Нагартовка алюминия

Алюминиевые сплавы для нагартовки

Деформационно упрочняемые сплавы чаще называют «не упрочняемые термической обработкой». Такое «негативисткое» и громоздкое определение звучит весьма неконструктивно, так как ничего не сообщает о таком полезном их свойстве, как способность  упрочнения пластической деформацией, по-другому — нагартовкой, и еще по-другому — наклепом. На наш взгляд, определение «деформационно упрочняемые» звучит аналогично определению «термически упрочняемые» и, поэтому, значительно более информационно и оптимистично.

Эти сплавы принадлежат к сериям 1ххх, 3ххх, 5ххх и 8ххх. Строго говоря, все металлы и сплавы способны упрочняться деформацией, но для алюминиевых сплавов этот термин применяется только для тех сплавов, которые не способны упрочняться за счет процессов старения.  Эти сплавы получают свое состояние  путем последовательных  горячих и холодных формообразующих операций (например, прокатка листов) в комбинации с одним или несколькими промежуточными и/или окончательными отжигами.    

Природа наклепа и нагартовки

Эффект деформационного упрочнения, которое обычно называют наклепом или нагартовкой, заключается в модификации структуры материала путем пластической деформации.  Это происходит при изготовлении полуфабриката в ходе операций прокатки или волочения, а также при операциях формовки заготовок или полуфабрикатов, например, гибке.

См. Отличие наклепа от нагартовки

Деформационное упрочнение сопровождается повышением  механической прочности и твердости, а также снижением пластичности, то есть снижением способности материала к деформированию. Чем больше степень деформирования или скорость деформационного упрочнения, тем больше проявляется этот эффект.

Уровень механических свойств, который может достигаться деформационным упрочнением зависит от химического состава сплава. Например, сплав 5083 (АМг4,5), который содержит от 4,0 до 4,9 % магния,  приобретает бОльшую твердость, но и более ограниченную способность к деформации, чем сплав 5754(аналог АМг3),  у которого магния только от 2,6 до 3,6 %.        

Однако постепенное повышение прочности всегда достигает предела, выше которого дальнейшее деформирование становиться трудным или даже невозможным. Поэтому, если деформационная обработка сплава должна быть продолжена, то метал необходимо «умягчить» термической обработкой – отжигом.

Технологический смягчающий отжиг алюминия

Способность обрабатываемого металла к дальнейшему деформированию может быть восстановлена видом термической обработки, который называется «отжиг». 

В ходе этого процесса, который выполняется при температуре выше 300 ºС, твердость и прочность металла снижаются понемногу  – происходит восстановительный отжиг. Затем прочностные характеристики падают более резко – происходит процесс рекристаллизации — и, наконец, они достигают минимальных величин, соответствующих механическим свойствам отожженного металла.   

Эти процессы восстановительного и рекристаллизационого отжига сопровождаются модифицированием текстуры и размера зерен металла. В ходе рекристаллизации происходит реорганизация сплава к новой зеренной структуре.

Стоит отметить, что для одной и той же прочности на растяжение  пластичность выше в металле после восстановительного отжига (Н2Х), чем в просто нагартованном металле (Н1Х). Состояние металла после восстановительного отжига  будет, поэтому, более предпочтительным, если требуется максимальная способность материала к пластическому деформированию. 

Параметры восстановительного отжига для сплавов 5ххх: температура от 240 до 280 ºС при выдержке от 1 до 4 часов, рекристаллизационного – от 330 до 380 ºС при выдержке от 0,5 до 2 часов.

Для того, чтобы отожженный металл имел хорошую способность к пластическому деформированию,  он не должен иметь грубую зеренную структуру. Этот проявляется в виде так называемой «апельсиновой корки».

Отжиг алюминия на мелкое зерно

Есть несколько условий для получения отожженного металла с мелким зерном.

1) Металл должен получить достаточную степень нагартовки, соответствующую относительному сужению поперечного сечения не менее, чем на 15 %. Если это требование не выполняется, то металл должен подвергаться только восстановительному отжигу (необходимо избежать рекристаллизационного отжига).
2) Подъем температуры должен быть быстрым, от 20 до 60 ºС в час.
3) Необходимо избегать чрезмерно высоких температур, выше 350 – 400 ºС, и длительностей выдержки при них, то есть, не более 2 часов.

Нагартованные состояния

Деформационно упрочняемые сплавы имеют три основных состояния (таблица ниже), как это определено в европейском стандарте EN 515.

osnovnye-nagartovannye-sostojanija-Классические нагартованные состояния  (Н-состояния) обозначаются двумя цифрами:

  • первая обозначает основное состояние;
  • вторая указывает на степень нагартовки.

 vtorye-cyfry-v-sostojanijah-hxxНекоторые состояния обозначаются тремя цифрами, например, Н111 и Н116. Все эти состояния  означают минимальные механические свойства, установленные стандартами ЕN.sostojanija-hxxxОсновные алюминиевые сплавы серии 5ххх — деформационно упрочняемые — и большинство их состояний, которые применяются в морском судостроении и морской инфраструктуре, представлены здесь.

Запись опубликована в рубрике Нагартовка. Добавьте в закладки постоянную ссылку.