I. Visão geral do tratamento térmico de liga de alumínio

O tratamento térmico de ligas de alumínio é de crucial importância. Pode melhorar significativamente as diversas propriedades das ligas de alumínio e permitir-lhes desempenhar um papel mais importante em vários campos. Os processos comuns de tratamento térmico incluem principalmente recozimento, têmpera e envelhecimento.

O tratamento de recozimento pode eliminar a tensão de fundição das peças fundidas e a tensão interna causada pela usinagem e estabilizar a forma e o tamanho das peças processadas. Por exemplo, depois que o produto é aquecido a uma certa temperatura e mantido nessa temperatura por um certo período de tempo, e então resfriado à temperatura ambiente a uma certa taxa de resfriamento, através da difusão e migração de átomos, a microestrutura pode ser feita mais uniforme e estável, a tensão interna pode ser eliminada, a plasticidade do material pode ser bastante melhorada, mas a resistência será reduzida. Para o recozimento de homogeneização de lingotes, mantê-los em alta temperatura por um longo tempo e depois resfriá-los a uma certa velocidade pode homogeneizar a composição química, microestrutura e propriedades dos lingotes, aumentar a plasticidade do material em cerca de 20%, reduzir o pressão de extrusão em cerca de 20%, aumenta a velocidade de extrusão em cerca de 15% e, ao mesmo tempo, melhora a qualidade do tratamento superficial do material.

A têmpera envolve aquecer peças fundidas de liga de alumínio a uma temperatura relativamente alta e manter essa temperatura por mais de 2 horas para que as fases solúveis dentro da liga possam se dissolver completamente. Em seguida, as peças fundidas são rapidamente temperadas em água para resfriá-las rapidamente, permitindo que os componentes de reforço da liga se dissolvam ao máximo e permaneçam fixos até a temperatura ambiente. Este processo também é conhecido como tratamento em solução ou tratamento a frio. Por exemplo, para alguns materiais de liga com baixa sensibilidade à têmpera, o tratamento da solução pode ser realizado aproveitando a alta temperatura durante a extrusão e, em seguida, a têmpera pode ser feita por resfriamento a ar (T5) ou resfriamento por névoa de água (T6) para obter certos microestruturas e propriedades.

O tratamento de envelhecimento é aplicado a materiais que foram submetidos a têmpera em solução. Quando esses materiais são mantidos à temperatura ambiente ou a uma temperatura relativamente alta por um período de tempo, a solução sólida supersaturada instável se decomporá e as partículas da segunda fase precipitarão da solução sólida supersaturada e se distribuirão em torno dos grãos de α (Al) alumínio. , gerando assim um efeito fortalecedor. Para o envelhecimento natural, ligas como 2024 podem produzir efeitos de fortalecimento da precipitação à temperatura ambiente. Para o envelhecimento artificial, ligas como 7075 não apresentam efeitos óbvios de fortalecimento da precipitação à temperatura ambiente, mas o efeito de fortalecimento da precipitação é significativo em temperaturas relativamente altas. O tratamento do envelhecimento pode ser dividido em envelhecimento precoce, envelhecimento excessivo e envelhecimento em vários estágios, etc.

O tratamento térmico de ligas de alumínio tem um impacto positivo nas propriedades mecânicas e na resistência à corrosão.

Em termos de propriedades mecânicas, o tratamento térmico pode refinar a estrutura do grão, aumentar a resistência e a dureza do material e, ao mesmo tempo, melhorar a sua plasticidade e tenacidade. Por exemplo, o tratamento em solução pode distribuir uniformemente elementos de solução sólida, como Cu e Mg, na liga dentro dos limites dos grãos e dentro dos grãos, formando uma solução sólida supersaturada, aumentando assim a resistência e a dureza da liga.

Em relação à resistência à corrosão, o tratamento térmico pode eliminar defeitos microscópicos e camadas superficiais de óxido, melhorar a qualidade da superfície da liga e aumentar sua resistência à corrosão. Por exemplo, o tratamento em solução pode ajustar a distribuição dos elementos na liga e a pureza dos limites dos grãos, o que conduz à formação de uma película de óxido uniforme e densa, melhorando assim a resistência à corrosão da liga.

II. Principais métodos de tratamento térmico

(I) Tratamento de Recozimento

O tratamento de recozimento desempenha um papel importante no tratamento térmico de ligas de alumínio. Elimina principalmente a tensão de fundição de peças fundidas de liga de alumínio e a tensão interna causada pela usinagem, aquecendo as peças fundidas de liga de alumínio a uma temperatura específica e mantendo-as nessa temperatura por um período de tempo e, em seguida, resfriando-as até a temperatura ambiente em um resfriamento apropriado avaliar. Este tratamento pode estabilizar a forma e o tamanho das peças processadas e tornar a microestrutura da liga de alumínio mais uniforme e estável.

Por exemplo, para ligas da série Al-Si, o tratamento de recozimento também pode fazer com que parte do Si cristalize e esferoidize, melhorando significativamente a plasticidade da liga. Segundo dados de pesquisa, a plasticidade da liga de alumínio após o tratamento de recozimento pode ser aumentada em cerca de 20%. O processo específico consiste em aquecer as peças fundidas de liga de alumínio a 280 - 300 °C, mantê-las nessa temperatura por 2 a 3 horas e depois resfriá-las à temperatura ambiente junto com o forno, para que a solução sólida se decomponha lentamente, o precipitado as partículas da segunda fase se agregam e, assim, as tensões internas das peças fundidas são eliminadas, atingindo os objetivos de estabilizar o tamanho, melhorar a plasticidade e reduzir a deformação.

(II) Têmpera

A têmpera é uma das etapas principais no tratamento térmico de ligas de alumínio. Normalmente, as peças fundidas de liga de alumínio são aquecidas a uma temperatura relativamente alta, geralmente próxima do ponto de fusão do eutético, principalmente acima de 500 °C, e mantidas nesta temperatura por mais de 2 horas para que as fases solúveis dentro da liga possam se dissolver completamente. . Em seguida, as peças fundidas são rapidamente temperadas em água com uma temperatura de 60 - 100 °C para resfriá-las rapidamente. Uma tal operação permite que os elementos de reforço da liga se dissolvam ao máximo e permaneçam fixos até à temperatura ambiente.

Por exemplo, para alguns materiais de liga com baixa sensibilidade à têmpera, o tratamento da solução pode ser realizado aproveitando a alta temperatura durante a extrusão e, em seguida, a têmpera pode ser feita por resfriamento a ar (T5) ou resfriamento por névoa de água (T6) para obter certos microestruturas e propriedades. Durante o processo de têmpera, espera-se que a liga tenha características como ampla faixa de temperatura entre a linha de solubilidade e a linha solidus, baixa força de deformação de extrusão na temperatura da solução e baixa sensibilidade de têmpera.

(III) Tratamento do Envelhecimento

O tratamento de envelhecimento é um processo tecnológico no qual as peças fundidas de liga de alumínio temperadas são aquecidas a uma determinada temperatura, mantidas nessa temperatura por um determinado período de tempo, retiradas do forno e resfriadas ao ar até atingirem a temperatura ambiente, de forma a decompor o solução sólida supersaturada e estabilizar a microestrutura da matriz da liga.

Durante o processo de tratamento de envelhecimento da liga, com o aumento da temperatura e o prolongamento do tempo, ela passará por diversas etapas, incluindo o desaparecimento da região reticular da solução sólida supersaturada, a segregação dos átomos da segunda fase de acordo com certos regras e a formação de regiões G-PII, a subsequente formação de segundas fases metaestáveis ​​(fases de transição), a combinação de um grande número de G-PII e um pequeno número de fases metaestáveis, e a transformação de fases metaestáveis ​​em fases estáveis e a agregação de partículas de segunda fase. O tratamento do envelhecimento pode ser dividido em duas categorias principais: envelhecimento natural e envelhecimento artificial. O envelhecimento natural refere-se ao envelhecimento em que o fortalecimento do envelhecimento é realizado à temperatura ambiente. O envelhecimento artificial é ainda dividido em envelhecimento artificial incompleto, envelhecimento artificial completo e envelhecimento excessivo.

(IV) Tratamento de ciclagem O tratamento de ciclagem é um método de tratamento térmico bastante especial para ligas de alumínio. As peças fundidas em liga de alumínio são resfriadas a uma certa temperatura abaixo de zero (como -50 °C, -70 °C, -195 °C) e mantidas nessa temperatura por um determinado período de tempo. Em seguida, as peças fundidas são aquecidas abaixo de 350 °C, fazendo com que a estrutura da solução sólida média na liga se contraia e se expanda repetidamente e fazendo com que os grãos de cada fase se desloquem ligeiramente. O objetivo disso é tornar as regiões de segregação atômica dentro da rede cristalina dessas soluções sólidas e das partículas de compostos intermetálicos em um estado mais estável, de modo a atingir o objetivo de tornar as dimensões e os volumes das partes do produto mais estáveis. Este processo de tratamento térmico de aquecimento e resfriamento repetido é adequado para peças que requerem alta precisão e dimensões estáveis ​​durante o uso. Geralmente, as peças fundidas comuns não passam por esse tratamento. III. Elementos-chave do tratamento térmico #(I) Requisitos para equipamentos de tratamento térmico Os equipamentos de tratamento térmico desempenham um papel crucial no processo de tratamento térmico de ligas de alumínio. Em primeiro lugar, como a faixa de diferença de temperatura entre as temperaturas de têmpera e envelhecimento das ligas de alumínio não é grande, a diferença de temperatura dentro do forno deve ser controlada dentro de ±5 °C. Isto ocorre porque a temperatura de têmpera das ligas de alumínio está próxima do ponto de fusão dos componentes eutéticos de baixo ponto de fusão dentro da liga. Se a diferença de temperatura for muito grande, pode levar a uma microestrutura irregular da liga de alumínio, afetando assim as suas propriedades. Por exemplo, na produção real, se a diferença de temperatura dentro do forno exceder ±5 °C, o grau de solução sólida das peças fundidas de liga de alumínio em diferentes partes pode variar, o que afetará propriedades mecânicas, como resistência e dureza. Em segundo lugar, é necessário que os instrumentos de medição e controle de temperatura sejam sensíveis e precisos para garantir que a temperatura esteja dentro da faixa de erro acima. A precisão dos instrumentos de medição e controle de temperatura não deve ser inferior ao grau 0,5. Desta forma, a temperatura dentro do forno pode ser controlada com precisão para garantir a estabilidade e confiabilidade do processo de tratamento térmico. Por exemplo, alguns equipamentos avançados de tratamento térmico são equipados com instrumentos de medição e controle de temperatura de alta precisão que podem monitorar a temperatura dentro do forno em tempo real e fazer ajustes automáticos de acordo com a curva de temperatura predefinida para garantir que as peças fundidas de liga de alumínio estejam sempre em um ambiente de temperatura adequado durante o processo de tratamento térmico. Além disso, a temperatura em cada zona dentro do forno deve ser uniforme, com uma diferença na faixa de 1 - 2 °C. Para atingir esse objetivo, o equipamento de tratamento térmico geralmente é equipado com um dispositivo de circulação para garantir que o ar quente dentro do forno possa fluir uniformemente, de modo que as peças fundidas em liga de alumínio possam ser aquecidas e resfriadas uniformemente em todas as partes. Por exemplo, alguns grandes fornos de tratamento térmico de liga de alumínio adotam um sistema de ventilação por circulação forçada. Ventiladores de alta potência sopram ar quente uniformemente em direção às peças fundidas de liga de alumínio, mantendo a temperatura em cada zona dentro do forno dentro de uma pequena faixa. O tanque de têmpera também possui dispositivos de aquecimento e circulação para garantir o aquecimento da água e a uniformidade de sua temperatura. A têmpera é uma das etapas principais no tratamento térmico de ligas de alumínio, e a uniformidade da temperatura do meio de têmpera afeta diretamente o efeito de resfriamento e as propriedades mecânicas das peças fundidas. Por exemplo, durante o processo de têmpera, se a temperatura do meio de têmpera não for uniforme, isso poderá levar a diferentes velocidades de resfriamento das peças fundidas de liga de alumínio em diferentes partes, resultando em problemas como tensão interna e microestrutura irregular. Portanto, os dispositivos de aquecimento e circulação do tanque de têmpera podem garantir que a temperatura do meio de têmpera seja sempre mantida dentro de uma faixa adequada, melhorando o efeito de têmpera e a qualidade das peças fundidas. Finalmente, a água de resfriamento contaminada deve ser verificada e substituída regularmente. Durante o processo de têmpera, a água de resfriamento pode ser contaminada por impurezas e óxidos na superfície das peças fundidas em liga de alumínio, afetando assim o seu efeito de resfriamento e a qualidade das peças fundidas. Portanto, verificar e substituir regularmente a água de resfriamento contaminada é uma das medidas importantes para garantir a qualidade do tratamento térmico. Por exemplo, algumas empresas formularam regulamentos rigorosos sobre a gestão da água de resfriamento, testam e substituem regularmente a água de resfriamento para garantir o bom andamento do processo de têmpera.

(II) Meios de têmpera Os meios de têmpera são fatores importantes para garantir o alcance de diversos propósitos ou efeitos do tratamento térmico. Quanto maior for a taxa de resfriamento do meio de têmpera, mais intenso (mais rápido) será o resfriamento da peça fundida e maior será o grau de supersaturação da solução sólida α na microestrutura metálica, resultando em melhores propriedades mecânicas de o elenco. Isto ocorre porque um grande número de fases de reforço, como compostos intermetálicos, são dissolvidos na solução sólida α de Al. Por exemplo, estudos mostraram que o uso de líquidos de têmpera PAG com diferentes concentrações tem impactos diferentes nas propriedades mecânicas, nas características da curva de polarização e nas propriedades de corrosão intergranular da liga de alumínio 7249. A liga temperada com 30% de líquido de têmpera PAG possui melhor resistência e plasticidade, com pequena corrente de corrosão e baixa taxa de corrosão durante o processo de polarização. Possui boa resistência à corrosão intergranular, garantindo resistência e plasticidade relativamente altas, e possui o melhor desempenho geral. Outro exemplo é que para folhas de liga de alumínio 2519A, a resistência da liga que foi temperada em diferentes meios e pré-deformada é maior do que a da liga sem deformação. No estado T8, a liga tem a maior resistência à tração quando temperada em água a 20 °C; e tem a menor resistência à tração quando temperado ao ar. Enquanto isso, a resistência à corrosão intergranular e a resistência à corrosão por esfoliação da liga que foi temperada em diferentes meios e pré-deformada são melhores do que as da liga sem deformação. A liga temperada em água a 20 °C tem a melhor resistência à corrosão intergranular e à corrosão por esfoliação, enquanto a liga temperada ao ar tem a pior resistência à corrosão intergranular e à corrosão por esfoliação. Além disso, a temperatura da água de têmpera também tem impacto nas propriedades mecânicas das ligas de alumínio fundido. Estudos mostraram que a resistência e a dureza das amostras de liga estão relacionadas à temperatura da água de têmpera, e a têmpera a 80 °C pode obter materiais de liga com o melhor desempenho geral. A esta temperatura da água de têmpera, o modo de fratura das amostras de liga é principalmente fratura dúctil acompanhada por clivagem local, e a liga exibe propriedades mecânicas relativamente boas.

(III) Instrumentos e materiais para medição e controle de temperatura

A precisão dos instrumentos de medição e controle de temperatura não deve ser inferior ao grau 0,5. O forno de aquecimento de tratamento térmico deve ser equipado com dispositivos e instrumentos que possam medir e controlar automaticamente a temperatura, com funções como registro automático, alarme automático, corte automático de energia e restauração de energia, de modo a garantir que a exibição de temperatura e o controle no forno é preciso e a temperatura é uniforme.

Instrumentos de medição e controle de temperatura de alta precisão podem monitorar a temperatura dentro do forno com precisão em tempo real e garantir que a temperatura esteja sempre dentro de uma faixa adequada durante o processo de tratamento térmico. Por exemplo, quando a temperatura dentro do forno excede a faixa predefinida, o dispositivo de alarme automático emitirá um alarme em tempo hábil para lembrar os operadores de fazerem ajustes. Os dispositivos automáticos de corte e restauração de energia podem cortar a fonte de alimentação a tempo quando a temperatura estiver anormal ou ocorrerem outras falhas, protegendo a segurança do equipamento e das peças de trabalho. Depois que os problemas forem resolvidos, a fonte de alimentação será restaurada automaticamente para garantir a continuidade do processo de tratamento térmico.

O dispositivo de registro automático pode registrar as mudanças de temperatura durante o processo de tratamento térmico, fornecendo suporte de dados para posterior análise de qualidade e otimização do processo. Por exemplo, ao analisar a curva de registo de temperatura, podemos compreender as tendências de mudança de temperatura em diferentes fases, descobrir possíveis problemas e fazer ajustes e melhorias específicas.

As funções desses dispositivos automáticos de controle de temperatura consistem em melhorar a precisão e estabilidade do tratamento térmico, reduzir a interferência de fatores humanos, garantir que as peças fundidas em liga de alumínio possam obter uma microestrutura e propriedades uniformes durante o processo de tratamento térmico e melhorar a qualidade e confiabilidade. de produtos.

4. Métodos de Fortalecimento para Ligas de Alumínio

(I) Fortalecimento do Trabalho

O fortalecimento por trabalho é um método pelo qual as ligas obtêm alta resistência por meio da deformação plástica. A essência do trabalho de fortalecimento de ligas reside no aumento da densidade de discordâncias durante a deformação plástica. Após intensa deformação dos metais, a densidade de discordância pode aumentar de 10⁶ por cm² para mais de 10¹² por cm². Quanto maior for a densidade de discordâncias na liga, mais oportunidades haverá para as discordâncias se cruzarem durante o processo de deslizamento quando continuarem a se deformar, e maior será a resistência entre elas. Como resultado, a resistência à deformação também aumentará e a liga será reforçada.

O grau de reforço por trabalho varia dependendo da taxa de deformação, da temperatura de deformação e da natureza da própria liga. Para o mesmo material de liga submetido a deformação a frio na mesma temperatura, quanto maior for a taxa de deformação, maior será a resistência, mas a plasticidade diminuirá com o aumento da taxa de deformação. Quando a temperatura de deformação é relativamente baixa, a mobilidade das discordâncias é fraca. Após a deformação, a maioria das luxações se distribui de forma desordenada e irregular, formando emaranhados de luxações. Neste momento, o efeito de fortalecimento da liga é bom, mas a plasticidade também é significativamente reduzida. Quando a temperatura de deformação é relativamente alta, a mobilidade das discordâncias é maior e ocorre deslizamento cruzado. As deslocações podem juntar-se e emaranhar-se localmente, formando aglomerados de deslocações, e aparecem subestruturas e o seu fortalecimento. Neste momento, o efeito de fortalecimento não é tão bom quanto o da deformação a frio, mas a perda de plasticidade é relativamente pequena.

(II) Fortalecimento da Solução

Elementos de liga são adicionados ao alumínio puro para formar soluções sólidas à base de alumínio, que causam distorção da rede e dificultam o movimento das discordâncias, desempenhando assim um papel no fortalecimento da solução e aumentando sua resistência. Ligas binárias como Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn e Al-Mn geralmente podem formar soluções sólidas limitadas e todas têm solubilidades limitantes relativamente grandes, portanto, têm efeitos significativos de fortalecimento da solução.

Por exemplo, em ligas de alumínio de ultra-alta resistência contendo escândio, o elemento Sc, como um aditivo comum, pode melhorar a resistência e a tenacidade das ligas de alumínio, formando soluções sólidas de Sc-Al. Enquanto isso, quantidades apropriadas de elementos como Ti e Zr também podem promover efetivamente o processo de solução de fortalecimento. Através da sua interação com o elemento Sc, um sistema de reforço composto multinível e multifásico pode ser formado.

(III) Fortalecimento da heterofase

As heterofases nas ligas de alumínio são geralmente compostos intermetálicos duros e quebradiços. Eles impedem o movimento das discordâncias na liga e fortalecem a liga. Por exemplo, em ligas de alumínio de ultra alta resistência contendo Sc, o tratamento adequado com solução de reforço também pode melhorar a resistência à corrosão e o desempenho em altas temperaturas da liga de alumínio. Contudo, se o número de heterofases for muito grande, tanto a resistência como a plasticidade serão reduzidas. Quanto mais complexa for a composição e estrutura da heterofase e quanto maior for o seu ponto de fusão, melhor será a sua estabilidade térmica a altas temperaturas.

(IV) Fortalecimento da Dispersão

Quanto menor o tamanho das partículas da fase de dispersão e mais uniforme sua distribuição, melhor será o efeito de fortalecimento. Por exemplo, adicionar partículas finas de fase de dispersão às ligas de alumínio pode impedir o movimento das discordâncias e melhorar a resistência e a dureza das ligas.

(V) Fortalecimento da Precipitação

Quando a liga é recozida na temperatura de tratamento da solução, os elementos de liga se dissolvem na matriz, formando uma solução sólida supersaturada. Posteriormente, a têmpera é realizada para resfriar rapidamente a solução sólida supersaturada e evitar a difusão e precipitação dos elementos de liga. Durante o processo de envelhecimento, os elementos de liga precipitam da solução sólida supersaturada para formar partículas finas e dispersas de segunda fase. Essas partículas são geralmente compostos ricos em elementos de liga ou fases intermetálicas, e seu tamanho, forma e distribuição têm um impacto significativo na resistência e dureza da liga.

(VI) Fortalecimento do limite de grãos

Durante o processo de envelhecimento, a fase precipitada tende a precipitar nos contornos de grão, formando uma zona de precipitação nos contornos de grão. A zona de precipitação do limite de grão dificulta o deslizamento dos limites de grão e melhora a resistência ao cisalhamento dos limites de grão, aumentando assim a resistência geral da liga. Ao mesmo tempo, a fase precipitada também pode precipitar nos limites dos subgrãos, fortalecendo os limites dos subgrãos e melhorando ainda mais as propriedades mecânicas gerais da liga.

(VII) Fortalecimento Combinado

Em aplicações práticas, vários métodos de reforço geralmente funcionam simultaneamente. Por exemplo, em ligas de alumínio de ultra-alta resistência contendo Sc, ao otimizar parâmetros como tipos de aditivos, temperatura e tempo de aquecimento, o fortalecimento da solução pode melhorar significativamente a resistência e a tenacidade da liga de alumínio. Ao mesmo tempo, o fortalecimento da solução também pode melhorar a resistência à corrosão e o desempenho em altas temperaturas da liga de alumínio. No futuro, a microestrutura e as propriedades de ligas de alumínio de ultra alta resistência contendo Sc reforçadas por múltiplos aditivos de maneira coordenada, bem como as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão de ligas de alumínio de ultra alta resistência contendo Sc em serviços complexos ambientes podem ser mais estudados.

V. Influência do Tratamento Térmico nas Propriedades de Ligas Específicas

(I) Influência na Microestrutura e Propriedades da Liga 2024

A liga 2024 pertence à liga de alumínio da série Al - Cu - Mg de alta resistência e dureza e é amplamente utilizada na indústria aeroespacial. O tratamento em solução e o tratamento de envelhecimento têm um impacto importante na plasticidade, resistência e resistência à corrosão da liga 2024.

Durante o tratamento em solução, o primeiro grupo de amostras foi tratado termicamente em solução e mantido em diferentes temperaturas. Os resultados mostraram que depois que a liga foi tratada em solução a uma temperatura específica (como 500 ° C) por 50 minutos, as fases solúveis na liga puderam ser totalmente dissolvidas, estabelecendo uma base para o tratamento de envelhecimento subsequente. O tratamento em solução pode ajustar a distribuição dos elementos na liga, distribuindo uniformemente elementos de solução sólida, como Cu e Mg, dentro dos limites dos grãos e dentro dos grãos, formando uma solução sólida supersaturada, aumentando assim a resistência e a dureza da liga. Ao mesmo tempo, o tratamento em solução também pode melhorar a plasticidade da liga. Os dados da pesquisa mostram que a plasticidade da liga 2024 após o tratamento da solução pode ser melhorada até certo ponto.

O impacto do tratamento de envelhecimento nas propriedades da liga 2024 também é muito significativo. O terceiro grupo de amostras foi primeiro tratado com solução e depois submetido a tratamento térmico de envelhecimento de longo prazo em diferentes temperaturas. O experimento descobriu que a liga poderia obter a melhor microestrutura e propriedades após envelhecimento artificial a 180 °C por 10 horas, e a dureza poderia atingir 81,3 HRB. Durante o processo de tratamento de envelhecimento, a solução sólida supersaturada instável se decomporá e as partículas da segunda fase precipitarão da solução sólida supersaturada e se distribuirão em torno dos grãos de alumínio α(Al), produzindo assim um efeito de fortalecimento. O envelhecimento natural de ligas como 2024 pode produzir precipitação - efeito de fortalecimento à temperatura ambiente, aumentando a resistência da liga. Ao mesmo tempo, o tratamento de envelhecimento também pode melhorar a resistência à corrosão da liga. Ao eliminar defeitos microscópicos e camadas superficiais de óxido, a qualidade da superfície da liga é melhorada, o que conduz à formação de uma película de óxido uniforme e densa, melhorando assim a resistência à corrosão da liga.

(II) Influência na microestrutura e propriedades da liga 7075 O envelhecimento em estágio único tem um impacto importante na estrutura da fibra, na formação de partículas de segunda fase, na microdureza e na resistência de pico da liga 7075. Medindo a dureza, limite de escoamento, resistência à tração, alongamento e redução de área das amostras com diferentes tempos de envelhecimento sob o regime de envelhecimento de estágio único de 120 °C, descobriu-se que a liga de alumínio 7075 poderia obter a melhor combinação de resistência e plasticidade quando envelhecido a 120 °C durante 24 horas. Através do experimento ortogonal de envelhecimento em dois estágios, soube-se que para o tratamento de envelhecimento em dois estágios da liga de alumínio 7075, a temperatura de pré - envelhecimento foi de 140 ° C e o tempo de espera foi de 4 horas, e a temperatura de envelhecimento em segundo estágio foi de 140°C - 160°C e o tempo de permanência foi de 10 horas. Este processo de tratamento poderia obter produtos com melhores propriedades abrangentes. Durante o processo de envelhecimento de estágio único, a estrutura da fibra da liga 7075 mudará. À medida que o tempo de envelhecimento aumenta, a estrutura da fibra torna-se gradualmente mais densa, o que é benéfico para melhorar a resistência da liga. Ao mesmo tempo, as partículas da segunda fase também serão formadas gradualmente. Essas partículas de segunda fase impedem o movimento das discordâncias na liga e fortalecem a liga. Por exemplo, MgZn2 e Al2Mg3Zn3 têm alta solubilidade em alumínio e uma relação óbvia relacionada à temperatura, e têm um forte efeito de endurecimento pelo envelhecimento. O envelhecimento em estágio único também pode melhorar significativamente a microdureza e a resistência máxima da liga 7075. À medida que o tempo de envelhecimento aumenta, a microdureza aumenta continuamente e, após um certo tempo, a dureza tende a ficar estável. A resistência máxima também aumenta gradualmente durante o processo de envelhecimento. Isto ocorre porque o tratamento de envelhecimento permite que os componentes de reforço da liga se dissolvam ao máximo e permaneçam fixos até a temperatura ambiente, aumentando assim a resistência da liga.

VI. Tratamento térmico pós-solda (1) Influência do tratamento térmico pós-solda na resistência e tenacidade Para ligas de alumínio reforçadas tratáveis ​​termicamente, após a soldagem, o tratamento térmico pode ser realizado novamente para restaurar a resistência da zona afetada pelo calor do metal base para um nível próximo da força original. Geralmente, a falha da junta ocorre na zona de fusão da solda. Após a reexecução do tratamento térmico pós-soldagem, a resistência obtida pelo metal de solda depende principalmente do metal de adição utilizado. Quando a composição do metal de adição for diferente daquela do metal de base, a resistência dependerá da diluição do metal de base pelo metal de adição. A melhor resistência é compatível com o tratamento térmico utilizado no metal de soldagem. Embora o tratamento térmico pós - soldagem aumente a resistência, pode haver alguma perda na tenacidade da solda. Devido à precipitação perto da solda e ao derretimento dos limites dos grãos na zona de fusão, a tenacidade de algumas soldagens de ligas de alumínio reforçadas por tratamento térmico é muito baixa. Se a situação não for muito grave, o tratamento térmico pós-soldagem pode fazer com que os componentes solúveis se redissolvam, obtendo uma estrutura mais uniforme, melhorando ligeiramente a tenacidade e aumentando bastante a resistência. Por exemplo, para liga de alumínio 6061 soldada no estado de tratamento térmico T4 (tratamento em solução + envelhecimento natural) e depois tratada com T6 (tratamento em solução + tratamento artificial) após a soldagem, a resistência da solda pode atingir 280 MPa. O tratamento T6 envolve aquecer a liga de alumínio a 535 ± 5 °C, mantê-la por 6 horas e depois temperá-la em água a 80 ± 10 °C, com tempo de têmpera não inferior a 5 minutos. Em seguida, é envelhecido em forno de baixa temperatura a 165 ± 5 °C por 4 ± 0,5 horas. A dureza após o tratamento geralmente atinge HB80 - 90, o alongamento é superior a 8% e a resistência à tração atinge 250 - 290 MPa. Para a junta soldada da liga de alumínio 6082 - T6, foram realizados dois métodos de tratamento térmico, nomeadamente solução + envelhecimento e envelhecimento. A resistência à tração da junta soldada 6082 - T6 não tratada foi de 225 MPa, o local da fratura estava na zona afetada pelo calor e o menor valor de dureza da junta estava na zona afetada pelo calor. Após o tratamento de envelhecimento, a distribuição da fase de reforço na junta soldada 6082 - T6 foi mais uniforme, não houve alteração óbvia na microestrutura da zona de solda e a microestrutura da zona de fusão e da zona afetada pelo calor foi ligeiramente refinado. A resistência à tração foi de 264 MPa, o local da fratura ainda estava na zona afetada pelo calor e o menor valor de dureza da junta ainda estava na zona afetada pelo calor. Após o tratamento de solução + envelhecimento, as fases finas de reforço foram precipitadas novamente na junta soldada 6082 - T6, a microestrutura da zona de fusão e da zona afetada pelo calor foi significativamente refinada, a resistência à tração foi aumentada para 302 MPa, a fratura ocorreu na zona de solda, e o valor de dureza foi significativamente maior que o da junta soldada 6082 - T6 não tratada, e o menor valor de dureza foi localizado na zona de solda.

(II) Pontos Técnicos Chave 1. Questão de Preservação do Calor: A tecnologia chave reside na questão da preservação do calor. É essencial acompanhar o processo. A transferência do forno de alta temperatura (forno de solução) para a têmpera em água deve ser o mais rápida possível; caso contrário, o efeito da solução será afetado e, em última análise, o efeito do tratamento térmico será influenciado. 2. Remoção de resíduos: Após a soldagem das peças soldadas, se for usada soldagem a gás ou soldagem com eletrodo revestido, o fluxo e a escória restantes em ambos os lados da solda precisam ser removidos em tempo hábil antes da inspeção visual e testes não destrutivos da solda. Isto evita que a escória e o fluxo restante corroam a solda e sua superfície e evitam consequências adversas. Os métodos de limpeza pós-soldagem comumente usados ​​incluem esfregar em água quente a 60 °C - 80 °C; imersão em dicromato de potássio (K2Cr2O7) ou anidrido crômico (CrO3) com fração mássica de 2% - 3%; depois lavar em água quente a 60 °C - 80 °C; e secagem em estufa ou secagem ao ar. Para testar o efeito da remoção do fluxo restante, água destilada pode ser colocada na solda da peça soldada e, em seguida, a água destilada é coletada e colocada em um pequeno tubo de ensaio contendo uma solução de ácido nítrico a 5%. Se houver um precipitado branco, indica que o fluxo restante não foi completamente removido. 3. Tratamento de superfície de peças soldadas: Através de processos de soldagem apropriados e técnicas corretas de operação, a superfície da costura soldada de alumínio e ligas de alumínio após a soldagem tem uma aparência ondulada uniforme e suave. Tratamento de anodização, polimento mecânico, etc. podem ser realizados para melhorar a qualidade da superfície das peças de alumínio. No entanto, o alumínio e as ligas de alumínio são metais macios com um coeficiente de atrito relativamente alto. Se ocorrer superaquecimento durante o processo de retificação, poderá causar deformação ou até mesmo fratura das peças soldadas nos limites dos grãos. Isto requer lubrificação suficiente durante o processo de polimento e a pressão na superfície do metal deve ser minimizada. VII. Novos métodos de tratamento térmico e abordagens para melhoria de desempenho (1) Substituição de interface e estratégia de dispersão A equipe liderada por He Chunnian da Escola de Materiais da Universidade de Tianjin propôs de forma inovadora uma estratégia de dispersão de "substituição de interface" e alcançou com sucesso o nível de partícula única distribuição uniforme de partículas de óxido de cerca de 5 nanômetros em ligas de alumínio. A liga de alumínio reforçada com dispersão de óxido preparada por esta estratégia ainda exibe resistência à tração sem precedentes (cerca de 200 MPa) e resistência à fluência em alta temperatura em temperaturas tão altas quanto 500 °C. Para a faixa de temperatura de 300 °C - 500 °C, que é a maior preocupação em campos atuais como o aeroespacial, as propriedades mecânicas das ligas de alumínio tradicionais diminuem acentuadamente, enquanto a liga de alumínio preparada por esta estratégia excede em muito o melhor nível de resistência. materiais à base de alumínio relatados internacionalmente. Eles primeiro usaram o efeito de automontagem durante a decomposição do precursor do sal metálico para preparar partículas de óxido ultrafinas revestidas com poucas camadas de grafite. A combinação de ligação química mais forte entre as nanopartículas foi substituída pela combinação de força de van der Waals mais fraca entre as camadas de revestimento de grafite, reduzindo assim a adesão entre as nanopartículas em 2 a 3 ordens de grandeza. Com base nisso, por meio de um processo mecânico simples de moagem de bolas - metalurgia do pó, a dispersão uniforme de partículas ultrafinas de óxido de nível de partícula única com uma alta fração volumétrica (fração volumétrica de 8%) na matriz de alumínio foi alcançada, e a liga de alumínio exibiu propriedades mecânicas extremamente excelentes em altas temperaturas e resistência à fluência em altas temperaturas. As resistências à tração deste material a 300 °C e 500 °C são 420 MPa e 200 MPa, respectivamente; sob a condição de fluência de 500 ° C e 80 MPa, a taxa de fluência em estado estacionário é 10⁻⁷ s⁻¹. Esta pesquisa revela o extraordinário mecanismo de resistência ao calor de nanopartículas ultrafinas no aprimoramento de metais leves e fornece novas idéias para o desenvolvimento de materiais metálicos leves, de alta resistência e resistentes ao calor e suas aplicações na indústria aeroespacial, transporte e outros campos. (2) Tecnologia de tratamento de pulso elétrico Em 2015, Xu Xiaofeng, da Universidade de Jilin, propôs a tecnologia de tratamento de pulso elétrico (EPT) para ligas de alumínio. Esta tecnologia depende de entrada instantânea de alta energia para reduzir o tempo de solução da liga de alumínio 7075 para 220 ms. A tecnologia de tratamento por pulso elétrico pode acelerar significativamente o processo de solução na liga de alumínio 7075. Embora, em comparação com o método de solução tradicional, a supersaturação das amostras tratadas com corrente de pulso seja ligeiramente menor, o efeito combinado de refinamento de grão e refinamento de fase precipitado causado pelo tratamento de corrente de pulso é melhor, e a resistência após o envelhecimento artificial é superior ao das amostras tratadas com o tratamento convencional T6. Além disso, o tempo de processo do tratamento por corrente pulsada é inferior a 1 s, o que pode evitar a deformação e oxidação do material durante o processo de tratamento térmico. Após SST (tratamento em solução) e EPT, pode-se observar no diagrama da microestrutura óptica que ocorreu recristalização na liga. O tamanho de grão das amostras tratadas com corrente de pulso é de apenas 15 μm, enquanto o tamanho de grão das amostras de solução tradicionais é de 53 μm. A resistência à tração e o alongamento da liga após o tratamento com solução e o tratamento com corrente pulsada foram melhorados. Após o envelhecimento artificial, a liga tratada com corrente pulsada apresenta maior resistência e pequena perda de alongamento. Pode - se considerar que a estrutura de granulação fina após o tratamento por corrente pulsada contribui adicionalmente para a resistência da liga.

(III) Tratamento Criogênico O tratamento criogênico pode não apenas eliminar a tensão residual das ligas de alumínio, mas também melhorar a estabilidade dimensional das ligas e reduzir a deformação da usinagem. O tratamento criogênico pode melhorar as propriedades mecânicas das ligas de alumínio, como resistência, plasticidade e resistência ao impacto. Por exemplo, depois que a liga de alumínio é submetida ao tratamento de alta e baixa temperatura do ciclo quente-frio usando o forno de têmpera criogênica integrado DJL (Dejieli), o valor da tensão residual da liga de alumínio é significativamente reduzido, e a tensão residual do a liga de alumínio pode ser reduzida em mais de 50% no máximo. O tratamento criogênico de ligas de alumínio usando o forno de têmpera criogênico integrado DJL pode efetivamente reduzir a deformação de usinagem de produtos de liga de alumínio e melhorar o rendimento de processamento do produto. O tratamento criogênico pode efetivamente reduzir a tensão residual dentro dos componentes da liga de alumínio, melhorar a estabilidade dimensional e a precisão da liga de alumínio e evitar a deformação durante o uso posterior. O efeito de vários tratamentos de ciclo quente-frio é melhor do que um único tratamento, e o número de vezes geralmente recomendado é de 2 a 3 vezes.