материалы медь-алюминий — там вообще отдельная история с гомогенизацией, потому что коэффициенты расширения разные.

Заметил ещё такую деталь: если в сплаве больше 1.5% магния, обязательно нужна защитная атмосфера. Однажды сэкономили на азоте — получили окалину глубиной 0.3 мм, которую потом фрезеровали сутки. Теперь всегда смотрю не только на температуру, но и на парциальное давление кислорода.

Оборудование которое нас подводит

Наша родная печь СШО-7.2... Сколько раз уже ремонтировали тэны? И самое противное — когда один сектор греет сильнее. Как-то замерили пирометром разброс в 25°C между углами камеры. Пришлось везти образцы в ту же Ляньсинь — у них там немецкие печи с точностью ±3°C.

Особенно проблемно с толстостенными заготовками. Помню, делали гомогенизацию для поковок диаметром 320 мм — чтобы прогреть сердцевину, держали 20 часов при 500°C. В итоге по краям пережог, внутри — недовыдержка. Пришлось разрабатывать цикл с переменной температурой, но это уже ближе к закалке.

Сейчас экспериментируем с индукционным подогревом перед подачей в печь. Пока сыро, но уже видно — для алюминиевых сплавов с медными добавками это может сократить время выдержки на 15-20%. Хотя с бериллиевыми бронзами такой фокус не проходит — там совсем другие кинетические процессы.

Марки которые капризничают

Вот с АК12М2MgН никогда не угадаешь — то ликвидная фаза образуется при 525°C, то при 540°C. Как-то раз получили выпотевания по границам зёрен, пришлось весь объём пускать на переплавку. А всё потому что в шихте был непонятный лом с превышением кремния.

Сплав 1973 вообще отдельная головная боль — там и марганец, и хром, и цирконий. Гомогенизируешь при 490°C — цирконий не растворяется, поднимаешь до 530 — начинается коагуляция дисперсоидов. Коллеги из Ляньсинь как-то показывали свои графики для похожего сплава — у них за счёт прерывистого охлаждения получается сохранить мелкие фазы.

Кстати, про их титано-медные сплавы с сайта https://www.lianxin-metal.ru — там вообще фантастические требования к гомогенизации. Температурные окна всего 10-15 градусов, иначе либо нерастворенные частицы, либо чрезмерный рост зерна. Мы пробовали адаптировать их методику для наших АМцС — вроде работает, но энергозатраты растут.

Методы контроля которые не врут

Микроструктура — это конечно хорошо, но сколько раз уже видел 'красивые' шлифы при очевидном пережоге. Сейчас всегда требую данные по твёрдости по сечению и ЭДС-анализ. Особенно после того случая с прутком Д16, где при гомогенизации не растворились CuAl2-фазы.

Недавно пробовали ультразвуковую томографию — дорого, но зато видишь распределение плотности по всему объёму. Как раз когда работали над заказом для авиации — там требования жёсткие. Кстати, на том самом сайте lianxin-metal.ru видел схожее оборудование в разделе про контроль композитных материалов.

Самое простое и надёжное — это всё-таки пресс-проба. Если при деформации 40% не пошёл 'апельсиновый эффект' — значит гомогенизация прошла нормально. Хотя с некоторыми алюминиевыми сплавами для электротехники это не работает — там важнее электропроводность, а она сильно зависит от распада твердого раствора.

Практические советы которые не в учебниках

Никогда не загружайте печь 'под завязку' — между заготовками должен быть зазор хотя бы 50 мм. Учились на собственном горьком опыте, когда из-за неравномерного прогрева партия 1560 чанов пошла в брак.

Скорость нагрева — отдельная песня. Для толстых сечений выше 200 мм нельзя давать больше 80°C/час, иначе термические напряжения. Но и растягивать нагрев тоже вредно — успеет произойти выделение фаз при низких температурах.

Водяное охлаждение после гомогенизации? Только если вам нужны остаточные напряжения. Мы обычно оставляем в печи до 250°C, потом на воздухе. Хотя для некоторых сплавов типа АВТ1 быстрый охлаждение даже полезно — фиксирует пересыщенный раствор.

Кстати, про композитные материалы с сайта ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' — там вообще особая философия. Гомогенизация идет одновременно с диффузионным спеканием, и температурные поля должны быть идеально выверены. Мы как-то пробовали делать аналогичные вещи — без вакуумной печи не получилось.

Ошибки которые повторяются

Самая частая — гнаться за производительностью. Сократили время выдержки на час — вроде бы микроструктура не изменилась. А потом при горячей деформации пошли трещины. Особенно критично для гомогенизации алюминиевых сплавов с высоким содержанием цинка — там диффузия медленнее.

Вторая ошибка — не учитывать исходную структуру. Один и тот же сплав АД35, но из разных плавок, может требовать разного времени гомогенизации. Зависит от скорости кристаллизации слитка — чем мельче зерно в литье, тем быстрее пройдёт выравнивание.

И наконец — пренебрежение техникой безопасности. Как-то раз открыли печь раньше времени — термический удар расколол образец. Хорошо, что никто не пострадал, но урок запомнился надолго. Теперь всегда ждём пока упадёт ниже 150°C, даже если очень торопимся.