Hợp kim nhôm lớn rèn
Trong ngành sản xuất ô tô, việc rèn chết hợp kim nhôm lớn đóng một vai trò quan trọng do tính chất cơ học đặc biệt của chúng, đặc tính nhẹ và khả năng chống ăn mòn. Những rèn này được sản xuất thông qua một quá trình được gọi là rèn chết, liên quan đến việc sử dụng áp lực cao để định hình một phôi kim loại thành một dạng mong muốn trong khoang chết. Các vụ rèn hợp kim của Alloy cung cấp nhiều lợi thế so với các vật liệu khác thường được sử dụng trong ngành năng lượng và điện. Chúng nhẹ, mạnh, chống ăn mòn và có độ dẫn nhiệt tuyệt vời. Các thuộc tính này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho một loạt các ứng dụng, bao gồm lưỡi tuabin, các thành phần máy phát và phần cứng đường truyền.
1. Tổng quan về vật liệu & quy trình sản xuất
Lớn Aluminum Alloy Die Furning đại diện cho đỉnh cao của sản xuất hiện đại trong việc đạt được sự tích hợp hình dạng hình học nhẹ, độ bền cao, độ bền cao và hình học phức tạp. Thông qua quá trình rèn chết, các phôi hợp kim nhôm bị biến dạng về mặt nhựa trong khoang chết dưới tác động của thiết bị rèn lớn, tạo thành các thành phần phức tạp, có kích thước lớn với các đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô tuyệt vời. Những rèn này thường sở hữu các cấu trúc bên trong dày đặc, các loại ngũ cốc tinh chế và các dòng dòng hạt liên tục phù hợp với hình dạng của bộ phận, các đặc điểm vô song bởi các vật đúc hoặc các tấm dày, do đó đảm bảo hiệu suất vượt trội trong điều kiện dịch vụ đòi hỏi. Lớn hợp kim nhôm rèn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quan trọng như hàng không vũ trụ, vận chuyển đường sắt, ô tô, hàng hải, máy móc xây dựng, năng lượng và máy móc nói chung, đóng vai trò là thành phần cốt lõi để đạt được hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị nhẹ và tăng cường.
Sê -ri Hợp kim chính (ví dụ về các lớp chung):
Sê-ri 2xxx (Hợp kim Al-Cu): ví dụ: 2014, 2024, 2017, 2618. Đặc trưng bởi sức mạnh cao và độ bền tốt; Một số lớp như 2618 thực hiện xuất sắc ở nhiệt độ cao. Chủ yếu được sử dụng cho các thành phần cấu trúc hàng không vũ trụ và các bộ phận động cơ.
Sê-ri 6xxx (Hợp kim Al-Mg-Si): EG, 6061, 6082. Đặc trưng bởi khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng hàn tốt và cường độ trung bình. Được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải, cấu trúc kiến trúc và máy móc nói chung.
Sê-ri 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu hợp kim): EG, 7075, 7050, 7049. Đặc trưng bởi cường độ cực kỳ cao, chúng là chuỗi mạnh nhất trong số các hợp kim nhôm. Chủ yếu được sử dụng cho các thành phần cấu trúc chịu tải chính hàng không vũ trụ và các bộ phận cơ học cường độ cao.
Vật liệu cơ bản:
Nhôm (AL): Cân bằng
Vụ tạp được kiểm soát:
Hàm lượng tạp chất của sắt (Fe), silicon (SI), v.v., được kiểm soát nghiêm ngặt theo các loại hợp kim và các yêu cầu ứng dụng khác nhau để đảm bảo hiệu suất và độ tinh khiết tối ưu.
Quy trình sản xuất (quy trình chung cho rèn chết lớn): Quy trình sản xuất cho các phiên bản chết hợp kim nhôm lớn cực kỳ phức tạp và chính xác, liên quan đến nhiều giai đoạn quan trọng, mỗi giai đoạn đòi hỏi phải kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
Chuẩn bị nguyên liệu và thỏi kích thước lớn:
Các thỏi kích thước lớn chất lượng cao, hợp kim cụ thể được chọn làm phôi giả. Sản xuất thỏi đòi hỏi các kỹ thuật đúc tiên tiến (ví dụ, đúc bán liên tục) để đảm bảo cấu trúc bên trong thống nhất, không có khuyết tật vĩ mô và phân tách tối thiểu. Đối với các ứng dụng quan trọng, độ tinh khiết trong thỏi và tính đồng nhất vi cấu trúc là tối quan trọng.
Ingots phải trải qua phân tích thành phần hóa học toàn diện và kiểm tra siêu âm có độ chính xác cao để đảm bảo chất lượng luyện kim đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất.
Đau đa thông (khó chịu và vẽ):
Các thỏi lớn thường trải qua quá nhiều đường, bao gồm gây khó chịu và vẽ, để phá vỡ các hạt đúc thô, tinh chế các hạt, loại bỏ độ xốp bên trong và phân tách vĩ mô, tạo thành một cấu trúc hạt mịn, hạt mịn và các dòng chảy liên tục. Trước khi tiến lên là một bước quan trọng trong việc tăng cường độ bền vật liệu và hiệu suất mệt mỏi.
Lắp trước được thực hiện trên máy ép thủy lực hoặc dầu lớn, với sự kiểm soát chính xác của nhiệt độ, lượng và tốc độ biến dạng.
Cắt:
Các phôi được cắt chính xác, ví dụ, bằng cách cưa hoặc cắt, theo các kích thước được đặt sẵn và các yêu cầu rèn cuối cùng.
Sưởi ấm:
Các phôi lớn được đồng đều và làm nóng từ từ trong các lò rèn lớn để đảm bảo sự thâm nhập nhiệt kỹ lưỡng. Các loại hợp kim nhôm khác nhau có cửa sổ nhiệt độ rèn cụ thể, đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ sưởi ấm và thời gian giữ để tránh quá nóng hoặc tan chảy cục bộ, đồng thời đảm bảo độ dẻo kim loại.
Sự hình thành rèn lớn:
Vào ngày 10, 000- tấn hoặc thậm chí hàng chục ngàn tấn máy ép thủy lực lớn hoặc rèn búa, phôi được làm nóng được đặt trong một khuôn được thiết kế sẵn. Hình thành nhựa đạt được thông qua một hoặc nhiều cuộc đình công/áp lực chính xác. Thiết kế khuôn cực kỳ phức tạp, thường sử dụng các kỹ thuật mô phỏng CAE tiên tiến (ví dụ, phân tích phần tử hữu hạn) để dự đoán dòng kim loại, trường nhiệt độ và các trường căng thẳng, tối ưu hóa cấu trúc khuôn và rèn các tham số quá trình để đảm bảo các đường dòng kim loại đi theo đường viền phức tạp của phần và đạt được hình dạng gần.
Biên tập từng bước và rèn nhiều cây trồng: Đối với các bộ phận cực kỳ phức tạp hoặc rất lớn, việc rèn có thể được tiến hành trong nhiều cái chết và các bước để dần dần hình thành hình dạng cuối cùng, đảm bảo chất làm đầy đúng và chất lượng vi cấu trúc.
Cắt tỉa và đấm:
Sau khi rèn, đèn flash nặng xung quanh ngoại vi của rèn lớn được gỡ bỏ. Raitings với lỗ hổng có thể trải qua các hoạt động đấm.
Xử lý nhiệt: Đây là một bước quan trọng trong việc xác định các tính chất cơ học cuối cùng của các vụ rèn hợp kim nhôm. Nó bao gồm:
Giải pháp xử lý nhiệt: Việc rèn được làm nóng theo nhiệt độ giải pháp (thay đổi theo cấp hợp kim, thường là 450-550 độ) và giữ đủ thời gian để cho phép các yếu tố hợp kim hòa tan hoàn toàn vào ma trận nhôm.
Làm dịu đi: Làm mát nhanh từ nhiệt độ giải pháp, thường bằng cách làm nguội nước (nhiệt độ phòng hoặc nước ấm), để tối đa hóa sự duy trì của dung dịch rắn siêu bão hòa. Đối với các rèn lớn, sự đồng nhất và kiểm soát tốc độ làm mát là rất quan trọng để ngăn chặn vết nứt và đảm bảo hiệu suất.
Điều trị lão hóa:
Lão hóa tự nhiên (T4): Xảy ra ở nhiệt độ phòng, phù hợp cho các hợp kim có yêu cầu cường độ thấp hơn.
Lão hóa nhân tạo (T6, T7X, v.v.): Thực hiện ở nhiệt độ được kiểm soát chính xác trong thời gian dài, khiến các pha tăng cường kết tủa, do đó làm tăng đáng kể sức mạnh và độ cứng của hợp kim. Các loại hợp kim và ứng dụng khác nhau có các phương pháp điều trị lão hóa khác nhau (ví dụ: T6, T73, T74, T76) để cân bằng sức mạnh, độ bền và khả năng chống ăn mòn căng thẳng.
Làm thẳng & giảm căng thẳng:
Sau khi dập tắt, việc rèn có thể bị căng thẳng dư và biến dạng hình dạng. Việc làm thẳng cơ học thường được yêu cầu để điều chỉnh kích thước và hình dạng.
Đối với các bộ phận có độ chính xác cao hoặc những người yêu cầu gia công tiếp theo, các phương pháp điều trị giảm căng thẳng như kéo dài, nén hoặc rung (ví dụ: TXXX51 Tempers) có thể được thực hiện để giảm căng thẳng dư, giảm thiểu biến dạng gia công và cải thiện độ ổn định kích thước. Bước này đặc biệt quan trọng đối với các thành phần hàng không vũ trụ quan trọng lớn.
Hoàn thiện & kiểm tra:
Deburring, bắn peening (cải thiện hiệu suất mệt mỏi), kiểm tra kích thước, kiểm tra chất lượng bề mặt.
Cuối cùng, thử nghiệm không phá hủy toàn diện (ví dụ: siêu âm, thâm nhập, dòng điện xoáy, X quang) và các thử nghiệm tài sản cơ học nghiêm ngặt được thực hiện để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các thông số kỹ thuật hàng không vũ trụ hoặc công nghiệp có liên quan cao nhất và yêu cầu của khách hàng.
2. Tính chất cơ học của hợp kim nhôm lớn
Các tính chất cơ học của các loại rèn chết hợp kim nhôm lớn là sự cân nhắc quan trọng nhất trong các ứng dụng kỹ thuật của chúng, với các giá trị cụ thể khác nhau tùy thuộc vào loại hợp kim, tính khí xử lý nhiệt và kích thước rèn. Nhìn chung, rèn có các đặc tính cơ học toàn diện tuyệt vời.
| Loại tài sản | Phạm vi giá trị điển hình (T6/T7X Tempers) | Hướng kiểm tra | Tiêu chuẩn | Nhận xét |
|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo cuối cùng (UTS) | 290-600 mpa | L/lt/st | ASTM B557 | Sê -ri 7xxx cao nhất, 6xxx Series Medium, 2xxx Series trung gian |
| Sức mạnh năng suất (0. 2% YS) | 240-540 mpa | L/lt/st | ASTM B557 | Sê -ri 7xxx cao nhất, 6xxx Series Medium, 2xxx Series trung gian |
| Độ giãn dài (2 inch) | 7-18% | L/lt/st | ASTM B557 | Chỉ ra độ dẻo, thường tỷ lệ nghịch với sức mạnh |
| Độ cứng của Brinell | {0} HB | N/A | ASTM E10 | Chỉ ra khả năng chống vết lõm của vật chất |
| Sức mạnh mệt mỏi (10⁷ chu kỳ) | 90-180 mpa | N/A | ASTM E466 | Dòng hạt rèn giúp cải thiện đáng kể hiệu suất mệt mỏi |
| Khả năng gãy xương k1c | 20-40 mpa√m | N/A | ASTM E399 | Chỉ ra khả năng chống lan truyền vết nứt, thấp hơn một chút đối với chuỗi 7xxx |
| Sức mạnh cắt | 190-360 mpa | N/A | ASTM B769 | |
| Mô đun đàn hồi | 68. 9-74 GPA | N/A | ASTM E111 |
Tính đồng nhất về tài sản và dị hướng:
Trong quá trình sản xuất, việc rèn chết lớn đạt được tính đồng nhất tối đa của cấu trúc hạt bên trong và tính chất cơ học thông qua các tỷ lệ rèn lớn và kiểm soát chính xác dòng chảy kim loại. Điều này rất quan trọng đối với độ tin cậy tổng thể của các thành phần lớn, ngăn chặn các điểm yếu cục bộ.
Dòng hạt liên tục được hình thành trong quá trình rèn cho phép hiệu suất tối ưu trong các hướng tải chính và làm giảm đáng kể sự khác biệt về tài sản theo các hướng khác nhau (dị hướng), tăng cường độ ổn định và độ tin cậy cấu trúc tổng thể.
3. Đặc điểm vi cấu trúc
Các đặc tính tuyệt vời của các bộ phận chết hợp kim nhôm lớn bắt nguồn từ cấu trúc vi mô độc đáo của chúng.
Các tính năng vi cấu trúc chính:
Cấu trúc hạt tinh tế, đồng nhất và dày đặc:
Thông qua nhiều đường rèn, các hạt đúc thô hoàn toàn bị phá vỡ, và các hạt mịn, đồng nhất và dày đặc hoặc các hạt sợi được hình thành thông qua các quá trình thu hồi và phục hồi động. Điều này không chỉ loại bỏ các khiếm khuyết đúc như độ xốp, túi khí và sự phân biệt mà còn cải thiện đáng kể độ dẻo, độ bền, tuổi thọ và độ bền gãy của vật liệu.
Dòng hạt liên tục phù hợp với hình dạng một phần:
Đây là đặc điểm quan trọng nhất và lợi thế của việc rèn chết. Khi kim loại chảy trong khoang chết, các hạt của nó được kéo dài và hình thành các đường dòng sợi liên tục (hoặc các dòng dòng kết cấu tinh thể) đi theo hình dạng bên ngoài phức tạp và cấu trúc bên trong của phần.
Sự liên kết dòng hạt này với hướng ứng suất chính của bộ phận trong điều kiện vận hành thực tế chuyển tải hiệu quả, cải thiện đáng kể hiệu suất mệt mỏi của bộ phận, độ bền tác động, chống nứt ăn mòn căng thẳng (SCC) và chịu thiệt hại trong các khu vực căng thẳng quan trọng (ví dụ, cạnh lỗ, góc, mặt cắt khác nhau). Đối với các rèn phức tạp lớn, hướng dẫn chính xác và tính liên tục của dòng hạt là trung tâm để thiết kế và kiểm soát quá trình.
Phân phối đồng đều và kiểm soát các pha tăng cường (kết tủa):
Sau khi điều trị giải pháp và điều trị lão hóa nghiêm ngặt, các giai đoạn tăng cường chính của loạt hợp kim khác nhau (ví dụ: MGZN₂ trong loạt 7xxx, Al₂cu trong chuỗi 2xxx, Mg₂si trong chuỗi 6xxx) kết tủa đồng đều trong ma trận bằng nhôm với kích thước tối ưu, hình thái học, và định hướng.
Bằng cách kiểm soát chính xác việc điều trị lão hóa, loại, số lượng, kích thước và phân phối các pha tăng cường có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa sự cân bằng của sức mạnh, độ bền và khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, hợp kim sê -ri 7xxx có thể đạt được điện trở SCC được cải thiện thông qua lão hóa T7X.
Độ sạch luyện kim cao và tỷ lệ khuyết tật thấp:
Nguyên liệu thô có độ tinh khiết cao và các công nghệ đúc và đúc nâng cao được sử dụng để đảm bảo cấu trúc bên trong dày đặc trong các rèn, không có khuyết tật đúc. Kiểm soát chặt chẽ nội dung tạp chất làm giảm sự hình thành các hợp chất intermetallic có hại (ví dụ, các giai đoạn giàu sắt), do đó đảm bảo độ dẻo dai, tuổi thọ mệt mỏi và khả năng chịu thiệt hại của vật liệu. Lớn rèn cho các ứng dụng hàng không vũ trụ thường yêu cầu mức độ bao gồm phi kim loại cực thấp và được đảm bảo bằng cách kiểm tra siêu âm 100% cho chất lượng bên trong.
4. Thông số kỹ thuật và dung sai thứ nguyên
Lớn Aluminum Alloy Die rèn rất khác nhau về kích thước, từ vài kg đến vài tấn, với kích thước phong bì tối đa đạt được vài mét. Độ chính xác về chiều và dung sai hình học của chúng thường đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.
| Tham số | Phạm vi kích thước điển hình | Chịu đựng sự khoan dung thương mại | Khả năng gia công chính xác | Phương pháp kiểm tra |
|---|---|---|---|---|
| Kích thước phong bì tối đa | {0} mm | ± 0. 5% hoặc ± 2 mm | ± {{0}}. 05 - ± 0,5 mm | Cmm/quét laser |
| Độ dày tường tối thiểu | {0} mm | ± 1. 0 mm | ± {{0}}. 2 - ± 0,8 mm | Máy đo Cmm/Độ dày |
| Phạm vi trọng lượng | {0} kg | ±4% | N/A | Quy mô điện tử |
| Độ nhám bề mặt (giả mạo) | Ra 12. 5 - 50 μm | N/A | Ra 1. 6 - 12. 5 μm | Hồ sơ kế |
| Độ phẳng | N/A | 0. 5 mm/100mm | 0. 1 mm/100mm | Máy đo độ phẳng/CMM |
| Vuông góc | N/A | 0. 3 độ | 0. 1 độ | GAGLE GAUGE/CMM |
Khả năng tùy chỉnh:
Lớn rèn hầu như luôn luôn được tùy chỉnh cao dựa trên các mô hình CAD phức tạp và bản vẽ kỹ thuật được cung cấp bởi khách hàng.
Các nhà sản xuất phải có khả năng R & D và thiết kế mạnh mẽ, khả năng thiết kế và sản xuất khuôn, cũng như thiết bị rèn siêu lớn (ví dụ, 10, 000- tấn) và 配套 Thiết bị xử lý và gia công xử lý nhiệt.
Các dịch vụ đầy đủ có thể được cung cấp, từ sự tan chảy và đúc nguyên liệu thô, đúc trước, rèn chết, xử lý nhiệt, giảm căng thẳng đến gia công thô/hoàn thiện, và thậm chí kiểm tra cuối cùng và xử lý bề mặt trước khi lắp ráp.
5. Chỉ định tính khí & lựa chọn điều trị nhiệt
Các đặc tính cuối cùng của các vụ rèn hợp kim nhôm được xác định bởi tính khí xử lý nhiệt của chúng. Đối với các rèn lớn, tính đồng nhất và độ sâu của xử lý nhiệt là chìa khóa.
| Mã tính khí | Mô tả quá trình | Các ứng dụng điển hình | Đặc điểm chính |
|---|---|---|---|
| O | Hoàn toàn ủ, làm mềm | Trạng thái trung gian trước khi xử lý thêm | Độ dẻo tối đa, cường độ thấp nhất |
| T4 | Dung dịch được xử lý nhiệt, sau đó tuổi tự nhiên | Sức mạnh vừa phải, độ dẻo tốt | Thường là một tính khí tạm thời hoặc cho các ứng dụng cường độ thấp |
| T6 | Dung dịch được xử lý nhiệt, sau đó có tuổi giả tạo | Các thành phần cấu trúc cường độ cao chung | Tính khí chung, sức mạnh cao nhất, độ cứng cao, hiệu suất mệt mỏi cao |
| T7X | Dung dịch được xử lý nhiệt, sau đó quá mức (ví dụ: T73, T74, T76) | Các thành phần không gian vũ trụ yêu cầu kháng SCC cao | Sức mạnh thấp hơn một chút so với T6, nhưng khả năng chống lại sự ăn mòn căng thẳng và ăn mòn tuyệt vời |
| TXX51 | Dung dịch được xử lý nhiệt, già, kéo dài căng thẳng | Để giảm căng thẳng dư và biến dạng gia công | Sức mạnh cao, ứng suất dư thấp, ổn định chiều tốt |
Hướng dẫn lựa chọn tính khí:
T6 Temper: Cung cấp cường độ và độ cứng cao nhất, phù hợp cho các thành phần cấu trúc chung với các yêu cầu thuộc tính cơ học cao.
T7X tempers: Đối với các hợp kim loạt 7xxx, T73, T74, T76 và các cơn bão quá mức khác hy sinh một lượng nhỏ sức mạnh để cải thiện đáng kể khả năng chống lại vết nứt ăn mòn căng thẳng (SCC) và ăn mòn tẩy da chết, làm cho chúng trở thành những cơn bão phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ.
TXX51 Nhiệt độ: Đối với các rèn lớn dày hoặc được gia công chính xác, chọn một tính khí với giảm căng thẳng (ví dụ: T651, T7351) có thể giảm hiệu quả việc làm giảm căng thẳng dư, do đó giảm thiểu biến dạng gia công và cải thiện độ ổn định kích thước.
6. Đặc điểm gia công & chế tạo
Khả năng gia công của các loại rèn chết hợp kim lớn thay đổi theo loạt hợp kim nhưng nói chung là tốt. Khả năng hàn cũng thay đổi theo hợp kim.
| Hoạt động | Vật liệu công cụ | Các tham số được đề xuất | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Quay | Carbide, công cụ PCD | Vc {{0}}} m/min, f =0. 2-2. 0 mm/rev | Cắt hiệu quả cao, yêu cầu máy công cụ có độ cứng cao, độ chính xác cho hoàn thiện bề mặt |
| Xay xát | Carbide, công cụ PCD | Vc {{0}} m/min, fz =0. 1-1. 0 mm | Lớn 5- Trung tâm gia công trục/Gantry, cắt nặng, điều khiển đa trục |
| Khoan | Carbide, HSS tráng | Vc =50-300 m/min, f =0. 08-0. | Khoan lỗ sâu, làm mát bên trong, sơ tán chip, kiểm soát kích thước nghiêm ngặt |
| Khai thác | HSS-E-PM | VC =10-50 m/phút | Bôi trơn đúng cách, ngăn chặn việc xé sợi, chạm vào các lỗ lớn |
| Hàn (Fusion) | MiG/TIG | Tốt cho loạt 6xxx, người nghèo/không được khuyến nghị cho sê -ri 2xxx/7xxx | Sê-ri 2xxx/7xxx thường được nối bằng cách buộc chặt cơ học hoặc hàn trạng thái rắn |
| Xử lý bề mặt | Anodizing, lớp phủ chuyển đổi, hội họa | Anodizing là phổ biến, cung cấp sự bảo vệ và thẩm mỹ | Lớp phủ sơn và chuyển đổi cung cấp bảo vệ bổ sung, đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ và bảo vệ |
Hướng dẫn chế tạo:
Khả năng gia công: Hầu hết các bộ phận hợp kim nhôm đều có khả năng gia công tốt và dễ xử lý. Đối với các hợp kim có độ bền cao, cần có độ cứng cao hơn và công cụ máy điện và các công cụ cắt hiệu suất cao. Khi gia công các thành phần lớn, việc cắt nhiệt và điều khiển biến dạng nên được xem xét.
Ứng suất dư: Rút lớn có thể có căng thẳng còn lại đáng kể sau khi dập tắt. Sử dụng các tempers TXXX51 hoặc chiến lược gia công nhiều giai đoạn (hoàn thành giảm căng thẳng) có thể kiểm soát hiệu quả sự biến dạng gia công.
Khả năng hàn:
Hợp kim loạt 6xxx: Có khả năng hàn nhiệt hạch tuyệt vời và có thể được hàn bằng các phương pháp thông thường (ví dụ: MIG, TIG), phù hợp để nối và sửa chữa cấu trúc.
Hợp kim 2xxx và 7xxx: Có khả năng hàn nhiệt hạch thông thường kém, dễ bị nứt nóng và mất sức mạnh đáng kể. Để rèn lớn các hợp kim có độ bền cao này, các kết nối được bắt vít mạnh, hấp dẫn hoặc trong các trường hợp đặc biệt, hàn trạng thái rắn (ví dụ, hàn ma sát FSW) hoặc liên kết hàn/khuếch tán có thể được xem xét, với đánh giá chặt chẽ về tác động của chúng đối với các tính chất tổng thể.
7. Hệ thống chống ăn mòn & bảo vệ
Khả năng chống ăn mòn của việc rèn chết hợp kim nhôm lớn thay đổi theo loạt hợp kim và điều kiện môi trường, và thường đòi hỏi một hệ thống bảo vệ bổ sung.
| Loại ăn mòn | Hành vi điển hình (T6/T7X) | Hệ thống bảo vệ | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Ăn mòn khí quyển | Tốt đến xuất sắc | Anodizing, hoặc không cần bảo vệ đặc biệt | Sê -ri 6xxx hay nhất, sê -ri 7xxx tiếp theo, tổng hợp loạt 2xxx |
| Nước biển ăn mòn | Vừa phải đến tốt | Lớp phủ anod hóa, hiệu suất cao, cách ly điện | Sê -ri 6xxx tốt hơn, sê -ri 7xxx/2xxx cần bảo vệ mạnh hơn |
| Cơn ăn mòn căng thẳng (SCC) | Thấp đến mức độ nhạy cảm vừa phải | Lão hóa T7X, anodizing, lớp phủ, giảm căng thẳng dư | Sê -ri 7xxx rất nhạy cảm trong T6, được cải thiện đáng kể bởi T7X |
| Ăn mòn tẩy da chết | Thấp đến mức độ nhạy cảm vừa phải | T7X lão hóa, anodizing, lớp phủ | |
| Ăn mòn giữa các hạt | Thấp đến mức độ nhạy cảm vừa phải | Kiểm soát xử lý nhiệt |
Chiến lược bảo vệ ăn mòn:
Lựa chọn hợp kim và tính khí: Chọn tính khí hợp kim và xử lý nhiệt phù hợp nhất ở giai đoạn thiết kế dựa trên môi trường dịch vụ. Ví dụ, đối với môi trường biển, loạt 6xxx có thể được ưu tiên hơn loạt 7xxx. Đối với rủi ro SCC cao, T7X Tempers của loạt 7xxx được ưa thích.
Xử lý bề mặt:
Anod hóa: Phương pháp bảo vệ phổ biến và hiệu quả nhất, tạo thành một màng oxit dày đặc trên bề mặt rèn, tăng cường ăn mòn và kháng mòn. Đối với các thành phần lớn, kích thước của bể anodizing và điều khiển quá trình là rất quan trọng.
Lớp phủ chuyển đổi hóa học: Phục vụ như là sơn lót tốt cho sơn hoặc chất kết dính, cung cấp bảo vệ ăn mòn bổ sung.
Hệ thống lớp phủ hiệu suất cao: Lớp phủ chống ăn mòn hiệu suất cao nhiều lớp, chẳng hạn như epoxy, lớp phủ polyurethane, v.v., có thể được áp dụng trong môi trường cực kỳ ăn mòn.
Quản lý ăn mòn điện: Khi tiếp xúc với các kim loại không tương thích (ví dụ, thép, đồng), các biện pháp phân lập nghiêm ngặt (ví dụ, miếng đệm, lớp phủ cách điện, chất trám) phải được thực hiện để ngăn chặn sự ăn mòn điện, đặc biệt quan trọng trong các cấu trúc phức tạp lớn.
8. Tính chất vật lý cho kỹ thuật
Các tính chất vật lý của việc rèn chết hợp kim nhôm lớn là những cân nhắc quan trọng trong thiết kế cấu trúc và cơ học, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu quản lý nhiệt và khả năng tương thích điện từ.
| Tài sản | Phạm vi giá trị | Thiết kế xem xét |
|---|---|---|
| Tỉ trọng | 2. 70-2. 85 g/cm³ | Thiết kế nhẹ, khoảng. 1/3 mật độ thép |
| Phạm vi nóng chảy | 500-660 độ | Cửa sổ điều trị bằng nhiệt và hàn |
| Độ dẫn nhiệt | 130-200 W/m·K | Quản lý nhiệt, thiết kế tản nhiệt |
| Độ dẫn điện | 30-55% iacs | Độ dẫn điện tốt |
| Nhiệt cụ thể | 890-930 j/kg · k | Tính toán khối lượng nhiệt và nhiệt |
| Mở rộng nhiệt (CTE) | 22-24 ×10⁻⁶/K | Thay đổi kích thước do sự thay đổi nhiệt độ |
| Mô đun của Young | 68-76 GPA | Tính toán độ lệch và độ cứng |
| Tỷ lệ của Poisson | 0.33 | Phân tích cấu trúc tham số |
| Khả năng giảm xóc | Thấp | Rung và kiểm soát tiếng ồn |
Cân nhắc thiết kế:
Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tuyệt vời: Sự kết hợp giữa mật độ thấp và cường độ cao làm cho hợp kim nhôm trở thành một lựa chọn lý tưởng cho trọng lượng nhẹ kết cấu, dẫn đến hiệu quả nhiên liệu, tải trọng và hiệu suất được cải thiện.
Độ tin cậy cao: Cấu trúc vi mô dày đặc, các loại ngũ cốc tinh chế và các đường dòng chảy liên tục được cung cấp bởi quá trình rèn giúp tăng cường đáng kể tuổi thọ mỏi của vật liệu, độ bền gãy, khả năng chống va đập và khả năng chịu thiệt hại, đảm bảo an toàn trong điều kiện khắc nghiệt.
Tích hợp hình học phức tạp: Sắp rèn có thể tạo ra hình học phức tạp gần lưới, tích hợp nhiều chức năng, giảm số lượng bộ phận và chi phí lắp ráp và cải thiện độ cứng cấu trúc tổng thể.
Khả năng gia công và khả năng tham gia: Tùy thuộc vào cấp hợp kim, khả năng gia công tốt và một số hàn hoặc tham gia một số tiện ích có thể được cung cấp.
Khả năng tái chế cao: Hợp kim nhôm có khả năng tái chế cao, phù hợp với sự phát triển bền vững và các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn.
Hạn chế thiết kế:
Giới hạn hiệu suất nhiệt độ cao: Mặc dù một số hợp kim (ví dụ: 2618) hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao, nói chung, độ bền của hợp kim nhôm giảm đáng kể trên 150 độ -200, làm cho chúng không phù hợp với môi trường nhiệt độ cực cao.
Mô đun đàn hồi thấp hơn: So với hợp kim thép hoặc titan, hợp kim nhôm có mô đun đàn hồi thấp hơn, có thể yêu cầu các mặt cắt lớn hơn hoặc thiết kế cấu trúc cụ thể trong các ứng dụng đòi hỏi độ cứng cao.
Trị giá: So với các vật đúc hoặc đùn thông thường, chi phí sản xuất của các phần rèn chết lớn thường cao hơn, chủ yếu là do sự phát triển và đầu tư thiết bị.
9. Đảm bảo và kiểm tra chất lượng
Kiểm soát chất lượng cho các loại rèn chết hợp kim nhôm lớn là tối quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng quan trọng như hàng không vũ trụ, để đảm bảo các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn và yêu cầu của khách hàng cao nhất trong ngành.
Quy trình kiểm tra tiêu chuẩn:
Chứng nhận nguyên liệu thô:
Phân tích thành phần hóa học (OES/XRF) để đảm bảo tuân thủ AMS, ASTM, EN, v.v.
Kiểm tra khiếm khuyết nội bộ: Kiểm tra siêu âm 100% để đảm bảo thỏi và chỗ trống được đặt trước không có khiếm khuyết vĩ mô (ví dụ: độ xốp, độ bao gồm, vết nứt).
Theo dõi quá trình giả mạo:
Giám sát và ghi lại thời gian thực của các thông số quy trình chính như nhiệt độ lò, nhiệt độ rèn, áp suất và lượng biến dạng.
Kiểm tra trong quá trình/ngoại tuyến về hình dạng và kích thước rèn để đảm bảo rèn ổn định và kiểm soát.
Giám sát quá trình xử lý nhiệt:
Kiểm soát chính xác và ghi lại các thông số như tính đồng nhất của nhiệt độ lò trong lò xử lý nhiệt lớn, nhiệt độ phương tiện làm nguội, cường độ kích động và thời gian truyền tải.
Ghi lại và phân tích các đường cong nhiệt độ/thời gian xử lý nhiệt để đảm bảo đạt được các tính chất cơ học cần thiết.
Phân tích thành phần hóa học:
Xác định lại thành phần hóa học hàng loạt của các rèn cuối cùng để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng các thông số kỹ thuật.
Kiểm tra tài sản cơ học:
Kiểm tra độ bền kéo: Các mẫu được thực hiện theo hướng L, LT và ST từ nhiều vị trí đại diện (bao gồm cả trung tâm và cạnh) được kiểm tra cho UTS, YS, EL, đảm bảo các giá trị được đảm bảo tối thiểu được đáp ứng.
Kiểm tra độ cứng: Các phép đo đa điểm để đánh giá tính đồng nhất tổng thể.
Kiểm tra tác động: Charpy V-Notch Tác động kiểm tra nếu được yêu cầu, để đánh giá độ dẻo dai.
Kiểm tra mệt mỏi, kiểm tra độ bền gãy, thử nghiệm Ăn mòn căng thẳng: Các thử nghiệm nâng cao hơn này thường được thực hiện cho các ứng dụng quan trọng như hàng không vũ trụ.
Thử nghiệm không phá hủy (NDT):
Kiểm tra siêu âm 100% (UT): Kiểm tra khiếm khuyết nội bộ cho tất cả các rèn lớn chịu tải trọng để đảm bảo không có độ xốp, vùi, phân tách, vết nứt, v.v.
Thử nghiệm thâm nhập (PT) / Thử nghiệm hạt từ tính (MT, cho các vùi màu): Kiểm tra bề mặt để phát hiện các khiếm khuyết phá vỡ bề mặt.
Kiểm tra hiện tại Eddy (ET): Phát hiện các khiếm khuyết bề mặt hoặc gần bề mặt và tính nhất quán dẫn điện vật chất.
Kiểm tra X quang (RT): Để phát hiện một số khiếm khuyết nội bộ cụ thể.
Phân tích vi cấu trúc:
Kiểm tra kim loại để đánh giá kích thước hạt, tính liên tục dòng hạt, mức độ kết tinh lại và kết tủa hình thái và phân phối, đảm bảo cấu trúc vi mô đáp ứng các yêu cầu.
Kiểm tra chất lượng bề mặt và chiều:
Đo kích thước 3D chính xác bằng cách sử dụng máy đo tọa độ lớn (CMM) hoặc máy quét laser.
Độ nhám bề mặt, kiểm tra khiếm khuyết thị giác.
Tiêu chuẩn và chứng chỉ:
Các nhà sản xuất thường giữ AS9100 (Hệ thống quản lý chất lượng hàng không vũ trụ), ISO 9001 và các chứng chỉ hệ thống quản lý chất lượng quốc tế khác.
Các sản phẩm tuân thủ các tiêu chuẩn công nghiệp có liên quan như AMS (Thông số kỹ thuật vật liệu hàng không vũ trụ), ASTM (Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ), EN (tiêu chuẩn châu Âu) và thông số kỹ thuật dành riêng cho khách hàng (ví dụ: Boeing, Airbus, GE).
EN 10204 TYPE 3.1 hoặc 3.2 Báo cáo thử nghiệm vật liệu có thể được cung cấp và chứng nhận độc lập của bên thứ ba có thể được sắp xếp theo yêu cầu của khách hàng.
10. Ứng dụng & Cân nhắc thiết kế
Lớn hợp kim nhôm rèn là sự lựa chọn ưa thích cho nhiều ứng dụng hiệu suất cao và an toàn do các đặc tính tổng thể tuyệt vời của chúng.
Các khu vực ứng dụng chính:
Không gian vũ trụ: Các thành phần thiết bị hạ cánh của máy bay, khung hình thân máy, sườn cánh, lưỡi máy nén động cơ, đĩa tuabin, vỏ, các bộ phận kết nối, cấu trúc trụ.
Vận chuyển đường sắt: Bogies tàu cao tốc, các bộ phận kết nối thân xe, các thành phần cấu trúc chịu tải trọng quan trọng.
Ngành công nghiệp ô tô: Các thành phần hệ thống treo ô tô hiệu suất cao, bánh xe, bộ phận động cơ, các thành phần cấu trúc lớn (xe đua, xe hơi sang trọng).
Ngành công nghiệp biển: Các thành phần cấu trúc tàu lớn, giá đỡ chân vịt, các bộ phận nền tảng ngoài khơi.
Máy móc xây dựng: Cánh tay máy móc hạng nặng, các thành phần cấu trúc khung gầm, thân hình trụ thủy lực, các bộ phận kết nối.
Ngành năng lượng: Trung tâm tuabin gió, các bộ phận kết nối lưỡi, các thành phần tàu áp suất cao.
Máy móc chung: Thân máy bơm lớn, thân van, khuôn, đồ đạc, v.v.
Ưu điểm thiết kế:
Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tuyệt vời: Giảm đáng kể trọng lượng cấu trúc, cải thiện tải trọng và hiệu quả.
Độ tin cậy và an toàn cao: Quá trình rèn loại bỏ các khiếm khuyết bên trong, tinh chỉnh các loại ngũ cốc và hình thức các đường dòng liên tục, tăng cường đáng kể tuổi thọ mỏi của vật liệu, độ bền gãy, khả năng chống va đập và dung nạp thiệt hại, đảm bảo an toàn trong điều kiện khắc nghiệt.
Tích hợp hình học phức tạp: Có thể tích hợp nhiều chức năng vào một thành phần duy nhất, giảm số lượng bộ phận và chi phí lắp ráp và cải thiện độ cứng cấu trúc tổng thể.
Tính đồng nhất tài sản: Cấu trúc vi mô bên trong và tính chất của các rèn lớn rất đồng nhất, tránh các biến thể thuộc tính cục bộ phổ biến trong các vật đúc.
Sản xuất tùy chỉnh: Tùy chỉnh cao với nhu cầu ứng dụng cụ thể, cho phép thiết kế tối ưu.
Hạn chế thiết kế:
Chi phí sản xuất cao: Phát triển khuôn, đầu tư thiết bị lớn và dòng quy trình phức tạp dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn.
Chu kỳ sản xuất lâu dài: Đặc biệt đối với các sản phẩm mới, thiết kế khuôn, xác nhận và chu kỳ sản xuất có thể kéo dài.
Giới hạn kích thước: Giới hạn bởi trọng tải của thiết bị rèn có sẵn và kích thước khuôn.
Cân nhắc về kinh tế và bền vững:
Giá trị vòng đời đầy đủ: Mặc dù chi phí ban đầu cao, nhưng cải thiện hiệu suất (ví dụ: hiệu quả nhiên liệu, tuổi thọ mở rộng) và đảm bảo an toàn được cung cấp bởi các khoản rèn dẫn đến giá trị kinh tế và an toàn đáng kể trong vòng đời đầy đủ của chúng.
Hiệu quả sử dụng vật liệu: Die rèn là một quá trình định hình gần ròng, cung cấp việc sử dụng vật liệu cao hơn so với gia công.
Sự thân thiện với môi trường: Hợp kim nhôm có khả năng tái chế cao, góp phần giảm mức tiêu thụ tài nguyên và dấu chân môi trường.
Khả năng cạnh tranh: Trong các ngành công nghiệp chiến lược như hàng không vũ trụ, rèn chết hợp kim nhôm lớn là một lợi thế cạnh tranh cốt lõi.
Chú phổ biến: Lớn hợp kim nhôm, các nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà sản xuất của Trung Quốc lớn
Gửi yêu cầu
