Как состарить алюминий в домашних условиях

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 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

Желание состарить металл не возникнет у автомобилистов или строителей, а вот рукодельницы и дизайнеры сейчас очень часто прибегают к такому приему, чтобы получить интересные детали в оформлении интерьеров или декоративные элементы. Поверхность состаренного металла приобретает интересную структуру и различные цветовые оттенки – шершавость и игра цветов придают изделию солидность и оригинальность.

Искусственно состарить металл довольно просто. В элементарном случае его можно положить в место с высокой влажностью и спустя некоторое время (пройдут недели) изделие покроется слоем ржавчины и станет похоже на старинную вещь.

Способ прост, но требует много времени, поэтому на данный момент чаще всего для состаривания металлов используют различные химические вещества: азотная кислота, двууглексилая сода, олифа или активные кислоты.

Специалисты постоянно находят все новые и новые способы декоративного состаривания металла, но самые проверенные и доступные рецепты дошли к нам из древних времен.

Важным моментом при данном процессе является необходимость правильного применения химических веществ к определенным металлам. А еще поскольку речь идет об агрессивных веществах, то при состаривании металлов необходимо использовать средства индивидуальной защиты – перчатки, очки, респираторы.

Технология состаривания металла

• Перед началом работ металл необходимо очистить от любых загрязнений. Именно от предварительной подготовки зависит успех работы, поэтому необходимо очищать поверхность старательно. Иногда даже рекомендуют отжечь металл для удаления остатков смол или других веществ.
• Если детали из меди или латуни, то ее необходимо сначала отбелить слабым раствором серной кислоты. А железо обрабатывают более концентрированным раствором серной кислоты. Алюминиевые изделия обрабатываются двууглексилой содой. Вне зависимости от способа обработки детали после завершения работ необходимо тщательно промыть под проточной водой и очистить жесткой щеткой.
• Для работы с латунью и медью используется азотная кислота. Поскольку испарения этой кислоты вредны для человека, то следует соблюдать особую осторожность, а вообще не рекомендуется работать с этим веществом в закрытом помещении. Лучше выйти для работы с металлом на улицу.
• На поверхность металлического изделия кислота наносится ватным тампоном, намотанным на деревянную палочку. Реакция на вещество будет заметна сразу – поверхность металла будет менять цвет от насыщенного зеленого до черного. После того, как реакция произошла, металл нужно нагревать до полного испарения состава. Затем изделие промывают под струей горячей проточной воды.
• Цвет готового изделия может получиться от оливково-зеленого до коричневого и от светло-серого до черного. Это зависит от концентрации кислоты, продолжительности соприкосновения с ней, от степени нагрева. Полученный эффект довольно стойкий, поэтому можно полировать или шлифовать деталь.
• Если состариваются железные детали, то их тщательно очищают, намазывают олифой, а потом нагревают до 300-400 градусов по Цельсию. Для равномерной обработки поверхности лучше нагревать деталь в печи. Если необходим светлый тон детали, то применяют азотную кислоту.
• Для обработки алюминиевых изделий использую керосин или копоть. Эти вещества подчеркивают структуру этого металла и придают ей красивый декоративный вид.

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.

Старение алюминиевых сплавов

Старение сплавов серии 6ххх производят для повышения механических свойств алюминиевых профилей. Степень этого повышения свойств зависит от типа сплава и условий старения. Эти условия различаются для:

• естественного старения, которое происходит «само собой» при комнатной температуре, и
• искусственного старения, которое проводят при повышенных температурах, около 160-200 ºС.

Прочность сплавов серии 6ххх прямо связана с их способностью сопротивляться движению дислокаций в ходе деформирования. При приложении к материалу напряжений в нем образуются и двигаются дислокации. С увеличением напряжений количество и плотность дислокаций, двигающихся в материале, возрастает до тех пор, пока, наконец, материал не разрушается.

Движение дислокаций тормозится из-за присутствия частиц Mg 2 Si и поэтому прочность состаренного алюминиевого сплава возрастает. Размеры и плотность этих частиц контролируются параметрами старения. Небольшое количество мелких частиц β»- Mg 2 Si мало могут сделать, чтобы остановить дислокации, которые двигаются через материал, но когда их много они препятствуют движению дислокаций и это повышает прочность материала.

Если же частицы вырастают слишком большими (β’- Mg 2 Si и β- Mg 2 Si ), их становится слишком мало из-за ограниченного содержания Mg и Si в алюминии. В этом случае дислокации легко обходят эти частицы и прочность материала снижается.

Это демонстрирует схематический график типичного искусственного старения на рисунке ниже.

Пик прочностных свойств достигается при большом количестве мелких частиц β»- Mg 2 Si . Для сплавов 6ххх типичными параметрами искусственного старения являются температура 170 ºС при выдержке 8 часов или 185 ºС при выдержке 6 часов.

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.

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.

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.

Старение алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы набирают твердость, когда устанавливается контролируемое выпадение осадка элементов сплава (вследствие распада перенасыщения раствора, необходимого для эффективного затвердевания), и то, чтобы сформировавшийся осадок был связный (сцепленный) или частично связанный с решеткой микроструктуры основного металла.

Кинетика выпадения осадка перенасыщенного твердого раствора – это функция, т.е. химический состав. Например, для сплава 2024 старение достигается естественным путем, в то время как для сплава 7075 кинетика выпадения осадка в твердом растворе происходит только при +100 – 200°С.Сплавы, подвергающиеся естественному старению, могут быть состарены искусственно.

Но наилучшее сопротивление межгранулярной коррозии достигается искусственным путем. При естественном старении преимущество отдается характеристикам стойкости и большему сопротивлению распространению усталостных трещин.

При различных параметрах старения можно достичь одних и тех же результатов. Например, сплав 6060, достигаются одинаковые условия для 5 часов при 185 °С и для 11 часов при 170°С.

В недостаточно состаренных деталях может наблюдаться уменьшение уровня механических свойств при последующей обработке.

Перестаривание может произойти из-за пластической деформацией, выполненной после закалки до старения (посредством вальцовки, формовки, прокатки, вальцовки и др.)

Данные операции ускоряют кинетику выпадения осадка, пропорциональную степени деформации, в случаях однородной обработки (такой как растяжка, сжатие, накатывание, вальцовка).

Вообще комбинации таковые, чтобы привести сплав до максимальной твердости Т6.Т7 – большее старение, скорее перестаривание, с частичным уменьшением механических характеристик. При подобной обработке возможно увеличение стабильности по размерам изделия, которое позволяет применять изделие для работы при высоких температурах. Также можно развить большую сопротивляемость поверхностной коррозии или эксфолиативной коррозии (отшелушивание).

Изделия, которые будут работать при высоких температурах, например, части мотора могут достигать хорошей стабильности размеров только при искусственном старении, при обработке T5 очень редко в этих случаях используется материал, состаренный при естественном старении. (T1).

Сплавы с небольшим количеством легирующих веществ, такие как 6060 должны стариться до достижения максимальной твердости T6.

Для изделий, требующих большую точность (размеров) используются различные циклы обработки. В течение 1-2 часов при 175-200С после предварительной обработки (шлифование), после машинной обработки и при посреднических фазах.

На первой стадии изотермических циклов старения. Например, 6 часов при температуре 100°С, до 3часов при температуре 120°С. На второй стадии температура и время должно контролироваться, т.к. может вызвать изменения в физических свойствах детали. Температура в печи должна быть однородной.

Нежелательные эффекты перестаривания деталей могут быть вызваны продолжительным процессом, вызванным низкой скоростью разогрева, вызванной перегрузкой печи.

Время между закалкой (охлаждением) и старением не влияет на старение профиля. Но, необходимо помнить, что в некоторых сплавах серии 6060 механические свойства будут несколько более высокими, если старение выполнено немедленно после закалки. В то время как другие сплавы требуют выдержки при температуре окружающей среды перед старением для лучших механических свойств.

Максимальный интервал, предусмотренный между растворением веществ и закалкой (задержка закалки).

Источник: vseokraskah.net

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.

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.

Старение алюминиевых сплавов

Старение проводится для улучшения прочностных характеристик изделия. Этот вид термической обработки заключается в выдержке в условиях обычного температурного режима.

Повышение прочности достигается путем распада твердого раствора, что необходимо после закалки, так как закалка приводит к пресыщенности металла.

Существует два способа старения алюминиевых сплавов: естественное и искусственное.

Естественное старение происходит без предварительного нагрева при обычных температурах. Это может происходить в условиях обычного склада или промышленного помещения, где температура воздуха не превышает 30 градусов.

Естественное старение возможно из-за особого свойства алюминия, которое называется «свежезакаленное состояние». Свойства изделий значительно отличаются сразу после закалки и после некоторого времени пребывания на складе.

Искусственное старение проводится путем нагрева изделий до температуры 200 градусов. Это активирует процесс диффузии, что способствует улучшенному растворению составных элементов. Выдержка составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Следует отметить, что искусственно состаренные сплавы можно вернуть к изначальному состоянию. Для этого нужно нагреть изделие до 250 градусов с выдержкой до одной минуты. Выдержка должна проводится в селитряной ванне в строго определенное время, с точностью до нескольких секунд.

Причем подобный возврат можно выполнять несколько раз, без потери прочности материала, но с небольшим изменением свойств. Возврат состаренного металла обычно проводят с целью восстановления пластичности, необходимой для изменения формы изделия.

Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия и получить материал, не имеющий аналогов.

Главное условие при термообработке – соблюдение требований и рекомендаций к температурному режиму обработки и времени выдержки. Малейшие отклонения могут привести к необратимым изменениям свойств материала.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: stankiexpert.ru

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.

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.

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.

Закалка и старение алюминиевых

Сплавов

Цель работы

1. Ознакомиться с принципами легирования, составом, свойствами, и особенностями термической обработки дуралюминов.

2. Научиться осуществлять термическою обработку дуралюмина.

3. Определить на основании опытных данных характер зависимости твердости дуралюмина от температуры и длительности старения.

Теоретическое обоснование работы

Дуралюмин —

один из первых промышленных сплавов на основе алюминия. Благодаря малой плотности (удельный вес алюминия 2,7 г/см3), высокой тепло- и электропроводности, коррозионной стойкости алюминий и его сплавы нашли широкое применение в самолётостроении, судостроении, автомобильной и электротехнической промышленности, бытовой технике и других областях. Технический алюминий, обладая высокой пластичностью, имеет низкую прочность.

При введении легирующих элементов прочность может быть значительно повышена как за счет искажения кристаллической решетки при растворении этих элементов, так и за счет проведения упрочняющей термической обработки. Для создания возможности такой обработки алюминиевые сплавы легируют элементами, имеющими переменную ограниченную растворимость в алюминии. Упрочняющая термическая обработка состоит из операций -закалки и старения естественного (при комнатной температуре) или искусственного (при повышенных температурах).

Дуралюмины принадлежат к термически упрочняемым деформируемым сплавам. Они хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях, хорошо обрабатываются резанием (в закаленном и состаренном состояниях), хорошо свариваются контактной сваркой.

Дуралюмин представляет собой сплав шести компонентов — алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, Основным легирующим элементом, обеспечивающим упрочнение при термической обработке, является медь. Аналогичное назначение имеет магний. Марганец вводится для повышения коррозионной стойкости. Кремний и железо являются постоянными примесями. Кремний может быть отнесен к упрочняющим элементам, однако упрочнение за счет кремния в этом сплаве невелико. Железо в дуралюмине играет отрицательную роль. Его наличие в дуралюмине уменьшает эффект старения, так как в отличие от меди, магния, кремния железо образует нерастворимое в алюминии соединение . Медь, находящаяся в этом соединении, не может быть переведена при нагревании в твердый раствор и не может участвовать в процессах старения и упрочнения. Вредное влияние железа уменьшается при введении магния, Присадка магния даже в небольших количествах, придает сплавам способность старения при комнатной температуре, несмотря на наличие железа, так как в этом случае образуется растворимое в алюминии соединение из которого медь и магний при нагревании переходят в твердый раствор и впоследствии могут участвовать в процессах старения.

Отрицательное влияние железа обусловлено также тем, что оно образует соединения ( ), имеющие грубую пластинчатую форму, понижающие прочность и пластичность.

Вследствие сложности состава, вызванной стремлением максимально повысить прочность, дуралюмины отличаются пониженной коррозионной стойкостью во влажном воздухе, в речной и морской воде и нуждаются в защите от коррозии. Наибольшее распространение в промышленности получили метод плакирования (покрытия техническим алюминием) и метод электрохимического оксидирования (анодирования), при котором на поверхности изделия образуется более плотная и толстая, чем при естественных условиях, окисная пленка , защищающая дуралюмин от коррозии.

Обозначение марок дуралюминов состоит из букв и цифр. В начале марки ставится буква Д, указывающая на принадлежность сплава к дуралюминам, т. е. к системе Al-Cu-Mg, затем следует условный (порядковый) номер сплава. После этого ставятся буквы, указывающие на вид обработки: М (мягкий) -отожженный, Н — нагартованный, Т (термически обработанный) — после закалки и естественного старения. Дуралюмины, используемые при обычных температурах, по составу и свойствам делятся на дуралюмины нормального состава, повышенной пластичности, повышенной прочности.

Состав дуралюминов по ГОСТ 4784-97 приведен в таблице 8.1.

Таблица 8.1

*ГОСТ 1131, ГОСТ 7871, ГОСТ 13726, ГОСТ 21631.

В дуралюмине нормального состава (Д1) содержание меди 3,8-4,8%, магния и марганца по 0,4-0,8%’, кремния и железа не более 0,7% каждого.

Дуралюмин повышенной пластичности (Д18) имеет пониженную концентрацию меди (2,2-3,0%) и магния (0,2- 0,5%), не содержит марганца.

Рис. 8.1. Диаграмма состояния сплавов алюминия с медью

Дуралюмин повышенной прочности (Д16) имеет повышенное содержание магния (1,2-1,8%).

Поскольку основным легирующим элементом в дуралюмине является медь, для рассмотрения процессов, происходящих при термической обработке, можно воспользоваться диаграммой бинарных сплавов алюминий-медь (рис. 8.1).

В соответствии с диаграммой наибольшая растворимость меди в количестве 5,7% имеет место при эвтектической температуре 821 К (548° С), при комнатной температуре в растворе может находиться до 0,5% Си. После первичной кристаллизации сплавы, содержащие от 0,5 до 5,7% меди имеют структуру -твердого раствора, из которого при дальнейшем медленном охлаждении вследствие уменьшения растворимости меди выделяется химическое соединение . Прочность сплавов с такой равновесной структурой не высокая, так как кристаллы относительно крупные и не представляют больших препятствий для движения дислокаций. Повышение прочности достигается за счет получения неравновесных структур, имеющих кристаллические решетки с большим количеством дефектов.

Быстрым охлаждением (закалкой) от температуры выше линии фиксируется пересыщенный твердый раствор . Такой пересыщенный твердый раствор является неустойчивым, в нем протекают изменения, получившие название старения. Представление о механизме старения сводится к следующему. В процессе естественного старения происходят подготовительные процессы к выделению избыточной фазы . Образование такой фазы происходит при относительно высоких температурах нагрева, обеспечивающих достаточную скорость перемещения (диффузий) атомов. При комнатной температуре скорость диффузии атомов меди недостаточна для образования частиц соединения , так как для этого необходимо обогащение медью до 54%. Однако атомы меди, занимающие после закалки в решетке алюминия произвольные места, будут стремиться занять более выгодное энергетически положение. Они будут перемещаться к дефектным местам кристаллической решетки, образуя тончайшие прослойки, обогащенные атомами меди. Протяженность этих прослоек, получивших название зон Гинье-Престона, достигает нескольких десятков ангстрем (30—60 А) при толщине

5-10 . Концентрация меди в этих зонах меньше, чем в соединении СиА12, расположение атомов алюминия и меди неупорядоченное.

Такие зоны (ГП1) вследствие значительной разницы в размерах атомов меди (атомный радиус 1,28 А) и алюминия (1,43 ), имеют искаженную кристаллическую решетку, что создает препятствия для перемещения дислокаций при пластической деформации, приводит к повышению прочности и некоторому снижению пластических свойств; Этот самопроизвольный процесс получил название естественного старения. При нагревании процессы превращения развиваются более полно. Такое старение, получившее название искусственного, протекает в несколько стадий.

На первой стадии —при

температурах до 423 К (100-150° С) образуются зоны Гинье-Престона (ГП2), имеющие такую же природу, как и при естественном старении, но отличающиеся большими размерами (толщина этих зон составляет 10-40 А, диаметр – 200-300 А) и более упорядоченным расположением атомов алюминия и меди.

На второй стадии

концентрация меди в этих зонах достигает стехиометрического соотношения, соответствующего соединению , но образования самостоятельной фазы еще не происходит. Из зон ГП2 образуется промежуточная -фаза, имеющая кристаллическую решетку, когерентно-связанную с решеткой твердого раствора, но отличную от решетки -твердого раствора и от решетки -фазы.

На третьей стадии

при температуре около 200°С происходит обособление — фазы и превращение ее в стабильную -фазу, а при увеличении выдержки или при более высоких температурах старения развиваются процессы коагуляции (укрупнения) -фазы.

При термической обработке дуралюмина протекают процессы, аналогичные рассмотренным, однако присутствие в сплаве других элементов — магния, марганца, кремния, железа приводит к некоторым их усложнениям.

В литом дуралюмине по границам зерен твердого раствора в виде сетки располагаются не только фаза , но и другие хрупкие фазы — , , , , поэтому механические свойства литого дуралюмина низкие — =160-170 МПа, = 1-1,5%. После отжига при температуре 480-500° С и последующей горячей пластической деформации структура дуралюмина состоит из -твердого раствора с равномерно распределенными включениями тех же фаз. Расположение этих фаз внутри зерен более благоприятно сказывается на пластичности сплава, но прочность при этом повышается незначительно.

При нагреве под закалку до температуры 500е С все соединения за исключением железосодержащих фаз переходят в твердый раствор. После закалки в воде структура дуралюмина состоит из пересыщенного твердого раствора и включений нерастворимых соединений железа. Свежезакаленный дуралюмин имеет невысокую прочность =240-260 МПа, но высокую пластичность ( = 20-22%), поэтому его можно подвергать различным операциям формоизменения в холодном состоянии (обработка давлением, резанием). Высокая пластичность сохраняется в зависимости от состава сплава в течение 30-120 мин. После инкубационного периода в закаленном сплаве начинаются процессы старения. В дуралюмине, в отличие от двойных сплавов алюминия с медью в образовании зон Гинье-Престона участвует магний. При нагревании образуется метастабильная S’-фаза, а затем фаза S- . Как видно из графика зависимости прочности от времени выдержки при различных температурах старения (рис. 8.2), наибольший эффект упрочнения достигается при естественном старении в течение 4-7 суток.

Искусственное старение при температурах 100-150° С также вызывает упрочнение, но несколько более слабое, При

Рис. 8.2. Изменение прочности дуралюмина в зависимости от режима старения

температурах 200° С и более сначала наблюдается интенсивное повышение прочности, связанное с образованием дисперсных фаз ( , ), но затем происходит постепенное понижение прочности, обусловленное процессами коагуляции этих фаз. Искусственное старение дуралюмина не только дает меньший эффект упрочнения по сравнению с естественным, но и снижает пластические свойства, увеличивает чувствительность к концентраторам напряжений и уменьшает коррозионную стойкость сплава. Поэтому дуралюмины обычно подвергаются естественному старению в течение 4-7 суток.

Если возникает необходимость сохранения высоких пластических свойств закаленного сплава в течение некоторого периода времени до формоизменения, изделия (например, заклепки) хранят при температуре -50° С, так как при низких температурах процессы старения практически не развиваются. В тех случаях, когда естественное старение произошло, но сплав должен быть возвращен в пластическое свежезакаленное состояние, производят кратковременный нагрев (30-120 секунд) до температуры 230°-270° С. При таком нагреве происходит растворение неустойчивых зон ГП1 и быстрым охлаждением фиксируется пересыщенный твердый раствор. Такая обработка получила название возврата или обработки на возврат. Последующее вылёживание при комнатной температуре приводит к образованию зон ГП1 и упрочнению сплава.

Свойства дуралюминов основных марок после различных видов термической обработки приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Механические свойства дуралюминов

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