Alumínium ötvözetek. hőkezelése. Fábián Enikő Réka

Alumínium ötvözetek hőkezelése Fábián Enikő Réka fabianr@eik.bme.hu

Általános Al-ötvözet jellemzők T a b A Alakítható ötvözetek B Önthető ötvözetek Nemesíthető, kiválásosan keményedő ötvözetek

Az alumínium fő ötvözői A tiszta alumínium szilárdsága kicsi ötvözéssel azonban javítható Az alumínium ötvözőit a következőképpen osztályozhatjuk: a szilárdságot növelő ötvözők: Cu, Mg, Zn, Mn, Si; a szemcsenagyságot csökkentő ötvözők: Ti, Cr; a korrózióállóságot javító ötvözők: Mn, Sb; a hőmérséklettel szembeni ellenálló képességet fokozó ötvöző: Ni; a forgácsolást megkönnyítő ötvözők: Co, Fe, Bi. A kohóalumínium két legfontosabb szennyezője a vas (Fe) és a szilícium (Si). A szilícium, a bizmut, a kadmium és a cink kivételével az alumínium a többi ötvözőjével kemény és rideg fémes vegyületet alkot. Ezek közül a legfontosabbak: Al 2 Cu( ), Al 3 Fe, Al 6 Mn, Al 3 Mg 2 (b) AlAg 2 ( ), Al 3 Zr.

Az alumínium fő ötvözetei és jelölésük Tiszta alumínium: 1 x x x (1000 jelű sorozat) Cu-ötvözésű: 2 x x x (2000 jelű sorozat) Mn-ötvözésű: 3 x x x (3000 jelű sorozat) Si-ötvözésű: 4 x x x (4000 jelű sorozat) Mg-ötvözésű: 5 x x x (5000 jelű sorozat) Mg és Si ötvözésű: 6 x x x (6000 jelű sorozat) Zn-ötvözésű: 7 x x x (7000 jelű sorozat) Li-ötvözésű: 8 x x x (8000 jelű sorozat) Egyéb elemekkel ötvözött: 9 x x x (9000 jelű sorozat) A kiválásosan keményíthető ötvözetek a 2xxx, a 6xxx, a 7xxx sorozatú ötvözetek és a 8xxx sorozatból a lítium ötvözésűek.

Öntészeti alumíniumötvözetek számjelei Al (min. 99,0 % tisztaságú) Al-Cu Al-Si-(Cu vagy Mg) Al-Si Al-Mg Al-Zn Al-Sn Al -egyéb ötvözők Al -nem használt szériák 1xx.x 2xx.x 3xx.x 4xx.x 5xx.x 7xx.x 8xx.x 9xx.x 6xx.x A ponttal elválasztott jelzés a termék formájára utal, ez lehet pl. újraolvasztott tuskó (x=1 vagy 2), illetve formaöntvény (x=0). A számok előtt lehetnek betűk (A, B, C), ezek a szennyezők (pl. Fe) egyre szigorúbb előírására utalnak.

Alumínium ötvözetek

Alumínium ötvözetek csoportosítása

Az alumínium ötvözetek hőkezeltségi állapotának jelzése Hőkezelés típusa F O T1-es hőkezelés: Hőkezelési eljárások Öntött állapotú lágyított gyártási hőmérsékletről hűtés, majd természetes öregítés T2-es hőkezelés: gyártási hőmérsékletről hűtés, hidegalakítás, majd természetes öregítés T3-es hőkezelés: oldó hőkezelés, hidegalakítás, majd természetes öregítés T4-es hőkezelés: T5-es hőkezelés: oldó hőkezelés, majd természetes öregítés a gyártási hőmérsékletről hűtés, majd mesterséges öregítés T6-es hőkezelés: oldó hőkezelés, majd mesterséges öregítés (meleg kikeményítés) T7-es hőkezelés: oldó hőkezelés, és túlöregítéssel stabilizálás

Az alumínium ötvözetek hőkezelése

Az alumínium ötvözetek hőkezelése Lágyítás Cél a visszamaradó feszültségek minimalizálása méretstabilitás elérése fémtani szempontból egyensúlyi szerkezet előállítása rekrisztallizáció megvalósítása (alakított daraboknál ritka!) Lágyító kezelés minimálisan 345 o C-os, 2-4 órás hevítés max. hőmérséklet a legalacsonyabb olvadáspontú eutektikus fázis hőmérséklete alatt 15-20 o C szokásosan max. 440 o C hűtés - kemencében

Alumínium lágyítása Az alumínium tisztasága 95%-osan hidegen alakított alumínium félkésztermék nyúlásának és szakítószilárdságának a változása a lágyítási hőmérséklet függvényében. Lágyítás ideje 30 perc.

Alumínium hőkezelése A villamos vezetőképesség maximumát 300 C-os lágyító izzítással kapjuk, ezért a villamos vezetékhuzalokat 300±10 C-on 4.6 h alatt lágyítjuk. Az előírt szilárdságot az ezt követő hidegalakítással állítjuk be.

Alumínium lágyítása Az alumínium szilárdsági tulajdonságainak változása 250 C-on végzett lágyítás következtében

Alumínium ötvözetek melegalakítása és lágyítása

Alumínium hőkezelése Az alumínium újrakristályosodási hőmérséklete a hidegalakítás mértékétől függ. Alakítás mértéke % Izzítás hőmérséklete, C 2h 14h 20 400 330 40 350 275 60 325 250 80 315 230 Alsó újrakristályosodási hőmérséklet

Alumínium ötvözetek hőkezelése

Alumínium hőkezelése

Újrakristályosodás

Öntészeti alumínium ötvözetek hőkezelése Feszültségcsökkentés: lassú felhevítés; 300 400 C/ 2 3h; lassú hűtés f( tömeg falvastagság, falvastagság különbség)

Feszültségmentesítés Hőkezelés okozta változás a mechanikai állapotban Metastabil mikroszerkezet belső feszültségek Stabilitás a szerkezeti és fizikai jellemzők változatlansága Öntvény T4 T6 állapotban - működési hőmérséklet nagy tulajdonság változás vetemedés Megoldás feszültségmentesítő lágyítás T4 esetében hevités 120-150 o C-ra (több óra) ciklikus hőigénybevétel (4-5 ciklus) (forró víz-jeges víz) T7 állapot (alulöregítés vagy csúcsra öregítés esetén)

Szferoidizálás (Si alak) Alapvető megoldás olvadékkezelés Na, Sr, Sb, Ca, P adalék Hipoeutektikus ötvözetekben az eutektikumban lévő Si Hipereutektikus ötvözetekben a Si kiválások finomítása (lekerekítés, méretcsökkentés) Megoldás nagy hőmérsékletű, hosszú idejű (több órás) lágyítás (oldóhőkezelés hőmérsékletén)

Nemesíthető ötvözetek öregítése Természetes és mesterséges öregítések

Alumínium ötvözetek hőkezelése Az alumínium számos ötvözője kiválóan alkalmas kiválásos keményítésre. Ilyen ötvözők a réz, a magnézium, a szilícium, a lítium és a cink. A keletkező intermetallikus vegyületek: Al 2 Cu, Al 2 CuMg, Al 2 Mg 3 Zn 3, Cu 2 Mg 8 Si 6 Al 5, MgZn 2, Al 3 Li, AlLi, Al 2 CuLi, Mg 2 Si.

Alumínium ötvözetek hőkezelése

A356-os ötvözetben kialakuló helyi megolvadás, amikor a hőmérséklet eléri a legalacsonyabb olvadáspontú fázis hőmérsékletét (kb. 550 o C)

A homogenizáló izzítást (oldóhőkezelést) követően az adott célra alkalmas (kiválásosan keményíthető) ötvözetet gyorsan lehűtve az idegen atomok nem tudnak diffúziós úton eltávozni az alumínium szilárd oldatából, így a lehűlt ötvözetet a másik alkotó(k)ban túltelített szilárd oldat jellemzi majd. Az alumínium rácsban bennrekedt idegen atomok a rácsot eltorzítják, így abban többlet feszültségek alakulnak ki (egy metastabilis, nem egyensúlyi állapot jön létre). A túltelítettség annál nagyobb, minél kisebb a korlátolt oldódást mutató görbe meredeksége.

Hűtési sebesség megválasztása Cél maximális túltelítettségű szilárd oldat kialakítása Hűtőközeg alapvetően a víz a hőmérséklete 20 90 0 C között változtatható Egyéb hűtőközegek olaj, sófürdő, szerves oldatok Gyors hűtés káros hatása korróziós, feszültségkorróziós hajlam erősödik - elhúzódások, alakváltozások fokozódnak Hőelvonást befolyásoló tényezők - munkadarab tagoltsága (geometria, szelvényméretek) - mennyiség (tömeg) - elhelyezkedés (felfogás) - felületi állapot (szennyezettség, érdesség) Egyenletes hűlést elősegítő adalékok - elősegítik a stabil felületi páraréteg kialakulását - stabilizálják a hőáramlást (csökkentik a hűtőközeg felületi feszültségét) - adott víz hőmérsékletnél mérséklik a hűtőhatást

Ötvözetek hűtésérzékenysége

Kiválásos keményítés (a nemesítés fémtani alapja) Alkalmas ötvözet esetén oldóhőkezelés, gyors hűtés, utólagos hőkezelés Utólagos termikus behatás (öregítés) során zónás kiválások létrehozása

Öregítés termikusan aktivált folyamat (hőmérséklet idő kapcsolat) metastabil mikroszerkezet kialakulása kis hőmérsékleten hosszú idő (szobahőmérsékleten évekig tart) nagyobb hőmérsékleten rövid időtartam (csak pár óra) metastabil szerkezet átbillenése stabil szerkezetté - túlöregítés

Természetes öregítés során bekövetkező tulajdonság változások

Ötvözettípus és technológia együttes hatása

AlSi7Mg0,3 ötvözetből készített keréktárcsa szövetszerkezete öntött és nemesített állapotban (mesterséges öregítés)

AlSi7Mg0,5 ötvözetnél a szövetszerkezet változása a nemesítés hatására

AlSi7Mg0,5 ötvözet tulajdonságai az öregítés függvényében

A356 (AlSi7Mg0,5) ötvözet tulajdonságai az öregítés függvényében

AlSi10Mg kokillaöntvény tulajdonságai az öregítés függvényében

AlSi7Mg0,3 (A356) ötvözet T4 öregítése 150 C-on

A mesterséges öregítés összekapcsolása természetes öregítéssel Öregítés 180 o C-on

Rézzel ötvözött AlSiMg ötvözetek öregítése

Rézzel ötvözött alumíniumötvözetek öregítése

Öntészeti alumínium ötvözetek hőkezelése

Alakítható és nemesíthető ötvözetek hőkezelésének irányelvei Anyag jele

Túlöregítés Keménységi csúcs utáni állapot - visszamaradó feszültségek csökkenése - méretstabilitás növelése - metastabil-stabil mikroszerkezeti átmenet előrehaladása - korróziós hajlam mérséklése

Túlöregítés