Искусственное старение алюминиевых сплавов

Если вы думаете, что искусственное старение — это просто 'подержал в печи и готово', то на практике вас ждёт десяток сюрпризов. Вот о чём редко говорят в теории, но каждый раз вспоминаешь у печи с секундомером в руках.

Почему параметры старения — это не догма

Взял как-то сплав 6061, по стандарту — 175°C на 8 часов. Проверил микроструктуру после обработки — вижу неравномерное выделение β'-фазы. Увеличил до 185°C, но сократил до 6 часов с предварительным нагревом до 100°C. Межзёренные выделения стали мельче, а предел текучести вырос на 5%.

Коллега из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' как-то поделился наблюдением: они для алюминиевых сплавов серии 7ххх иногда добавляют ступенчатый отжиг перед искусственным старением. Особенно при переходе на другую партию сырья — химический состав ведь плавает, хоть и в пределах ГОСТ.

Запомнил навсегда: однажды не провёл калибровку термопар в трёх зонах печи. В итоге разброс температур в 12°C привёл к тому, что в одних образцах пошло перестаривание, в других — недодержка. Теперь всегда закладываю +2 часа на проверку оборудования перед критичными заказами.

Связь с предварительной термообработкой

Закалка перед старением — отдельная история. Если после закалки прошло больше 6 часов — уже начинается естественное старение, и это меняет кинетику последующего искусственного старения алюминиевых сплавов. Особенно заметно на сплавах с медью.

Работая с материалами от https://www.lianxin-metal.ru, обратил внимание: их алюминиевые сплавы серии 2ххх (с медью) требуют почти мгновенного перехода от закалки к старению. Задержка даже в 2 часа уже даёт падение твёрдости на 3-4 HRB.

Пробовал как-то ускорить процесс — поднял температуру старения до 200°C для сплава 2024. Результат: пиковые характеристики достигнуты за 4 часа, но коррозионная стойкость упала. Пришлось добавлять стабилизационный отпуск при 120°C — дополнительная операция, но деваться некуда.

Дефекты, которые можно было избежать

Самая частая ошибка — неконтролируемая скорость нагрева. Особенно для массивных поковок. Если греть слишком быстро — поверхность уже состарилась, а сердцевина ещё не вышла на температуру. Получаем остаточные напряжения, которые потом аукнутся при механической обработке.

Как-то получили партию профилей из алюминиевого сплава 7075 — после старения пошла трещиноватость. Разбирались неделю. Оказалось, поставщик (не Ляньсинь) не выдержал режим гомогенизации перед прессованием. Пришлось разрабатывать щадящий режим старения с подогревом 50°C/час.

Ещё один нюанс — чистота печной атмосферы. При содержании влаги выше 5% на поверхности алюминиевых сплавов идёт окисление, которое мешает диффузии. Видел образцы, где из-за этого зона около поверхности не достигла расчётной твёрдости.

Практические хитрости для конкретных сплавов

Для сплавов с кремнием и магнием (типа 6ххх) иногда полезно делать двойное старение. Сначала низкотемпературное (100-120°C), затем стандартное. Зерно получается мельче, но нужно точно подбирать интервалы — иначе можно получить обратный эффект.

В ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' для ответственных деталей из алюминиевых сплавов применяют контроль не только по твёрдости, но и по электропроводности. Косвенный метод, но зато сразу видно, если пошло перестаривание — проводимость резко растёт.

Запомнил эмпирическое правило: если после старения при травлении видна сетка выделений по границам зёрен — нужно уменьшать температуру или время. Но для штамповок это иногда допустимо, если важнее износостойкость, а не пластичность.

Связь с последующей обработкой

После искусственного старения часто идёт механическая обработка. Если снять припуск больше 0,3 мм — можно 'снять' упрочнённый слой. Особенно критично для тонкостенных профилей.

Как-то делали партию теплообменных пластин из алюминиевого сплава 3003 — после старения и гибки пошли микротрещины. Пришлось вводить промежуточный отжиг перед гибкой. Да, дополнительные затраты, но брак дороже.

Сейчас многие заказчики просят предоставить не только сертификат, но и кривые старения для конкретной партии. Особенно для авиационных сплавов. Приходится делать пробные образцы-свидетели из каждой плавки — дополнительная работа, но без этого никуда.

Что ещё влияет на результат

Скорость охлаждения после старения — недооценённый фактор. Если охлаждать на воздухе — нормально. Но если бросить в воду (бывало и такое в цехах) — появляются термические напряжения. Для большинства деталей это не критично, но для прецизионных — неприемлемо.

Компания 'Сучжоу Ляньсинь' в своих рекомендациях указывает не только температуру и время, но и ориентацию деталей в печи. Казалось бы, мелочь, но при неравномерном обдуве разница в твёрдости может достигать 10%.

Последнее наблюдение: современные алюминиевые сплавы с добавками скандия или циркония требуют совсем других режимов искусственного старения. Температуры часто выше (200-220°C), а время меньше. Но это уже тема для отдельного разговора...