Malmoligado kaj malvarmigado kaj maljuniĝo estas la bazaj varmotraktadoj de aluminiaj alojoj. Malmoligado estas moliga traktado, kies celo estas igi la alojon unuforma kaj stabila laŭ konsisto kaj strukturo, forigi labormalmoliĝon kaj restarigi la plastikecon de la alojo. Malmoligado kaj maljuniĝo estas fortiga varmotraktado, kies celo estas plibonigi la forton de la alojo, kaj estas ĉefe uzata por aluminiaj alojoj, kiuj povas esti fortigitaj per varmotraktado.
1 Kalcinado
Laŭ malsamaj produktadpostuloj, aluminialoja kalcinado estas dividita en plurajn formojn: ingota homogeniga kalcinado, billeta kalcinado, meza kalcinado kaj preta produkto kalcinado.
1.1 Orbrika homogeniga kalcinado
Sub kondiĉoj de rapida kondensiĝo kaj ne-ekvilibra kristaliĝo, la orbriko devas havi neegalajn konsiston kaj strukturon, kaj ankaŭ havi grandan internan streĉon. Por ŝanĝi ĉi tiun situacion kaj plibonigi la varmo-prilaboreblecon de la orbriko, homogeniga kalcinado estas ĝenerale necesa.
Por antaŭenigi atomdifuzon, oni elektu pli altan temperaturon por homogeniga kalcinado, sed ĝi ne devas superi la malaltan fandopunkton de la eŭtekta fandopunkto de la alojo. Ĝenerale, la homogeniga kalcina temperaturo estas 5~40℃ pli malalta ol la fandopunkto, kaj la kalcina tempo estas plejparte inter 12~24 horoj.
1.2 Billet-kalcinado
Rekalcinado de pecoj estas la rekalcinado antaŭ la unua malvarma deformado dum la prema prilaborado. La celo estas atingi ekvilibran strukturon de la peco kaj havi la maksimuman plastan deformadan kapablon. Ekzemple, la fina rultemperaturo de varmrulita aluminialoja plato estas 280~330℃. Post rapida malvarmigo je ĉambra temperaturo, la fenomeno de labormalmoliĝo ne povas esti tute forigita. Aparte, por varmtraktitaj plifortigitaj aluminiaj alojoj, post rapida malvarmigo, la rekristaliĝa procezo ne finiĝis, kaj la supersaturigita solida solvaĵo ne estas tute malkomponita, kaj parto de la labormalmoliĝo kaj malvarmiga efiko ankoraŭ restas. Estas malfacile malvarme ruli rekte sen rekalcinado, do pecoj estas necesaj. Por nevarmtraktitaj plifortigitaj aluminiaj alojoj, kiel ekzemple LF3, la rekalcina temperaturo estas 370~470℃, kaj aera malvarmigo estas farata post varmteno dum 1,5~2,5 horoj. La peco kaj rekalcina temperaturo uzataj por malvarme tiritaj tuboj prilaborado devas esti konvene pli altaj, kaj la supra limtemperaturo povas esti elektita. Por aluminiaj alojoj, kiujn oni povas fortigi per varmotraktado, kiel ekzemple LY11 kaj LY12, la temperaturo por kalcinado de la peco estas 390~450℃, konservata je tiu temperaturo dum 1~3 horoj, poste malvarmigita en la forno ĝis malpli ol 270℃ je rapideco de ne pli ol 30℃/h kaj poste aermalvarmigita el la forno.
1.3 Meza kalcinado
Meza kalcinado rilatas al kalcinado inter malvarmaj deformaj procezoj, kies celo estas forigi labormalmoliĝon por faciligi daŭran malvarman deformadon. Ĝenerale parolante, post kiam la materialo estas kalcinata, estos malfacile daŭrigi malvarman prilaboradon sen meza kalcinado post 45~85% malvarma deformado.
La procezsistemo de meza kalcinado estas baze la sama kiel tiu de kalcinado de pecoj. Laŭ la postuloj pri la grado de malvarma deformado, meza kalcinado povas esti dividita en tri tipojn: kompleta kalcinado (totala deformado ε≈60~70%), simpla kalcinado (ε≤50%) kaj malgrava kalcinado (ε≈30~40%). La unuaj du kalcinadsistemoj estas samaj kiel tiu de pecoj, kaj ĉi-lasta estas varmigita je 320~350℃ dum 1.5~2 horoj kaj poste malvarmigita per aero.
1.4. Kalcinado de la preta produkto
Rekalcinado de preta produkto estas la fina varmotraktado, kiu donas al la materialo certajn organizajn kaj mekanikajn ecojn laŭ la postuloj de la teknikaj kondiĉoj de la produkto.
Rekalcinado de pretaj produktoj povas esti dividita en alttemperaturan rekalcinadon (produktado de molaj produktoj) kaj malalttemperaturan rekalcinadon (produktado de duonmalmolaj produktoj en malsamaj statoj). Alttemperatura rekalcinado devas certigi, ke kompleta rekristaliĝa strukturo kaj bona plastikeco povas esti atingitaj. Kondiĉe ke la materialo akiras bonan strukturon kaj funkciadon, la tentempo ne devas esti tro longa. Por aluminiaj alojoj, kiujn oni povas plifortigi per varmotraktado, por malhelpi la efikon de aera malvarmigo, la malvarmiga rapido devas esti strikte kontrolata.
Malalttemperatura kalcinado inkluzivas streĉmalŝarĝan kalcinadon kaj partan moligadan kalcinadon, kiuj estas ĉefe uzataj por pura aluminio kaj ne-varme traktitaj plifortigitaj aluminiaj alojoj. Formuli malalttemperaturan kalcinadan sistemon estas tre komplika tasko, kiu ne nur devas konsideri la kalcinadan temperaturon kaj tentempon, sed ankaŭ devas konsideri la influon de malpuraĵoj, alojgrado, malvarma deformado, meza kalcinada temperaturo kaj varma deformada temperaturo. Por formuli malalttemperaturan kalcinadan sistemon, necesas mezuri la ŝanĝkurbon inter la kalcinada temperaturo kaj la mekanikaj ecoj, kaj poste determini la kalcinadan temperaturintervalon laŭ la rendimentaj indikiloj specifitaj en la teknikaj kondiĉoj.
2 Sensoifigado
La malvarmigo de aluminia alojo ankaŭ nomiĝas solva traktado, kiu celas dissolvi kiel eble plej multe da alojaj elementoj en la metalo kiel dua fazo en la solidan solvaĵon per alttemperatura varmigo, sekvata de rapida malvarmigo por inhibicii la precipitaĵon de la dua fazo, tiel akirante supersaturigitan alumini-bazitan α solidan solvaĵon, kiu estas bone preparita por la sekva maljuniĝa traktado.
La premiso por akiri supersaturitan α solidan solvaĵon estas, ke la solvebleco de la dua fazo en la alojo en aluminio devas signife pliiĝi kun la pliiĝo de temperaturo, alie la celo de solida solvaĵo ne povas esti atingita. Plej multaj alojaj elementoj en aluminio povas formi eŭtektikan fazodiagramon kun ĉi tiu karakterizaĵo. Prenante Al-Cu-alojon kiel ekzemplon, la eŭtektika temperaturo estas 548℃, kaj la ĉambratemperatura solvebleco de kupro en aluminio estas malpli ol 0.1%. Kiam varmigita ĝis 548℃, ĝia solvebleco pliiĝas al 5.6%. Tial, Al-Cu-alojoj enhavantaj malpli ol 5.6% da kupro eniras la α unufazan regionon post kiam la varmigtemperaturo superas ĝian solvilon, tio estas, la dua fazo CuAl2 estas tute dissolvita en la matrico, kaj ununura supersaturita α solida solvaĵo povas esti akirita post malvarmigo.
Fajromalvarmigo estas la plej grava kaj plej postulema varmotraktada operacio por aluminiaj alojoj. La ŝlosilo estas elekti la taŭgan varmigan temperaturon por malvarmigo kaj certigi sufiĉan malvarmigan rapidecon, kaj strikte kontroli la fornan temperaturon kaj redukti la deformadon pro malvarmigo.
La principo de elektado de la malvarmiga temperaturo estas pliigi la malvarmigan varmigan temperaturon kiel eble plej multe, certigante, ke la aluminia alojo ne trobruliĝas aŭ la grajnoj ne tro kreskas, por pliigi la supersaturiĝon de la α solida solvaĵo kaj la forton post maljuniĝo. Ĝenerale, la aluminia aloja varmiga forno postulas, ke la precizeco de la forna temperaturkontrolo estu ene de ±3℃, kaj la aero en la forno estas devigita cirkuli por certigi la unuformecon de la forna temperaturo.
Trobruliĝo de aluminia alojo estas kaŭzita de parta fandado de malalt-fandopunktaj komponantoj ene de la metalo, kiel ekzemple binaraj aŭ plurelementaj eŭtektikoj. Trobruliĝo ne nur kaŭzas redukton de mekanikaj ecoj, sed ankaŭ havas gravan efikon sur la korodreziston de la alojo. Tial, post kiam aluminia alojo estas trobruliĝinta, ĝi ne povas esti forigita kaj la alojprodukto devas esti skrapita. La efektiva trobruliĝotemperaturo de aluminia alojo estas ĉefe determinita de la aloja konsisto kaj malpuraĵenhavo, kaj ankaŭ rilatas al la aloja prilabora stato. La trobruliĝotemperaturo de produktoj, kiuj spertis plastan deformadan prilaboradon, estas pli alta ol tiu de fanditaj pecoj. Ju pli granda estas la deformada prilaborado, des pli facile estas por ne-ekvilibraj malalt-fandopunktaj komponantoj dissolviĝi en la matricon kiam varmigitaj, do la efektiva trobruliĝotemperaturo pliiĝas.
La malvarmiga rapido dum malvarmigo de aluminia alojo havas signifan efikon sur la kapablon fortigi sin kontraŭ maljuniĝo kaj korodreziston de la alojo. Dum la malvarmiga procezo de LY12 kaj LC4, necesas certigi, ke la α-solida solvaĵo ne putriĝu, precipe en la temperatur-sentema areo de 290~420℃, kaj necesas sufiĉe granda malvarmiga rapido. Kutime oni kondiĉas, ke la malvarmiga rapido estu super 50℃/s, kaj por LC4-alojo, ĝi atingu aŭ superu 170℃/s.
La plej ofte uzata malvarmiga medio por aluminiaj alojoj estas akvo. Produktada praktiko montras, ke ju pli granda estas la malvarmiga rapideco dum malvarmigo, des pli grandaj estas la resta streĉo kaj resta deformado de la malvarmigita materialo aŭ laborpeco. Tial, por malgrandaj laborpecoj kun simplaj formoj, la akvotemperaturo povas esti iomete pli malalta, ĝenerale 10~30℃, kaj ne devas superi 40℃. Por laborpecoj kun kompleksaj formoj kaj grandaj diferencoj en murdikeco, por redukti malvarmigan deformadon kaj fendeton, la akvotemperaturo kelkfoje povas esti pliigita ĝis 80℃. Tamen, oni devas rimarkigi, ke kiam la akvotemperaturo de la malvarmiga tanko pliiĝas, la forto kaj korodrezisto de la materialo ankaŭ malpliiĝas laŭe.
3. Maljuniĝo
3.1 Organiza transformo kaj ŝanĝoj en agado dum maljuniĝo
La supersaturita α solida solvaĵo akirita per malvarmigo estas malstabila strukturo. Kiam varmigita, ĝi malkomponiĝas kaj transformiĝas en ekvilibran strukturon. Prenante Al-4Cu-alojon kiel ekzemplon, ĝia ekvilibra strukturo devus esti α+CuAl2 (θ-fazo). Kiam la unufaza supersaturita α solida solvaĵo post malvarmigo estas varmigita por maljuniĝo, se la temperaturo estas sufiĉe alta, la θ-fazo estos rekte precipitita. Alie, ĝi estos efektivigita laŭ etapoj, tio estas, post kelkaj interaj transiraj etapoj, la fina ekvilibra fazo CuAl2 povas esti atingita. La suba figuro ilustras la kristalstrukturajn karakterizaĵojn de ĉiu precipitaĵa etapo dum la maljuniĝoprocezo de Al-Cu-alojo. Figuro a. montras la kristalkrada strukturo en la malvarmigita stato. Tiam, ĝi estas unufaza α supersaturita solida solvaĵo, kaj kupraj atomoj (nigraj punktoj) estas egale kaj hazarde distribuitaj en la aluminia (blankaj punktoj) matrica krado. Figuro b. montras la kradan strukturon en la frua stadio de precipitaĵo. Kupraj atomoj komencas koncentriĝi en certaj areoj de la matrica krado por formi Guinier-Preston-areon, nomatan la GP-areo. La GP-zono estas ekstreme malgranda kaj diskoforma, kun diametro de ĉirkaŭ 5~10 μm kaj dikeco de 0,4~0,6 nm. La nombro de GP-zonoj en la matrico estas ekstreme granda, kaj la distribua denseco povas atingi 10¹⁷~10¹⁸cm-³. La kristala strukturo de la GP-zono estas ankoraŭ la sama kiel tiu de la matrico, ambaŭ estas fac-centritaj kubaj, kaj ĝi konservas koheran interfacon kun la matrico. Tamen, ĉar la grandeco de kupraj atomoj estas pli malgranda ol tiu de aluminiaj atomoj, la riĉiĝo de kupraj atomoj kaŭzos ŝrumpi la kristalan kradon proksime al la regiono, kio kaŭzas kradan misprezenton.
Skemo de la ŝanĝoj en la kristalstrukturo de Al-Cu-alojo dum maljuniĝo
Figuro a. Malfortigita stato, unufaza α solida solvaĵo, kupraj atomoj (nigraj punktoj) estas egale distribuitaj;
Figuro b. En la frua stadio de maljuniĝo, la GP-zono formiĝas;
Figuro c. En la malfrua stadio de maljuniĝo, duonkohera transira fazo formiĝas;
Figuro d. Maljuniĝo je alta temperaturo, precipitaĵo de nekohera ekvilibrofazo
La GP-zono estas la unua antaŭprecipita produkto, kiu aperas dum la maljuniĝoprocezo de aluminiaj alojoj. Plilongigo de la maljuniĝotempo, precipe pliigo de la maljuniĝotemperaturo, ankaŭ formos aliajn interajn transirfazojn. En la Al-4Cu-alojo, post la GP-zono estas θ” kaj θ' fazoj, kaj fine la ekvilibra fazo CuAl2 estas atingita. θ” kaj θ' estas ambaŭ transirfazoj de la θ-fazo, kaj la kristala strukturo estas kvadrata krado, sed la kradkonstanto estas malsama. La grandeco de θ estas pli granda ol tiu de la GP-zono, ankoraŭ diskoforma, kun diametro de ĉirkaŭ 15~40nm kaj dikeco de 0.8~2.0nm. Ĝi daŭre konservas koheran interfacon kun la matrico, sed la grado de kraddistordo estas pli intensa. Dum la transiro de θ” al θ’ fazo, la grandeco kreskis ĝis 20~600nm, la dikeco estas 10~15nm, kaj la kohera interfaco ankaŭ estas parte detruita, fariĝante duonkohera interfaco, kiel montrite en Figuro c. La fina produkto de la aĝiĝa precipitaĵo estas la ekvilibra fazo θ (CuAl2), tiam la kohera interfaco estas tute detruita kaj fariĝas nekohera interfaco, kiel montrite en Figuro d.
Laŭ la supre menciita situacio, la ordo de precipitaĵo pro maljuniĝo de Al-Cu-alojo estas αs→α+GP-zono→α+θ”→α+θ'→α+θ. La stadio de la maljuniĝa strukturo dependas de la aloja konsisto kaj la specifoj de la maljuniĝo. Ofte ekzistas pli ol unu maljuniĝa produkto en la sama stato. Ju pli alta estas la temperaturo de maljuniĝo, des pli proksime al la ekvilibra strukturo.
Dum la maljuniĝa procezo, la GP-zono kaj la transira fazo precipititaj el la matrico estas malgrandaj, tre disigitaj, kaj ne facile deformeblaj. Samtempe, ili kaŭzas kradan misformon en la matrico kaj formas streĉkampon, kiu havas signifan malhelpan efikon al la movado de dislokacioj, tiel pliigante la reziston al plasta deformado de la alojo kaj plibonigante ĝian forton kaj malmolecon. Ĉi tiu maljuniĝa malmoliĝo-fenomeno nomiĝas precipita malmoliĝo. La suba figuro ilustras la ŝanĝon de malmoleco de Al-4Cu-alojo dum malvarmigo kaj maljuniĝa traktado en formo de kurbo. La unua etapo en la figuro reprezentas la malmolecon de la alojo en ĝia originala stato. Pro malsamaj varmaj laboraj historioj, la malmoleco de la originala stato varios, ĝenerale HV=30~80. Post varmigo je 500℃ kaj malvarmigo (II-a etapo), ĉiuj kupraj atomoj estas solvitaj en la matricon por formi unufazan supersaturigitan α-solidan solvaĵon kun HV=60, kiu estas duoble pli malmola ol la malmoleco en la kalcinigita stato (HV=30). Ĉi tio estas la rezulto de la plifortigo de solida solvaĵo. Post malvarmigo, ĝi estas metita je ĉambra temperaturo, kaj la malmoleco de la alojo kontinue pliiĝas pro la kontinua formado de GP-zonoj (stadio III). Ĉi tiu malmoliĝo-procezo je ĉambra temperaturo nomiĝas natura maljuniĝo.
Mi—origina stato;
II—solida solvaĵostato;
III—natura maljuniĝo (GP-zono);
IVa—regresa traktado je 150~200℃ (resolvita en GP-zono);
IVb—artefarita maljuniĝo (θ”+θ' fazo);
V—troaĝiĝo (θ”+θ' fazo)
En stadio IV, la alojo estas varmigita ĝis 150 °C por maljuniĝo, kaj la hardiĝa efiko estas pli evidenta ol tiu de natura maljuniĝo. Tiam, la precipitaĵa produkto estas ĉefe la θ”-fazo, kiu havas la plej grandan fortigan efikon en Al-Cu-alojoj. Se la maljuniĝa temperaturo plue pliiĝas, la precipitaĵa fazo transiras de la θ”-fazo al la θ'-fazo, la hardiĝa efiko malfortiĝas, kaj la malmoleco malpliiĝas, enirante stadion V. Ĉiu maljuniĝa traktado, kiu postulas artefaritan varmigon, nomiĝas artefarita maljuniĝo, kaj stadioj IV kaj V apartenas al ĉi tiu kategorio. Se la malmoleco atingas la maksimuman malmolecvaloron, kiun la alojo povas atingi post maljuniĝo (t.e., stadio IVb), ĉi tiu maljuniĝo nomiĝas pinta maljuniĝo. Se la pinta malmolecvaloro ne estas atingita, ĝi nomiĝas submaljuniĝo aŭ nekompleta artefarita maljuniĝo. Se la pinta valoro estas transirita kaj la malmoleco malpliiĝas, ĝi nomiĝas tromaljuniĝo. Stabiliga maljuniĝa traktado ankaŭ apartenas al tromaljuniĝo. La GP-zono formita dum natura maljuniĝo estas tre malstabila. Kiam rapide varmigita al pli alta temperaturo, ekzemple ĉirkaŭ 200 °C, kaj tenata varma dum mallonga tempo, la GP-zono dissolviĝos reen en la α-solidan solvaĵon. Se ĝi estas rapide malvarmigita (estingita) antaŭ ol aliaj transiraj fazoj kiel θ” aŭ θ' precipitaĵo aperas, la alojo povas esti restarigita al sia originala estingita stato. Ĉi tiu fenomeno nomiĝas "regreso", kiu estas la malmolecofalo indikita per la punktita linio en stadio IVa en la figuro. La aluminia alojo, kiu estis regresita, ankoraŭ havas la saman kapablon kontraŭ maljuniĝo.
Maljuniĝo-malmoliĝo estas la bazo por disvolvi varmotrakteblajn aluminiajn alojojn, kaj ĝia maljuniĝo-malmoliĝo-kapablo estas rekte rilata al la aloja konsisto kaj varmotraktada sistemo. Al-Si kaj Al-Mn binaraj alojoj ne havas precipitaĵ-malmoliĝon, ĉar la ekvilibra fazo estas rekte precipitita dum la maljuniĝo-procezo, kaj ne estas varmotrakteblaj aluminiaj alojoj. Kvankam Al-Mg-alojoj povas formi GP-zonojn kaj transirajn fazojn β', ili havas certan precipitaĵ-malmoliĝo-kapablon nur en alt-magneziaj alojoj. Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si kaj Al-Zn-Mg-Cu-alojoj havas fortan precipitaĵ-malmoliĝo-kapablon en siaj GP-zonoj kaj transiraj fazoj, kaj nuntempe estas la ĉefaj alojsistemoj, kiuj povas esti varmotrakteblaj kaj plifortigitaj.
3.2 Natura Maljuniĝo
Ĝenerale, aluminiaj alojoj, kiuj povas esti plifortigitaj per varmotraktado, havas naturan maljuniĝan efikon post malvarmigo. Natura maljuniĝa plifortigo estas kaŭzita de GP-zono. Natura maljuniĝo estas vaste uzata en Al-Cu kaj Al-Cu-Mg-alojoj. La natura maljuniĝo de Al-Zn-Mg-Cu-alojoj daŭras tro longe, kaj ofte necesas pluraj monatoj por atingi stabilan stadion, do la natura maljuniĝa sistemo ne estas uzata.
Kompare kun artefarita maljuniĝo, post natura maljuniĝo, la streĉa forto de la alojo estas pli malalta, sed la plastikeco kaj dureco estas pli bonaj, kaj la korodrezisto estas pli alta. La situacio de supermalmola aluminio de la Al-Zn-Mg-Cu sistemo estas iomete malsama. La korodrezisto post artefarita maljuniĝo ofte estas pli bona ol tiu post natura maljuniĝo.
3.3 Artefarita maljuniĝo
Post artefarita maljuniĝo-traktado, aluminiaj alojoj ofte povas atingi la plej altan streĉlimon (ĉefe plifortigon de la transira fazo) kaj pli bonan organizan stabilecon. Supermalmola aluminio, forĝita aluminio kaj gisita aluminio estas ĉefe artefarite maljuniĝintaj. Maljuniĝtemperaturo kaj maljuniĝtempo havas gravan influon sur la alojajn ecojn. Maljuniĝtemperaturo plejparte estas inter 120~190℃, kaj la maljuniĝtempo ne superas 24 horojn.
Aldone al unu-ŝtupa artefarita maljuniĝo, aluminiaj alojoj ankaŭ povas uzi gradigitan artefaritan maljuniĝan sistemon. Tio estas, varmigo estas farita dufoje aŭ pli je malsamaj temperaturoj. Ekzemple, LC4-alojo povas esti maljunigita je 115~125℃ dum 2~4 horoj kaj poste je 160~170℃ dum 3~5 horoj. Laŭpaŝa maljuniĝo povas ne nur signife mallongigi la tempon, sed ankaŭ plibonigi la mikrostrukturon de Al-Zn-Mg kaj Al-Zn-Mg-Cu-alojoj, kaj signife plibonigi la streĉkorodan reziston, lacecreziston kaj romporeziston sen baze redukti la mekanikajn ecojn.
Afiŝtempo: 6-a de marto 2025
