Тепловая обработка алюминия и сплавов: отжиг, гомогенизация, закалка, староестевение

Алюминий и его сплавы проходят термообработку для получения заданных механических свойств. В отличие от стали, алюминий не имеет полярного превращения, упрочнение достигается за счет фазовых превращений в твердом состоянии (выпадение фаз). Основные режимы: отжиг, гомогенизация, растворительная закалка, естественное и искусственное староестевение.

Основные виды термообработки алюминия

Отжиг (Annealing) — снятие закалочных напряжений

Проводится после холодной деформации (ковки, прокатки, штамповки) для восстановления пластичности. Нагрев 300–410 °C (570–770 °F) на 0.5–3 часа в зависимости от сплава и сечения. Охлаждение произвольное (воздух, печь) — скорость некритична. Восстанавливается кристаллическая решетка, устраняются скользящие плоскости.

Гомогенизация (Homogenizing) — уравнение состава

Нагрев до 480–540 °C (900–1000 °F), чуть ниже температуры плавления эвтектик. Цель — диффузионное сглаживание микросегрегации (дендритной ликвации) после литья. Длительность выдержки часы/сутки. Охлаждение медленное (печь) для избежания термических напряжений. Критично для литых сплавов и заготовок горячей деформации.

Растворительная закалка (Solution heat treatment)

Ключевой режим для упрочняемых сплавов (серии 2xxx, 6xxx, 7xxx). Нагрев до 440–530 °C (825–980 °F) — точное попадание в узкий интервал (погрешность ±5 °C). При недостаточной температуре — неполное растворение фаз, потеря прочности; при перегреве — переплав границ зерен, обесцвечивание, пережог. Выдержка 10 мин – 12 ч (зависит от толщины). Закалка в воду (полимерах) — «заморозка» пересыщенного твердого раствора.

Естественное староестевение (Natural aging)

После закалки сплав хранится при комнатной температуре. Выпадение зон Гвинье-Пристоу и фаз-β'' дает упрочнение. 90% эффекта за 24 часа, завершение 4–5 дней. Детали нужно штамповать/обрабатывать сразу после закалки до начала староествения.

Искусственное староестевение / Выпадевание (Artificial aging / Precipitation hardening) — T5, T6, T7 режимы

Нагрев закаленного сплава до 115–240 °C (240–460 °F) на 6–24 часа. Обеспечивает максимальное упрочнение (T6), стабильность размеров (T7 — перестароестевение для коррозионной стойкости). Рост пределов текучести, небольшой рост временного сопротивления, снижение относительного удлинения.

Обозначения состояний (Temper designations)

• F — как отлито/деформировано
• O — отожженное (макс. мягкость)
• H — закаленое деформированием (Х12, Х14, Х16, Х18)
• T — термически упрочненное: T4 (закалка + естественное староеств.), T6 (закалка + искусственное староеств.), T7 (перестароествление)

Правильный выбор режима и строгая дисциплина температур/времени — залог получения заданных свойств алюминиевых конструкций в авиации, автопроме, строительстве.