Прессование алюминиевых сплавов

Если честно, когда слышишь 'прессование алюминиевых сплавов', первое что приходит в голову — гидравлический пресс и заготовка на выходе. Но на практике разница между условной АД31 и АМг5 иногда оказывается принципиальнее, чем между разными технологическими процессами. Многие до сих пор считают, что главное — выдержать температуру, а остальное ?само потечёт?. Как бы не так.

Что на самом деле влияет на качество прессования

Вот смотришь на прессование алюминиевых сплавов — вроде бы всё просто: нагрел, протолкнул через фильеру, получил профиль. Но почему-то у одного производителя поверхность как зеркало, а у другого — продольные полосы или расслоения. Дело не только в химическом составе, хотя и он критичен. Например, для сплавов серии 6ххх медь бывает нежелательной примесью — вызывает межкристаллитную коррозию, если не контролировать режим закалки. А вот в сплавах 2ххх медь — легирующий элемент, но там свои сложности с прессуемостью из-за высокой прочности.

Температура — это только вершина айсберга. Скорость прессования, геометрия контейнера, даже степень износа матрицы — всё это влияет на структуру. Бывало, увеличишь скорость всего на 10% — и вместо равномерной мелкозернистой структуры получаешь полосчатость. Особенно капризны высокопрочные сплавы типа 7075 — малейший перегрев выше 480°C, и начинается пережог границ зёрен. Восстановить такие заготовки уже невозможно, только переплавка.

Охлаждение после выхода из фильеры — отдельная наука. Водяное охлаждение кажется универсальным, но для толстостенных профилей резкий перепад приводит к остаточным напряжениям. При последующей механической обработке деталь ?ведёт?. Приходится комбинировать — сначала воздушное охлаждение, потом водяное, но без фанатизма. На одном из заказов для аэрокосмической отрасли пришлось трижды переделывать технологию охлаждения, пока не подобрали режим, исключающий коробление после фрезеровки.

Ошибки, которые дорого обходятся

Одна из самых распространённых ошибок — игнорирование подготовки поверхности заготовки перед прессованием алюминиевых сплавов. Казалось бы, оксидная плёнка — это же защита. Да, но при прессовании она превращается в абразив, который изнашивает матрицу и оставляет продольные риски на профиле. Приходится либо механически зачищать пруток перед загрузкой, либо использовать инертные среды, но это удорожает процесс.

Ещё история: пытались как-то сэкономить на смазке — использовали состав на графитовой основе для прессования тонкостенных профилей из АД33. В итоге получили неравномерное течение металла — в одних зонах профиль вытянулся, в других — сплющился. Графит создавал слишком переменный коэффициент трения. Вернулись к традиционным смазкам на основе силиконов, но с добавлением дисульфида молибдена для сложных профилей.

Кстати, о сложных профилях. Когда делаешь многополостные конструкции, типа радиаторных решёток, главная проблема — синхронизация истечения металла из разных каналов фильеры. Если не сбалансировать геометрию каналов, получится, что центральные элементы выходят быстрее боковых — профиль коробится ещё до полного выхода из пресса. Решение — не симметричная фильера, как многие думают, а специальные подпоры и сужающиеся зоны в каналах, которые выравнивают давление.

Практические наблюдения по работе со сплавами

Заметил, что алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния (типа АМг6) склонны к образованию пор в зоне сварки потоков в контейнере. Особенно если прессуешь длинномерные заготовки — первые метры идут нормально, а потом вдруг появляются внутренние дефекты. Связано это с тем, что магний интенсивно окисляется при контакте с воздухом в зоне стыка заготовок. Приходится либо увеличивать нажимной усилие в момент стыковки, либо применять вакуумирование контейнера — но это уже экзотика для большинства производств.

Интересный момент с закалкой непосредственно после прессования. Для термоупрочняемых сплавов это необходимо, но многие пытаются охлаждать водой сразу после выхода из фильеры. На практике же лучше выдержать паузу 2-3 секунды — металл должен немного ?успокоиться? после деформации, иначе возникают микротрещины. Особенно критично для профилей с резкими перепадами толщины стенки.

Работая с материалами от ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии?, обратил внимание на их подход к контролю структуры алюминиевых сплавов перед прессованием. Они поставляют заготовки с гарантированно мелкозернистой структурой, что снижает риск образования грубой текстуры при деформации. Для ответственных применений это важнее, чем сэкономить на сырьё — потом меньше брака и доработок.

Оборудование и его особенности

Горизонтальные прессы vs вертикальные — вечный спор. Для большинства стандартных профилей горизонтальные удобнее, но когда требуется высокая точность геометрии (например, для профилей с толщиной стенки менее 1 мм), вертикальные дают меньше провисания и более стабильное качество поверхности. Правда, их производительность обычно ниже.

Износ инструмента — головная боль. Матрицы из инструментальной стали служат в среднем 50-80 циклов для сложных профилей, после чего радиусы скруглений увеличиваются, и профиль начинает выходить с отклонениями. Особенно быстро изнашиваются угловые зоны. Некоторые пытаются использовать керамические покрытия, но они хрупкие и не всегда оправдывают стоимость.

Система контроля температуры — многие экономят на этом, ограничиваясь парой термопар. На деле нужно минимум 5-6 точек контроля по длине контейнера, плюс отдельно на матрице. Температурный градиент всего в 20°C может привести к тому, что металл с одной стороны профиля течёт быстрее — получаем винтообразную деформацию. Причём заметна она не сразу, а только после отрезки на мерные длины.

Специфические случаи из практики

Как-то пришлось прессовать профиль из сплава 2024 для самолётных шпангоутов. Казалось бы, отработанная технология. Но заказчик жаловался на трещины после механической обработки. Оказалось, проблема в скорости охлаждения — для этого сплава нужно было применять не воду, а распыленную воздушно-водяную смесь с точным контролем расхода. Стандартный подход не сработал.

Ещё запомнился случай с прессованием полых профилей для теплообменников. Использовали обычный пирс-инг — стержень для формирования полости. На первых образцах получили неравномерную толщину стенки. Причина — недостаточная центровка пирс-инга в контейнере. Погрешность всего в 0,5 мм давала разностенность до 15% по сечению. Решили переходом на систему с плавающим пирс-ингом и направляющими втулками.

Интересный опыт был с прессованием алюминиевых сплавов для электротехнических применений. Требовалась высокая электропроводность, поэтому использовали сплавы серии 1ххх. Но они мягкие, склонны к налипанию на инструмент. Пришлось разработать специальный режим с минимальным трением — снизили скорость прессования почти вдвое по сравнению со стандартными режимами, увеличили количество смазки. Получилось, но производительность упала.

Взаимодействие с другими процессами

Часто забывают, что прессование алюминиевых сплавов — это только начало цепочки. Например, если профиль потом будет подвергаться анодированию, важно контролировать не только геометрию, но и распределение легирующих элементов в поверхностном слое. Неоднородность приводит к пятнистости покрытия. Особенно чувствительны к этому сплавы с кремнием.

Когда профиль идёт на сварку, важно учитывать его структурное состояние после прессования. Например, для сплавов АМг оптимально прессование в состоянии после отжига — меньше проблем с образованием пор в сварном шве. Но многие гонятся за производительностью и прессуют без термообработки, потом удивляются нестабильности сварных соединений.

В контексте комбинированных материалов хочу отметить подход ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? к медно-алюминиевым композитам. Их технология позволяет получать биметаллические заготовки, которые затем успешно прессуются без расслоения. Достигается это за счёт специальной подготовки поверхности перед соединением — не просто механическая зачистка, а контролируемое оксидирование с образованием переходного слоя.

Неочевидные зависимости и выводы

Со временем понял, что успешное прессование алюминиевых сплавов — это не столько следование ГОСТам, сколько умение видеть взаимосвязи. Например, вязкость смазки должна коррелировать с шероховатостью поверхности заготовки. Или — состав сплава влияет на оптимальную скорость не линейно, а с экстремумом где-то посередине.

Многие технолог и ищут универсальные решения, но их нет. То, что работает для одного типоразмера профиля, совершенно не подходит для другого, даже из того же сплава. Приходится каждый раз заново подбирать параметры, делать пробные прессовки, анализировать микроструктуру.

Если обобщать, главное в прессовании — не допускать крайностей. Слишком высокая температура — пережог, слишком низкая — повышенное усилие и риск разрушения матрицы. Слишком быстро — полосчатость, слишком медленно — низкая производительность. Истина, как обычно, где-то посередине, но для каждого случая — своя середина.