Pjekja, shuarja dhe plakja janë llojet themelore të trajtimit termik të lidhjeve të aluminit. Pjekja është një trajtim zbutës, qëllimi i të cilit është ta bëjë lidhjen uniforme dhe të qëndrueshme në përbërje dhe strukturë, të eliminojë forcimin gjatë punës dhe të rivendosë plasticitetin e lidhjes. Shuarja dhe plakja janë një trajtim termik forcues, qëllimi i të cilit është të përmirësojë fortësinë e lidhjes dhe përdoret kryesisht për lidhjet e aluminit që mund të forcohen me anë të trajtimit termik.
1 Pjekje
Sipas kërkesave të ndryshme të prodhimit, pjekja e lidhjeve të aluminit ndahet në disa forma: pjekja me homogjenizim të shufrës, pjekja me shufër metalike, pjekja e ndërmjetme dhe pjekja e produktit të përfunduar.
1.1 Pjekja e homogjenizimit të shufrave
Në kushtet e kondensimit të shpejtë dhe kristalizimit jo në ekuilibër, lingota duhet të ketë përbërje dhe strukturë të pabarabartë, si dhe të ketë stres të madh të brendshëm. Për të ndryshuar këtë situatë dhe për të përmirësuar përpunueshmërinë e ingotit në të nxehtë, në përgjithësi kërkohet pjekje me homogjenizim.
Për të nxitur difuzionin atomik, duhet të zgjidhet një temperaturë më e lartë për pjekjen me homogjenizim, por ajo nuk duhet të kalojë pikën e shkrirjes eutektike të aliazhit. Në përgjithësi, temperatura e pjekjes me homogjenizim është 5~40℃ më e ulët se pika e shkrirjes, dhe koha e pjekjes është kryesisht midis 12~24 orësh.
1.2 Pjekja e shufrave të metalit
Pjekja e shufrës i referohet pjekjes para deformimit të parë të ftohtë gjatë përpunimit me presion. Qëllimi është që shufra të marrë një strukturë të ekuilibruar dhe të ketë kapacitetin maksimal të deformimit plastik. Për shembull, temperatura e fundit të rrotullimit të pllakës së aliazhit të aluminit të petëzuar në të nxehtë është 280~330℃. Pas ftohjes së shpejtë në temperaturën e dhomës, fenomeni i forcimit në punë nuk mund të eliminohet plotësisht. Në veçanti, për aliazhet e aluminit të përforcuar të trajtuara me nxehtësi, pas ftohjes së shpejtë, procesi i rikristalizimit nuk ka mbaruar dhe tretësira e ngurtë e mbingopur nuk është dekompozuar plotësisht dhe një pjesë e efektit të forcimit në punë dhe shuarjes ruhet ende. Është e vështirë të bëhet rrotullim i ftohtë direkt pa pjekje, kështu që kërkohet pjekje në shufër. Për aliazhet e aluminit të përforcuar jo të trajtuara me nxehtësi, siç është LF3, temperatura e pjekjes është 370~470℃ dhe ftohja me ajër kryhet pasi të mbahet ngrohtë për 1.5~2.5 orë. Temperatura e shufrës dhe e pjekjes e përdorur për përpunimin e tubave të tërhequr në të ftohtë duhet të jetë në mënyrë të përshtatshme më e lartë dhe temperatura kufitare e sipërme mund të zgjidhet. Për lidhjet e aluminit që mund të forcohen me anë të trajtimit termik, të tilla si LY11 dhe LY12, temperatura e pjekjes së shufrës është 390~450℃, mbahet në këtë temperaturë për 1~3 orë, pastaj ftohet në furrë nën 270℃ me një shpejtësi jo më shumë se 30℃/orë dhe më pas ftohet me ajër jashtë furrës.
1.3 Pjekja e ndërmjetme
Pjekja e ndërmjetme i referohet pjekjes midis proceseve të deformimit të ftohtë, qëllimi i së cilës është të eliminojë forcimin në punë për të lehtësuar deformimin e vazhdueshëm të ftohtë. Në përgjithësi, pasi materiali të jetë pjekur, do të jetë e vështirë të vazhdohet përpunimi i ftohtë pa pjekje të ndërmjetme pasi t'i nënshtrohet deformimit të ftohtë prej 45~85%.
Sistemi i procesit të pjekjes së ndërmjetme është në thelb i njëjtë me atë të pjekjes në shufra metalike. Sipas kërkesave të shkallës së deformimit të ftohtë, pjekjes së ndërmjetme mund të ndahet në tre lloje: pjekje e plotë (deformim total ε≈60~70%), pjekje e thjeshtë (ε≤50%) dhe pjekje e lehtë (ε≈30~40%). Dy sistemet e para të pjekjes janë të njëjta me pjekjen në shufra metalike, dhe i dyti nxehet në 320~350℃ për 1.5~2 orë dhe më pas ftohet me ajër.
1.4. Pjekja e produktit të përfunduar
Pjekja e produktit të përfunduar është trajtimi përfundimtar termik që i jep materialit veti të caktuara organizative dhe mekanike sipas kërkesave të kushteve teknike të produktit.
Pjekja e produktit të përfunduar mund të ndahet në pjekje në temperaturë të lartë (prodhimi i produkteve të buta) dhe pjekje në temperaturë të ulët (prodhimi i produkteve gjysmë të forta në gjendje të ndryshme). Pjekja në temperaturë të lartë duhet të sigurojë që të arrihet një strukturë e plotë rikristalizimi dhe plasticitet i mirë. Me kusht që të sigurohet që materiali të marrë strukturë dhe performancë të mirë, koha e mbajtjes nuk duhet të jetë shumë e gjatë. Për lidhjet e aluminit që mund të forcohen me anë të trajtimit termik, për të parandaluar efektin e shuarjes së ftohjes me ajër, shkalla e ftohjes duhet të kontrollohet rreptësisht.
Pjekja në temperaturë të ulët përfshin pjekjen me lehtësim të stresit dhe pjekjen me zbutje të pjesshme, të cilat përdoren kryesisht për alumin të pastër dhe lidhjet e aluminit të përforcuara pa trajtim termik. Formulimi i një sistemi pjekjeje në temperaturë të ulët është një detyrë shumë e ndërlikuar, e cila jo vetëm që duhet të marrë në konsideratë temperaturën e pjekjes dhe kohën e mbajtjes, por duhet të marrë në konsideratë edhe ndikimin e papastërtive, shkallën e aliazhimit, deformimin e ftohtë, temperaturën e ndërmjetme të pjekjes dhe temperaturën e deformimit të nxehtë. Për të formuluar një sistem pjekjeje në temperaturë të ulët, është e nevojshme të matet kurba e ndryshimit midis temperaturës së pjekjes dhe vetive mekanike, dhe më pas të përcaktohet diapazoni i temperaturës së pjekjes sipas treguesve të performancës të specifikuar në kushtet teknike.
2 Shuarje
Shuarja e aliazhit të aluminit quhet edhe trajtim me tretësirë, i cili konsiston në tretjen e sa më shumë elementëve aliazhues në metal si fazë e dytë në tretësirën e ngurtë nëpërmjet ngrohjes në temperaturë të lartë, e ndjekur nga ftohja e shpejtë për të penguar reshjet e fazës së dytë, duke përftuar kështu një tretësirë të ngurtë α të mbingopur me bazë alumini, e cila është e përgatitur mirë për trajtimin e ardhshëm të plakjes.
Premisa e marrjes së një tretësire të ngurtë α të mbingopur është se tretshmëria e fazës së dytë në aliazh në alumin duhet të rritet ndjeshëm me rritjen e temperaturës, përndryshe, qëllimi i trajtimit të tretësirës së ngurtë nuk mund të arrihet. Shumica e elementëve aliazhues në alumin mund të formojnë një diagram fazor eutektik me këtë karakteristikë. Duke marrë si shembull aliazhin Al-Cu, temperatura eutektike është 548℃, dhe tretshmëria në temperaturën e dhomës e bakrit në alumin është më pak se 0.1%. Kur nxehet në 548℃, tretshmëria e tij rritet në 5.6%. Prandaj, aliazhet Al-Cu që përmbajnë më pak se 5.6% bakër hyjnë në rajonin α me një fazë pasi temperatura e ngrohjes tejkalon vijën e saj të solvusit, domethënë, faza e dytë CuAl2 tretet plotësisht në matricë, dhe një tretësirë e vetme e ngurtë α e mbingopur mund të merret pas shuarjes.
Shuarja është operacioni më i rëndësishëm dhe më i kërkuar i trajtimit termik për lidhjet e aluminit. Çelësi është të zgjidhni temperaturën e duhur të ngrohjes së shuarjes dhe të siguroni shkallë të mjaftueshme ftohjeje të shuarjes, si dhe të kontrolloni rreptësisht temperaturën e furrës dhe të zvogëloni deformimin e shuarjes.
Parimi i zgjedhjes së temperaturës së shuarjes është rritja e temperaturës së ngrohjes së shuarjes sa më shumë që të jetë e mundur, duke u siguruar që lidhja e aluminit të mos digjet shumë ose kokrrat të rriten tepër, në mënyrë që të rritet mbingopja e tretësirës së ngurtë α dhe fortësia pas trajtimit të plakjes. Në përgjithësi, furra e ngrohjes me lidhje alumini kërkon që saktësia e kontrollit të temperaturës së furrës të jetë brenda ±3℃, dhe ajri në furrë të detyrohet të qarkullojë për të siguruar uniformitetin e temperaturës së furrës.
Djegia e tepërt e aliazhit të aluminit shkaktohet nga shkrirja e pjesshme e komponentëve me pikë të ulët shkrirjeje brenda metalit, siç janë eutektikat binare ose shumëelementëshe. Djegia e tepërt jo vetëm që shkakton uljen e vetive mekanike, por gjithashtu ka një ndikim serioz në rezistencën ndaj korrozionit të aliazhit. Prandaj, pasi një aliazh alumini digjet, ai nuk mund të eliminohet dhe produkti i aliazhit duhet të skraptohet. Temperatura aktuale e djegies së tepërt të aliazhit të aluminit përcaktohet kryesisht nga përbërja e aliazhit dhe përmbajtja e papastërtive, dhe gjithashtu lidhet me gjendjen e përpunimit të aliazhit. Temperatura e djegies së tepërt e produkteve që i janë nënshtruar përpunimit të deformimit plastik është më e lartë se ajo e derdhjeve. Sa më i madh të jetë përpunimi i deformimit, aq më e lehtë është që komponentët me pikë të ulët shkrirjeje jo në ekuilibër të treten në matricë kur nxehen, kështu që temperatura aktuale e djegies së tepërt rritet.
Shkalla e ftohjes gjatë shuarjes së aliazhit të aluminit ka një ndikim të rëndësishëm në aftësinë e forcimit ndaj plakjes dhe rezistencën ndaj korrozionit të aliazhit. Gjatë procesit të shuarjes së LY12 dhe LC4, është e nevojshme të sigurohet që tretësira e ngurtë α të mos dekompozohet, veçanërisht në zonën e ndjeshme ndaj temperaturës prej 290~420℃, dhe kërkohet një shkallë ftohjeje mjaftueshëm e madhe. Zakonisht përcaktohet që shkalla e ftohjes duhet të jetë mbi 50℃/s, dhe për aliazhin LC4, duhet të arrijë ose të kalojë 170℃/s.
Mjeti shuarës më i përdorur për lidhjet e aluminit është uji. Praktika e prodhimit tregon se sa më e madhe të jetë shpejtësia e ftohjes gjatë shuarjes, aq më i madh është stresi i mbetur dhe deformimi i mbetur i materialit ose i copës së punës që shuar. Prandaj, për copa të vogla pune me forma të thjeshta, temperatura e ujit mund të jetë pak më e ulët, përgjithësisht 10~30℃, dhe nuk duhet të kalojë 40℃. Për copat e punës me forma komplekse dhe ndryshime të mëdha në trashësinë e murit, për të zvogëluar deformimin dhe çarjen e shuarjes, temperatura e ujit ndonjëherë mund të rritet në 80℃. Megjithatë, duhet theksuar se me rritjen e temperaturës së ujit të rezervuarit të shuarjes, forca dhe rezistenca ndaj korrozionit e materialit ulen gjithashtu në përputhje me rrethanat.
3. Plakja
3.1 Transformimi organizativ dhe ndryshimet në performancë gjatë plakjes
Tretësira e ngurtë α e mbingopur e përftuar nga shuarja është një strukturë e paqëndrueshme. Kur nxehet, ajo do të dekompozohet dhe do të transformohet në një strukturë ekuilibri. Duke marrë si shembull lidhjen Al-4Cu, struktura e saj e ekuilibrit duhet të jetë α+CuAl2 (faza θ). Kur tretësira e ngurtë α e mbingopur me një fazë pas shuarjes nxehet për plakje, nëse temperatura është mjaft e lartë, faza θ do të precipitohet direkt. Përndryshe, kjo do të kryhet në faza, domethënë, pas disa fazave të ndërmjetme të tranzicionit, mund të arrihet faza përfundimtare e ekuilibrit CuAl2. Figura më poshtë ilustron karakteristikat e strukturës kristalore të secilës fazë të reshjes gjatë procesit të plakjes së lidhjes Al-Cu. Figura a. është struktura e rrjetës kristalore në gjendjen e shuar. Në këtë kohë, është një tretësirë e ngurtë α e mbingopur me një fazë, dhe atomet e bakrit (pikat e zeza) shpërndahen në mënyrë të barabartë dhe të rastësishme në rrjetën matricore të aluminit (pikat e bardha). Figura b. tregon strukturën e rrjetës në fazën e hershme të reshjeve. Atomet e bakrit fillojnë të përqendrohen në zona të caktuara të rrjetës matricore për të formuar një zonë Guinier-Preston, të quajtur zona GP. Zona GP është jashtëzakonisht e vogël dhe në formë disku, me një diametër prej rreth 5~10μm dhe një trashësi prej 0.4~0.6nm. Numri i zonave GP në matricë është jashtëzakonisht i madh dhe dendësia e shpërndarjes mund të arrijë 10¹⁷~10¹⁸cm-³. Struktura kristalore e zonës GP është ende e njëjtë me atë të matricës, të dyja janë kubike të përqendruara në sipërfaqe dhe ajo mban një ndërfaqe koherente me matricën. Megjithatë, për shkak se madhësia e atomeve të bakrit është më e vogël se ajo e atomeve të aluminit, pasurimi i atomeve të bakrit do të shkaktojë tkurrjen e rrjetës kristalore pranë rajonit, gjë që shkakton shtrembërim të rrjetës.
Diagrami skematik i ndryshimeve në strukturën kristalore të lidhjes Al-Cu gjatë plakjes
Figura a. Gjendje e shuar, një tretësirë e ngurtë α me një fazë, atomet e bakrit (pikat e zeza) janë të shpërndara në mënyrë të barabartë;
Figura b. Në fazën e hershme të plakjes, formohet zona GP;
Figura c. Në fazën e vonë të plakjes, formohet një fazë tranzicioni gjysmë-koherente;
Figura d. Plakja në temperaturë të lartë, precipitimi i fazës së ekuilibrit jokoherent
Zona GP është produkti i parë i para-precipitimit që shfaqet gjatë procesit të plakjes së lidhjeve të aluminit. Zgjatja e kohës së plakjes, veçanërisht rritja e temperaturës së plakjes, do të formojë edhe faza të tjera të ndërmjetme tranzicioni. Në lidhjen Al-4Cu, ka faza θ” dhe θ' pas zonës GP, dhe më në fund arrihet faza e ekuilibrit CuAl2. θ” dhe θ' janë të dyja faza tranzicioni të fazës θ, dhe struktura kristalore është një rrjetë katrore, por konstantja e rrjetës është e ndryshme. Madhësia e θ është më e madhe se ajo e zonës GP, ende në formë disku, me një diametër prej rreth 15~40nm dhe një trashësi prej 0.8~2.0nm. Ajo vazhdon të ruajë një ndërfaqe koherente me matricën, por shkalla e shtrembërimit të rrjetës është më intensive. Gjatë kalimit nga faza θ” në θ', madhësia është rritur në 20~600nm, trashësia është 10~15nm, dhe ndërfaqja koherente është gjithashtu pjesërisht e shkatërruar, duke u bërë një ndërfaqe gjysmë-koherente, siç tregohet në Figurën c. Produkti përfundimtar i reshjeve të plakjes është faza e ekuilibrit θ (CuAl2), në të cilën kohë ndërfaqja koherente shkatërrohet plotësisht dhe bëhet një ndërfaqe jo-koherente, siç tregohet në Figurën d.
Sipas situatës së mësipërme, rendi i reshjeve të plakjes së lidhjes Al-Cu është αs→α+GP zona→α+θ”→α+θ'→α+θ. Faza e strukturës së plakjes varet nga përbërja e lidhjes dhe specifikimi i plakjes. Shpesh ka më shumë se një produkt plakjeje në të njëjtën gjendje. Sa më e lartë të jetë temperatura e plakjes, aq më afër strukturës së ekuilibrit.
Gjatë procesit të plakjes, zona GP dhe faza e tranzicionit e precipituar nga matrica janë të vogla në madhësi, shumë të shpërndara dhe nuk deformohen lehtë. Në të njëjtën kohë, ato shkaktojnë shtrembërim të rrjetës në matricë dhe formojnë një fushë stresi, e cila ka një efekt pengues të rëndësishëm në lëvizjen e zhvendosjeve, duke rritur kështu rezistencën ndaj deformimit plastik të aliazhit dhe duke përmirësuar forcën dhe fortësinë e tij. Ky fenomen i forcimit nga plakja quhet forcim me precipitim. Figura më poshtë ilustron ndryshimin e fortësisë së aliazhit Al-4Cu gjatë shuarjes dhe trajtimit të plakjes në formën e një kurbe. Faza I në figurë përfaqëson fortësinë e aliazhit në gjendjen e tij origjinale. Për shkak të historive të ndryshme të përpunimit të nxehtë, fortësia e gjendjes origjinale do të ndryshojë, përgjithësisht HV=30~80. Pas ngrohjes në 500℃ dhe shuarjes (faza II), të gjitha atomet e bakrit treten në matricë për të formuar një tretësirë të ngurtë α të mbingopur me një fazë me HV=60, e cila është dy herë më e fortë se fortësia në gjendjen e pjekur (HV=30). Ky është rezultat i forcimit të tretësirës së ngurtë. Pas shuarjes, vendoset në temperaturë ambienti dhe fortësia e aliazhit rritet vazhdimisht për shkak të formimit të vazhdueshëm të zonave GP (faza III). Ky proces i forcimit me plakje në temperaturë ambienti quhet plakje natyrale.
Unë—gjendja origjinale;
II - gjendje e ngurtë e tretësirës;
III—plakja natyrale (zona GP);
IVa—trajtim regresioni në 150~200℃ (i ritretur në zonën GP);
IVb—plakje artificiale (faza θ”+θ');
V—plakja e tepërt (faza θ”+θ')
Në fazën IV, lidhja ngrohet në 150°C për plakje, dhe efekti i forcimit është më i dukshëm se ai i plakjes natyrore. Në këtë kohë, produkti i reshjeve është kryesisht faza θ”, e cila ka efektin më të madh të forcimit në lidhjet Al-Cu. Nëse temperatura e plakjes rritet më tej, faza e reshjeve kalon nga faza θ” në fazën θ', efekti i forcimit dobësohet dhe fortësia zvogëlohet, duke hyrë në fazën V. Çdo trajtim plakjeje që kërkon ngrohje artificiale quhet plakje artificiale, dhe fazat IV dhe V i përkasin kësaj kategorie. Nëse fortësia arrin vlerën maksimale të fortësisë që lidhja mund të arrijë pas plakjes (domethënë, faza IVb), kjo plakje quhet plakje maksimale. Nëse vlera maksimale e fortësisë nuk arrihet, kjo quhet nën-plakje ose plakje artificiale jo e plotë. Nëse vlera maksimale tejkalohet dhe fortësia zvogëlohet, kjo quhet mbi-plakje. Trajtimi i plakjes së stabilizimit i përket gjithashtu plakjes së tepërt. Zona GP e formuar gjatë plakjes natyrore është shumë e paqëndrueshme. Kur nxehet shpejt në një temperaturë më të lartë, si p.sh. rreth 200°C, dhe mbahet e ngrohtë për një kohë të shkurtër, zona GP do të tretet përsëri në tretësirën e ngurtë α. Nëse ftohet (shuhet) shpejt përpara se fazat e tjera të tranzicionit, të tilla si θ” ose θ', precipitojnë, lidhja mund të rikthehet në gjendjen e saj origjinale të shuar. Ky fenomen quhet “regresion”, që është rënia e fortësisë e treguar nga vija me pika në fazën IVa në figurë. Lidhja e aluminit që është regresuar ende ka të njëjtën aftësi forcimi gjatë plakjes.
Ngurtësimi me moshë është baza për zhvillimin e lidhjeve të aluminit të trajtueshme me nxehtësi, dhe aftësia e tij e forcimit me moshë lidhet drejtpërdrejt me përbërjen e lidhjes dhe sistemin e trajtimit me nxehtësi. Lidhjet binare Al-Si dhe Al-Mn nuk kanë efekt forcimi me precipitim sepse faza e ekuilibrit precipitohet drejtpërdrejt gjatë procesit të plakjes, dhe janë lidhje alumini që nuk trajtohen me nxehtësi. Edhe pse lidhjet Al-Mg mund të formojnë zona GP dhe faza kalimtare β', ato kanë vetëm një aftësi të caktuar forcimi me precipitim në lidhjet me magnez të lartë. Lidhjet Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si dhe Al-Zn-Mg-Cu kanë aftësi të fortë forcimi me precipitim në zonat e tyre GP dhe fazat kalimtare, dhe aktualisht janë sistemet kryesore të lidhjeve që mund të trajtohen me nxehtësi dhe të forcohen.
3.2 Plakja Natyrore
Në përgjithësi, lidhjet e aluminit që mund të forcohen me anë të trajtimit termik kanë efekt natyral të plakjes pas shuarjes. Forcimi natyral i plakjes shkaktohet nga zona GP. Plakja natyrale përdoret gjerësisht në lidhjet Al-Cu dhe Al-Cu-Mg. Plakja natyrale e lidhjeve Al-Zn-Mg-Cu zgjat shumë dhe shpesh duhen disa muaj për të arritur një fazë të qëndrueshme, kështu që sistemi i plakjes natyrale nuk përdoret.
Krahasuar me plakjen artificiale, pas plakjes natyrore, kufiri i rrjedhshmërisë së aliazhit është më i ulët, por plasticiteti dhe fortësia janë më të mira, dhe rezistenca ndaj korrozionit është më e lartë. Situata e aluminit super të fortë të sistemit Al-Zn-Mg-Cu është paksa e ndryshme. Rezistenca ndaj korrozionit pas plakjes artificiale është shpesh më e mirë se ajo pas plakjes natyrore.
3.3 Plakja artificiale
Pas trajtimit të plakjes artificiale, lidhjet e aluminit shpesh mund të arrijnë rezistencën më të lartë të rrjedhshmërisë (kryesisht forcimin e fazës kalimtare) dhe stabilitet më të mirë organizativ. Alumini super i fortë, alumini i farkëtuar dhe alumini i derdhur plaken kryesisht artificialisht. Temperatura dhe koha e plakjes kanë një ndikim të rëndësishëm në vetitë e lidhjeve. Temperatura e plakjes është kryesisht midis 120~190℃, dhe koha e plakjes nuk i kalon 24 orë.
Përveç plakjes artificiale me një fazë të vetme, lidhjet e aluminit mund të përdorin edhe një sistem plakjeje artificiale të graduar. Kjo do të thotë, ngrohja kryhet dy herë ose më shumë në temperatura të ndryshme. Për shembull, lidhja LC4 mund të plaket në 115~125℃ për 2~4 orë dhe pastaj në 160~170℃ për 3~5 orë. Plakja graduale jo vetëm që mund ta shkurtojë ndjeshëm kohën, por edhe të përmirësojë mikrostrukturën e lidhjeve Al-Zn-Mg dhe Al-Zn-Mg-Cu, dhe të përmirësojë ndjeshëm rezistencën ndaj korrozionit ndaj stresit, forcën ndaj lodhjes dhe rezistencën ndaj thyerjes pa ulur në thelb vetitë mekanike.
Koha e postimit: 06 Mars 2025
