Heat Treatable Aluminum Alloys Abst

Heat Treatable Aluminum Alloys


Abstract:
The term “heat treating” for aluminum alloys is frequently restricted to the specific operations employed to increase strength and hardness of the precipitation-hardenable wrought and cast alloys. These usually are referred to as the “heat-treatable” alloys to distinguish them from those alloys in which no significant strengthening can be achieved by heating and cooling.Heat treatment to increase strength of aluminum alloys is a three-step process:
• Solution heat treatment: dissolution of soluble phases
• Quenching: development of supersaturation
• Age hardening: precipitation of solute atoms either at room temperature (natural aging) or elevated temperature (artificial aging or precipitation heat treatment).




Heat treating in its broadest sense, refers to any of the heating and cooling operations are performed for the purpose of changing the mechanical properties, the metallurgical structure, or the residual stress state of a metal product.
When the term is applied to aluminum alloys, however, its use frequently is restricted to the specific operations employed to increase strength and hardness of the precipitation-hardenable wrought and cast alloys. These usually are referred to as the "heat-treatable" alloys to distinguish them from those alloys in which no significant strengthening can be achieved by heating and cooling. The latter, generally referred to as "non heat-treatable" alloys depend primarily on cold work to increase strength. Heating to decrease strength and increase ductility (annealing) is used with alloys of both types; metallurgical reactions may vary with type of alloy and with degree of softening desired.
One essential attribute of a precipitation-hardening alloy system is a temperature-dependent equilibrium solid solubility characterized by increasing solubility with increasing temperature. The mayor aluminum alloy systems with precipitation hardening include:
• Aluminum-copper systems with strengthening from CuAl2
• Aluminum-copper-magnesium systems (magnesium intensifies precipitation)
• Aluminum-magnesium-silicon systems with strengthening from Mg2Si
• Aluminum-zinc-magnesium systems with strengthening from MgZn2
• Aluminum-zinc-magnesium-copper systems
The general requirement for precipitation strengthening of supersaturated solid solutions involves the formation of finely dispersed precipitates during aging heat treatment (which may include either natural aging or artificial aging). The aging must be accomplished not only below the equilibrium solvus temperature, but below a metastable miscibility gap called the Guinier-Preston (GP) zone solvus line.
The commercial heat-treatable alloys are, with few exceptions, based on ternary or quaternary systems with respect to the solutes involved in developing strength by precipitation. Commercial alloys whose strength and hardness can be significantly increased by heat treatment include 2xxx, 6xxx, and 7xxx series wrought alloys and 2xx.0, 3xx.0 and 7xx.0 series casting alloys.
Some of these contain only copper, or copper and silicon as the primary strengthening alloy addition. Most of the heat-treatable alloys, however, contain combinations of magnesium with one or more of the elements, copper, silicon and zinc. Characteristically, even small amounts of magnesium in concert with these elements accelerate and accentuate precipitation hardening, while alloys in the 6xxx series contain silicon and magnesium approximately in the proportions required for formulation of magnesium silicide (Mg2Si). Although not as strong as most 2xxx and 7xxx alloys, 6xxx alloys have good formability, weldability, machinability, and corrosion resistance, with medium strength.
In the heat-treatable wrought alloys, with some notable exceptions (2024, 2219, and 7178), such solute elements are present in amounts that are within the limits of mutual solid solubility at temperatures below the eutectic temperature (lowest melting temperature).
In contrast, some of the casting alloys of the 2xx.0 series and all of the 3xx.0 series alloys contain amounts of soluble elements that far exceed solid-solubility limits. In these alloys, the phase formed by combination of the excess soluble elements with the aluminum will never be dissolved, although the shapes of the undissolved particles may be changed by partial solution.
Heat treatment to increase strength of aluminum alloys is a three-step process:
• Solution heat treatment: dissolution of soluble phases
• Quenching: development of supersaturation
• Age hardening: precipitation of solute atoms either at room
temperature (natural aging) or elevated temperature (artificial aging or precipitation heat treatment).
Solution Heat Treating
To take advantage of the precipitation hardening reaction, it is necessary first to produce a solid solution. The process by which this is accomplished is called solution heat treating, and its objective is to take into solid solution the maximum practical amounts of the soluble hardening elements in the alloy. The process consists of soaking the alloy at a temperature sufficiently high and for a time long enough to achieve a nearly homogeneous solid solution.

Precipitation Heat Treating without Prior Solution Heat Treatment
Certain alloys that are relatively insensitive to cooling rate during quenching can be either air cooled or water quenched directly from a final hot working operation. In either condition, these alloys respond strongly to precipitation heat treatment. This practice is widely used in producing thin extruded shapes of alloys 6061, 6063, 6463 and 7005.
Upon precipitation heat treating after quenching at the extrusion press, these alloys develop strengths nearly equal to those obtained by adding a separate solution heat treating operation. Changes in properties occurring during the precipitation treatment follow the principles outlined in the discussion of solution heat-treated alloys.
Quenching
Quenching is in many ways the most critical step in the sequence of heat-treating operations. The objective of quenching is to preserve the solid solution formed at the solution heat-treating temperature, by rapidly cooling to some lower temperature, usually near room temperature.
In most instances, to avoid those types of precipitation that are detrimental to mechanical properties or to corrosion resistance, the solid solution formed during solution heat treatment must be quenched rapidly enough (and without interruption) to produce supersaturated solution at room temperature - the optimum condition for precipitation hardening.
The resistance to stress-corrosion cracking of certain copper-free aluminum-zinc-magnesium alloys, however, is improved by slow quenching. Most frequently, parts are quenched by immersion in cold water, or in continuous heat treating of sheet, plate, or extrusions in primary fabricating mills, by progressive flooding or high-velocity spraying with cold water.
Age hardening
After solution treatment and quenching hardening is achieved either at room temperature (natural aging) or with a precipitation heat treatment (artificial aging). In some alloys, sufficient precipitation occurs in a few days at room temperature to yield stable products with properties that are adequate for many applications. These alloys sometimes are precipitation heat treated to provide increased strength and hardness in wrought or cast products. Other alloys with slow precipitations reactions at room temperature are always precipitation heat treated before being used.
In some alloys, notably those of the 2xxx series, cold working or freshly quenched material greatly increases its response to later precipitation heat treatment.
Natural Aging. The more highly alloyed members of the 6xxx wrought series, the copper-containing alloys of the 7xxx group, and all of the 2xxx alloys are almost always solution heat treated and quenched. For some of these alloys, particularly the 2xxx alloys, the precipitation hardening that results from natural aging alone produces useful tempers (T3 and T4 types) that are characterized by high ratios of tensile to yield strength and high fracture toughness and resistance to fatigue. For the alloys that are used in these tempers, the relatively high supersaturation of atoms and vacancies retained by rapid quenching causes rapid formation of GP zones, and strength increases rapidly, attaining nearly maximum stable values in four or five days. Tensile-property specifications for products in T3- and T4-type tempers are based on a nominal natural aging time of four days. In alloys for which T3- or T4-type tempers are standard, the changes that occur in further natural aging are of relatively minor magnitude, and products of these combinations of alloy and temper are regarded as essentially stable after about one week.
In contrast to the relatively stable condition reached in a few days by 2xxx alloys that are used in T3- or T4-type tempers, the 6xxx alloys and to an even greater degree the 7xxx alloys are considerably less stable at room temperature and continue to exhibit significant changes in mechanical properties for many years.
Precipitation heat treatments generally are low-temperature, long-term processes. Temperatures range from 115 to 190°C; times vary from 5 to 48 h.
Choice of time-temperature cycles for precipitation heat treatment should receive careful consideration. Larger particles of precipitate result from longer times and higher temperatures; however, the larger particles must, of necessity, be fewer in number with greater distances between them.
The objective is to select the cycle that produces optimum precipitate size and distribution pattern. Unfortunately, the cycle required to maximize one property, such as tensile strength, is usually different from that required to maximize others, such as yield strength and corrosion resistance. Consequently, the cycles used represent compromises

Kết quả (Việt) 1:

Hợp kim nhôm có thể điều trị nhiệt Tóm tắt:Thuật ngữ "nhiệt xử lý" cho hợp kim nhôm thường xuyên bị giới hạn đến các hoạt động cụ thể sử dụng để tăng sức mạnh và độ cứng của hardenable mưa rèn và đúc hợp kim. Chúng thường được gọi là hợp kim "heat-treatable" để phân biệt chúng từ các hợp kim của chúng ở đó không có tăng cường đáng kể có thể đạt được bởi sưởi ấm và làm mát.Xử lý nhiệt để tăng sức mạnh của hợp kim nhôm là một quá trình ba bước:• Giải pháp xử lý nhiệt: sự sụp đổ của hòa tan trong giai đoạn• Tôi: phát triển của supersaturation• Tuổi tôi: mưa tan nguyên tử hoặc ở nhiệt độ phòng (lão hóa tự nhiên) hoặc nhiệt độ cao (nhân tạo lão hóa hoặc mưa xử lý nhiệt). Nhiệt điều trị trong ý nghĩa rộng nhất của nó, đề cập đến bất kỳ các sưởi ấm và làm mát hoạt động được thực hiện với mục đích thay đổi tính chất cơ học, cấu trúc ngành luyện kim, hoặc dư căng thẳng, bang một sản phẩm kim loại.Khi thuật ngữ được áp dụng cho hợp kim nhôm, Tuy nhiên, việc sử dụng nó thường xuyên bị hạn chế để các hoạt động cụ thể sử dụng để tăng sức mạnh và độ cứng của hardenable mưa rèn và đúc hợp kim. Chúng thường được gọi là hợp kim "heat-treatable" để phân biệt chúng từ các hợp kim của chúng ở đó không có tăng cường đáng kể có thể đạt được bởi sưởi ấm và làm mát. Sau đó, thường gọi là "không heat-treatable" hợp kim phụ thuộc chủ yếu vào các công việc lạnh để tăng sức mạnh. Hệ thống sưởi để giảm sức mạnh và tăng độ dẻo (tôi) được sử dụng với các hợp kim của cả hai loại; luyện kim phản ứng có thể khác nhau với loại hợp kim và với mức độ mềm mong muốn.Một thuộc tính thiết yếu của một hệ thống hợp kim cứng mưa là một phụ thuộc vào nhiệt độ cân bằng rắn hòa tan đặc trưng bằng cách tăng độ hòa tan với sự gia tăng nhiệt độ. Hệ thống hợp kim nhôm thị trưởng với mưa cứng bao gồm:• Nhôm-đồng hệ thống với tăng cường từ CuAl2Hệ thống • nhôm-đồng-magiê (magiê intensifies mưa)• Nhôm-magiê-silic hệ thống với tăng cường từ Mg2Si• Nhôm-kẽm-magiê hệ thống với tăng cường từ MgZn2• Nhôm-kẽm-magiê-đồng hệ thốngYêu cầu chung cho mưa tăng cường của supersaturated rắn giải pháp liên quan đến sự hình thành của kết tủa phân tán mịn trong xử lý nhiệt lão hóa (có thể bao gồm hoặc là lão hóa tự nhiên hay nhân tạo lão hóa). Sự lão hóa phải được thực hiện không chỉ dưới nhiệt độ solvus cân bằng, nhưng dưới một khoảng cách đồng phân miscibility được gọi là Guinier-Preston (GP) khu vực solvus line.Hợp kim heat-treatable thương mại được, với số ngoại lệ, dựa trên hệ thống cả hoặc Đệ tứ đối với solutes tham gia trong việc phát triển sức mạnh của mưa. Thương mại hợp kim có sức mạnh và độ cứng có thể được đáng kể tăng lên bởi xử lý nhiệt bao gồm 2xxx, 6xxx, và 7xxx các hợp kim loạt rèn và 2xx.0, 3xx.0 và 7xx.0 loạt đúc hợp kim.Một số người trong số này chứa chỉ đồng, hoặc đồng và silic như tăng cường chính hợp kim bổ sung. Hầu hết các hợp kim heat-treatable, Tuy nhiên, có chứa các kết hợp magiê với một hoặc nhiều yếu tố, đồng, silic và kẽm. Đặc trưng, một lượng nhỏ thậm chí magiê trong buổi hòa nhạc với những yếu tố này tăng tốc và nhấn mưa cứng, trong khi các hợp kim trong loạt 6xxx chứa silic và magiê khoảng trong tỷ lệ cần thiết cho xây dựng magiê silicide (Mg2Si). Mặc dù không mạnh như hầu hết 2xxx và 7xxx hợp kim, hợp kim 6xxx có formability, tính, machinability, và ăn mòn sức đề kháng tốt, với sức mạnh trung bình.Trong các hợp kim wrought heat-treatable, với một số ngoại lệ đáng chú ý (2024, 2219 và 7178), những yếu tố tan được hiện nay số lượng có hạn lẫn nhau hòa tan rắn ở nhiệt độ dưới nhiệt độ eutecti (nhiệt độ nóng chảy thấp nhất).Ngược lại, một số hợp kim đúc của dòng 2xx.0 và tất cả các 3xx.0 loạt hợp kim có chứa một lượng hòa tan yếu tố mà đến nay vượt quá giới hạn chất rắn hòa tan. Các hợp kim của chúng, giai đoạn hình thành bởi sự kết hợp của các yếu tố hòa tan dư thừa với nhôm sẽ không bao giờ được giải tán, mặc dù các hình dạng của các hạt undissolved có thể được thay đổi bởi một phần giải pháp.Xử lý nhiệt để tăng sức mạnh của hợp kim nhôm là một quá trình ba bước:• Giải pháp xử lý nhiệt: sự sụp đổ của hòa tan trong giai đoạn• Tôi: phát triển của supersaturation• Tuổi tôi: mưa tan nguyên tử hoặc tại Phòngnhiệt độ (lão hóa tự nhiên) hoặc nhiệt độ cao (nhân tạo lão hóa hoặc mưa xử lý nhiệt).Giải pháp nhiệt điều trịĐể tận dụng lợi thế của mưa cứng phản ứng, nó là cần thiết đầu tiên để sản xuất một dung dịch rắn. Quá trình mà điều này thực hiện được gọi là giải pháp nhiệt điều trị, và mục tiêu của nó là để đưa vào dung dịch rắn tối đa số tiền thực tế của các yếu tố làm cứng hòa tan trong hợp kim. Quá trình bao gồm ngâm hợp kim ở một nhiệt độ đủ cao và trong một thời gian dài đủ để đạt được một dung dịch rắn gần như đồng nhất. Mưa nhiệt điều trị mà không có trước khi giải pháp xử lý nhiệtMột số hợp kim tương đối không nhạy cảm với tỷ lệ làm mát trong thời gian tôi có thể là máy làm mát bằng nước hoặc nước quenched trực tiếp từ một hoạt động làm việc cuối cùng nóng. Trong một trong hai điều kiện, các hợp kim của chúng đáp ứng mạnh mẽ để xử lý nhiệt mưa. Thực hành này sử dụng rộng rãi trong sản xuất mỏng tấm ép hình dạng của hợp kim 6061, 6063, 6463 và 7005.Khi mưa nhiệt điều trị sau khi tôi bấm phun ra, các hợp kim của chúng phát triển sức mạnh gần tương đương với những thu được bằng cách thêm một nhiệt riêng biệt giải pháp điều trị hoạt động. Những thay đổi trong thuộc tính xảy ra trong quá trình điều trị mưa thực hiện theo các nguyên tắc được nêu trong các cuộc thảo luận của giải pháp nhiệt hợp kim. TôiTôi là trong nhiều cách bước quan trọng nhất trong chuỗi các hoạt động. Mục tiêu của tôi là để bảo tồn dung dịch rắn được hình thành tại các giải pháp các nhiệt độ, bởi nhanh chóng làm mát một số nhiệt độ thấp, thường gần nhiệt độ phòng.Trong hầu hết trường hợp, để tránh những loại mưa mà có hại đến tính chất cơ học hoặc để chống ăn mòn, dung dịch rắn được hình thành trong quá trình xử lý nhiệt giải pháp phải được quenched nhanh chóng đủ (và không có sự gián đoạn) để sản xuất supersaturated giải pháp ở nhiệt độ phòng - các điều kiện tối ưu cho mưa cứng.Khả năng chống ăn mòn căng thẳng nứt của một số hợp kim đồng-Việt nhôm-kẽm-magiê, Tuy nhiên, được cải thiện bởi tôi chậm. Thường xuyên nhất, bộ phận được quenched bởi ngâm trong nước lạnh, hoặc ở nhiệt độ liên tục điều trị của tấm, tấm hoặc extrusions ở chính chế tạo mills, bởi tiến bộ lũ lụt hoặc vận tốc cao, phun với nước lạnh. Tuổi cứngSau khi giải pháp điều trị và tôi cứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng (lão hóa tự nhiên) hoặc với một mưa xử lý nhiệt (nhân tạo lão hóa). Trong một số hợp kim của chúng, đủ mưa xảy ra trong một vài ngày ở nhiệt độ phòng để mang lại ổn định sản phẩm với tài sản được đầy đủ cho nhiều ứng dụng. Các hợp kim của chúng đôi khi là mưa nhiệt được điều trị để cung cấp tăng sức mạnh và độ cứng trong các sản phẩm rèn hoặc đúc. Các hợp kim với các phản ứng chậm precipitations ở nhiệt độ phòng là luôn luôn mưa nhiệt được điều trị trước khi được sử dụng.Trong một số hợp kim, đặc biệt là những người của dòng 2xxx, lạnh làm việc hoặc tài liệu tươi quenched rất nhiều tăng phản ứng của mình để xử lý nhiệt mưa sau này.Lão hóa tự nhiên. Càng cao hợp kim thành viên của dòng 6xxx rèn, hợp kim có chứa đồng đội 7xxx, và tất cả các hợp kim 2xxx hầu như luôn luôn là giải pháp nhiệt được điều trị và quenched. Đối với một số các hợp kim của chúng, đặc biệt là các hợp kim 2xxx, mưa cứng mà kết quả từ lão hóa tự nhiên một mình sản xuất hữu ích nóng nảy (T3 và T4 loại) được đặc trưng bởi các tỷ lệ cao của độ bền kéo để mang lại sức mạnh và độ dẻo dai cao gãy xương và khả năng chống mệt mỏi. Đối với các hợp kim của chúng được sử dụng trong các nóng nảy, supersaturation tương đối cao của nguyên tử và vị trí giữ lại nhanh chóng tôi gây ra sự hình thành nhanh chóng của GP khu, và sức mạnh tăng nhanh chóng, đạt được ổn định gần tối đa giá trị trong bốn hoặc năm ngày. Căng-bất động sản thông số kỹ thuật cho các sản phẩm trong loại T3 và T4 nóng nảy được dựa trên một thời gian lão hóa tự nhiên trên danh nghĩa của bốn ngày. Trong các hợp kim cho T3 - hay T4-loại nóng nảy là tiêu chuẩn, những thay đổi xảy ra trong hơn nữa lão hóa tự nhiên là tương đối nhỏ các cường độ, và các sản phẩm của các tổ hợp các hợp kim và bình tĩnh được coi là ổn định cơ bản sau khoảng một tuần.Trái ngược với các điều kiện tương đối ổn định đạt đến trong một vài ngày của hợp kim 2xxx được sử dụng trong loại T3 hoặc T4 nóng nảy, hợp kim 6xxx và đến một mức độ thậm chí cao hơn các hợp kim 7xxx là đáng kể ít ổn định ở nhiệt độ phòng và tiếp tục để triển lãm các thay đổi đáng kể trong tính chất cơ học trong nhiều năm.Mưa nhiệt phương pháp điều trị thường là quá trình nhiệt độ thấp, lâu dài. Nhiệt độ khoảng từ 115 đến 190° C; lần thay đổi từ 5 đến 48 h.Sự lựa chọn của nhiệt độ thời gian chu kỳ cho mưa nhiệt điều trị nên được xem xét cẩn thận. Lớn hơn các hạt precipitate gây ra từ lâu hơn thời gian và nhiệt độ cao hơn; Tuy nhiên, các hạt lớn hơn, cần thiết, phải ít hơn số với các khoảng cách lớn giữa chúng.Mục tiêu là để chọn chu kỳ sản xuất tối ưu kích thước precipitate và phân phối mẫu. Thật không may, chu kỳ bắt buộc để tối đa hóa một bất động sản, chẳng hạn như sức mạnh, là thường khác cần thiết để tối đa hóa những người khác, chẳng hạn như sản lượng sức mạnh và ăn mòn kháng. Do đó, chu kỳ sử dụng đại diện cho thỏa hiệp