سختی پذیری آلیاژ های آلومینیوم

سخت شدن کرنش با نورد سرد، کشش وسیله ای بسیار موثر برای افزایش استحکام آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی است.منحنی های سخت شدن کار یا کرنش برای چندین آلیاژ تجاری معمولی غیر قابل عملیات حرارتی (شکل 8) افزایش استحکام را نشان می دهد که با کاهش افزایشی با نورد سرد ورق حرارتی اولیه آنیل شده همراه است.این افزایش با هزینه شکل‌پذیری به‌دست می‌آید که با درصد کشیدگی در آزمایش کششی و با کاهش شکل‌پذیری در عملیات‌هایی مانند خمش و کشش اندازه‌گیری می‌شود.

استفاده از مواد در حالت نیمه بازپخت شده (H2x) یا تثبیت شده (H3x) در زمانی که نیاز به خم شدن، شکل‌دهی یا کشیدن نیاز است، سودمند است، زیرا مواد در این حالت‌ها قابلیت شکل‌دهی بیشتری برای همان سطوح مقاومتی دارند که آن کرنش‌ها فقط سخت شده‌اند. مواد (H1x) جدول 5 را ببینید

تمام محصولات آسیاب را می توان در شرایط سخت شده با کرنش عرضه کرد، اگرچه محدودیت هایی در مورد مقدار کرنشی که می توان روی محصولاتی مانند آهنگری قالب و ضربه اعمال کرد وجود دارد.حتی ریخته گری آلومینیوم با پرس سرد برای کاربردهای خاص تقویت شده است. آلیاژهای قابل عملیات حرارتی شرح داده شده در زیر نیز می توانند در معرض سخت شدن کرنش قرار گیرند.

قابل عملیات حرارتی

کرنش و سخت شدن

آلیاژهای آلومینیوم برای محصولات کار شده و ریخته‌گری حاوی عناصری هستند که با کاهش دما، حلالیت آنها کاهش می‌یابد، و در غلظت‌هایی که از حلالیت جامد تعادلی آنها در دماهای اتاق و نسبتاً بالاتر فراتر می‌رود. با این حال، این ویژگی ها به تنهایی یک آلیاژ قادر به (سخت شدن رسوب) در طول عملیات حرارتی نمی سازد.

استحکام اکثر آلیاژهای دوتایی حاوی منیزیم، سیلیکون، روی ، کروم یا منگنز به تنهایی تغییر کمی نسبت به تیمارهای حرارتی نشان می‌دهد، صرف نظر از اینکه محلول کاملاً در محلول جامد است، تا حدی رسوب داده شده یا به طور قابل‌توجهی رسوب کرده است.مکانیسم تقویت با سخت شدن سن شامل تشکیل خوشه های منسجم از اتم های املاح است (یعنی اتم های املاح در یک خوشه جمع شده اند اما هنوز همان ساختار بلوری فاز حلال را دارند). این به دلیل عدم تطابق اندازه بین اتم های حلال و املاح باعث ایجاد لکه زیادی می شود.

خوشه نابجایی ها را تثبیت می کند، زیرا نابجایی ها تمایل به کاهش کرنش دارند، مشابه کاهش انرژی کرنش یک اتم املاح منفرد توسط یک جابجایی.هنگامی که نابجایی ها توسط خوشه های املاح منسجم گیر می کنند یا به دام می افتند، آلیاژ به طور قابل توجهی تقویت و سخت می شود.

با این حال، اگر رسوبات نیمه منسجم (به اشتراک گذاشتن یک رابط حاوی نابجایی با ماتریس)، نامنسجم (به اشتراک گذاشتن یک رابط نامنظم، شبیه به مرز دانه با زاویه بزرگ، با ماتریس)، یا قادر به کاهش رفتار کرنش نیستند، زیرا بیش از حد قوی، یک دررفتگی می تواند ذرات را تنها با خم شدن به شکل تقریباً نیم دایره ای بین آنها تحت تأثیر تنش برشی اعمال شده دور بزند.

در نتیجه، حضور ذرات رسوب، و حتی مهمتر از آن، میدان‌های کرنش در ماتریس احاطه کننده ذرات منسجم، استحکام بالاتری را با انسداد و به تعویق انداختن حرکت نابجایی‌ها فراهم می‌کند. مشخصه ای که تعیین می کند که فاز رسوبی منسجم است یا ناهمدوس، نزدیکی تطابق یا درجه عدم ثبت بین فواصل اتمی روی شبکه ماتریس و روی رسوب است.

عملیات حرارتی برای تقویت بارش شامل یک عملیات حرارتی محلول در دمای بالا برای به حداکثر رساندن حلالیت، و به دنبال آن سرد شدن سریع یا خاموش شدن تا دمای پایین برای به دست آوردن یک محلول جامد فوق اشباع شده با عناصر املاح و جاهای خالی است.

عملیات حرارتی محلول برای به حداکثر رساندن حلالیت عناصری که در درمان های پیری بعدی شرکت می کنند طراحی شده اند.آنها در نزدیکی دمای جامد یا یوتکتیک، جایی که حداکثر حلالیت وجود دارد و سرعت انتشار سریع است، مؤثرتر هستند. با این حال، باید مراقب بود تا از ذوب اولیه فازهای دمای پایین، یوتکتیک و مرز دانه جلوگیری شود. چنین ذوبی منجر به ترک های خاموش و از دست دادن شکل پذیری می شود.

حداکثر دما نیز ممکن است با توجه به رشد دانه، اثرات سطحی و صرفه جویی در عملکرد تنظیم شود. حداقل دما باید بالاتر از solvus باشد، در غیر این صورت خواص مورد نظر حاصل از پیری محقق نخواهد شد. محدوده عملیات حرارتی بهینه ممکن است بسیار کوچک باشد، با حاشیه ایمنی گاهی اوقات فقط 5 ± K.

استحکام بالا توسط رسوبات ریز پراکنده ایجاد می شود که در طی عملیات حرارتی پیری ایجاد می شود (که ممکن است شامل پیری طبیعی یا پیری مصنوعی باشد که در زیر توضیح داده شده است).

این مرحله نهایی باید نه تنها در زیر دمای حل تعادل، بلکه در زیر یک شکاف امتزاج پذیری متقابل به نام خط حلقوی ناحیه گینیر-پرستون (GP) انجام شود. فوق اشباع بودن جاهای خالی اجازه می دهد تا انتشار، و در نتیجه تشکیل ناحیه، بسیار سریعتر از آنچه از ضرایب انتشار تعادل انتظار می رود رخ دهد.

در فرآیند رسوب، محلول جامد اشباع شده ابتدا خوشه های املاح ایجاد می کند، شکل 8 منحنی های سخت شدن کرنش برای آلومینیوم (1100) و برای آلیاژهای Al-Mn (3003) و Al-Mg (5050 و 5052) که سپس درگیر می شوند. تشکیل رسوبات انتقالی (غیر تعادلی). ساختار نهایی شامل رسوبات تعادلی است که به سخت شدن سن (تقویت بارش) کمک نمی کند.

پیری طبیعی به تشکیل خود به خود ساختار منطقه G-P در هنگام قرار گرفتن در معرض دمای اتاق اشاره دارد. بسته به سیستم آلیاژی، اتم‌های املاح به صفحات شبکه اتمی انتخابی خوشه یا جدا می‌شوند تا مناطق G-P را تشکیل دهند که در برابر حرکت نابجایی‌ها از طریق شبکه مقاوم‌تر هستند و از این رو قوی‌تر هستند.

منحنی‌هایی که تغییرات استحکام تسلیم کششی را با زمان در دمای اتاق نشان می‌دهند (منحنی‌های پیری طبیعی) برای سه آلیاژ تجاری قابل عملیات حرارتی فرفورژه از سیستم‌های آلیاژی مختلف در شکل 9 نشان داده شده است.

مقادیر افزایش در این ویژگی برای سه مورد به طور قابل‌توجهی متفاوت است. آلیاژها، و تفاوت در نرخ تغییر با زمان از اهمیت عملی برخوردار است. از آنجایی که 7075 و آلیاژهای مشابه در این شرایط هرگز به طور کامل پایدار نمی شوند، به ندرت در دستکاری کهنه طبیعی استفاده می شوند. از سوی دیگر، 2024 به طور گسترده در این شرایط استفاده می شود.