1. Основен принцип на ефекта на стареене
Подлежащите на термична обработка подсилени алуминиеви профили като 6061, 6063, 6005 и 6013 (главно серия Al-Mg-Si) образуват свръхнаситен твърд разтвор след екструдиране, топлинна обработка на разтвора и закаляване, тъй като легиращите елементи Mg и Si бързо се улавят в алуминиевата матрица. Тази микроструктура е термодинамично нестабилна. При стайна температура или контролирани условия на нагряване атомите на разтвореното вещество дифундират и агрегират спонтанно, образувайки последователно GP зони, метастабилна '' фаза '', фаза и накрая равновесната Mg₂Si фаза. Равномерно диспергираният нано утаява щифтови дислокации и граници на зърната, за да втвърди материала и да подобри неговата здравина. Този процес на развитие на утаяване се определя колективно като ефект на стареене, което е основно свойство на материала, което трябва да бъде строго контролирано при CNC обработка на алуминиеви профили.
Стареенето се разделя наестествено стареене (стареене при стайна температура)иизкуствено стареене (стареене при повишена температура). Той също така включва три етапа: недостаряване, пиково стареене и свръхстареене. Различните степени на стареене директно определят производителността на CNC рязане, стабилността на размерите на частите, механичните свойства и качеството на повърхностната обработка.
Общи дефиниции за T-отпускане в индустрията: T4=Термична обработка на разтвор + естествено стареене; T5=Въздушно охлаждане при екструдиране + изкуствено стареене; T6=Закаляване с вода след обработка с разтвор + пиково изкуствено стареене; T651 / T6511: С предварително разтягане за облекчаване на напрежението, специално подходящ за високопрецизна CNC обработка.
2. Класификация на ефектите на стареене и тяхното въздействие върху обработката с ЦПУ
2.1 Ефект на естествено стареене (стареене при стайна температура)
След закаляване, профилите спонтанно образуват GP зони при температура на околната среда. Твърдостта и границата на провлачване нарастват бавно с времето на съхранение, докато пластичността постепенно намалява. За сплави от серия 6XXX естественият пик на стареене обикновено се достига в рамките на няколко дни до повече от десет дни, последван от бавен темп на растеж.
Точки на болка при CNC обработка:
Нестабилно състояние на входящия материал: Профили от една и съща партида с различно време на съхранение показват големи колебания в твърдостта, непостоянна устойчивост на рязане и износване на инструмента, което води до лоша последователност на размерите при масовото производство.
Ефект на съхранение (забавено стареене): Ако се извърши изкуствено стареене след период на естествено стареене, крайната пикова якост ще спадне, което ще доведе до неквалифицирана якост за масови поръчки на радиатори за външна търговия и корпуси на контролери.
Естествено стареене след груба обработка: голямо количество материал се отстранява по време на грубо фрезоване, нарушавайки първоначалния баланс на напрежението. Бавната деформация продължава през следващите дни, причинявайки плоскост и паралелност извън толеранса, което е забележимо при тънкостенни корпуси, дълги направляващи релси и вентилационни решетки.
Сценарии на приложение:Подходящ за части, изискващи огъване, разширяване на отвора и последващо пластично формоване; обикновено не се използва за високопрецизни завършени CNC компоненти.
2.2 Ефект на изкуствено стареене (стареене при контролирана температура, основен процес T5 / T6)
Профилите се поддържат при постоянна температура от 150–185 градуса в пещ за стареене, за да се ускори образуването на утайка и да се постигнат целевите механични свойства за кратко време. Това е най-широко използваният метод за стареене за CNC алуминиеви профили.
Подостаряване: Недостатъчно време на задържане; утайките са малки и в ниско количество. Якостта и твърдостта са относително ниски с добра пластичност. Рязането е леко, но твърдостта на частта е недостатъчна, причинявайки тракане при рязане, деформация при затягане и пружиниране след обработка.
Пиково стареене: Оптимален процесен прозорец с най-голямо количество и еднакъв размер на '' утайките. Силата и твърдостта достигат максимална стойност. Обикновено се използва за структурни части, радиатори и алуминиеви корпуси. Обработката е стабилна с достатъчна твърдост на материала, докато пластичността намалява и характеристиките на чупене на стружки се променят. Необходими са специални режещи инструменти от клас алуминий и съответстващи параметри на рязане.
Прекомерно стареене: Прекомерното време на задържане или високата температура води до загрубяване и сфероидизация на утайките. Якостта и твърдостта намаляват, докато здравината и устойчивостта на корозия при напрежение се подобряват. Устойчивостта на рязане е по-ниска и напрежението при обработка е по-малко с по-добра стабилност на размерите, приложено към прецизни компоненти, изискващи дългосрочна стабилност. Недостатъкът е, че здравината не може да отговори на изискванията за носещи структурни части.
2.3 Стареене при стрес (стареене при облекчаване на напрежението, основен процес за прецизни CNC части)
Лесно е да се объркатеутаяване укрепване стареенеиоблекчаване на стреса стареене. Екструдирането, закаляването и грубата обработка блокират остатъчното напрежение вътре в профилите. Отпускането на стреса и освобождаването от стреса се случват едновременно по време на стареенето, известно катоефект на облекчаване на стреса от стареенето.
Фабрично стареене на профили: Елиминира остатъчното напрежение от екструдиране и закаляване.
Междинно стареене след груба механична обработка (Груба обработка → Стареене → Крайна обработка): При грубо фрезоване с ЦПУ се отстранява голяма допустима стойност и първоначалното поле на напрежение се нарушава. Стареенето при ниска температура или съхранението при стайна температура освобождава напрежението предварително, така че размерите няма да се променят след крайната обработка. Това е стандартният технологичен път за високопрецизни CNC алуминиеви части като корпуси на промишлени контролери, фотоволтаични профили и прецизни скоби.
Ключово разграничение: Основната функция на стареенето е укрепване на валежите; релаксацията на стреса е съпътстващ ефект. Предварително опънатите профили T651 приемат разтягане преди стареене, за да компенсират напрежението при охлаждане и значително да намалят тенденцията на деформация при стареене.
2.4 Реверсия и повторно стареене (RRA, висококачествени алуминиеви профили с висока якост)
Прилага се предимно за високоякостни алуминиеви сплави от серия 7. Процесът включва пиково стареене, кратковременна реверсия при висока температура и вторично стареене при ниска температура, балансирайки висока якост и устойчивост на корозия при стрес. Използва се в структурни части с ЦПУ от висок клас, докато рядко се използва за обикновени алуминиеви профили от серия 6 поради високата цена и тесния прозорец на процеса.
3. Пет големи промишлени въздействия, причинени от ефектите на стареене (CNC машинна обработка)
3.1 Ефект на свързване между механичните свойства и обработваемостта
Състоянието на стареене директно променя съотношението на провлачване към опън и удължението на алуминиевите сплави. Несъстареният алуминий е мек и склонен към натрупване на ръбове и залепване на инструмента; пиково състареният материал постига стабилно рязане и добро чупене на стружки; старият материал има по-добра пластичност и превъзходно покритие на повърхността след завършване. Ако една и съща CNC програма се използва за профили на различни партиди за стареене, ще се появят несъвместими следи от инструмента, неравности, отклонение на размерите и живот на инструмента. За OEM поръчки на алуминиев профил за чуждестранни клиенти, чертежите ясно посочват температура T5 / T6, което по същество заключва границата на производителността на рязане и механичните свойства, определени от стареенето.
3.2 Ефект на деформация при стареене (основна причина за партиден скрап)
Деформацията при стареене попада в две категории: ① Деформация по време на термична обработка при стареене: Асиметрично напречно сечение или голяма разлика в дебелината на стената на профилите води до неравномерно освобождаване на напрежението по време на нагряване, което води до огъване и усукване и неточни референтни повърхности на приспособленията с ЦПУ. ② Деформация при пълзене след машинна обработка: Частите са квалифицирани по размери на машината, но се деформират бавно в рамките на часове до седмици след офлайн поради непрекъснато стареене и постепенно освобождаване на напрежението. Дълги алуминиеви носещи пръти, дълги релси и тънки декоративни ленти са продукти с висок риск.
Контролни решения: Дайте приоритет на профили със симетрични напречни сечения; приемане на междинно стареене след груба обработка с довършителни работи; използвайте малка дълбочина на рязане при довършителни работи и избягвайте тежко едностранно фрезоване.
3.3 Ефект на стареене върху електропроводимостта и анодизиращата повърхност
Утаяването на Mg₂Si променя проводимостта на матрицата. Електрическата проводимост се повишава с напредването на стареенето. За профилите на радиатора напълно състареният материал осигурява по-висока топлопроводимост и по-добро разсейване на топлината. Междувременно състоянието на стареене влияе върху резултатите от анодирането: несъстарените профили са склонни да показват разлика в цвета и неравномерно покритие; пиково състарените профили произвеждат равномерни и стабилни оксидни филми, които са стандартен избор за алуминиеви корпуси и декоративни компоненти.
3.4 Чувствителност към стареене и ефект на разликата в сплавта
6063 има широк прозорец за стареене и е подходящ за T5 стареене с въздушно охлаждане за врати, прозорци и декоративни лайстни. 6061 има по-висока чувствителност на закаляване и за предпочитане е T6 закалено във вода за CNC структурни части. 7075, а други високоякостни алуминиеви сплави са силно чувствителни към стареене. Съхранението при естествено стареене значително ще промени последващите резултати от изкуствено стареене, така че входящият материал не може да се съхранява на случаен принцип преди термична обработка.
3.5 Ефект от забавено стареене (Рискова точка на процеса)
Забавено стареене след закаляване: Ако интервалът между закаляването и стареенето в пещта е твърде дълъг, по време на естественото стареене при стайна температура се образуват обилни GP зони и потискат утаяването на '' фаза при последващо изкуствено стареене, така че крайната якост не отговаря на изискванията за изтегляне. Това е най-честият скрит дефект на качеството в инсталациите за термична обработка и CNC работилниците. Неквалифицираното вземане на проби за якост на опън и твърдост при експортни поръчки се дължи най-вече на тази причина.
4. Решения за контрол на стареенето за CNC машинна индустрия (практически процес)
Входящ материален контрол: Съхранявайте материалите по температура T и записвайте датата на охлаждане и продължителността на съхранение. Изберете T651 облекчени профили за предпочитане за високопрецизни части.
Вградете стареенето в потока на процеса: Стандартна процедура за високопрецизни части: Екструзия и термична обработка с разтвор → Фабрично стареене → Груба обработка → Стареене при ниска температура за облекчаване на напрежението / Съхранение при стайна температура за 24–72 часа → Полуфиниш → Финална обработка.
Съответстващ процес на обработка: Използвайте високоскоростни остри твърдосплавни или PCD фрези с висока скорост на подаване за алуминий върху състарени профили; намалете температурата на рязане за несъстарени профили, за да потиснете натрупания ръб.
Заключване на параметрите за стареене: Фиксирайте температурата на стареене и времето на задържане според класа на сплавта и дебелината на секцията. Удължете времето на задържане за дебелостенни профили, за да избегнете непостоянно стареене от повърхността до сърцевината.
Проверка на готовия продукт: Проверката на размерите не може да се извършва само на машината за прецизни части. Повторно тестване след съхранение на стареене, за да проверите дългосрочната стабилност на размерите.
5. Обобщение
Ефектът на стареене на CNC машинно обработените алуминиеви профили е много повече от просто закаляване. Това е цялостна промяна, съчетана с микроскопични утайки, релаксация на напрежението, механични свойства, характеристики на рязане, стабилност на размерите, термични и електрически характеристики. За CNC процесори с алуминиев профил, производители на персонализирани екструзии и външнотърговски OEM предприятия, стареенето действа като основен възел, свързващ екструдиране, топлинна обработка, CNC фрезоване и повърхностна обработка. Много повреди, като лоша прецизност, недостатъчна здравина, разлика в цвета на анодизирането и деформация след производството, са основно причинени от неправилен контрол на стареенето. Рационалното използване на ефектите на стареене и съответстващите CNC процеси могат да реализират стабилна доставка на радиатори, индустриални корпуси, структурни скоби и декоративни профили.
