Термическое упрочнение алюминиевых сплавов 6ххх

Как состарить алюминий в домашних условиях

quote: ! это хватит для получения черного цвета?

Иногда для установки на камеру экзотических объективов приходится заказывать у токаря переходники для них. В основном мне вытачивают из дюрали, алюминия и реже из стали. Известно, что для увеличения контраста на фотографии и во избежания паразитных засветок, нужно хорошо зачернить такой самодельный переходник.

Я долго искал приемлемый метод чернения металла, который можно было бы применить в домашних условиях и получить приемлемое качество чернения.

Самый доступный казался это купить баллончик с матовой черной краской и закрасить нужные части. Но даже этот метод не такой уж и простой. Нужно подготовить среду, и точно не в квартире, а хотя-бы в гараже. И к тому же краску можно легко поцарапать.

Про метод анодирования я вообще умолчу, он требует повышенной техники безопасности и всякие эксперименты с серной кислотой меня не располагают.

Совсем недавно узнал о методе чернения хлорным железом. Чисто случайно — на рынке один человек сказал, что он опускает блестящие детали в отработку от вытравления печатных плат и получает таким образом хорошее чернение. Я подумал, хорошая идея, но в общем-то не обязательно искать отработку, достаточно просто найти хлорное железо (FeCl3) и сделать такой же раствор.

Хлорное железо я нашел и заказал через Интернет у частного продавца на доске объявлений, пакетик 200 г мне обошелся с почтовой пересылкой примерно 50 грн.

Я был приятно удивлен, поскольку в основном хлорное железо и продают для радиолюбитетей. Я и сам раньше увлекался радиотехникой, лет так 15 тому, и думал что сейчас эту индустрию уже давно вытеснили китайские готовые радиотехнические решения. Оказалось не вытеснили, раз есть предложение на хлорное железо, есть и спрос. Но не буду отходить от темы, далее по делу…

Я чернил этим методом алюминий, дюраль, сталь и латунь. И могу сказать, что лучше всего получилось с алюминием. Немного хуже, но приемлемо зачернилась дюраль. Сталь не зачернилась, но покрылась налетом, напоминающим ржавчину, она перестала блестеть, хотя бы так, все же стало немного лучше чем было. Латунь немного поменяла цвет — стала немного краснее, перестала блестеть, стала матовой, но черной не стала.

Метод чернения алюминия хлорным железом

Мне нужно было зачернить пару дюралевых колечек для макромеха и пару алюминиевых переходничков. Для такого небольшого количества деталей достаточно 15-20 грамм хлорного железа.

Хлорное железо в посуде для приготовления раствора

Вначале нужно развести его с небольшим количеством воды. На такое маленькое количество железа, воды нужно совсем немножко. Важно, чтобы в результате получилась густая смесь. чтобы она не растекалась а намазывалась на поверхность. Я делал на глаз — чем гуще раствор, тем лучше.

Раствор хлорного железа

Пока раствор “настаивается” подготавливаем наши детали к чернению. Очищаем их от возможной грязи и пыли и обезжириваем. Я просто помыл их с мылом под краном, этого было достаточно.

Деталь, подготовленная для чернения

Теперь, когда раствор готов, берем какую-то палочку. например для чистки ушей с ваткой на кончике. и аккуратно намазываем внутренние поверхности переходника. Я чернил только их, предпочитая оставить снаружи их блестящими. Следите, чтобы раствор оставался на поверхностях, а не стекал.

Деталь с намазанным раствором хлорного железа

Далее нужно немного времени, чтобы прошла химическая реакция. Длительность реакции зависит от пропорции раствора и температуры. Если вы добавляли теплую воду — реакция пройдет быстрее.

В моем случае алюминиевые детали почернели через 7-10 минут. Дюраль темнела чуть дольше, может минут 20, точно время не засекал.

Дюралевое колечко потемнело

В результате поверхность стала темно-серая, матовая. Не бликует, что и требовалось получить.

Если результат вас не удовлетворил, можно промыть детали и пройтись еще раз оставшимся раствором. Я так и сделал с дюралью, сталью и латунью, в надежде что получится лучше.

Дюраль стала выглядеть заметно лучше, сталь и латунь остались такими же. Можно также оставить их намазанными на более длительное время.

После достижения чернения детали можно промыть проточной водой и высушить. Далее ими можно пользоваться.

Поверхность того же колечка после помывки и сушки. Чернением доволен.

После того, как я зачернил кольцо для макромеха, которое изначально блестело, контраст на фотографиях намного улучшился, особенно это стало заметно снимая черные детали с длинными выдержками.

Еще одна алюминивая деталь, зачерненая по тому же методу

А вот что случилось с латунью Она вообще не потенмнела, но стала матовой и немного поменяла цвет

Вот такой, относительно простой и качественный метод чернения. Надеюсь что будет полезен не только мне, но и другим энтузиастам.

Патинирование (чернение, состаривание) меди, латуни и бронзы своими руками

Патинирование меди, а также другие методы ее декоративной обработки (в том числе в домашних условиях) позволяют сделать изделия из этого металла более привлекательными, придать им налет благородной старины. Подвергать такой обработке можно предметы, изготовленные не только из меди, но и из таких ее сплавов, как бронза и латунь.

Используя различные способы патинирования медных сплавов, можно добиться совершенно разнообразных оттенков

Патинирование и оксидирование

Поверхность многих металлов (и медь входит в их число) при взаимодействии с окружающим воздухом и различными химическими веществами начинает покрываться тонким слоем окисей и закисей. Такой процесс, который также приводит к изменению цвета металлической поверхности, называется оксидирование. По большей части процесс окисления металла происходит естественным путем, но люди научились вызывать его искусственно, в производственных или домашних условиях, что делается для придания изделию состаренного вида.

Не следует путать оксидирование с патинированием – процессом, суть которого заключается в том, что на поверхности металла при взаимодействии с различными химическими элементами формируется тонкий слой сернистых или хлористых соединений. Патинирование, которое, как и оксидирование, сопровождается изменением цвета меди и бронзы, также можно выполнять искусственно, используя для этого специальные составы.

Старение меди происходит с течением времени естественным путем или сразу при обработке поверхности какими-либо препаратами

Если в естественных условиях процесс окисления и покрытия патиной меди или бронзы может протекать годами, то при использовании специальных растворов патинирование происходит за очень короткий промежуток времени. Поверхность изделия, помещенного в такой раствор, буквально на глазах меняет свой цвет, приобретая налет благородной старины. Используя различные химические составы, можно в производственных и даже в домашних условиях выполнять такие процедуры, как чернение меди, патинирование предметов из меди и бронзы, чернение латуни.

Подготовка к обработке

Решив выполнить патинирование или оксидирование, вы должны не только внимательно изучить вопрос о том, как состарить латунь, бронзу или выполнить чернение меди, но и предусмотреть необходимые меры безопасности.

Преимущественное большинство химических составов, которые применяются для осуществления подобных процедур, являются очень токсичными и выделяют пары, представляющие значительную опасность для здоровья человека.

Поэтому для хранения таких веществ как в производственных, так и в домашних условиях следует использовать сосуды с хорошо притертыми пробками, которые предотвратят попадание ядовитых паров в окружающий воздух.

Храните химикаты в недоступном для детей месте

Саму процедуру, проводимую для изменения цвета поверхности изделия под воздействием на него химических веществ, следует выполнять в специальном шкафу, к которому подведена вытяжная вентиляция. Следует иметь в виду, что дверцы такого шкафа в процессе выполнения оксидирования или патинирования должны быть слегка приоткрыты, что обеспечит эффективную вытяжку вредных паров из его внутренней части.

Изделия из меди, латуни и бронзы перед патинированием следует тщательно очистить, обезжирить и промыть в теплой воде. После самой процедуры патинирования или оксидирования обработанные предметы также промывают и укладывают в опилки для просушки.

Использование опилок является более щадящим методом просушки, так как выполнение такой процедуры при помощи тканевого материала может повредить тонкую пленку сформированной патины, которая еще не закреплена лаком.

Кроме того, при помощи ткани после патинирования практически невозможно качественно удалить влагу из углублений на рельефных поверхностях, а опилки ее легко вытянут.

Покрытую лаком поверхность можно отполировать войлочной насадкой

Изменения цвета меди и ее сплавов от серого до черного

Серый, темно-серый или черный цвет меди и ее сплавов делает внешний вид изделия более привлекательным и презентабельным. Для получения этих цветов, степень насыщенности которых можно регулировать, нужен используемый уже не один десяток лет состав «серная печень». Свое название он получил из-за того, что в процессе приготовления он должен спечься, то есть превратиться в запекшуюся массу.

Чтобы сделать такой состав для патинирования в домашних условиях, необходимо выполнить следующие действия:

• одну часть порошковой серы смешивают с двумя частями поташа;
• полученную смесь помещают в жестяную банку, которую затем надо поставить на огонь;
• дождавшись расплавления порошка и начала его спекания, необходимо поддерживать этот процесс на протяжении 15 минут.

Для приготовления серной печени понадобится сода и сера

В процессе спекания порошка на его поверхности может вспыхнуть сине-зеленое пламя, которое можно не сбивать, так как оно не ухудшит качественные характеристики серной печени. После окончания спекания и полного остывания полученную массу следует измельчить до порошкообразного состояния. Этот порошок, если его поместить в стеклянную банку с плотно закрывающейся крышкой, можно хранить достаточно долго.

Для того чтобы при помощи серной печени выполнить патинирование различных металлических сплавов, используют несколько основных методов. Метод №1

Данный способ предполагает использование водного раствора серной печени. С его помощью можно изменить цвет изделий, изготовленных из следующих материалов:

• меди;
• стерлингового серебра;
• бронзы и латуни.

Цвета, которыми можно окрасить поверхности изделий при помощи данного метода, также различаются:

• медь и серебро – пурпурный, голубой (получить очень сложно), серый, коричнево-серый, черный;
• латунь и бронза – нежно-золотистый.

Патинирование алюминия в домашних условиях

Пожалуй, у каждого дома непременно найдется какая-нибудь вещичка или изделие из алюминия, которые уже потеряли свой презентабельный внешний облик, но вам очень хотелось бы им вернуть былую красоту с неизменно привлекательным видом античной старины. Как же тогда быть? Предлагаем вам сделать патинирование алюминия в домашних условиях самостоятельно, не прибегая к профессиональной помощи специалистов. Давайте рассмотрим данный процесс подробнее, чтобы вы четко представляли, что же вам придется делать. А это сложно? Чаще всего «состаривание» алюминиевых изделий практически ничем не сложнее, а порой даже и не легче, чем и других металлов. А все лишь потому, что алюминий прекрасно принимает всевозможные цветовые тона при электрохимическом оксидировании, или, иначе говоря, анодировании. В результате чего, на поверхности такого изделия образуется особая пленочка, предотвращающая появление коррозии металла, тем самым, придавая эстетический шарм готовому изделию. Если же подобный способ вы посчитаете слишком сложным для вас, то можно воспользоваться и более простыми, например, самой обыкновенной тушью для рисования, черным лаком на основе спирта или же мелко раскрошенным графитом и другими окрашивающими специализированными средствами. После подобных методов необходимо всего-навсего лишь протереть «состаренную» безделушку керосином. Нехитрый метод патинирования Прочитав все вышеуказанные способы, вы так и не смогли выбрать – как же лучше всего вам «состарить» ваше новое алюминиевое изделие, тогда скорее прочтите этот несложный способ, позволяющий сделать патинирование алюминия в домашних условиях, с использованием простых подручных средств, которые стоят буквально копейки. Для этого вам понадобится – готовую вещичку из алюминия тщательно протереть намоченным в ацетоне небольшим кусочком ткани, чтобы удалить все возможные «жирные» пятна или въевшуюся грязь, которые имеются на поверхности. После того, как все очистится и хорошенько подсохнет, вам обязательно нужно будет смочить изделие каким-нибудь растворителем, к примеру, «Уайт-спирит» или каким-либо другим, который вы сможете найти дома, или купить в магазине хозяйственных товаров. Затем обожгите заготовку паяльной лампой. Но, помните! Чем больше растворителя вы используете непосредственно на самом изделии, тем темнее впоследствии получится патина, образующаяся в результате его сгорания на поверхности под воздействием паяльной лампы. Если же вы хотите получить еле заметные следы потемнения, то лучше всего растворитель наносить с помощью кисти с грубой щетиной. А для того, чтобы получить очень темный оттенок, изделие необходимо поместить полностью непосредственно в растворитель. При этом на выпуклых местах необходимо будет удалить его излишки, чтобы в углублениях оставались небольшие скопления вещества. Работая таким способом, изделие устанавливают в горизонтальное положение, чтобы растворитель не потек туда, куда не нужно. Паяльной лампой нужно будет обжигать несколько минут, равномерно перемещая огонь, чтобы не получилось чрезмерного перегревания, от которого ваше алюминиевое изделие может просто-напросто расплавиться. После полного остывания изделия, понадобится также осторожно осветлить его выпуклые части. Для этого нужно будет протереть их ватным диском, смоченным в масле для смазывания швейной машинки, в которое добавили мельчайшую стружку абразивного порошка. Потом насухо вытереть чистой сухой тряпочкой, чтобы удалить все остатки от абразива. Вид и продолжительность эффекта от такого метода, позволяющего сделать патинирование алюминия в домашних условиях, ничем не хуже, чем от химических способов. А самое главное, намного безопаснее – вы не пострадаете от кислоты. Подведем итоги Алюминий представляет собой замечательный по пластическим качествам металл, который очень удобно использовать в создании различных декоративных частей интерьера. Но новизну таких изделий порой хочется заменить приятной глазу «стариной». А как это сделать, мы с вами узнали из этой статьи – патинирование алюминия в домашних условиях.

Как «состарить» металл

Во все времена ржавчина являлась одним из самых серьезных врагов железных изделий. Пострадавшим от коррозии вещам очень сложно вернуть привлекательность, а в особо запущенных случаях, изъеденный ржавчиной предмет приходится выбрасывать.

Между тем, как это ни странно звучит, рыжий или бурый налет на металле может быть желанным явлением.

Это как никто другой хорошо знают дизайнеры, реставраторы и другие специалисты, по роду своей деятельности, сталкивающиеся со старинными вещами и их имитацией.

Необходимость «состарить» предметы и их отдельные детали, изготовленные из железа и его сплавов, возникает не так уж и редко. Например, вы стали обладателем замечательного винтажного сундука, который достоин стать настоящим украшением вашей гостиной или кабинета, но имеет серьезный недостаток – отсутствие одной из петель крышки.

Сегодня найти или заказать у слесаря идентичный элемент совсем несложно, но даже мастерски изготовленная реплика не будет смотреться рядом с оригиналом, имеющим благородный старинный вид с легким налетом коррозии.

Возможно ли обработать металл так, чтобы он выглядел старше на десятки, а то и сотни лет? Разумеется можно и мы расскажем, как это сделать без особых усилий и затрат.

Материалы и инструменты

Для «состаривания» металлических предметов вам не понадобится ни дорогостоящее оборудование ни сложные, многокомпонентные химические составы. Практически все, что необходимо для работы, можно отыскать в ящике с инструментами, гараже или, в крайнем случае, в ближайшем хозяйственном магазине:

Работу лучше выполнять под открытым небом в солнечный день, и это связано не только с использованием реактивов, дающих бурную реакцию с выделением газов, но и с тем, что под действием прямых солнечных лучей работа будет продвигаться гораздо быстрее.

Приступаем к работе

Как мы уже говорили, для обработки металла «под старину» лучше выбрать погожий солнечный день и выполнять все операции под открытым небом. Но если это невозможно, то позаботьтесь о том, чтобы помещение, где вы работаете, хорошо вентилировалось или, хотя бы, проветривалось. Процесс искусственного «ржавения» железа состоит из нескольких этапов:

• Тщательно очистите железный предмет от пыли, масел и других загрязнений. Если его поверхность окрашена, то следует удалить лакокрасочное покрытие механическим или химическим способом.
• Обработайте поверхность металла наждачной бумагой до легкой шероховатости. Это сделает реакцию окисления металла более активной.
• Установите пластиковую емкость на ровное основание и поместите в нее подготовленную деталь.
• Защитите глаза очками, а руки – резиновыми перчатками. Пренебрегая средствами защиты, вы подвергаете свой организм серьезной опасности.
• Наносим уксус на предмет, помещенный в емкость, используя распылитель.
• Дайте кислоте вступить в реакцию с металлом. Появление ржавчины станет заметно уже через несколько минут.
• Смешайте два стакана перекиси водорода, четыре столовые ложки уксуса и полторы чайные ложки поваренной соли в пластиковой бутылке. Закрепите на емкости распылитель и начните наносить получившуюся смесь на металл. Если пропорции выдержаны правильно, то реакция будет мгновенной – на поверхности металла появятся пузыри, а уже начавшаяся появляться после первоначальной обработки ржавчина активизируется еще больше.
• Оставьте изделие сохнуть с нанесенным на него составом на 5-10 минут. В случае, если обрабатывается большая площадь, может потребоваться несколько больше времени.
• Для того, чтобы получить легкий налет старины, достаточно однократной обработки. Но в том случае, если нужно получить очень ржавую вещь, процесс придется повторить 2-4 раза.
• После достижения ожидаемого результата, извлеките предмет из пластиковой емкости, а оставшийся в ней раствор разбавьте водой и вылейте в канализацию.
• Чтобы сохранить получившийся эффект ржавчины, нанесите на «состаренную» поверхность прозрачный акриловый герметик. Защитный слой не только предотвратит окрашивание ржавчиной контактирующих с деталью предметов, но и остановить процесс коррозии, который может продолжиться уже без вашего участия и, в конце концов, полностью разрушить предмет.

Полученная в результате такой обработки ржавчина неотличима от образовавшейся естественным способом. Акриловый барьер позволит металлу сохранять стабильный внешний вид долгие годы и при этом сам будет незаметен.

Полезные советы 30.11.2020 11:08:35

Особенности термообработки алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы требуют особого подхода к термообработке для достижения определенной прочности и структуры материала. Очень часто применяют несколько методов термообработки. Обычно, после закалки следует старение. Но некоторые типы материалов могут подвергаться старению без закалки.

Такая возможность появляется после отливки, когда компоненты, при повышенной скорости охлаждения, могут придать металлу необходимую структуру и прочность. Это происходит во время литья при температуре около 180 градусов. При такой температуре повышается уровень прочности и твердости, а также снижается степень тягучести.

Каждый из методов термообработки имеет некоторые особенности, которые стоит учитывать при обработке алюминиевых изделий.

Отжиг необходим для придания однородной структуры алюминиевому сплаву. С помощью этого метода состав становиться более однородным, активизируется процесс диффузии и выравнивается размер базовых частиц. Также можно добиться снижения напряжения кристаллической решетки. Температура обработки подбирается индивидуально, исходя из особенностей сплава, необходимых конечных характеристик и структуры материала.

Состав и свойства алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой

Важным этапом отжига является охлаждение, которые можно проводить несколькими способами. Обычно проводят охлаждения в печи или на открытом воздухе. Также применяется поэтапное комбинированное охлаждение, сначала в печи, а потом на воздухе.

От скорости снижения температуры напрямую зависят характеристики готового материала. Быстрое охлаждение способствует образованию перенасыщенности твердого раствора, а медленное – значительного уровня распада твердого раствора.

Закалка требуется для упрочнения материала путем перенасыщения твердого раствора. Этот метод основан на нагреве изделий температурам и быстром охлаждении. Это способствует полноценному растворению составных элементов в алюминии. Используется для обработки деформируемых алюминиевых сплавов.

Для использования этого способа нужно правильно рассчитать температуру обработки. Чем выше степень, тем меньше времени требуется на закалку. При этом стоит подобрать температуру так, чтобы она превышала значение, необходимое для растворимости компонентов, но была меньше границы расплава металла.

Методом старения достигается увеличение прочности алюминиевого сплава. Причем необязательно подвергать изделия искусственному старению, так как возможен процесс естественного старения.

В зависимости от типа старения изменяется скорость структурных изменений. Поэтому искусственное старение более предпочтительно, так как оно позволяет повысить производительность работ. Подбор температуры и времени обработки зависит от свойств материала и характеристик легирующих компонентов.

Правильное сочетание уровня нагрева и времени выдержки позволяет повысить прочность и пластичность. Такой процесс называется стабилизацией.

Т-состояния алюминиевых сплавов

Различным вариантам параметров старения соответствуют различные обозначения состояния алюминиевых сплавов:

• Т1 – охлажденый после прессования до комнатной температуры и естественно состаренный;
• Т4 – после прессования закаленный с отдельного нагрева и естественно состаренный;
• Т5 – охлажденный после прессования до комнатной температуры и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств;
• Т6 — после прессования закаленный с отдельного нагрева и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств.

Для обозначения других обработок старением, которые специально разработаны для получения механических свойств, которые отличаются от максимальных прочностных свойств. Например, состояния Т52 и Т591 применяются для алюминиевых профилей, которые подвергаются гибке, а состояние Т7 – для профилей, которые применяются при повышенных температурах.

Способы анодирования алюминия

Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:

Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.

Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.

Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:

• микродуговое;
• цветное:
  адсорбцией;
• опусканием в электролит;
• опусканием в красящий раствор;
• гальваникой;

• интерферентное;
• интегральное.

Алюминий и алюминиевые сплавы

Алюминий как конструкционный материал редко применяется в чистом виде. Малое количество (иногда меньше 1 %) других элементов могут значительно изменить его свойства, физические и механические. Одним из основных свойств конструкционных металлов является их прочность. Нелегированный алюминий имеет предел прочности около 90 МПа. За счет деформационного наклепа (нагартовки) эта величина может возрастать до 200 МПа. Однако добавление в чистый алюминий небольших количеств цинка, меди и магния делает его высокопрочным алюминиевым сплавом с пределом прочности более 550 МПа.
Алюминиевые сплавы делятся на две категории: деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы обрабатываются в заданную форму с помощью деформации (экструзии, прокатки, ковки, штамповки, волочения). Литейные сплавы разливают в литейные формы.

Методы отжига алюминиевых листов

Отжиг алюминиевых сплавов не является обязательным к применению. Но в некоторых случаях без этого способа термообработки невозможно достичь желаемых характеристик материала.

Причиной применения отжига может стать особое состояние сплава, которое может выражаться в понижении пластичности материала.

Применение отжига рекомендуется при наблюдении трех типов состояний:

1. Свойственное литым изделиям неравновесное состояние связано с разницей температурных режимов. Скорость охлаждения литых изделий значительно превышает рекомендуемую, при которой достигается эффект равновесной кристаллизации.
2. Пластическая деформация. Такое состояние может быть вызвано технологическими требованиями к характеристикам и форме готового изделия.
3. Неоднородная структура материала, вызванная иными методами термообработки, в том числе закалкой и старением. В таком случае происходит выделение одного из легирующих компонентов в интерметаллидную фазу, сопровождающуюся перенасыщением компонентов.

Вышеуказанные проблемы могут устранятся методом отжига. Нормализация структуры и состояния алюминиевого сплава сопровождается повышением пластичности. В зависимости от типа неравновесного состояния подбираются различные методы отжига.

На сегодняшний день выделяют три режима отжига:

1. Гомогенизация. Предназначен для обработки литых слитков. В процессе термической обработки слитков при высоких температурах достигается равномерная структура. Это позволяет упростить процесс проката с уменьшением количества производственных расходов. В некоторых случаях может применяться для повышения качества деформированных изделий. Температура отжига соблюдается в пределах 500 градусов с последующей выдержкой. Охлаждение можно проводить несколькими способами.
2. Рекристаллизация. Применяется для восстановления деформированных деталей. При этом требуется предварительная обработка прессом. Температура отжига варьируется в диапазоне от 350 до 500 градусов. Время выдержки не превышает 2-х часов. Скорость и способ охлаждения не имеет особых рамок.
3. Гетерогенизация. Дополнительная отжиг после других методов термообработки. Этот метод необходим для разупрочнения алюминиевых сплавов. Данный метод обработки позволяет понизить степень прочность с одновременным повышением уровня пластичности. Отжиг производится примерно при 400 градусах Цельсия. Выдержка обычно составляет 1-2 часа. Этот тип отжига значительно улучшает эксплуатационные характеристики металла и повышают степень сопротивления коррозии.

Пресс-эффект

Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и другими переходными металлами, подвергнутых по определенным режимам горячей, а в некоторых случаях и холодной обработке давлением, превышает обычно назначаемую температуру нагрева под деформацию или закалку. Поэтому после закалки и старения таких сплавов в них сохраняется нерекристаллизованная (полигонизованная) структура с высокой плотностью дислокаций, что значительно повышает прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения.Структурное упрочнение по существу является высокотемпературной термо-механической обработкой.

В результате структурного упрочнения значения σ0,2 и σв повышаются до 30 — 40%. Наиболее сильно структурное упрочнение проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы), поэтому это явление применительно к ним называют пресс-эффектом.

Источник: www.metmk.com.ua

В чем суть процедуры?

Прежде чем приступить к чернению алюминия в домашних условиях, следует разобраться, в чем же заключается смысл данного процесса. Как утверждают специалисты, его суть в том, чтобы создать такие условия, в которых на металлической поверхности образовалась бы пленка из окиси железа. В зависимости от того, какой способ воронения алюминия был выбран, толщина ее может составлять от 1 до 10 мкм. Воздействовать на металл можно тремя способами. Следовательно, чернение алюминия в домашних условиях бывает термическим, кислотным и щелочным. В первом случае изделие подвергается нагреву, а в двух остальных оно обрабатывается в соответствующем растворе. В ходе воронения на поверхности будут меняться цвета побежалости. Мастеру достаточно лишь определиться с нужным цветом окисления и вовремя остановить процесс.

Роль магния и кремния в сплавах серии 6ххх

Магний и кремний являются главными легирующими элементами во всех алюминиевых сплавах серий 6ххх. Магний и кремний входят в соединение силицид магния (Mg2Si) в соотношении 1,73 к 1 (рисунок 1). Именно силицид магния делает алюминиевые сплавы 6ххх термически упрочняемыми. Уровень прочностных свойств этих алюминиевых сплавов зависит в основном от количества, величины и однородности распределения кластеров или частиц Mg2Si в алюминии.

По содержанию в сплаве магния определяют количество кремния, которое он «свяжет» в силициде магния: %Si = %Mg/1,73. Например, если содержание магния в сплаве составляет 0,45 %, то для образования силицида магния необходимо 0,45/1,73 = 0,26 % кремния. Часть кремния связывается с железом и марганцем в первичных частицах Al(FeMn)Si, которые образуются еще при разливке столбов. Это количество кремния оценивают как треть или четверть от суммарного содержания железа и марганца: 1/4 (Fe + Mn). Остальной кремний – избыточный.

Закалка алюминиевых отливов

Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.

Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.

Термические превращения в сплавах 6060, 6063, АД31

При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.

В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.

Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.

Закалка алюминиевых профилей на прессе

Скорость охлаждения алюминиевых профилей — закалка — сразу после выхода из пресса должна быть достаточно быстрой, чтобы задержать магний и кремний в твердом растворе. Это обеспечивает достижение максимальных механических свойств материала профиля за счет их выделения при последующем упрочнении старением.
Необходимая скорость охлаждения твердого раствора легирующих элементов — магния и кремния в алюминии — для обеспечения эффекта закалки зависят от размеров поперечного сечения алюминиевого профиля и способов его охлаждения:

• спокойным воздухом,
• вентиляторами,
• водяным туманом,
• водяным спрейерным охлаждением или
• в потоке воды.

На рисунке и в таблице показаны минимально допустимые скорости охлаждения алюминиевых профилей для различных сплавов серии 6ххх. Для алюминиевых профилей из сплава 6060 (алюминиевого сплава АД31) обычно бывает достаточно охлаждения на спокойном воздухе или вентиляторами, тогда как для профилей из сплава 6061 необходимо спрейерное охлаждение водой или охлаждение в потоке воды.

Растяжение и вылеживание профилей

Обычная практика изготовления прессованных алюминиевых профилей включает их растяжение от 0,5 % до 3 % и затем вылеживание с задержкой на сутки искусственного старения для профилей из малолегированных сплавов 6ххх (не более 0,9 % Mg2Si), например, алюминиевые сплавы АД31, 6060 и 6063. Это способствует достижению оптимальных механических свойств профилей после старения.

Однако такая задержка для более высокопрочных алюминиевых сплавов (содержание Mg2Si более 0,9 %), например, 6061, может привести к пониженным механическим свойствам материала алюминиевых профилей. Эти сплавы содержат медь в количестве не менее 0,1 %, которая противодействует влиянию задержки искусственного старения на конечные механические свойства термически упрочненных алюминиевых профилей.

Старение закаленных сплавов алюминия

После закалки алюминиевого сплава следует старение, когда сплав выдерживают при комнатной температуре несколько суток (естественное старение) или в течение 10 — 24 ч при повышенной температуре (искусственное старение).

В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, что сопровождается упрочнением сплава. Распад пересыщенного твердого раствора, в решетке которого атомы меди располагаются статистически равномерно, происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения. При естественном (при 20°С) или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100 — 150°С) не наблюдается распада твердого раствора с выделением избыточной фазы; при этих температурах атомы меди перемещаются только внутри кристаллической решетки α-твердого раствора на весьма малые расстояния и собираются по плоскостям в пластинчатые образования или диски — зоны Гинье — Престона (ГП-1). Зоны ГП-1 в сплавах Al-Cu протяженностью 1—10 нм и толщиной 0,5—1 нм более или менее равномерно распределены в пределах каждого кристалла. Концентрация меди в зонах ГП-1 меньше, чем в CuAl2 (54%) .

Теплое анодирование

Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.

Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.

Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.

Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.

СТАРЕНИЕ — НЕ ВСЕГДА ПЛОХО

Свойства сплавов и изделий из них зависят от множества факторов и прежде всего от химического состава. Иногда добавление даже нескольких десятых долей процента легирующего элемента делает сплав чрезвычайно жестким или, наоборот, сверхпластичным. Но не меньшее влияние оказывает термообработка. С ее помощью можно добиться изменения не только прочности или способности материала сопротивляться усталостному разрушению, но и изменить его коррозионную стойкость. Один из наиболее распространенных способов обработки авиационных материалов называется старением.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Рис. 1. Модель старения твердого раствора меди в алюминии.

В начале 1924 года в небо поднялся первый серийный отечественный цельнометаллический самолет АНТ-3 конструкции А. Н. Туполева.

Рис. 2. Элементарные ячейки стабильной (θ) и метастабильных промежуточных фаз (θ’ и θ»), которые могут выделяться из алюминиевого раствора при старении сплавов Аl-Сu.

‹

›

В 1909-1911 годах немецкий материаловед А. Вильм, изучая свойства алюминия, открыл явление, которое получило название «естествен ное старение». Оказалось, что сплав алюминия с добавками 4% меди, 0,5% магния и 0,5% марганца после закалки и резкого охлаждения с температуры 500°С, находясь при комнатной температуре в течение 4-5 суток, постепенно становится тверже и прочнее, не теряя пластичности. Этот процесс удачнее было бы назвать возмужанием, но привился термин «старение». В случае протекания старения с подогревом оно называется искусственным старением.

Явление упрочнения в результате процесса старения имеет огромное значение для развития алюминиевой промышленности.

Исследования показали, что старение свойственно не только сплаву Вильма, но и многим другим алюминиевым сплавам. Оно происходит в том случае, если вводимые в алюминий элементы образуют между собой или с алюминием интерметаллическое соединение, то есть химическое соединение двух или большего числа металлов, растворимое в алюминии при температуре закалки и стремящееся выделиться из твердого раствора при понижении температуры.

В системе алюминий — медь — магний алюминий образует соединение с медью СuАl2 и тройное соединение с медью и магнием Аl2СuMg, так называемую фазу S. Оба эти соединения растворяются в алюминии при температуре закалки; при комнатной температуре растворимость их резко падает, и сплавы с этими фазами сильно упрочняются в результате процесса старения. Промышленное производство сплавов было впервые освоено в Германии в начале 20-х годов прошлого века на . Отсюда и название «дуралюмин» или «дюраль».

Было высказано предположение, что в процессе вылеживания закаленного дуралюмина при комнатной температуре из пересыщенного твердого раствора меди в алюминии выделяются мельчайшие кристаллики соединения СuАl2, упрочняющие сплав. В конечном счете прочность сплава достигает 36-38 кг/мм2 вместо 7-8 кг/мм2 у чистого алюминия.

Казалось, что механизм старения раскрыт и можно переворачивать соответствующую страницу в науке. Однако в действительности страсти еще только разгорались. Дело в том, что при исследованиях микроструктуры через оптический микроскоп (а исследования велись преимущественно на двойном сплаве алюминий — медь, который имеет меньшую прочность, чем сплав, содержащий еще магний и марганец, но более удобен для изучения) найти частицы СuАl2 не удавалось, и реальность их существования в естественно состаренном сплаве стали подвергать сомнению. К тому же выделение частиц из твердого раствора должно обязательно снижать электрическое сопротивление. А в процессе естественного старения растут параллельно и прочность и сопротивление. Увеличение электросопротивления указывало на то, что медь остается внутри твердого раствора.

Началась острая дискуссия между сторонниками и противниками гипотезы о выделении меди из алюминия при естественном старении.

Изучению механизма старения помогли рентгеноструктурный анализ и мощные электронные микроскопы, позволяющие просматривать тонкие металлические пленки на просвет. Все оказалось значительно сложнее, чем думали. Медь не выделяется из твердого раствора и не остается внутри него. В процессе старения она собирается в дискообразных участках толщиной один-три атомных слоя и диаметром 90 А, образуя так называемые зоны Гинье-Престона (зоны Г.-П.). Это название зон обязано своим происхождением двум исследователям — Дж. Д. Гинье и А. Престону, независимо друг от друга открывшим скопления меди в решетке состаренного сплава алюминия с медью (рис. 1).

Концентрация меди в зонах Г.-П. существенно выше, чем в окружающем твердом растворе, где на каждый атом меди приходится более 50 атомов алюминия. При увеличении в 500 000 раз зоны имеют вид размытых штрихов. Хотя весь процесс передвижения атомов разыгрывается в пределах решетки алюминия, обогащение зон медью вызывает вполне определенные последствия. Медь имеет меньший атомный радиус, чем алюминий, поэтому область зон Г.-П. сжата, а прилегающие области матрицы растянуты. Число зон Г.-П. в сплавах алюминий — медь огромно: в 1 см3 число их равно цифре 5 с 17 нулями (5.1017) (рис. 1.)

Для зон характерно отсутствие собственной решетки и, следовательно, четко выявляющейся границы между зоной и твердым раствором (матрицей); они непосредственно переходят друг в друга, между ними существует когерентная связь. Для естественного старения, а точнее, зонного старения характерны средняя прочность и сравнительно низкий предел текучести, зато высокие значения вязкости разрушения и коррозионной стойкости. Этот тип старения в промышленных сплавах обозначается буквой Т.

При повышении температуры старения появляется промежуточная фаза θ’, имеющая собственную решетку типа решетки фтористого кальция (рис. 2), — происходит так называемое искусственное, а точнее, фазовое старение. Важная особенность решетки θ’ — наличие в ней плоскостей с квадратной сеткой атомов и параметрами, близкими к параметрам решетки алюминиевой матрицы. По этим плоскостям решетка θ’ неразрывно переходит в решетку алюминиевой матрицы, здесь сохраняется когерентная связь, как в случае с зонами. По другим кристаллическим плоскостям θ’ отделяется от алюминиевой матрицы и образуются границы раздела. Фазовое старение обозначает ся в промышленных сплавах буквой Т1. Для него характерны максимальные прочность и предел текучести, пониженные удлинение, вязкость разрушения и коррозионная стойкость. При дальнейшем повышении температуры старения или его длительности частицы фаз укрупняются, идет процесс коагуляции, прочность и предел текучести несколько снижаются, но коррозионная стойкость, пластичность, вязкость разрушения радикально улучшаются. Это состояние именуется коагуляционным старением и обозначается символами Т2 и Т3.

При еще большем повышении температуры термической обработки и медленном охлаждении возникает стабильная фаза θ (СuАl2), полностью отделенная от алюминиевой матрицы по всем кристаллическим областям. Происходит отжиг, обозначаемый буквой О или М (мягкий отжиг). Алюминиевый твердый раствор перешел в состояние, приближенное к равновесному, он стал пластичным, прочность и электросопротивление снизились. Сплав легко гнется, штампуется, но из-за низкой прочности не применяется в конструкциях.

Самые распространенные промышленные естественно стареющие сплавы типа дуралюмин марки Д16Т или 113Т (Россия), 2024 (США) имеют прочность 420-450 МПа, предел текучести 280 МПа, удлинение 15-20%. По сравнению со сплавом Вильма в этих сплавах содержание магния повышено с 0,5 до 1,5%. Именно из них делают во всех странах фюзеляжи пассажирских самолетов.

С особой остротой вопрос о свойствах сплавов в естественно и искусственно состаренном состояниях возник в 1954 году после серии загадочных катастроф английского пассажирского самолета «Комета». В 1949 году английской был выпущен первый в мире реактивный четырехмоторный пассажирский самолет «Комета». Крейсерская скорость этого самолета на высоте 12 км равнялась 800 км/ч. 10 января 1954 года во время регулярного рейса из Сингапура в Лондон недалеко от острова Эльба с самолетом внезапно прервалась связь. К этому моменту налет составлял 3681 час.

8 апреля 1954 года другой самолет «Комета» взлетел с римского аэродрома, взяв курс на Каир. Через 33 минуты радиосвязь с ним прекратилась. Налет самолета составил 2704 часа. Самолеты «Комета» больше в воздух не поднимались.

Английский флот занялся поисками потерпевших аварию самолетов. Обнаруженные обломки исследовали и установили, что пожар возник после того, как самолеты разрушились в воздухе. При подъеме на высоту, когда внешнее давление снижалось, фюзеляж как бы раздувался под влиянием постоянного внутреннего давления, а при посадке на землю он возвращался в исходное состояние. Так повторялось при каждом цикле полетов. За общее время полета «Комет» фюзеляжи до 1000 раз растягивались внутренним давлением и при посадке сжимались. Этот процесс и приводил к образованию трещины. Трещины увеличивались до критической величины, воздух из салона вырывался с силой взрыва, и весь самолет разрушался. Но гипотезу надо было доказать. В английском авиационном испытательном центре Фарнборо был сооружен огромный бассейн, куда целиком помещался фюзеляж самолета. Через какое-то число циклов поднятия и снижения давления появилась усталостная трещина. Она росла и приводила к разрушению кабины самолета.

Этот страшный опыт англичан послужил уроком для всех, производящих самолеты. Построены огромные бассейны, где испытывают герметичный фюзеляж каждого нового типа пассажирского самолета. Внутрь его многократно подается давление, и столько же раз оно снижается, причем число циклов достигает многих тысяч и во Было установлено, что многие важные промышленные алюминиевые сплавы в искусственно состаренном состоянии становятся весьма чувствительными к отверстиям, вырезам и другим концентраторам напряжений. Если в обшивке возникает трещина, то в искусственно состаренном сплаве она распространяется гораздо быстрее, чем после естественного старения, поэтому искусственно состаренный сплав не годится для изготовления герметичных фюзеляжей. Во всем мире фюзеляжи пассажирских самолетов изготавливают только из естественно состаренных сплавов.

Вместе с тем несколько понижено давление в пассажирском салоне — до 0,8 атм., с тем чтобы уменьшить разницу между наружным давлением воздуха и давлением в пассажирском салоне. Высота полета ограничена 10 км, ибо на высоте 12 км особенно часто возникают турбулентные потоки воздуха.

Советский дуралюмин освоили на Кольчугинском заводе при большом содействии металлурга завода В. А. Буталова, несмотря на огромное сопротивление большинства отечественных авиационных специалистов. Они утверждали: «Леса в России — море, а дуралюмин мы не освоим». Однако уже на параде 1 мая 1924 года в ряду самолетов, сделанных из дерева, летел цельнометаллический самолет Туполева, а к 1931 году листы и другую продукцию из дуралюмина полным ходом выпускал завод в Сетуни (теперь это Кунцевский район Москвы) и велись переговоры с Америкой о закупке мощного прокатного и другого оборудования для нового современного металлургического завода в Ступине (недалеко от Москвы, на р. Оке). Во всех этих делах важную роль сыграли А. Н. Туполев и И. И. Сидорин.

См. в номере на ту же тему

Е. КАБЛОВ — ВИАМ — национальное достояние.

А. ЖИРНОВ — Крылатые металлы и сплавы.

И. ДЕМОНИС — Во все лопатки.

М. БРОНФИН — Испытатели — исследователи и контролеры.

Академики дают разрешение на беспосадочный перелет Н. С. Хрущева в Нью-Йорк на сверхдальнем самолете ТУ-114 .

Б. ЩЕТАНОВ — Тепловая защита «Бурана» началась с листа кальки.

С. МУБОЯДЖЯН — Плазма против пара: победа за явным преимуществом .

БЮРО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Э. КОНДРАШОВ — Без неметаллических деталей самолеты не летают.

И. КОВАЛЕВ — В науку — со школьной скамьи .

С. КАРИМОВА — Коррозия — главный враг авиацииc.

А. ПЕТРОВА — Посадить на клей.

Особенности работы

Использование воронения дома – это выгодная процедура, позволяющая сэкономить семейный бюджет. На металл при этом наносится специальный состав, позволяющий выполнить чернение и образующий защитную пленку.

Вначале сталь зачищается и обезжиривается, затем происходит обработка поверхности выбранным способом.

• Вся работа выполняется в перчатках;
• Раствор для воронения содержит различного рода химию, поэтому следует его хранить в оригинальных упаковках, остерегаться пролива вещества;
• Рядом должны находиться средства от ожогов, чтобы в случае необходимости оказать первую помощь;
• Проводится работа в хорошо проветриваемом помещении;
• Лучше не использовать металлическую посуду при работе.

Также понадобится наждачная бумага. Ее используют для зачистки поверхностей. Обезжиривают металл обычно ацетоном, перхлорэтиленом, бензином Б-70 и другими органическими растворителями. Поверхность его к этим веществам инертна (невосприимчива).

Источник