Естественное старение алюминиевых сплавов

Если честно, многие до сих пор путают естественное и искусственное старение — думают, разница только во времени выдержки. На деле же тут целая наука про изменение структуры сплава без термообработки.

Что на самом деле происходит при естественном старении

Вот смотрите: взяли мы сплав АМг6 после закалки — казалось бы, оставь его на складе при комнатной температуре и жди. Но через пару недель уже видишь, как меняется предел текучести. Не линейно, кстати — сначала резко, потом плато образуется.

Как-то раз на производстве в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' пришлось отложить партию профилей из алюминиевого сплава 6061. Через месяц контролёр случайно перепроверил — твёрдость выросла на 15 HB. Пришлось срочно пересматривать техпроцесс.

Интересно, что в сплавах с медью, например в серии 2xxx, естественное старение идёт совсем по-другому. Там кластеры Гинье-Престона формируются медленнее, но стабильнее. Мы как-то сравнивали с хром-циркониевой медью — там вообще другие механизмы.

Практические сложности при планировании производства

Сроки естественного старения — головная боль для технологов. Вроде рассчитал 10 суток по ГОСТу, а зимой в неотапливаемом цехе процесс растянулся на 16 дней. Влияет ведь не только температура, но и влажность.

Особенно проблемно с тонкостенными профилями — они и коробятся быстрее, и свойства по сечению получаются неравномерными. Как-то для авиационного заказа пришлось разрабатывать специальные стеллажи для выдержки.

Кстати, в ООО 'Сучжоу Ляньсинь' сейчас экспериментируют с комбинированными режимами — сначала короткое искусственное старение, потом естественное. Для ответственных деталей типа кронштейнов из алюминиевых сплавов это даёт более предсказуемый результат.

Взаимосвязь с другими процессами обработки

Часто забывают, что после механической обработки естественное старение может ускориться. Особенно если был сильный наклёп — скажем, при гибке труб из алюминиевых сплавов.

Помню случай с заказом на радиаторы — после штамповки оставили детали на естественное старение, а они через неделю дали микротрещины. Оказалось, остаточные напряжения + выделение второй фазы создали критическую ситуацию.

Сейчас мы в таких случаях рекомендуем клиентам предварительный отжиг — особенно для сложных профилей. На сайте lianxin-metal.ru есть технические заметки на эту тему, но там всё слишком академично написано. В жизни чаще идём методом проб и ошибок.

Нюансы контроля качества

Самое сложное — поймать момент, когда естественное старение даёт оптимальное сочетание прочности и пластичности. Лабораторные испытания — это хорошо, но в цеху нужны более быстрые методы.

Используем портативные твердомеры, но они дают погрешность до 10% для естественно состаренных сплавов. Приходится делать поправку на время года — летом показатели всегда выше.

Для особо ответственных применений, например в медно-алюминиевых композитных материалах, которые мы тоже производим, вообще разрабатываем индивидуальные графики старения. Там учитывается даже ориентация зерна после прокатки.

Влияние на последующие операции

Мало кто задумывается, но естественно состаренные сплавы по-разному ведут себя при сварке. Зона термического влияния может проявлять аномальную хрупкость.

Был у нас заказ на конструкцию из сплава 6063 — сварили после естественного старения, а в швах пошли поры. Пришлось разрабатывать специальный режим с подогревом до 200°C.

Сейчас для таких случаев в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' рекомендуют искусственное старение после сварки. Хотя это удорожает процесс, зато исключает брак.

Особенности для разных марок сплавов

Сильно зависит от легирования. В сплавах с магнием естественное старение идёт медленнее, но стабильнее. А вот с кремнием — может давать неожиданные скачки свойств.

Как-то сравнивали поведение алюминиевого сплава 7075 и нашего титанового сплава ВТ6 — разница колоссальная. Хотя оба относятся к упрочняемым старением.

Для производства медно-никель-кремниевых сплавов, которые мы тоже выпускаем, вообще пришлось разрабатывать отдельную методику. Там естественное старение практически не применяется — только искусственное.

Экономические аспекты

Казалось бы, естественное старение дешевле — не нужны печи. Но если посчитать стоимость 'замороженных' материалов на складе, выгода сомнительная.

Особенно для массового производства — проще один раз настроить режим искусственного старения, чем месяцами ждать естественного процесса.

Хотя для мелких партий или экспериментальных сплавов, как раз наш профиль в ООО 'Сучжоу Ляньсинь', естественное старение иногда остаётся единственным вариантом. Печь-то на каждый новый состав не настроишь.

Перспективы развития технологии

Сейчас много говорят об управляемом естественном старении — когда slight variations in temperature дают возможность направленно менять свойства.

Мы пробовали циклические изменения температуры ±5°C — вроде бы ускоряет процесс на 20%, но стабильность страдает. Возможно, для алюминиевых сплавов серии 7ххх это перспективно.

В любом случае, естественное старение останется в арсенале металловедов — слишком уж фундаментальный это процесс. Главное — понимать его природу, а не действовать по шаблону.