Способы обработки алюминиевых сплавов

Виды обработки алюминия и классификация алюминиевых сплавов

Прежде чем вы решите заказать, например, металлический каркас, расскажем немного о тонкостях нашего производства. А именно о работе с алюминием – наиболее распространенный из металлов. Он имеет широкий ряд свойств и универсален для применения. При помощи добавления других элементов в состав сплава можно добиться нужного эффекта. Это делает алюминий незаменимым в промышленности. Существуют также разные виды обработки алюминия.

Свойства алюминиевых сплавов и их применение

Алюминиевые сплавы широко применяют в авиастроении и при производстве автомобилей. Добавление магния в сплав улучшает прочность получаемого металла. Готовые изделия легко формировать, так как это свойство практически не теряется. При этом результат работы не деформируется. Такой материал не ржавеет. Это свойство делает его незаменимым при кораблестроении. Антикоррозионная устойчивость очень нужна в морской среде. Из алюминиево-магниевых сплавов изготовляют конструкции, которые предполагается использовать в суровых погодных условиях. Например, этот материал незаменим при строении морских судов и нефтяных платформ. Свойства алюминиевых сплавов позволяют делать высокопрочные детали.

Как классифицируются алюминиевые сплавы

Классификация алюминиевых сплавов происходит в зависимости от металлов-добавок и разделяется на:

Самым часто встречаемым элементом в земной коре является состав алюминия. Это тринадцатый элемент таблицы Менделеева. Он широко используется в промышленном производстве.

В алюминиевый сплав добавляются другие металлы помимо основного элемента. Примеси называются легирующими. Это означает, что дополнительные компоненты вводятся в сплав, чтобы придать ему какие-либо свойства. Легирующие элементы могут улучшить физические или химические свойства материала. Сплав представляет собой смесь металлов на основе алюминия с добавлением иных элементов. Содержание преобладающего металла не должно быть выше 99%.

• кремниевые (Si);
• магниевые (Mg);
• марганцевые (Mn);
• медные (Cu);
• цинковые (Zn)

Железо можно рассматривать как нежелательную примесь, потому что оно уменьшает прочность сплава. Но иногда его добавляют специально, например, чтобы изготовить алюминиевую фольгу.

Помимо основных легирующих элементов, рассмотренных выше, в сплав добавляют и другие. Их включают в малых количествах до 0,5%. Эти элементы могут добавить сплаву антикоррозийности, прочности, литейности.

Другой основой классификации алюминиевых сплавов является метод обработки. Выделяют сплавы:

В первом случае отливаются уже готовые алюминиевые изделия путем заполнения специальных форм. Сплав должен иметь хорошую текучесть, чтобы полностью занять собой объем заготовок.

Деформируемые сплавы обрабатывают под давлением. Их могут прокатывать, штамповать или прессовать.

Сплавы с использованием марганца имеют хорошую прочность. Они устойчивы к коррозии. Такой металл легко поддается сварке и его называют дюралюминий, свойства которого отличаются высокой прочностью.

Сплавы с добавлением меди и кремния имеют пластичную структуру, но подвержены коррозии. Поэтому их нужно покрывать защитным металлом. Применение алюминиевых сплавов с медью происходит в основном во втулочных подшипниках и блоках цилиндров.

Из сплавов с кремнием отливают корпусы приборов, так как металл имеет маленькую усадку.

Виды и способы обработки алюминия

Из сплавов алюминия можно сделать продукцию любой формы. Есть шанс добиться любой длинны и габаритов изделия.

При работе с алюминием нужно соблюдать режим резки, так как может излишне изнашиваться фреза. Заготовки из алюминия могут забивать канавки инструментов, предназначенных для резки.

Виды обработки алюминия включают сварку. Такая металлообработка обладает своими особенностями. Изделия из алюминия можно сваривать при помощи газа аргона. При таком соединении мастер может делать практически ювелирные соединения без швов.

Технология обработки алюминия и его сплавов

Способы обработки алюминия включают химическую полировку, электрохимическую шлифовку и окисление. При помощи химической полировки устраняются дефекты с поверхности изделия. Детали окунаются в контейнер со специальным химическим составом, выравнивающим поверхность.

Особенности обработки алюминия при помощи шлифовки электромеханическим путем: деталь погружают в нагретую жидкость. Сначала деталь помещается на несколько секунд. Удаляется верхний окислившийся слой. Затем объект помещается в раствор повторно. При помощи разряда создается поляризация. Обе технологии обработки алюминия призваны улучшить внешний вид изделий.

Алюминий можно анодировать. Это значит, что окислительная защитная пленка, образуемая на поверхности металла, уплотняется. Также анодирование делает поверхность алюминиевых изделий более гладкой.

Резка алюминия производится по разным техникам. Выбор происходит в зависимости от материала и желаемого результата, а также от объема работы. Если листы тонкие, их можно разрезать обычными ножницами. Если листы толстые или их слишком много, используют фрезу или болгарку. Для высокой точности применяют станок на основе числового программного управления.

Алюминий мало весит, но имеет высокую прочность. Поэтому его легко обрабатывать. При помощи химического и механического воздействия, а также добавления примесей можно улучшить его органолептические свойства. Именно поэтому алюминий получил такое широкое применение в промышленности.

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Источник

Особенности обработки изделий из алюминиевых сплавов

Деревцов Андрей Олегович
Магистрант РУТ (МИИТ)
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Российский университет транспорта (МИИТ)»
E-mail: t.teh-mash@rambler.ru

Алюминиевые сплавы с точки зрения обрабатываемос­ти можно разделить на три группы. К первой относятся сплавы низкой твердости, имеющие склонность к налипанию на инструмент, например дюралюминий в отожженном состоянии. Сплавы второй группы имеют более высокую твердость, не налипают на инструмент. К этой группе относятся термически упрочненный дюралюминий, а также кованые сплавы АК6, АК8 и др.

В третью группу входят широко распространенные литые сплавы, содержащие кремний, в частности силумины различных марок. Для первых двух групп наиболее характерно образование сливной стружки в виде длинных лент или спиралей, для третьей — стружка легко дробится на короткие элементы.

По сравнению со сталью алюминиевые сплавы обла­дают меньшей твердостью, более низким временным сопротивлением и лучшей теплопроводностью, что позво­ляет значительно повышать скорость резания и подачу.

Обработка алюминиевых сплавов характеризуется следующими особенностями:

· высокие скорости резания

· минимальный износ режущего инструмента

· сравнительно низкая температура резания

Для обработки алюминия лучше всего использовать режущие инструменты со специально разработанной геометрией. Также можно использовать обычные режущие инструменты, но в этом случае сложно достигнуть необходимого качества поверхности и избежать образования на режущей кромке нароста.

Алюминий может подвергаться всем способам обработки со снятием стружки. Обработка резаньем алюминия по сравнению со сталью характеризуется значительно более высокой скоростью резания при равной стойкости инструмента. Алюминий должен обрабатываться со скоростями резания не ниже 90 м/мин. Исключением являются ручные работы, протяжка, сверление, зенковка и нарезание резьбы . В зависимости от состава и состояния или прочности при обработке резанием алюминия выделяют три группы: 1 — нестареющие деформируемые сплавы; 2 — стареющие деформируемые сплавы и литейные сплавы с содержанием Si меньше 10 %; 3 — литейные сплавы с Si более 10 % [1].

При изготовлении деталей из крупногабаритных поковок целесообразно использовать следующую схему изготовления: — черновая механическая обработка; — закалка; — искусственное старение 190º C, 22 часа, (допускается 36 часов для крупногабаритных поковок с целью уменьшения коробления во время механической обработки и повышения размерной стабильности); — получистовая механическая обработка; — стабилизирующее старение 190º C, 19 часов; — чистовая механическая обработка. Контроль параметров качества и в частности точности размеров производится после каждой операции.

Для алюминиевых сплавов 1201 и Д16 необходима выдержка деталей, особенно тонкостенных, перед переустановкой, в п ротивном случае может произойти её деформирмация вследствие остаточных внутренних напряжений, полученных в результате механической обработки. Так же необходимо обеспечение постоянной и равномерной подачи СОЖ либо применение системы охлаждения инструмента масляным туманом для создания термоконстантных условий резания и исключения деформаций детали.

Алюминиевые сплавы с улучшенной обрабатываемостью резанием содержат низкоплавкие мягкие металлы, которые способствуют образованию короткой стружки. Обычно — это сплавы с добавками свинца или висмута.

Одним из технологических параметров, которые влияют на форму стружки, является геометрия зуба режущего инструмента. Так, при пониженном переднем угле образуются более короткая стружка в тех сплавах, для которых обычно характерна длинная стружка. Это происходит за счет сжатия стружки (рисунок 1).

Рисунок 1 — Сжатие стружки при большом и малом переднем угле зуба

Иногда при обработке алюминия можно столкнуться и с негативными эффектами.
Первый — высокая вязкость некоторых сплавов. Поэтому, как правило, на инструменте для обработки сплавов алюминия делают большие стружечные канавки для облегченного схода стружки, хотя это и ограничивает максимальное количество зубьев на фрезе двумя либо тремя.

Второй негативный эффект — наростообразование. При наплавке материала, происходит забивание канавки, что ведет к дисбалансу инструмента. При затуплении режущей кромки, происходит перегрев инструмента, что может привезти к заклиниванию и как следствие, к поломке дорогостоящего инструмента.
На степень и глубину наплавки материала, влияют режимы резания, геометрия режущего инструмента, степень его затупления, т.е. все факторы, определяющие протекание пластической деформации в зоне резания.

Увеличение скорости резания способствует уменьшения глубины и степени наплавки, а подачи и глубины резания — к их увеличению.

Источник

Термообработка алюминиевых сплавов

Термическая обработка алюминиевых сплавов предназначена для корректировки характеристик материала с помощью воздействия высоких температур. Различными способами обработки можно добиться широкого разнообразия структуры и свойств.

Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В качестве дополнительных компонентов применяются медь, магний, цинк, кремний и другие вещества, различное сочетание которых и их процентное соотношение прямо пропорционально влияют на свойства материала.

В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.

С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.

На сегодняшний день разработано множество методов термообработки алюминиевых изделий, среди которых наибольшую популярность обрели три: отжиг, закалка, старение.

Особенности термообработки алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.

Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.

Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.

Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.

Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой

Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.

От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала. Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.

Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.

Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.

Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.

В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.

Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.

Методы отжига алюминиевых листов

Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.

Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.

Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:

1. Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
2. Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
3. Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.

Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.

На сегодняшний день выделяют три режима отжига:

1. Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
2. Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
3. Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.

Закалка алюминиевых отливов

Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.

Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.

Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31

При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.

В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.

Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.

Старение алюминиевых сплавов

Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.

Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.

Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.

Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.

Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.

Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.

Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.

Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.

Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала.

Источник