آلیاژ آلومینیوم یک ماده ساختاری مهم با خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی است. به منظور بهبود بیشتر عملکرد آلیاژهای آلومینیوم، معمولاً عملیات حرارتی مورد نیاز است. عملیات حرارتی آلیاژ آلومینیوم ریخته گری به فرآیند گرم کردن آلیاژ آلومینیوم ریخته گری تا دمای معین، حفظ آن برای مدت زمان و سپس سرد کردن آن اشاره دارد.
اهداف اصلی عملیات حرارتی برای ریخته گری آلیاژهای آلومینیوم به شرح زیر است:
1. بهبود خواص مکانیکی مواد: از طریق عملیات حرارتی، استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش آلیاژهای آلومینیوم را می توان بهبود بخشید تا نیازهای کاربردهای مختلف مهندسی را برآورده کند.
2. از بین بردن تنش داخلی در مواد: در طول فرآیند ریخته گری آلیاژهای آلومینیوم، به دلیل سرعت پایین سرد شدن
3. بهبود مقاومت در برابر خوردگی مواد: آلیاژهای آلومینیوم در طول عملیات حرارتی یک فیلم اکسید متراکم تشکیل می دهند که می تواند به طور موثر مقاومت در برابر خوردگی مواد را بهبود بخشد و عمر مفید آنها را افزایش دهد.
فرآیند عملیات حرارتی برای ریخته گری آلیاژهای آلومینیوم معمولاً شامل مراحل زیر است:
1. حرارت دادن: قطعات آلیاژ آلومینیوم ریخته گری شده را برای گرم کردن در کوره قرار دهید تا به دمای عملیات حرارتی مورد نظر برسد. انتخاب دما و زمان گرمایش به ترکیب آلیاژ آلومینیوم و خواص مورد نیاز بستگی دارد.
2. عایق کاری: پس از حرارت دادن به دمای مورد نظر، آن را برای مدتی حفظ کنید تا به حالت تعادل حرارتی یکنواخت ساختار داخلی آلیاژ آلومینیوم دست یابید. طول زمان عایق نیز یکی از عوامل مهم موثر بر اثر عملیات حرارتی است.
3. خنک کننده: روش خنک کننده مناسب را با توجه به نیازهای خاص انتخاب کنید. روش های خنک کننده متداول عبارتند از کوئنچ با آب، کوئنچ روغن و خنک کننده طبیعی. روش های مختلف خنک کننده اثرات متفاوتی بر عملکرد آلیاژهای آلومینیوم دارند.
چهار فرآیند اصلی عملیات حرارتی:
1. عملیات بازپخت: فرآیند حرارت دادن ریخته گری آلیاژ آلومینیوم تا دمای نسبتاً بالا، معمولاً در حدود 300 درجه، برای مدت معینی نگه داشته می شود و سپس آنها را در کوره تا دمای اتاق خنک می کنند، آنیلینگ نامیده می شود. در طول فرآیند بازپخت، محلول جامد تجزیه میشود و ذرات فاز دوم تجمع مییابند، که میتواند تنش داخلی ریختهگری را از بین ببرد، اندازه ریختهگری را تثبیت کند، تغییر شکل را کاهش دهد و انعطافپذیری ریختهگری را افزایش دهد.
2. درمان محلول: حرارت دادن ریخته گری تا بالاترین دمای ممکن، نزدیک به نقطه ذوب یوتکتیک، حفظ آن در این دما برای مدت زمان کافی و سپس سرد کردن سریع آن برای به حداکثر رساندن انحلال اجزای تقویت کننده. این حالت در دمای بالا در دمای اتاق ثابت و نگهداری می شود و به این فرآیند، درمان محلول می گویند. درمان محلول جامد می تواند استحکام و پلاستیسیته ریخته گری را بهبود بخشد و مقاومت به خوردگی آلیاژها را افزایش دهد.
3. عملیات پیری: فرآیند گرم کردن ریخته گری با محلول جامد تا دمای معین، نگه داشتن آن برای مدت معین، سپس خارج کردن آن از کوره و سرد کردن آهسته آن تا دمای اتاق در هوا، پیری نامیده می شود. اگر تقویت پیری در دمای اتاق انجام شود، پیری طبیعی نامیده می شود. اگر تقویت پیری بالاتر از دمای اتاق انجام شود و برای مدتی نگهداری شود، پیری مصنوعی نامیده می شود. عملیات پیری فرآیند خود به خودی تجزیه محلول جامد فوق اشباع است که شبکه ماتریس آلیاژ را به حالت نسبتاً پایدار باز می گرداند.
4. درمان چرخه سرد و گرم: ریخته گری هایی که تحت درمان چرخه سرد و گرم قرار گرفته اند ممکن است به دلیل چندین فرآیند گرمایش و سرمایش، انقباض و انبساط شبکه محلول جامد را تجربه کنند که منجر به جابجایی جزئی شبکه هر فاز و حالت پایدارتر می شود. ذرات فاز دوم، در نتیجه پایداری ابعادی ریخته گری را بهبود می بخشد و آن را برای ساخت قطعات دقیق مناسب می کند.
در طول عملیات حرارتی باید به سه نکته مهم توجه کرد:
1. کنترل دما: در طول فرآیند گرمایش، برای جلوگیری از دمای بیش از حد بالا یا پایین، برای جلوگیری از اثرات نامطلوب بر عملکرد آلیاژ آلومینیوم، لازم است به شدت دما را کنترل کنید.
2. زمان عایق کاری: طول زمان عایق کاری مستقیماً بر ساختار و خواص آلیاژ آلومینیوم تأثیر می گذارد. زمان عایق کاری بیش از حد یا ناکافی می تواند منجر به نتایج نامطلوب عملیات حرارتی شود.
3. نرخ خنک کننده: نرخ های خنک کننده مختلف اثرات متفاوتی بر ریزساختار و خواص آلیاژهای آلومینیوم خواهند داشت. روش ها و سرعت های خنک کننده مناسب باید با توجه به نیازهای خاص انتخاب شوند.
