Перестаривание

Дэниэл Х. Херринг
02.11.2020 731

Термисты любят точность. Когда требуется получить заданную степень твердости стали после термообработки, удобно разработать процедуру, которая обеспечит эту твердость, а затем просто повторять эту процедуру и результаты, контролируя изменчивость процесса и оборудования.

Однако слишком часто при термической обработке цветных металлов, таких как алюминий и титан, такая воспроизводимость результатов не всегда достижима. Если оказывается, что твердость слишком высока, одно из решений, известных термистам, — это перестаривание материала. Рекомендуемый ли это подход? Рассмотрим подробнее.

Упрочнение при старении (также известное как дисперсионное твердение или старение) — это вид термической обработки, который используется для упрочнения некоторых сплавов. Полученная в результате твердость и механические свойства зависят от температуры, продолжительности старения и самого сплава (рис.1).

VHN — Твердость по Виккерсу, Artificial aging time, days — Время искусственного старения (дни), Asquenched hardness — Твердость после закалки

Рисунок 1. Классический пример кривых старения для сплава Al-4 вес. % Cu, демонстрирующий максимальную твердость и изменение твердости при перестаривании в зависимости от температуры и продолжительности старения. Сплав подвергали термической обработке на твердый раствор не менее 48 часов при 520˚C (970˚F), затем закаливали в воде при 25˚C (75˚F) перед старением. [3]

Перестаривание — это старение при более высоких температурах или в течение более длительного времени, чем это требуется для достижения максимальных характеристик старения (то есть требуемых для критической дисперсии частиц), что приводит к агломерации частиц выделяющейся фазы и, как следствие, к потере твердости (и прочности). Перестаривание умышленно выполняется, например, при экстремальных условиях эксплуатации (сверхзвуковые самолеты, двигатели, подверженные воздействию высоких температур), чтобы предотвратить дальнейшее ухудшение механических свойств.

Влияние старения на механические свойства

Как уже отмечалось, старение влияет на механические свойства. В одном исследовании [4] отливки из сплава A355 (Al-Si-Mg) обрабатывали раствором при температуре 540°C (1004°F) в течение 10 часов, затем закаливали в воде и охлаждали при 15˚C (60°F) в течение 24 часов перед старением. Продолжительность старения варьировалась до 100 000 часов, в результате чего менялись механические свойства (таблица 1, рис. 2).

Yield strength, MPa — Предел текучести, Мпа, Log aging time, hours — Логарифм времени старения (ч), Elongation, % — Относительное удлинение (%)

Рисунок 2. Сравнение предела текучести и относительного удлинения в зависимости от времени старения при постоянной температуре старения 175˚C (350˚F)[4]

Другие сравнительные примеры. [5]

Блоки цилиндров и другие сложные литейные формы из литых алюминиевых сплавов, таких как A356-T6 или A357-T6 (сплавы Al-Si-Mg), могут служить ярким примером материалов, которые можно подвергать перестариванию. Их механические свойства могут ухудшаться при длительном воздействии высоких температур в процессе эксплуатации.[6] Сниженные значения твердости и прочности на растяжение для отливок A356, например, были зафиксированы после воздействия температур до 200°C (390°F), которые обычно превышаются в некоторых компонентах двигателей гоночных автомобилей.

Одним из способов преодолеть эти ограничения является использование других литейных сплавов, например, C355 (Al-Si-Cu-Mg). Влияние на твердость было изучено. [5] путем сравнения сплавов A356-T6 и C355-T6 после перестаривания при температуре 170-305°C (350-580°F) в течение 168 часов. Для данных сплавов было обнаружено, что твердость практически не меняется при температуре до 185°C (365°F), небольшое снижение наблюдается лишь после 130 часов испытания.

В ходе исследования также сравнивали влияние перестаривания на сплавы A356-T6 и C355-T6 при температуре 175°C (350°F) и 205°C (400°F). Оба сплава продемонстрировали сопоставимую твердость в состоянии пикового старения; твердость сплава A356-T6 снизилась примерно на 34% (с 113 HB до 76 HB) через более чем 126 часов, в то время как твердость сплава C355-T6 практически не изменилась. При температуре 205°C (400°F) сплав A356-T6 достиг минимального значения твердости (45 HB), в то время как сплав C355 демонстрировал прогрессирующее снижение твердости по мере увеличение продолжительности старения, достигнув минимального значения 80 HB примерно через 165 часов.

Изменение механических свойств (прочность и твердость) в период от пикового старения до перестаривания показало, что сплав C355-T6 при пиковом старении демонстрирует немного более улучшенные механические свойства, чем сплав A356-T6 после воздействия при температуре 210°C (410°F) в течение 41 часа (рис. 3).

UTS,YS(MPa)HB10 — Предел прочности, предел текучести (МПа), C355-T6 + OverAge — C355-T6 + перестаривание

Рисунок 3. Сравнение механических свойств (предел прочности, предел текучести, твердость) при комнатной температуре для сплавов C355-T6 и A356-T6 после полного старения и перестаривания.

Для сплава C355-T6 наблюдалось снижение предела прочности и предела текучести на 8% и 9%, соответственно, в то время как сплавы A356-T6 показали более существенное снижение. Предел прочности снизился на 32%, предел текучести — примерно на 40%. Аналогично, твердость сплава C355-T6 в результате перестаривания снизилась примерно на 15%, снижение для сплава A356-T6 составляло 37%. Значения относительного удлинения при разрыве были сопоставимы в пределах 5%.

Обозначение режима термической обработки

Обозначение — T7 присваивается термически обработанным деформируемым алюминиевым сплавам (обычно 7xxx) после искусственного старения для получения оптимальных характеристик стойкости к коррозионному расслаиванию, стойкости к коррозии под напряжением, вязкости при разрушении и прочности на растяжение. Дополнительная цифра x в обозначении T7x (таблица 2) указывает, насколько перестарен сплав. Понимание степени перестаривания может быть особенно важно для предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением и общей коррозии в этих высокопрочных сплавах 7xxx.

Нужно ли перестаривание? Вот в чем вопрос.

Хотя перестаривание кажется простым решением для снижения твердости, всегда следует помнить, что это сложный процесс, и необходимо тщательно оценить его влияние на микроструктуру, механические свойства и эксплуатационные характеристики / предельный срок службы. Можно сказать, что вы поднялись на гору и достигли вершины, но теперь неудержимо скатываетесь вниз с другой стороны горы.

Дэниэл Х. Херринг, Компания The HERRING GROUP, Inc.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Омнифобные полиуретановые покрытия на основе касторового масла
Омнифобные полиуретановые покрытия на основе касторового масла
В недавно проведенном исследовании сообщается о прозрачных полиуретановых покрытиях, обладающих высокой твердостью, грязеотталкивающими и противокоррозионными…
17.01.2023
14
Легированные никелем стали обеспечивают успех
Легированные никелем стали обеспечивают успех
Бόльшая часть производимого никеля идёт на производство нержавеющей стали. Но существенная доля — 8% —…
Институт Никеля
28.05.2019
4723
Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Спешим сообщить об открытии онлайн-регистрации на Международные промышленные выставки Rosmould & 3D-TECH и Rosplast, которые…
19.01.2023
10
Полублестящее электролитическое покрытие чистым оловом
Полублестящее электролитическое покрытие чистым оловом
Ceramistan 1031 от компании Technic — это ванна для нанесения электролитического покрытия из чистого олова,…
10.08.2022
79
Исследование дефектов хромовых покрытий
Исследование дефектов хромовых покрытий
Как правило, дефекты твердых хромовых покрытий возникают в большинстве случаев в основном металле или в…
Устюгов А.В.
17.07.2018
4211
Жидкости для постобработки деталей, напечатанных на 3D-принтере
Жидкости для постобработки деталей, напечатанных на 3D-принтере
При струйной печати с использованием связующего ключевую роль для качества изделий играет выбор подходящих жидкостей.
Ванесия Хуртубис
12.08.2020
164
Контроль качества покрытий: требования к контролирующему персоналу
Контроль качества покрытий: требования к контролирующему персоналу
Как мы подробно объяснили в предыдущей статье, из-за слишком высокой “добавленной стоимости”, которую сертифицированный инспектор…
Массимо Корнаго, Уполномоченный инспектор по покрытиям компании NACE International, независимый эксперт в рамках программы NACE
12.08.2020
143
Предварительная обработка изделий, эксплуатируемых вне помещений
Предварительная обработка изделий, эксплуатируемых вне помещений
С момента своего первого появления порошковые покрытия применяются в промышленности и становятся все более надежными,…
Крис Бергер
25.12.2019
519
Раскисление алюминия в рамках предварительной подготовки
Раскисление алюминия в рамках предварительной подготовки
Это важный первый этап подготовки металла к отделке
Питер Тотаро
24.08.2020
1326