Tvorba fázy Mg2Si v hliníkovej trubici 6061

Úloha Mg2Si v zliatine 6061

Alloy 6061 je zliatina hliníka-horčíka-kremíka, v ktorej užitočná pevnosť pochádza takmer výlučne z jednej fázy: silicidu horčíka, Mg2Si. V žíhanom stave sú horčík a kremík prevažne v roztoku alebo sú prítomné ako hrubé častice, ktoré prispievajú k malej pevnosti. Tepelná úprava to mení. Ošetrenie roztokom rozpúšťa prvky, rýchle ochladzovanie ich zachytáva v presýtenom pevnom roztoku a umelé starnutie ich vyzráža ako jemné koherentné častice Mg2Si, ktoré napínajú hliníkovú mriežku a blokujú pohyb dislokácie. To je to, čo premení mäkkú extrudovanú trubicu do stavu T6.

Príslušné špecifikácie sú ASTM B221 pre extrudované rúry a tyče, ASTM B241 pre bezšvíkové rúry a rúrky, EN 755-2 pre mechanické vlastnosti extrudovaného produktu a AMS 2772 pre tepelné spracovanie dielov z hliníkovej zliatiny, ktoré určujú prax pece a kalenia. Registrované limity zloženia 6061 sú horčík 0,8-1,2 percenta, kremík 0,4-0,8 percenta, meď 0,15-0,40 percenta, chróm 0,04-0,35 percenta, pričom železo je obmedzené na 0,7 percenta.

Rovnováha zloženia a fázová stechiometria

Pretože Mg2Si obsahuje horčík a kremík v pevnom atómovom pomere, musia byť tieto dva prvky prítomné vo vhodnom pomere, aby sa dosiahol účinok úplného vytvrdzovania. Stechiometrický pomer zodpovedá približne 1,73 hmotnostným dielom horčíka k jednému dielu kremíka. V 6061 je obsah horčíka v porovnaní s týmto pomerom vysoký, takže zliatina je zvyčajne bohatá na horčík-a časť horčíka zostáva po starnutí v tuhom roztoku, čo prispieva k ďalšiemu spevneniu tuhého-roztoku. Nadbytok kremíka má na druhej strane tendenciu vytvárať hrubé častice, ktoré spotrebúvajú rozpustenú látku a znižujú reakciu starnutia.

Rýchlosť tuhnutia a ochladzovania

Už záleží na stave kovu pred tepelným spracovaním. Počas odlievania alebo extrúzie rýchlosť chladenia v rozsahu tuhnutia riadi, koľko Mg2Si sa môže tvoriť ako hrubé primárne alebo eutektické častice. Pomalá rýchlosť ochladzovania umožňuje horčíku a kremíku segregovať a vytvárať veľké blokové Mg2Si, ktoré sa neskôr ťažko rozpúšťajú, pričom počas starnutia zostáva k dispozícii menej rozpustenej látky na vyzrážanie. Rýchlejšie chladenie udržuje viac prvkov v presýtenom roztoku a podporuje jemnú, rovnomernú distribúciu jemných častíc, čo následne skracuje potrebnú úpravu roztoku a zvyšuje dosiahnutú tvrdosť.

Pri extrúzii sa predvalok zahreje na teplotu dostatočne vysokú na to, aby sa zliatina opracovala, ale dostatočne nízku na to, aby sa predišlo počiatočnému roztaveniu, a potom sa ochladí na-výbehovom stole. Príliš pomalé ochladzovanie lisom umožňuje zrážanie hrubého Mg2Si na hraniciach zŕn, čo znižuje tvrdosť aj húževnatosť a môže spôsobiť, že rúra bude mať počas obrábania zlú rozmerovú stabilitu.

Riešenie, uhasenie a starnutie

Ošetrenie roztokom: 529 stupňov C plus alebo mínus 6 stupňov C, udržiavané dostatočne dlho, aby sa rozpustili rozpustné fázy, ako je špecifikované v AMS 2772 pre 6061. Teplota sa nesmie pohybovať smerom nahor, pretože zliatina má eutektický nízky bod topenia.

Ochladzovanie: rýchle ochladenie, normálne vo vode pri kontrolovanej teplote, cez teplotný rozsah, v ktorom by Mg2Si inak nukleoval a rástol ako hrubé častice. Pomalé ochladzovanie znižuje reakciu starnutia a môže zanechať mäkkú povrchovú vrstvu.

Umelé starnutie: udržiavanie v rozsahu 160-180 stupňov C po dobu 8 až 18 hodín, v závislosti od sekcie a špecifikovaných vlastností, aby sa vyzrážal jemný, rovnomerne rozptýlený Mg2Si.

Prirodzené starnutie: skúmavky udržiavané pri izbovej teplote po ochladení sa naďalej pomaly menia; interval pred umelým starnutím je preto kontrolovaný, aby sa zachovali konzistentné vlastnosti jednotlivých šarží.

Narovnávanie: keď sa rúrka po ochladení naťahuje alebo valcuje, aby sa dosiahla rovnosť, musí sa prax zaznamenať, pretože výsledná dislokačná štruktúra interaguje s nukleáciou precipitátu.

Treba sa vyhnúť{0}}starnutiu. Ak je rúrka držaná príliš dlho alebo pri príliš vysokej teplote, jemné zrazeniny hrubnú, zväčšuje sa vzdialenosť precipitátov a tvrdosť a medza pevnosti klesá, aj keď je materiál mäkší a tvárnejší. Preto sú záznamy pece, stopy termočlánkov a časy oneskorenia-kalenia súčasťou dokumentácie tepelného spracovania.

Kontrola a overovanie procesov

Pretože tvrdosť 6061 závisí skôr od postupnosti krokov než od samotného zloženia, výrobná linka kontroluje každý krok a overuje výsledok:

Kalibrácia pece a záťažové termočlánky na preukázanie, že celá náplň dosiahla teplotu roztoku, nielen vzduch v peci.

Časové limity oneskorenia ochladzovania, pretože rúrka musí vstúpiť do ochladzovania skôr, ako teplota klesne do kritického rozsahu.

Zaznamenávanie krivky starnutia so zaznamenanou teplotou záťaže pre úplné zadržanie.

Skúšanie tvrdosti na hotovej rúre ako rutinná kontrola, podporovaná skúškou ťahom podľa akceptačných hodnôt ASTM B221 alebo ASTM B241.

Metalografické vyšetrenie, pri ktorom sa spochybňuje reakcia na starnutie, hľadá sa hraničné precipitáty s hrubými zrnami{0}} alebo nerovnomerné rozloženie Mg2Si.

Meranie vodivosti, ktoré je citlivé na množstvo rozpustenej látky v roztoku a predstavuje rýchly spôsob detekcie neúplného ochladenia.

Rúry sú dodávané v stave T6 s certifikátom o cykle tepelného spracovania, tvrdosti a ťahových vlastnostiach. Rozmerové kontroly sa vzťahujú na priemer, hrúbku steny a priamosť a rúry sú balené vo zväzkoch alebo v drevených debnách s koncovou ochranou pre exportnú prepravu.

Často kladené otázky

Otázka: Čo presne je fáza Mg2Si?

Odpoveď: Je to intermetalická zlúčenina vytvorená z horčíka a kremíka v pevnom atómovom pomere. V 6061 je to fáza, ktorá sa zráža počas umelého starnutia a poskytuje väčšinu sily stavu T6.

Otázka: Prečo na rýchlosti zhášania tak záleží?

Odpoveď: Rýchle ochladenie udržuje horčík a kremík v presýtenom roztoku. Ak sa trubica ochladzuje príliš pomaly, namiesto jemných zrazenín potrebných pre tvrdosť sa vytvára hrubý Mg2Si a reakcia na starnutie je oslabená.

Otázka: Aká je správna teplota spracovania roztoku?

Odpoveď: AMS 2772 špecifikuje 529 stupňov C plus alebo mínus 6 stupňov C pre 6061. Pri držaní nad týmto rozsahom hrozí počiatočné topenie na hraniciach zŕn, zatiaľ čo podržaním pod ním zostáva časť rozpustenej látky nerozpustená.

Otázka: Čo sa stane, ak je hadička staršia-?

Odpoveď: Jemné zrazeniny hrubnú a meraná pevnosť a tvrdosť klesajú. Prestarnutá rúra je tvárnejšia, ale nemusí spĺňať požiadavky na ťah podľa ASTM B221 alebo ASTM B241 pre temperovanie T6.

Otázka: Ako sa overuje tepelné spracovanie na dodanej skúmavke?

Odpoveď: Podľa záznamov pece a starnutia, ktoré možno vysledovať k šarži, plus testovanie tvrdosti a testovanie ťahom vzoriek, pričom meranie vodivosti sa používa ako rýchla indikácia, že ochladzovanie bolo dokončené.