Какую термообработку проводят для алюминиевых сплавов

Когда спрашивают про термообработку алюминиевых сплавов, многие сразу вспоминают стандартные режимы из учебников. Но на практике всё сложнее — я вот на Lianxin Metal сталкивался с десятками случаев, когда параметры из справочников не работали. Особенно с алюминиевыми сплавами серии 6xxx и 7xxx, где даже 5°C перегрева ведут к необратимым дефектам.

Отжиг: не просто 'нагрел и остудил'

С отжигом вечная путаница — некоторые технолог до сих пор считают, что достаточно выдержать при 350°C пару часов. На деле для алюминиевых сплавов типа 6061 или 2024 нужен контролируемый нагрев со скоростью не больше 50°C/час, иначе возникают зёрна разного размера. Мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' как-то пробовали ускорить процесс — получили неравномерную твёрдость по сечению заготовки.

Особенно капризны сплавы с магнием — там вообще лучше не подниматься выше 415°C, иначе начинается обезуглероживание поверхностного слоя. Проверено на партии профилей для авиакомпонентов — пришлось отправлять в переплавку.

Ещё нюанс — охлаждение. Медленное охлаждение в печи подходит не всем маркам, для некоторых термообработки алюминиевых сплавов типа 7075 лучше ступенчатое снижение температуры с выдержками. Но это уже тонкости, которые в нормативной документации редко прописывают.

Закалка: вода против полимеров

С закалкой вечная дилемма — использовать воду или полимерные растворы. Для толстостенных изделий из алюминиевых сплавов типа 6082 вода даёт слишком резкое охлаждение, появляются трещины. Полимеры стабильнее, но дороже — считайте сами, на больших объёмах разница в стоимости обработки достигает 15-20%.

Запомнил случай с заказом на радиаторы — использовали воду температурой 60°C, но не учли, что в сплаве 6063 повышенное содержание кремния. Результат — коробление на 70% изделий. Пришлось переходить на водно-полимерную эмульсию с добавлением ингибиторов коррозии.

Температурные окна — отдельная тема. Для большинства алюминиевых сплавов диапазон 490-530°C, но есть исключения вроде сплавов с цинком — там верхний предел 475°C, иначе пережог гарантирован. Контролируем пирометрами, но и они иногда врут — лучше дублировать термопарами.

Старение: искусственное против естественного

Естественное старение для алюминиевых сплавов кажется простым — продержал 4-5 суток при комнатной температуре и готово. Но на практике стабильность свойств оставляет желать лучшего, особенно при колебаниях влажности. Для ответственных деталей типа авиационных крепёжных элементов мы в Lianxin Metal всегда используем искусственное старение.

Режимы старения — вот где кроются подводные камни. Для сплава 2024-T351 выдержка при 190°C даёт твёрдость 130 HB, но если увеличить до 195°C — уже 145 HB, однако пластичность падает на 8-10%. Приходится искать компромисс в зависимости от назначения детали.

Контроль времени — банально, но критично. Как-то забыли вовремя извлечь партию изделий из печи — перестарение снизило предел текучести на 12%. Пришлось делать повторную закалку, что для некоторых алюминиевых сплавов недопустимо из-за риска роста зерна.

Особенности сплавов с медью

Сплавы типа 2219 или 2017 требуют особого подхода к термообработке алюминиевых сплавов — там медь склонна к выделению в виде грубых фаз. Мы обычно применяем ступенчатую закалку: сначала 520°C, затем быстрый переход к 480°C с выдержкой 15 минут, и только потом охлаждение.

Интересный опыт был с медью-никель-кремниевыми сплавами — их термообработка требует предварительного гомогенизирующего отжига при температурах близких к солидусной линии. Без этого получались неоднородные механические свойства по длине прутка.

Кстати, в нашей компании часто комбинируют обработку алюминиевых сплавов с медными — для биметаллических переходников. Там температурные режимы подбираются индивидуально, чтобы не возникло межкристаллитной коррозии на границе раздела.

Контроль качества и частые ошибки

Самая распространённая ошибка в термообработке алюминиевых сплавов — экономия на контроле температуры. Дешёвые печи с разбросом ±10°C могут испортить всю партию. Мы используем системы с точностью ±1.5°C, особенно для сплавов серии 7xxx.

Контроль твёрдости — тоже не так прост. После старения некоторые алюминиевые сплавы типа 6061-T6 показывают нестабильные значения в течение первых 24 часов. Поэтому всегда выдерживаем сутки перед измерениями.

Ещё момент — чистка поверхностей перед обработкой. Остатки масел или эмульсий приводят к локальному изменению химического состава поверхностного слоя. Проверено на сплаве 5052 — кажущийся 'пережог' оказался следствием contamination от технологической смазки.

Перспективные направления

Сейчас экспериментируем с двухступенчатым старением для алюминиевых сплавов — сначала низкотемпературная выдержка, затем высокотемпературная. Для сплавов с цинком это даёт прирост ударной вязкости на 15-20% без потери прочности.

Интересные результаты по комбинированной обработке алюминиевых и титановых сплавов — в нашем производстве это особенно актуально для аэрокосмических заказов. Но там свои тонкости с подбором температурных режимов.

Из новшеств — пробуем импульсный нагрев для локальной термообработки алюминиевых сплавов в зонах концентраторов напряжений. Пока сложно сказать о стабильности результатов, но первые испытания обнадёживают.