I. Descripción general del tratamiento térmico de aleaciones de aluminio

El tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio es de crucial importancia. Puede mejorar significativamente las diversas propiedades de las aleaciones de aluminio y permitirles desempeñar un papel más importante en numerosos campos. Los procesos de tratamiento térmico comunes incluyen principalmente recocido, templado y envejecimiento.

El tratamiento de recocido puede eliminar la tensión de fundición de las piezas fundidas y la tensión interna causada por el mecanizado, y estabilizar la forma y el tamaño de las piezas procesadas. Por ejemplo, después de calentar el producto a una temperatura determinada y mantenerlo a esa temperatura durante un período de tiempo determinado, y luego enfriarlo a temperatura ambiente a una velocidad de enfriamiento determinada, mediante la difusión y migración de átomos, la microestructura se puede hacer más Uniforme y estable, se puede eliminar la tensión interna, se puede mejorar considerablemente la plasticidad del material, pero se reducirá la resistencia. Para el recocido de homogeneización de lingotes, mantenerlos a alta temperatura durante un tiempo prolongado y luego enfriarlos a cierta velocidad puede homogeneizar la composición química, la microestructura y las propiedades de los lingotes, aumentar la plasticidad del material en aproximadamente un 20% y reducir la presión de extrusión en aproximadamente un 20%, aumentar la velocidad de extrusión en aproximadamente un 15% y al mismo tiempo mejorar la calidad del tratamiento de la superficie del material.

El enfriamiento implica calentar piezas fundidas de aleación de aluminio a una temperatura relativamente alta y mantener esa temperatura durante más de 2 horas para que las fases solubles dentro de la aleación puedan disolverse completamente. Luego, las piezas fundidas se enfrían rápidamente en agua para enfriarlas rápidamente, lo que permite que los componentes de refuerzo de la aleación se disuelvan en la mayor medida y permanezcan fijos hasta la temperatura ambiente. Este proceso también se conoce como tratamiento en solución o tratamiento en frío. Por ejemplo, para algunos materiales de aleación con baja sensibilidad al enfriamiento, el tratamiento en solución se puede llevar a cabo aprovechando la alta temperatura durante la extrusión, y luego el enfriamiento se puede realizar mediante enfriamiento por aire (T5) o enfriamiento por niebla de agua (T6) para obtener ciertos microestructuras y propiedades.

El tratamiento de envejecimiento se aplica a materiales que han sido sometidos a enfriamiento en solución. Cuando estos materiales se mantienen a temperatura ambiente o a una temperatura relativamente alta durante un período de tiempo, la solución sólida sobresaturada inestable se descompondrá y las partículas de la segunda fase precipitarán de la solución sólida sobresaturada y se distribuirán alrededor de los granos de aluminio α(Al). , generando así un efecto fortalecedor. Para el envejecimiento natural, aleaciones como 2024 pueden producir efectos de fortalecimiento por precipitación a temperatura ambiente. Para el envejecimiento artificial, aleaciones como 7075 no muestran efectos obvios de fortalecimiento por precipitación a temperatura ambiente, pero el efecto de fortalecimiento por precipitación es significativo a temperaturas relativamente altas. El tratamiento del envejecimiento se puede dividir en envejecimiento insuficiente, excesivo y en varias etapas, etc.

El tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio tiene un impacto positivo tanto en las propiedades mecánicas como en la resistencia a la corrosión.

En términos de propiedades mecánicas, el tratamiento térmico puede refinar la estructura del grano, aumentar la resistencia y dureza del material y al mismo tiempo mejorar su plasticidad y tenacidad. Por ejemplo, el tratamiento con solución puede distribuir uniformemente elementos de solución sólida como Cu y Mg en la aleación dentro de los límites de los granos y dentro de los granos, formando una solución sólida sobresaturada, mejorando así la resistencia y dureza de la aleación.

En cuanto a la resistencia a la corrosión, el tratamiento térmico puede eliminar defectos microscópicos y capas de óxido superficiales, mejorar la calidad de la superficie de la aleación y mejorar su resistencia a la corrosión. Por ejemplo, el tratamiento con solución puede ajustar la distribución de elementos en la aleación y la pureza de los límites de los granos, lo que favorece la formación de una película de óxido densa y uniforme, mejorando así la resistencia a la corrosión de la aleación.

II. Principales métodos de tratamiento térmico

(I) Tratamiento de recocido

El tratamiento de recocido juega un papel importante en el tratamiento térmico de aleaciones de aluminio. Elimina principalmente la tensión de fundición de las piezas fundidas de aleación de aluminio y la tensión interna causada por el mecanizado calentando las piezas fundidas de aleación de aluminio a una temperatura específica y manteniéndolas a esa temperatura durante un período de tiempo, y luego enfriándolas a temperatura ambiente con un enfriamiento adecuado. tasa. Este tratamiento puede estabilizar la forma y el tamaño de las piezas procesadas y hacer que la microestructura de la aleación de aluminio sea más uniforme y estable.

Por ejemplo, para las aleaciones de la serie Al-Si, el tratamiento de recocido también puede hacer que parte del Si cristalice y se esferoidice, mejorando así significativamente la plasticidad de la aleación. Según datos de investigaciones, la plasticidad de la aleación de aluminio después del tratamiento de recocido puede aumentar en aproximadamente un 20%. El proceso específico consiste en calentar las piezas fundidas de aleación de aluminio a 280 - 300 °C, mantenerlas a esa temperatura durante 2 - 3 horas y luego enfriarlas a temperatura ambiente junto con el horno, de modo que la solución sólida se descomponga lentamente, el precipitado Las partículas de segunda fase se agregan, y así se eliminan las tensiones internas de las piezas fundidas, logrando los propósitos de estabilizar el tamaño, mejorar la plasticidad y reducir la deformación.

(II) Temple

El enfriamiento es uno de los pasos clave en el tratamiento térmico de aleaciones de aluminio. Por lo general, las piezas fundidas de aleaciones de aluminio se calientan a una temperatura relativamente alta, generalmente cercana al punto de fusión del eutéctico, generalmente por encima de 500 °C, y se mantienen a esta temperatura durante más de 2 horas para que las fases solubles dentro de la aleación puedan disolverse completamente. . Luego, las piezas fundidas se enfrían rápidamente en agua a una temperatura de 60 a 100 °C para enfriarlas rápidamente. Una operación de este tipo permite que los elementos de refuerzo de la aleación se disuelvan en la mayor medida y permanezcan fijos hasta la temperatura ambiente.

Por ejemplo, para algunos materiales de aleación con baja sensibilidad al enfriamiento, el tratamiento en solución se puede llevar a cabo aprovechando la alta temperatura durante la extrusión, y luego el enfriamiento se puede realizar mediante enfriamiento por aire (T5) o enfriamiento por niebla de agua (T6) para obtener ciertos microestructuras y propiedades. Durante el proceso de enfriamiento, se espera que la aleación tenga características tales como un amplio rango de temperatura entre la línea de solubilidad y la línea de solidus, baja fuerza de deformación por extrusión a la temperatura de la solución y baja sensibilidad de enfriamiento.

(III) Tratamiento del envejecimiento

El tratamiento de envejecimiento es un proceso tecnológico en el que las piezas fundidas de aleación de aluminio enfriadas se calientan a una temperatura determinada, se mantienen a esa temperatura durante un período de tiempo determinado, se sacan del horno y se enfrían al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente, para descomponer el Solución sólida sobresaturada y estabilizar la microestructura de la matriz de aleación.

Durante el proceso de tratamiento de envejecimiento de la aleación, con el aumento de la temperatura y la extensión del tiempo, pasará por varias etapas, incluida la desaparición de la región reticular de la solución sólida sobresaturada, la segregación de los átomos de la segunda fase según ciertos reglas y la formación de regiones G-PII, la posterior formación de segundas fases metaestables (fases de transición), la combinación de una gran cantidad de G-PII y una pequeña cantidad de fases metaestables, y la transformación de fases metaestables en estables. fases y la agregación de partículas de la segunda fase. El tratamiento del envejecimiento se puede dividir en dos categorías principales: envejecimiento natural y envejecimiento artificial. El envejecimiento natural se refiere al envejecimiento en el que el fortalecimiento del envejecimiento se lleva a cabo a temperatura ambiente. El envejecimiento artificial se divide a su vez en envejecimiento artificial incompleto, envejecimiento artificial completo y sobreenvejecimiento.

(IV) Tratamiento cíclico El tratamiento cíclico es un método de tratamiento térmico bastante especial para aleaciones de aluminio. Las piezas fundidas de aleación de aluminio se enfrían a una determinada temperatura bajo cero (como -50 °C, -70 °C, -195 °C) y se mantienen a esa temperatura durante un determinado período de tiempo. Luego, las piezas fundidas se calientan por debajo de 350 °C, lo que hace que la red de la solución medianamente sólida en la aleación se contraiga y expanda repetidamente y haga que los granos de cada fase se desplacen ligeramente. El propósito de hacer esto es hacer que las regiones de segregación atómica dentro de la red cristalina de estas soluciones sólidas y las partículas de compuestos intermetálicos estén en un estado más estable, para lograr el objetivo de hacer que las dimensiones y volúmenes de las piezas del producto sean más estables. Este proceso de tratamiento térmico de calentamiento y enfriamiento repetidos es adecuado para piezas que requieren alta precisión y dimensiones estables durante su uso. Generalmente, los moldes ordinarios no suelen someterse a este tratamiento. III. Elementos clave del tratamiento térmico #(I) Requisitos para equipos de tratamiento térmico Los equipos de tratamiento térmico desempeñan un papel crucial en el proceso de tratamiento térmico de aleaciones de aluminio. En primer lugar, dado que el rango de diferencia de temperatura entre las temperaturas de enfriamiento y envejecimiento de las aleaciones de aluminio no es grande, la diferencia de temperatura dentro del horno debe controlarse dentro de ±5 °C. Esto se debe a que la temperatura de enfriamiento de las aleaciones de aluminio está cerca del punto de fusión de los componentes eutécticos de bajo punto de fusión dentro de la aleación. Si la diferencia de temperatura es demasiado grande, puede provocar una microestructura desigual de la aleación de aluminio, afectando así sus propiedades. Por ejemplo, en la producción real, si la diferencia de temperatura dentro del horno excede ±5 °C, el grado de solución sólida de las piezas fundidas de aleación de aluminio en diferentes partes puede variar, lo que afectará las propiedades mecánicas como su resistencia y dureza. En segundo lugar, se requiere que los instrumentos de medición y control de temperatura sean sensibles y precisos para garantizar que la temperatura esté dentro del rango de error anterior. La precisión de los instrumentos de medición y control de temperatura no debe ser inferior al grado 0,5. De esta manera, la temperatura dentro del horno se puede controlar con precisión para garantizar la estabilidad y confiabilidad del proceso de tratamiento térmico. Por ejemplo, algunos equipos avanzados de tratamiento térmico están equipados con instrumentos de medición y control de temperatura de alta precisión que pueden monitorear la temperatura dentro del horno en tiempo real y realizar ajustes automáticos de acuerdo con la curva de temperatura preestablecida para garantizar que las piezas fundidas de aleación de aluminio estén siempre en condiciones. una temperatura ambiente adecuada durante el proceso de tratamiento térmico. Además, la temperatura en cada zona dentro del horno debe ser uniforme, con una diferencia dentro del rango de 1 a 2 °C. Para lograr este objetivo, el equipo de tratamiento térmico generalmente está equipado con un dispositivo de circulación para garantizar que el aire caliente dentro del horno pueda fluir de manera uniforme, de modo que las piezas fundidas de aleación de aluminio se puedan calentar y enfriar de manera uniforme en todas las partes. Por ejemplo, algunos hornos grandes de tratamiento térmico de aleaciones de aluminio adoptan un sistema de ventilación de circulación forzada. Los ventiladores de alta potencia soplan uniformemente aire caliente hacia las piezas fundidas de aleación de aluminio, manteniendo la temperatura en cada zona dentro del horno dentro de un rango pequeño. El tanque de enfriamiento también cuenta con dispositivos de calentamiento y circulación para asegurar el calentamiento del agua y la uniformidad de su temperatura. El enfriamiento es uno de los pasos clave en el tratamiento térmico de aleaciones de aluminio, y la uniformidad de la temperatura del medio de enfriamiento afecta directamente el efecto de enfriamiento y las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. Por ejemplo, durante el proceso de enfriamiento, si la temperatura del medio de enfriamiento no es uniforme, puede provocar diferentes velocidades de enfriamiento de las piezas fundidas de aleación de aluminio en diferentes partes, lo que genera problemas como tensión interna y microestructura desigual. Por lo tanto, los dispositivos de calentamiento y circulación del tanque de enfriamiento pueden garantizar que la temperatura del medio de enfriamiento se mantenga siempre dentro de un rango adecuado, mejorando el efecto de enfriamiento y la calidad de las piezas fundidas. Por último, el agua de refrigeración contaminada debe comprobarse y sustituirse periódicamente. Durante el proceso de enfriamiento, el agua de enfriamiento puede estar contaminada por impurezas y óxidos en la superficie de las piezas fundidas de aleación de aluminio, afectando así su efecto de enfriamiento y la calidad de las piezas fundidas. Por lo tanto, comprobar y reemplazar periódicamente el agua de refrigeración contaminada es una de las medidas importantes para garantizar la calidad del tratamiento térmico. Por ejemplo, algunas empresas han formulado regulaciones estrictas sobre la gestión del agua de refrigeración, prueban y reemplazan periódicamente el agua de refrigeración para garantizar el buen progreso del proceso de enfriamiento.

(II) Medios de enfriamiento Los medios de enfriamiento son factores importantes para asegurar el logro de diversos propósitos o efectos del tratamiento térmico. Cuanto mayor sea la velocidad de enfriamiento del medio de enfriamiento, más intenso (más rápido) será el enfriamiento de la pieza fundida y mayor será el grado de sobresaturación de la solución sólida α en la microestructura metálica, lo que resultará en mejores propiedades mecánicas de el casting. Esto se debe a que una gran cantidad de fases de refuerzo, como los compuestos intermetálicos, se disuelven en la solución sólida α de Al. Por ejemplo, los estudios han demostrado que el uso de líquidos de enfriamiento PAG con diferentes concentraciones tiene diferentes impactos en las propiedades mecánicas, las características de la curva de polarización y las propiedades de corrosión intergranular de la aleación de aluminio 7249. La aleación templada con un 30 % de líquido de extinción de PAG tiene la mejor resistencia y plasticidad, con una pequeña corriente de corrosión y una baja tasa de corrosión durante el proceso de polarización. Tiene buena resistencia a la corrosión intergranular al tiempo que garantiza una resistencia y plasticidad relativamente altas y tiene el mejor rendimiento general. Otro ejemplo es que para las láminas de aleación de aluminio 2519A, la resistencia de la aleación que ha sido templada en diferentes medios y predeformada es mayor que la de la aleación sin deformación. En el estado T8, la aleación tiene la mayor resistencia a la tracción cuando se enfría en agua a 20 °C; y tiene la resistencia a la tracción más baja cuando se enfría al aire. Mientras tanto, la resistencia a la corrosión intergranular y la resistencia a la corrosión por exfoliación de la aleación que ha sido templada en diferentes medios y predeformada son mejores que las de la aleación sin deformación. La aleación enfriada en agua a 20 °C tiene la mejor resistencia a la corrosión intergranular y a la corrosión por exfoliación, mientras que la aleación enfriada al aire tiene la peor resistencia a la corrosión intergranular y a la corrosión por exfoliación. Además, la temperatura del agua de enfriamiento también influye en las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio fundido. Los estudios han demostrado que la resistencia y la dureza de las muestras de aleación están relacionadas con la temperatura del agua de enfriamiento, y el enfriamiento a 80 °C puede obtener materiales de aleación con el mejor rendimiento general. A esta temperatura del agua de enfriamiento, el modo de fractura de las muestras de aleación es principalmente fractura dúctil acompañada de escisión local, y la aleación exhibe propiedades mecánicas relativamente buenas.

(III) Instrumentos y materiales de medición y control de temperatura

La precisión de los instrumentos de medición y control de temperatura no debe ser inferior al grado 0,5. El horno de calentamiento de tratamiento térmico debe estar equipado con dispositivos e instrumentos que puedan medir y controlar automáticamente la temperatura, con funciones tales como registro automático, alarma automática, corte automático de energía y restauración de energía, para garantizar que la visualización de la temperatura y El control en el horno es preciso y la temperatura es uniforme.

Los instrumentos de medición y control de temperatura de alta precisión pueden monitorear la temperatura dentro del horno con precisión en tiempo real y garantizar que la temperatura esté siempre dentro de un rango adecuado durante el proceso de tratamiento térmico. Por ejemplo, cuando la temperatura dentro del horno excede el rango preestablecido, el dispositivo de alarma automática emitirá una alarma de manera oportuna para recordar a los operadores que deben realizar ajustes. Los dispositivos automáticos de corte y restauración de energía pueden cortar el suministro de energía a tiempo cuando la temperatura es anormal u otras fallas, protegiendo la seguridad del equipo y las piezas de trabajo. Una vez solucionados los problemas, el suministro eléctrico se restablecerá automáticamente para garantizar la continuidad del proceso de tratamiento térmico.

El dispositivo de registro automático puede registrar los cambios de temperatura durante el proceso de tratamiento térmico, proporcionando soporte de datos para análisis de calidad posteriores y optimización del proceso. Por ejemplo, al analizar la curva de registro de temperatura, podemos comprender las tendencias de cambio de temperatura en diferentes etapas, descubrir posibles problemas y realizar ajustes y mejoras específicos.

Las funciones de estos dispositivos automáticos de control de temperatura radican en mejorar la precisión y estabilidad del tratamiento térmico, reducir la interferencia de factores humanos, garantizar que las piezas fundidas de aleación de aluminio puedan obtener una microestructura y propiedades uniformes durante el proceso de tratamiento térmico y mejorar la calidad y confiabilidad. de productos.

IV. Métodos de fortalecimiento para aleaciones de aluminio.

(I) Fortalecimiento del Trabajo

El fortalecimiento por trabajo es un método mediante el cual las aleaciones obtienen alta resistencia mediante deformación plástica. La esencia del fortalecimiento laboral de aleaciones radica en aumentar la densidad de dislocaciones durante la deformación plástica. Después de una intensa deformación de los metales, la densidad de dislocaciones puede aumentar de 10⁶ por cm² a más de 10¹² por cm². Cuanto mayor sea la densidad de dislocaciones en la aleación, más oportunidades habrá de que las dislocaciones se crucen entre sí durante el proceso de deslizamiento al continuar deformándose, y mayor será la resistencia entre ellas. Como resultado, la resistencia a la deformación también aumentará y, por tanto, la aleación se reforzará.

El grado de refuerzo por trabajo varía según la velocidad de deformación, la temperatura de deformación y la naturaleza de la aleación misma. Para el mismo material de aleación que se deforma en frío a la misma temperatura, cuanto mayor sea la tasa de deformación, mayor será la resistencia, pero la plasticidad disminuirá con el aumento de la tasa de deformación. Cuando la temperatura de deformación es relativamente baja, la movilidad de las dislocaciones es pobre. Después de la deformación, la mayoría de las dislocaciones se distribuyen de manera desordenada e irregular, formando marañas de dislocaciones. En este momento, el efecto fortalecedor de la aleación es bueno, pero la plasticidad también se reduce significativamente. Cuando la temperatura de deformación es relativamente alta, la movilidad de las dislocaciones es mayor y se produce deslizamiento cruzado. Las dislocaciones pueden acumularse y enredarse localmente, formando grupos de dislocaciones, y aparecen subestructuras y su fortalecimiento. En este momento, el efecto de fortalecimiento no es tan bueno como el de la deformación en frío, pero la pérdida de plasticidad es relativamente pequeña.

(II) Fortalecimiento de la solución

Se añaden elementos de aleación al aluminio puro para formar soluciones sólidas a base de aluminio, que provocan distorsión de la red y dificultan el movimiento de las dislocaciones, desempeñando así un papel en el fortalecimiento de la solución y el aumento de su resistencia. Las aleaciones binarias como Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn y Al-Mn generalmente pueden formar soluciones sólidas limitadas y todas tienen solubilidades limitantes relativamente grandes, por lo que tienen efectos significativos de fortalecimiento de la solución.

Por ejemplo, en aleaciones de aluminio de ultra alta resistencia que contienen escandio, el elemento Sc, como aditivo común, puede mejorar la resistencia y tenacidad de las aleaciones de aluminio formando soluciones sólidas de Sc-Al. Mientras tanto, cantidades apropiadas de elementos como Ti y Zr también pueden promover eficazmente el proceso de solución de fortalecimiento. A través de su interacción con el elemento Sc, se puede formar un sistema de refuerzo compuesto de múltiples niveles y múltiples fases.

(III) Fortalecimiento de la heterofase

Las heterofases de las aleaciones de aluminio suelen ser compuestos intermetálicos duros y quebradizos. Impiden el movimiento de las dislocaciones en la aleación y fortalecen la aleación. Por ejemplo, en aleaciones de aluminio de resistencia ultraalta que contienen Sc, un tratamiento de solución de refuerzo adecuado también puede mejorar la resistencia a la corrosión y el rendimiento a altas temperaturas de la aleación de aluminio. Sin embargo, si el número de heterofases es demasiado grande, se reducirán tanto la resistencia como la plasticidad. Cuanto más compleja sea la composición y estructura de la heterofase y cuanto mayor sea su punto de fusión, mejor será su estabilidad térmica a altas temperaturas.

(IV) Fortalecimiento de la dispersión

Cuanto menor sea el tamaño de las partículas de la fase de dispersión y cuanto más uniforme sea su distribución, mejor será el efecto fortalecedor. Por ejemplo, agregar partículas finas de fase de dispersión a las aleaciones de aluminio puede impedir el movimiento de las dislocaciones y mejorar la resistencia y dureza de las aleaciones.

(V) Fortalecimiento de las precipitaciones

Cuando la aleación se recoce a la temperatura de tratamiento de la solución, los elementos de aleación se disuelven en la matriz, formando una solución sólida sobresaturada. Posteriormente, se lleva a cabo un enfriamiento rápido para enfriar rápidamente la solución sólida sobresaturada y evitar la difusión y precipitación de los elementos de aleación. Durante el proceso de envejecimiento, los elementos de aleación precipitan de la solución sólida sobresaturada para formar partículas finas y dispersas de la segunda fase. Estas partículas suelen ser compuestos ricos en elementos de aleación o fases intermetálicas, y su tamaño, forma y distribución tienen un impacto significativo en la resistencia y dureza de la aleación.

(VI) Fortalecimiento de los límites de los granos

Durante el proceso de envejecimiento, la fase precipitada tiende a precipitar en los límites de grano, formando una zona de precipitación en el límite de grano. La zona de precipitación del límite de grano dificulta el deslizamiento del límite de grano y mejora la resistencia al corte de los límites de grano, aumentando así la resistencia general de la aleación. Al mismo tiempo, la fase precipitada también puede precipitar en los límites del subgrano, fortaleciendo los límites del subgrano y mejorando aún más las propiedades mecánicas generales de la aleación.

(VII) Fortalecimiento Combinado

En aplicaciones prácticas, varios métodos de refuerzo suelen funcionar simultáneamente. Por ejemplo, en aleaciones de aluminio de resistencia ultraalta que contienen Sc, al optimizar parámetros como los tipos de aditivos, la temperatura y el tiempo de calentamiento, fortalecer la solución puede mejorar significativamente la resistencia y tenacidad de la aleación de aluminio. Al mismo tiempo, fortalecer la solución también puede mejorar la resistencia a la corrosión y el rendimiento a altas temperaturas de la aleación de aluminio. En el futuro, la microestructura y las propiedades de las aleaciones de aluminio de ultra alta resistencia que contienen Sc reforzadas por múltiples aditivos de manera coordinada, así como las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio de ultra alta resistencia que contienen Sc en servicio complejo. Los entornos pueden estudiarse más a fondo.

V. Influencia del tratamiento térmico sobre las propiedades de aleaciones específicas

(I) Influencia en la microestructura y propiedades de la aleación 2024

La aleación 2024 pertenece a la aleación de aluminio de la serie Al - Cu - Mg de alta resistencia y dureza y se usa ampliamente en la industria aeroespacial. El tratamiento de solución y el tratamiento de envejecimiento tienen un impacto importante en la plasticidad, resistencia y resistencia a la corrosión de la aleación 2024.

Durante el tratamiento con solución, el primer grupo de muestras se trató térmicamente con solución y se mantuvo a diferentes temperaturas. Los resultados mostraron que después de que la aleación se tratara con solución a una temperatura específica (como 500 °C) durante 50 minutos, las fases solubles de la aleación podían disolverse por completo, sentando las bases para el tratamiento de envejecimiento posterior. El tratamiento con solución puede ajustar la distribución de elementos en la aleación, distribuyendo uniformemente elementos sólidos en solución como Cu y Mg dentro de los límites de los granos y dentro de los granos, formando una solución sólida sobresaturada, aumentando así la resistencia y dureza de la aleación. Al mismo tiempo, el tratamiento con solución también puede mejorar la plasticidad de la aleación. Los datos de la investigación muestran que la plasticidad de la aleación 2024 después del tratamiento con solución se puede mejorar hasta cierto punto.

El impacto del tratamiento de envejecimiento en las propiedades de la aleación 2024 también es muy significativo. El tercer grupo de muestras se trató primero con solución y luego se sometió a un tratamiento térmico de envejecimiento a largo plazo a diferentes temperaturas. El experimento encontró que la aleación podía obtener la mejor microestructura y propiedades después del envejecimiento artificial a 180 °C durante 10 horas, y la dureza podía alcanzar 81,3 HRB. Durante el proceso de tratamiento de envejecimiento, la solución sólida sobresaturada inestable se descompondrá y las partículas de la segunda fase precipitarán de la solución sólida sobresaturada y se distribuirán alrededor de los granos de aluminio α(Al), produciendo así un efecto de fortalecimiento. El envejecimiento natural de aleaciones como 2024 puede producir precipitación - efecto fortalecedor a temperatura ambiente, aumentando la resistencia de la aleación. Al mismo tiempo, el tratamiento de envejecimiento también puede mejorar la resistencia a la corrosión de la aleación. Al eliminar los defectos microscópicos y las capas de óxido superficiales, se mejora la calidad de la superficie de la aleación, lo que favorece la formación de una película de óxido densa y uniforme, mejorando así la resistencia a la corrosión de la aleación.

(II) Influencia en la microestructura y propiedades de la aleación 7075 El envejecimiento en una sola etapa tiene un impacto importante en la estructura de la fibra, la formación de partículas de segunda fase, la microdureza y la resistencia máxima de la aleación 7075. Al medir la dureza, el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento y la reducción del área de las muestras con diferentes tiempos de envejecimiento bajo el régimen de envejecimiento de una sola etapa a 120 °C, se descubrió que la aleación de aluminio 7075 podía obtener la mejor combinación de resistencia y plasticidad cuando se envejece a 120 °C durante 24 horas. A través del experimento ortogonal de envejecimiento de doble etapa, se supo que para el tratamiento de envejecimiento de doble etapa de la aleación de aluminio 7075, la temperatura de preenvejecimiento fue de 140 °C y el tiempo de retención fue de 4 horas, y la temperatura de envejecimiento de la segunda etapa fue de 140 °C - 160 °C y el tiempo de retención fue de 10 horas. Este proceso de tratamiento podría obtener productos con mejores propiedades integrales. Durante el proceso de envejecimiento de una sola etapa, la estructura de la fibra de la aleación 7075 cambiará. A medida que se prolonga el tiempo de envejecimiento, la estructura de la fibra se vuelve gradualmente más densa, lo que resulta beneficioso para mejorar la resistencia de la aleación. Al mismo tiempo, también se formarán gradualmente partículas de la segunda fase. Estas partículas de segunda fase impiden el movimiento de las dislocaciones en la aleación y fortalecen la aleación. Por ejemplo, MgZn2 y Al2Mg3Zn3 tienen una alta solubilidad en el aluminio y una relación obvia relacionada con la temperatura, y tienen un fuerte efecto de endurecimiento por envejecimiento. El envejecimiento en una sola etapa también puede mejorar significativamente la microdureza y la resistencia máxima de la aleación 7075. A medida que aumenta el tiempo de envejecimiento, la microdureza aumenta continuamente y, después de un cierto tiempo, la dureza tiende a ser estable. La fuerza máxima también aumenta gradualmente durante el proceso de envejecimiento. Esto se debe a que el tratamiento de envejecimiento permite que los componentes de refuerzo de la aleación se disuelvan en la mayor medida y permanezcan fijos hasta la temperatura ambiente, aumentando así la resistencia de la aleación.

VI. Tratamiento térmico posterior a la soldadura (1) Influencia del tratamiento térmico posterior a la soldadura en la resistencia y tenacidad Para las aleaciones de aluminio reforzadas y tratables térmicamente, después de la soldadura, el tratamiento térmico se puede realizar nuevamente para restaurar la resistencia de la zona afectada por el calor del metal base. a un nivel cercano a la fuerza original. Generalmente el fallo de la unión suele producirse en la zona de fusión de la soldadura. Después de volver a realizar el tratamiento térmico posterior a la soldadura, la resistencia obtenida por el metal de soldadura depende principalmente del metal de aportación utilizado. Cuando la composición del metal de aportación es diferente a la del metal base, la resistencia dependerá de la dilución del metal base por el metal de aportación. La mejor resistencia es compatible con el tratamiento térmico utilizado para el metal de soldadura. Aunque el tratamiento térmico posterior a la soldadura aumenta la resistencia, puede haber cierta pérdida en la tenacidad de la soldadura. Debido a la precipitación cerca de la soldadura y la fusión de los límites de los granos en la zona de fusión, la tenacidad de algunas soldaduras de aleaciones de aluminio reforzadas con tratamiento térmico es muy pobre. Si la situación no es demasiado grave, el tratamiento térmico post-soldadura puede hacer que los componentes solubles se vuelvan a disolver, obteniendo una estructura más uniforme, mejorando ligeramente la tenacidad y aumentando mucho la resistencia. Por ejemplo, para la aleación de aluminio 6061 soldada en el estado de tratamiento térmico T4 (tratamiento de solución + envejecimiento natural) y luego tratada con T6 (tratamiento de solución + tratamiento artificial) después de la soldadura, la resistencia de la soldadura puede alcanzar 280 MPa. El tratamiento T6 implica calentar la aleación de aluminio a 535 ± 5 °C, mantenerla durante 6 horas y luego enfriarla en agua a 80 ± 10 °C, con un tiempo de enfriamiento no inferior a 5 minutos. Luego se envejece en un horno de baja temperatura a 165 ± 5 °C durante 4 ± 0,5 horas. La dureza después del tratamiento generalmente alcanza HB80 - 90, el alargamiento es superior al 8% y la resistencia a la tracción alcanza 250 - 290 MPa. Para la junta soldada de aleación de aluminio 6082 - T6, se llevaron a cabo dos métodos de tratamiento térmico, a saber, solución + envejecimiento y envejecimiento. La resistencia a la tracción de la junta soldada 6082 - T6 sin tratar fue de 225 MPa, la ubicación de la fractura estaba en la zona afectada por el calor y el valor de dureza más bajo de la junta estaba en la zona afectada por el calor. Después del tratamiento de envejecimiento, la distribución de la fase de refuerzo en la junta soldada 6082 - T6 fue más uniforme, no hubo cambios obvios en la microestructura de la zona de soldadura y la microestructura de la zona de fusión y la zona afectada por el calor fue ligeramente refinado. La resistencia a la tracción fue de 264 MPa, la ubicación de la fractura todavía estaba en la zona afectada por el calor y el valor de dureza más bajo de la junta todavía estaba en la zona afectada por el calor. Después del tratamiento de solución + envejecimiento, las fases finas de refuerzo se volvieron a precipitar en la unión soldada 6082 - T6, la microestructura de la zona de fusión y la zona afectada por el calor se refinó significativamente, la resistencia a la tracción se aumentó a 302 MPa, se produjo la fractura. en la zona de soldadura, y el valor de dureza fue significativamente mayor que el de la unión soldada 6082 - T6 sin tratar, y el valor de dureza más bajo se ubicó en la zona de soldadura.

(II) Puntos técnicos clave 1. Cuestión de preservación del calor: La tecnología clave radica en la cuestión de la preservación del calor. Es fundamental seguir el proceso. La transferencia del horno de alta temperatura (horno de solución) al enfriamiento con agua debe ser lo más rápido posible; de lo contrario, el efecto de la solución se verá afectado y, en última instancia, se verá afectado el efecto del tratamiento térmico. 2. Eliminación de residuos: Después de soldar las piezas soldadas, si se utiliza soldadura con gas o soldadura con electrodo revestido, el fundente y la escoria restantes en ambos lados de la soldadura deben eliminarse de manera oportuna antes de la inspección visual y Ensayos no destructivos de la soldadura. Esto es para evitar que la escoria y el fundente restante corroan la soldadura y su superficie y evitar consecuencias adversas. Los métodos de limpieza posteriores a la soldadura comúnmente utilizados incluyen fregar en agua caliente a 60 °C - 80 °C; sumergir en dicromato de potasio (K2Cr2O7) o anhídrido crómico (CrO3) con una fracción de masa del 2% al 3%; luego lavar en agua caliente a 60 °C - 80 °C; y secado en estufa o secado al aire. Para probar el efecto de la eliminación del fundente restante, se puede dejar caer agua destilada sobre la soldadura de la pieza soldada, y luego el agua destilada se recoge y se deja caer en un pequeño tubo de ensayo que contiene una solución de ácido nítrico al 5%. Si hay un precipitado blanco, indica que el fundente restante no se ha eliminado por completo. 3. Tratamiento superficial de piezas soldadas: Mediante procesos de soldadura adecuados y técnicas de operación correctas, la superficie de la costura soldada de aluminio y aleaciones de aluminio después de la soldadura tiene una apariencia ondulada uniforme y suave. Se pueden realizar tratamientos de anodizado, pulido mecánico, etc. para mejorar la calidad de la superficie de las piezas de aluminio. Sin embargo, el aluminio y las aleaciones de aluminio son metales blandos con un coeficiente de fricción relativamente alto. Si se produce un sobrecalentamiento durante el proceso de rectificado, las piezas soldadas pueden deformarse o incluso romperse en los límites de grano. Esto requiere suficiente lubricación durante el proceso de pulido y se debe minimizar la presión sobre la superficie del metal. VII. Nuevos métodos de tratamiento térmico y enfoques para mejorar el rendimiento (1) Estrategia de dispersión y reemplazo de interfaz El equipo dirigido por He Chunnian de la Escuela de Materiales de la Universidad de Tianjin propuso de manera innovadora una estrategia de dispersión de "reemplazo de interfaz" y logró con éxito el nivel de partícula única Distribución uniforme de partículas de óxido de unos 5 nanómetros en aleaciones de aluminio. La aleación de aluminio reforzada con dispersión de óxido preparada mediante esta estrategia aún exhibe una resistencia a la tracción sin precedentes (aproximadamente 200 MPa) y una resistencia a la fluencia a altas temperaturas a una temperatura de hasta 500 °C. Para el rango de temperatura de 300 °C - 500 °C, que es el de mayor preocupación en campos actuales como el aeroespacial, las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio tradicionales disminuyen drásticamente, mientras que la aleación de aluminio preparada mediante esta estrategia supera con creces el mejor nivel de Materiales a base de aluminio reportados a nivel internacional. Primero utilizaron el efecto de autoensamblaje durante la descomposición del precursor de la sal metálica para preparar partículas de óxido ultrafinas recubiertas con pocas capas de grafito. La combinación de enlaces químicos más fuerte entre las nanopartículas fue reemplazada por la combinación de fuerzas de Van der Waals más débil entre las capas de recubrimiento de grafito, reduciendo así la adhesión entre las nanopartículas en 2 a 3 órdenes de magnitud. Sobre esta base, a través de un simple proceso mecánico de molienda de bolas, pulvimetalurgia, se logró la dispersión uniforme de partículas de óxido ultrafinas de un solo nivel con una alta fracción de volumen (fracción de volumen del 8%) en la matriz de aluminio. y la aleación de aluminio exhibió propiedades mecánicas a alta temperatura y resistencia a la fluencia a alta temperatura extremadamente sobresalientes. Las resistencias a la tracción de este material a 300 °C y 500 °C son 420 MPa y 200 MPa, respectivamente; En condiciones de fluencia de 500 °C y 80 MPa, la velocidad de fluencia en estado estacionario es 10⁻⁷ s⁻¹. Esta investigación revela el extraordinario mecanismo de resistencia al calor de las nanopartículas ultrafinas para mejorar los metales livianos y proporciona nuevas ideas para el desarrollo de materiales metálicos livianos, de alta resistencia y resistentes al calor y sus aplicaciones en el sector aeroespacial, el transporte y otros campos. (2) Tecnología de tratamiento por impulsos eléctricos En 2015, Xu Xiaofeng de la Universidad de Jilin propuso la tecnología de tratamiento por impulsos eléctricos (EPT) para aleaciones de aluminio. Esta tecnología se basa en una entrada instantánea de alta energía para acortar el tiempo de solución de la aleación de aluminio 7075 a 220 ms. La tecnología de tratamiento por pulsos eléctricos puede acelerar significativamente el proceso de solución en aleación de aluminio 7075. Aunque, en comparación con el método de solución tradicional, la sobresaturación de las muestras tratadas con corriente de pulso es ligeramente menor, el efecto combinado del refinamiento del grano y el precipitado (refinamiento de fase causado por el pulso) es mejor, y la resistencia después del envejecimiento artificial es mayor que el de las muestras tratadas con el tratamiento convencional T6. Además, el tiempo de proceso del tratamiento de corriente pulsada es inferior a 1 s, lo que puede evitar la deformación y oxidación del material durante el proceso de tratamiento térmico. Después de SST (tratamiento de solución) y EPT, se puede ver en el diagrama de microestructura óptica que se ha producido una recristalización en la aleación. El tamaño de grano de las muestras tratadas con corriente pulsada es de sólo 15 µm, mientras que el tamaño de grano de las muestras de solución tradicional es de 53 µm. Se han mejorado la resistencia a la tracción y el alargamiento de la aleación después del tratamiento con solución y el tratamiento con corriente pulsada. Después del envejecimiento artificial, la aleación tratada con corriente pulsada tiene mayor resistencia y una pequeña pérdida de alargamiento. Se puede considerar que la estructura de grano fino después del tratamiento con corriente pulsada contribuye adicionalmente a la resistencia de la aleación.

(III) Tratamiento criogénico El tratamiento criogénico no sólo puede eliminar la tensión residual de las aleaciones de aluminio, sino también mejorar la estabilidad dimensional de las aleaciones y reducir la deformación por mecanizado. El tratamiento criogénico puede mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio, como la resistencia, la plasticidad y la tenacidad al impacto. Por ejemplo, después de que la aleación de aluminio se someta a un tratamiento de temperatura alta-baja en ciclo frío-calor utilizando el horno de templado criogénico integrado DJL (Dejieli), el valor de la tensión residual de la aleación de aluminio se reduce significativamente y la tensión residual de la aleación de aluminio se reduce significativamente. La aleación de aluminio se puede reducir en más del 50% como máximo. El tratamiento criogénico de aleaciones de aluminio utilizando el horno de templado criogénico integrado DJL puede reducir eficazmente la deformación por mecanizado de productos de aleación de aluminio y mejorar el rendimiento del procesamiento del producto. El tratamiento criogénico puede reducir eficazmente la tensión residual dentro de los componentes de la aleación de aluminio, mejorar la estabilidad dimensional y la precisión de la aleación de aluminio y evitar la deformación durante el uso posterior. El efecto de múltiples tratamientos de ciclos de frío y calor es mejor que un solo tratamiento, y el número de veces generalmente recomendado es de 2 a 3 veces.