нагартовка алюмінію

Методи обробки металів тиском - прокатка, кування, штампування, пресування - перетворюють литий алюмінієвий злиток в готовий напівфабрикат або кінцевий виріб - алюмінієвий лист, алюмінієву поковки, алюмінієву штамповану деталь або алюмінієвий профіль. Це відбувається у спекотних і кімнатній температурі і може також включати один або кілька проміжних нагревов - отжигов - алюмінію або алюмінієвого сплаву для відновлення його пластичності. При цьому відбувається два основних зміни: 1) зміна форми і 2) зміна мікроструктури і механічних властивостей.

Приклад: прокатка фольги з злитка

Наприклад, прокаткою з алюмінієвого злитка довжиною 5 м і товщиною 300 мм отримують близько 200 кілометрів алюмінієвої фольги товщиною 7 мікрометрів. Зміна форми вимірюється одиницями деформації. І без чисельної оцінки деформацій ясно, що тут вони були дуже великими, і їх не можна було досягти за один прохід. Зазвичай шлях виготовлення фольги починається з гарячої прокатки і закінчується холодної прокаткою і відпалом.

Чому алюміній пластичний?

Здатність піддаватися великий пластичної деформації є одним з найбільш корисних властивостей металів. Метали з гранецентрированной кубічної гратами, до яких відноситься і алюміній, зазвичай виявляють хорошу пластичність - їх можна легко деформувати в різні складні форми. Зазвичай метали складається з великої кількості окремих зерен або кристалів, тобто вони є полікристалічний. Типове зерно або кристал алюмінію після гарячої і холодної обробки, а потім відпалу має діаметр, скажімо, 40 мкм, а елементарна осередок атомної кристалічної решітки - всього близько 0,4 нм = 0,0004 мкм. Так що кожне зерно містить багато мільйонів таких елементарних осередків - близько 10 15 штук.

Дислокації в алюмінії

При розливанні алюмінієвих зливків первинні кристали ростуть з рідкої фази і лита мікроструктура зазвичай дуже груба. Коли алюміній пластично деформують, кожне зерно деформується шляхом руху лінійних дефектів своєї кристалічної решітки. Деформація відбувається за рахунок прослизання по площинах ковзання уздовж напрямків зсуву. Ці дефекти називають дислокациями (рисунок 1). Дислокації рухаються по деяким кристалографічних площинах в кристалі - так званим «щільно упакованим площинах», які відомі як площині ковзання. Рух однієї дислокації виробляє одиничну сдвиговую деформацію, а об'єднаний рух сотень тисяч дислокацій - повну деформацію.

В ході деформації при кімнатній температурі число дислокацій зростає і їм стає важко рухатися крізь атомну решітку. У цьому випадку говорять, що алюміній «отримав нагартовка», «отримав деформаційне зміцнення» або навіть «наклепаного», а такий алюміній або алюмінієвий сплав називають нагартована. Це означає, що для продовження деформації потрібно все більші зусилля, а алюміній поступово втрачає пластичність, що, в кінцевому рахунку, призведе до утворення в ньому тріщин і його руйнування.

В цей час на атомному рівні відбувається наступне. В ході деформації ковзання дислокацій відбувається дуже активно і рухомі дислокації різних площин ковзання починають взаємодіяти один з одним, плутають між собою і утворювати так званий «ліс» дислокацій. Зі збільшенням щільності дислокацій зростає межа плинності матеріалу - десь прямо пропорційно кореню квадратному з щільності дислокацій.

Повернення і рекристалізація деформованого алюмінію

Дислокації, які виникли при нагартовка алюмінію, можна видалити шляхом нагрівання нагартована металу до помірно високої температури, наприклад, 345 ° С. Це змушує алюміній знову стати м'яким і відновлює його пластичність. Цей нагрів називають відпалом. Зміни мікроструктури, які відбуваються в ході відпалу, називають поверненням і рекристалізацією. В ході деформації при підвищених температурах зазвичай відбуваються процеси відновлення. Їх називають динамічним поверненням і динамічної рекристалізацією.

Завдяки цим процесам алюміній не нагартовивается так сильно як при кімнатній температурі і вимагає для деформування набагато нижчі навантаження. Вже при температурі 200 ° С чистий алюміній майже повністю втрачає здатність до нагартовка. При помірних пластичних деформаціях алюмінієвих сплавів дислокації в них розподіляються неоднорідне, а формують осередки зі стінками з переплутаних дислокацій і малою щільністю дислокацій усередині осередків. Зазвичай ці осередки мають діаметр близько 1 мікрометра. Коли відбувається повернення, стінки осередків стають межами так званих субзерен. При відпалі алюмінію або алюмінієвого сплаву після великого обсягу холодної пластичної деформації відбувається процес рекристалізації з утворенням нових зерен (малюнок 2). Рушійною силою рекристалізації є запасена внутрішня енергія, яка виникає при утворенні дислокацій.

Щільність дислокацій можна виразити у вигляді їх сумарної довжини в одиниці об'єму матеріалу. Для відпаленого матеріалу це може бути величина близько 10 10 м -2. а для сильно загартовані алюмінію вона доходить до 10 15 м -2.

Джерело: TALAT 1251