المعرفه

تشير المعالجة الحرارية بمعناها الواسع إلى أن أي من عمليات التدفئة والتبريد تتم لغرض تغيير الخواص الميكانيكية أو الهيكل المعدني أو حالة الإجهاد المتبقية لمنتج معدني.

عند تطبيق المصطلح على خلائط الألمنيوم ، فإن استخدامه في كثير من الأحيان يقتصر على العمليات المحددة المستخدمة لزيادة قوة وصلابة السبائك التي تصلب هطول الأمطار والسبائك. يشار إليها عادةً باسم السبائك "القابلة للمعالجة بالحرارة" لتمييزها عن تلك السبائك التي لا يمكن فيها تحقيق تقوية كبيرة بالتسخين والتبريد. وتعتمد السبائك الأخيرة ، التي يشار إليها عمومًا باسم السبائك "غير المعالجة بالحرارة" في المقام الأول على العمل البارد لزيادة القوة. يستخدم التدفئة لخفض القوة وزيادة ليونة (الصلب) مع سبائك من كلا النوعين ؛ قد تختلف التفاعلات المعدنية حسب نوع السبائك ودرجة التليين المرغوبة.

إحدى السمات الأساسية لنظام سبيكة تصلب هطول الأمطار هو قابلية الذوبان الصلبة التوازن تعتمد على درجة الحرارة تتميز زيادة الذوبان مع زيادة درجة الحرارة. تشمل أنظمة سبائك الألمنيوم الخاصة بالعمدة مع تصلب الأمطار ما يلي:

• أنظمة الألومنيوم والنحاس مع تعزيز من CuAl2

• أنظمة الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم (المغنيسيوم يكثف هطول الأمطار)

• أنظمة الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون مع تعزيز من Mg2Si

• أنظمة الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم مع تعزيز من MgZn2

• أنظمة الألومنيوم والزنك والمغنيسيوم والنحاس

يتضمن المتطلب العام لتقوية ترسيب المحاليل الصلبة المفرطة التشكل ترسبات متناثرة ناعماً أثناء المعالجة الحرارية للشيخوخة (والتي قد تشمل إما الشيخوخة الطبيعية أو الشيخوخة الصناعية). يجب أن يتم تحقيق الشيخوخة ليس فقط تحت درجة حرارة ذوبان المذيب ، ولكن تحت فجوة اختلال قابليتها للانقباض تسمى خط الذوبان في منطقة جينير-بريستون (GP).

تعتمد السبائك التجارية القابلة للمعالجة بالحرارة ، مع بعض الاستثناءات القليلة ، على أنظمة ثلاثية أو رباعية فيما يتعلق بالمذيبات التي ينطوي عليها تطور القوة عن طريق هطول الأمطار. تشتمل السبائك التجارية التي يمكن زيادة قوتها وصلابتها بشكل كبير عن طريق المعالجة الحرارية على خلائط من سبائك 2xxx و 6xxx و 7xxx وسبائك صب سلسلة 2xx.0 و 3xx.0 و 7xx.0.

بعض هذه تحتوي فقط على النحاس ، أو النحاس والسيليكون كإضافة سبائك تعزيز الأساسية. ومع ذلك ، تحتوي معظم السبائك التي يمكن معالجتها بالحرارة على مزيج من المغنيسيوم مع عنصر واحد أو أكثر من العناصر ، وهو النحاس والسليكون والزنك. بشكل مميز ، حتى الكميات الصغيرة من المغنيسيوم بالتنسيق مع هذه العناصر تسرع وتزيد من تصلب الهطول ، في حين تحتوي السبائك في سلسلة 6xxx على السيليكون والمغنيسيوم تقريبًا بالنسب المطلوبة لصياغة سيليسيد الماغنسيوم (Mg2Si). على الرغم من أن سبائك 6xxx ليست بنفس قوة معظم سبائك 2xxx و 7xxx ، إلا أنها تتمتع بقابلية جيدة للتشكيل وقابلية اللحام والقدرة على مقاومة التآكل وقوة متوسطة.

في سبائك الحديد المطاوع المعالجة بالحرارة ، مع بعض الاستثناءات البارزة (2024 ، 2219 ، 7178) ، توجد هذه العناصر الذائبة بكميات تقع ضمن حدود قابلية الذوبان الصلب المتبادل عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الانصهار (أدنى درجة حرارة انصهار).

في المقابل ، تحتوي بعض سبائك الصب من سلسلة 2xx.0 وجميع سبائك سلسلة 3xx.0 على كميات من العناصر القابلة للذوبان التي تتجاوز حدود قابلية الذوبان الصلبة. في هذه السبائك ، لن يتم إذابة الطور الذي يتكون من مزيج من العناصر الزائدة القابلة للذوبان مع الألومنيوم ، على الرغم من أن أشكال الجسيمات غير الذائبة قد تتغير بواسطة محلول جزئي.

المعالجة الحرارية لزيادة قوة سبائك الألومنيوم هي عملية من ثلاث خطوات:

• المعالجة الحرارية للحل: حل المراحل القابلة للذوبان

• التبريد: تطوير فرط التشبع

• تصلب العمر: هطول الأمطار من ذرات إما في درجة حرارة الغرفة (الشيخوخة الطبيعية) أو درجة حرارة مرتفعة (الشيخوخة الاصطناعية أو المعالجة الحرارية لهطول الأمطار).

حل المعالجة الحرارية

للاستفادة من تفاعل تصلب الهطول ، من الضروري أولاً إنتاج محلول صلب. وتسمى العملية التي يتم بها تحقيق ذلك بمعالجة المحلول الحراري ، وهدفها هو أخذ الحد الأقصى للكميات العملية من العناصر الصلبة القابلة للذوبان في السبائك في محلول صلب. تتكون العملية من نقع السبيكة عند درجة حرارة مرتفعة بما فيه الكفاية ولفترة طويلة بما يكفي لتحقيق محلول صلب متجانس تقريبًا.

معالجة حرارية لهطول الأمطار دون معالجة مسبقة للحرارة

يمكن أن تكون بعض السبائك غير الحساسة نسبيًا لمعدل التبريد أثناء التبريد إما مبردة بالهواء أو تروي بالماء مباشرةً من عملية التشغيل النهائية الساخنة. في كلتا الحالتين ، تستجيب هذه السبائك بقوة للمعالجة الحرارية لهطول الأمطار. تستخدم هذه الممارسة على نطاق واسع في إنتاج أشكال رقيقة مقذوفة من سبائك 6061 و 6063 و 6463 و 7005.

عند معالجة التساقط بالحرارة بعد التبريد في مكبس البثق ، تطور هذه السبائك نقاط قوة مساوية تقريبًا لتلك التي يتم الحصول عليها عن طريق إضافة عملية منفصلة لحل المعالجة الحرارية. التغييرات في الخصائص التي تحدث أثناء معالجة هطول الأمطار تتبع المبادئ المحددة في مناقشة السبائك المعالجة بالحرارة.

تبريد

يمثل التبريد ، من نواح كثيرة ، الخطوة الأكثر أهمية في تسلسل عمليات المعالجة الحرارية. الهدف من التبريد هو الحفاظ على المحلول الصلب المتشكل عند درجة حرارة المعالجة الحرارية للمحلول ، عن طريق التبريد السريع إلى درجة حرارة منخفضة ، وعادة ما تكون بالقرب من درجة حرارة الغرفة.

في معظم الحالات ، لتجنب تلك الأنواع من الهطول التي تضر بالخواص الميكانيكية أو لمقاومة التآكل ، يجب إخماد المحلول الصلب المتشكل أثناء المعالجة الحرارية بالمحال بسرعة كافية (ودون انقطاع) لإنتاج محلول مفرط التشبع في درجة حرارة الغرفة - الحالة المثلى لهطول الأمطار تصلب.

ومع ذلك ، فإن مقاومة التآكل الناتج عن التشققات لبعض خلائط الألمنيوم والزنك والمغنيسيوم الخالية من النحاس تتحسن من خلال التبريد البطيء. في أغلب الأحيان ، يتم إخماد الأجزاء عن طريق الغمر في الماء البارد ، أو في المعالجة المستمرة للحرارة للصفائح ، أو الألواح ، أو السحب في المطاحن الأولية المصنعة ، عن طريق الفيضان التدريجي أو الرش عالي السرعة بالماء البارد.

تصلب العمر

بعد الحل يتم تحقيق المعالجة وتصلب التبريد إما في درجة حرارة الغرفة (الشيخوخة الطبيعية) أو مع المعالجة الحرارية لهطول الأمطار (الشيخوخة الاصطناعية). في بعض السبائك ، يحدث هطول الأمطار الكافي في بضعة أيام في درجة حرارة الغرفة لإنتاج منتجات مستقرة ذات خصائص كافية للعديد من التطبيقات. هذه السبائك يتم معالجتها بالحرارة في بعض الأحيان لتوفير مزيد من القوة والصلابة في المنتجات المطاوع أو المصبوب. أما السبائك الأخرى ذات تفاعلات الترسبات البطيئة في درجة حرارة الغرفة فهي دائمًا ما تكون المعالجة بالحرارة قبل استخدامها.

في بعض السبائك ، خاصة تلك الموجودة في سلسلة 2xxx ، تعمل المواد الباردة أو المروية حديثًا بشكل كبير على زيادة الاستجابة للمعالجة الحرارية لهطول الأمطار لاحقًا.

الشيخوخة الطبيعية. إن الأعضاء الأكثر خليطًا من سبائك سلسلة 6xxx المطلية ، والسبائك المحتوية على النحاس في مجموعة 7xxx ، وجميع سبائك 2xxx تتم معالجتها بالحرارة وتطفئها دائمًا. بالنسبة لبعض هذه السبائك ، ولا سيما السبائك 2xxx ، ينتج عن تصلب الهطول الناتج عن الشيخوخة الطبيعية أنفاجات مفيدة (أنواع T3 و T4) تتميز بنسب عالية من الشد لإعطاء قوة وقوة كسر عالية ومقاومة التعب. بالنسبة للسبائك المستخدمة في هذه المضاعفات ، يؤدي فرط التشبع العالي للذرات والشواغر المحتفظ بها بالتبريد السريع إلى التكوّن السريع لمناطق GP ، وتزداد القوة بسرعة ، حيث تصل إلى الحد الأقصى للقيم الثابتة تقريبًا في أربعة أو خمسة أيام. تستند مواصفات خاصية الشد الخاصة بالمنتجات الموجودة في المضخات من النوع T3 و T4 إلى فترة تقادم طبيعية اسمية مدتها أربعة أيام. في السبائك التي تكون فيها المضاربات من النوع T3 أو T4 قياسية ، فإن التغييرات التي تحدث في مزيد من الشيخوخة الطبيعية تكون صغيرة الحجم نسبياً ، وتعتبر منتجات هذه المجموعات من السبائك والمزاج مستقرة بشكل أساسي بعد حوالي أسبوع.

على عكس الحالة المستقرة نسبيًا التي تم الوصول إليها في غضون أيام قليلة بواسطة سبائك 2xxx المستخدمة في أنواع T3- أو T4 ، وسبائك 6xxx وبدرجة أكبر ، تكون سبائك 7xxx أقل استقرارًا بدرجة كبيرة في درجة حرارة الغرفة وتستمر في الظهور تغييرات كبيرة في الخواص الميكانيكية لسنوات عديدة.

عادة ما تكون المعالجة الحرارية لهطول الأمطار عمليات منخفضة درجة الحرارة وطويلة الأجل. تتراوح درجات الحرارة بين 115 و 190 درجة مئوية ؛ تختلف الأوقات من 5 إلى 48 ساعة.

اختيار دورات درجة حرارة الوقت للمعالجة الحرارية لهطول الأمطار يجب أن يحظى بعناية فائقة. جزيئات أكبر من راسب تنتج عن أوقات أطول ودرجات حرارة أعلى. ومع ذلك ، يجب أن تكون الجسيمات الأكبر ، بالضرورة ، أقل عددًا مع مسافات أكبر بينها.

والهدف من ذلك هو تحديد الدورة التي تنتج الحجم المعجل ونمط التوزيع الأمثل. لسوء الحظ ، فإن الدورة المطلوبة لتعظيم خاصية واحدة ، مثل قوة الشد ، تختلف عادة عن تلك المطلوبة لتعظيم خصائص أخرى ، مثل قوة الخضوع ومقاومة التآكل. وبالتالي ، فإن الدورات المستخدمة تمثل حلول توفيقية توفر أفضل مجموعات من الخصائص.

يستلزم إنتاج المواد في الأنواع من T5- إلى T7 معالجة تساقط الأمطار في درجات حرارة مرتفعة (الشيخوخة الاصطناعية).

إن الاختلافات في النوع ، وجزء الحجم ، والحجم ، وتوزيع الجسيمات المترسبة تحكم الخواص وكذلك التغييرات التي لوحظت مع الوقت ودرجة الحرارة ، وكلها تتأثر بالحالة الأولية للهيكل. قد يختلف الهيكل الأولي في المنتجات المطاوع من غير المتبلور إلى المعاد بلورته وقد لا يظهر إلا سلالة متواضعة من التبريد أو سلالة إضافية من العمل البارد بعد المعالجة الحرارية بالمحلول. تؤثر هذه الشروط ، وكذلك وقت ودرجة حرارة المعالجة الحرارية لهطول الأمطار ، على الهيكل النهائي والخصائص الميكانيكية الناتجة.

تنتج المعالجة الحرارية لهطول الأمطار بعد المعالجة الحرارية للحل والتبريد من النوعين T6- و T7. تتمتع سبائك السبائك T6 من النوع الأول بشكل عام بأعلى نقاط القوة العملية دون التضحية بالمستويات الدنيا للخصائص والخصائص الأخرى التي وجدتها التجربة مرضية ومفيدة للتطبيقات الهندسية. السبائك في T7 tempers مبالغ فيها ، مما يعني أنه قد تم التضحية بدرجة ما من القوة أو "تم مقايضتها" لتحسين واحد أو أكثر من الخصائص الأخرى. قد يتم التضحية بالقوة لتحسين ثبات الأبعاد ، خاصة في المنتجات المعدة للخدمة في درجات حرارة مرتفعة ، أو لتقليل الضغوط المتبقية من أجل تقليل صفحة الحرب أو التشويه في الآلات. كثيرا ما يتم تحديد قوالب T7 لأجزاء المحرك المصبوب أو المزورة. تكون درجات الحرارة المعالجة بالحرارة المستخدمة لإنتاج هذه المضخات أعلى عمومًا من درجات الحرارة المستخدمة لإنتاج المضخات من النوع T6 في السبائك ذاتها.

تم تطوير مجموعتين مهمتين من نوع T7 - الأنواع T73 و T76 - للسبائك المطاوع من سلسلة 7xxx ، التي تحتوي على أكثر من حوالي 1.25 ٪ من النحاس. تهدف هذه المضاربات إلى تحسين مقاومة تآكل التقشير وتكسير الإجهاد ، ولكن نتيجة الإفراط في تناول الطعام ، فإنها تزيد أيضًا من متانة الكسر وتقلل في بعض الحالات معدلات انتشار تكسير التعب.