Закалка алюминия в домашних условиях

Закалка и старение алюминия и алюминиевых сплавов

Закалке и старению подвергаются как деформируемые, так и литейные сплавы, содержащие легирующие элементы, образующие при старении упрочняющие частицы. Нагрев под закалку производится до температур, обеспечивающих необходимое насыщение сплава легирующими элементами.

Термообработка алюминиевых сплавов

Чрезмерное повышение температуры может привести к росту зерна и оплавлению неравновесных эвтектик на границах зерен и к снижению механических свойств. В то же время выдержка при температуре нагрева должна обеспечить наиболее полное растворение интерметаллидных фаз, она зависит от величины частиц ннтерметаллндных фаз и характера их распределения в исходном состоянии.

Для деформируемых сплавов выдержки при нагреве выбирают значительно меньшими, чем для литейных, так как в первом случае исходная структура состоит из более дисперсных включений вторичных фаз. Охлаждение при закалке проводят со скоростью выше критической. Критическая скорость охлаждения зависит от устойчивости переохлажденного твердого раствора. Например, закалка сплава Д16 осуществляется в воде, а тонкостенных деталей из А1 — Zn — Mg — на воздухе. Практически в большинстве случаев алюминиевые сплавы охлаждаются в воде.

После закалки образуется пересыщенный твердый раствор и различное количество первичных выделений (рис. 16.1, а). Перегрев сплава может привести к значительному огрублению границ зерен (рис. 16.1, б).

Пластическая деформация

После закалки сплавы имеют более высокие прочность и пластичность, чем в отожженном состоянии, что позволяет осуществлять небольшую пластическую деформацию.

Во время выдержки при комнатной температуре или при нагреве в твердом растворе происходят структурные изменения, являющиеся подготовкой к распаду, или наблюдается распад с выделением интерметаллидов, отличающихся от твердого раствора составом и кристаллической решеткой и отделенных от .твердого раствора хотя бы частичной поверхностью раздела.

Во многих закаленных алюминиевых сплавах подготовительные стадии распада, а иногда и начало распада могут происходить при комнатной температуре. В значительном количестве сплавов подготовка к распаду и распад происходят лишь при нагреве до температуры 100 — 200° С. Процессы предвыделения и начальная стадия выделения сопровождаются повышением прочности и снижением пластичности. Дальнейшее повышение температуры старения приводит к росту упрочняющей фазы (рис. 16.1, в) и снижению прочности.

Закалка металлаТермообработка алюминияСтарение металла

Похожие материалы

Растворимость большинства компонентов в алюминии при понижении температуры уменьшается (рис.1), что позволяет упрочнять сплавы путем закалки и старения.
Алюминиевые сплавы не претерпевают полиморфных превращений, и их упрочняющая термическая обработка (закалка и старение) обусловлена уменьшением растворимости легирующих элементов в матричном твердом растворе при понижении температуры от эвтектической или перитектической до комнатной.
Закалка алюминиевых сплавов — заключается в нагреве их до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы, полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Сущность закалки без полиморфных превращений заключается в насыщении твердого раствора легирующими элементами и точечными дефектами до концентраций, соответствующих выбранной температуре нагрева, а также в фиксации полученного состояния сплава в результате резкого охлаждения.
Свойства закаленных алюминиевых деформируемых сплавов и кинетика последующего старения во многом определяются степенью пересыщения твердого раствора легирующими элементами, зеренной структурой, которая окончательно может формироваться в процессе нагрева под закалку, а также плотностью и типом дефектов кристаллического строения закалочного роисхождения. С увеличением степени пересыщения твердого раствора легирующими элементами повышается прочность закаленных сплавов, что можно объяснить непосредственным взаимодействием дислокаций с растворенными атомами, а также с некоторым изменением дислокационной структуры в сплаве.

Кроме того, повышение концентрации твердого раствора приводит к уменьшению критического зародыша новой фазы и к увеличению числа промежуточных превращений в процессе старения.
Например, температура закалки сплавов системы Аl—Сu (рис.1) определится линией abc, проходящей выше линии предельной растворимости для сплавов, содержащих <5,6% Сu, и ниже эвтектической линии (548°С) для сплавов, содержащих большее количество меди.

Закалка металла в домашних условиях

При нагреве под закалку сплавов, содержащих до 5,6% Сu, избыточная фаза СuАl₂ полностью растворится и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный α-твердый раствор, содержащий столько меди, сколько ее находится в сплаве. При содержании более 5,6% Сu в структуре сплавов после закалки будет пересыщенный α-твердый раствор состава, отвечающего точке b, и нерастворенные  при нагреве кристаллы соединения СuАl₂.
При нагреве под закалку в алюминиевых деформируемых сплавах могут протекать рекристаллизационные процессы, приводящие, как правило, к некоторой потере прочности в результате уменьшения плотности дефектов кристаллической решетки и роста зерна.
Однако сохранение нерекристаллизованной структуры после закалки не всегда обеспечивает более высокую прочность в термо-упрочненном состоянии. В процессе нагрева под закалку в алюминиевых сплавах не только растворяются избыточные фазы, но и происходит распад пересыщенного переходными элементами (Mn, Zr, Сr) твердого раствора. Степень распада, размер, плотность и характер распределения дисперсоидов, в какой-то мере обусловленные режимом закалки, оказывают заметное влияние на протекающие при нагреве под закалку рекристаллизационные процессы, на устойчивость твердого раствора, на распределение продуктов распада и дислокаций

Литература ^[4],[5]

Большинство обычных металлов нельзя упрочнить термической обработкой. Однако почти все металлы упрочняются – до той или иной степени – в результате ковки, прокатки или гибки. Это называют наклепом или нагартовкой металла.

Отжиг является видом термической обработки  для умягчения металла, который стал нагартованным — наклепанным, чтобы можно было продолжать его холодную обработку.

Холодная обработка: медь, свинец и алюминий

Обычные металлы весьма сильно различаются по своей степени и скорости деформационного упрочнения  — наклепа или нагартовки. Медь довольно быстро наклепывается в результате холодной ковки, а, значит, быстро снижает свою ковкость и пластичность. Поэтому медь требует частого отжига, чтобы ее можно было дальше обрабатывать без риска разрушения.

С другой стороны, свинец можно обрабатывать ударами молотка почти в любую форму без отжига и без риска его разрушения. Свинец обладает таким запасом пластичности, который позволяет ему получать большую пластическую деформацию с очень малой степенью деформационного наклепа. Однако, медь хотя и тверже свинца, обладает в целом большей ковкостью.

Алюминий может выдерживать весьма большое количество пластической деформации в результате формовки молотком или холодной прокатки, прежде чем ему понадобится отжиг для восстановления его пластических свойств. Чистый алюминий наклепывается намного медленнее, чем медь, а некоторые листовые алюминиевые сплавы являются слишком твердыми или хрупкими, чтобы позволять большой наклеп.

Холодная обработка железа и стали

Промышленное чистое железо можно подвергать холодной обработке до больших степеней деформации, прежде чем оно станет слишком твердым для дальнейшей обработки. Примеси в железе или стали ухудшают способность металла к холодной обработке до такой степени, что большинство сталей нельзя подвергать холодной пластической обработке, кроме конечно, специальных низкоуглеродистых сталей для автомобильной промышленности. Вместе с тем,  почти все стали можно успешно пластически обрабатывать в раскаленном докрасна состоянии.

Зачем нужен отжиг металлов

Точная природа процесса отжига, которому подвергают металл, в значительной степени зависит от назначения отожженного металла. Существует значительное различие отжига по методам его выполнения между отжигом на заводах, где производят огромное количество листовой стали, и отжигом в небольшой автомастерской, когда всего лишь одна деталь требует такой обработки.

Если кратко, то холодная обработка – это пластическая деформация путем разрушения или искажения зеренной структуры металла. При отжиге металл или сплав нагревают до температуры, при которой происходит рекристаллизация — образование вместо старых — деформированных и удлиненных — зерен новых зерен — не деформируемых и круглых. Затем металл охлаждают с заданною скоростью. Другими словами, кристаллам или зернам внутри металла, которые были смещены или деформированы в ходе холодной пластической обработки, дают возможность перестроиться и восстановиться в свое естественное состояние, но уже при повышенной температуре отжига.

Отжиг железа и стали

Железо и низкоуглеродистые стали необходимо нагревать до температуры около 900 градусов Цельсия, а затем давать возможность медленно охлаждаться для обеспечения максимально возможной «мягкости». При этом принимают меры, чтобы предотвратить контакт металла с воздухом во избежание окисления его поверхности. Когда это делают в небольшой автомастерской, то для этого применяют теплый песок.

Высокоуглеродистые стали требуют аналогичной обработки за исключением того, что температура отжига для них ниже и составляет около 800 градусов Цельсия.

Отжиг меди

Медь отжигают при температуре около 550 градусов по Цельсию, когда меди разогрета до темно-красного цвета.

Термическая обработка алюминиевых профилей

После нагрева медь охлаждают в воде или позволяют медленно охлаждаться на воздухе. Скорость охлаждения меди после нагрева при температуре отжига не влияет на степень получаемой «мягкости» этого металла. Преимущество быстрого охлаждения заключается в том, что при этом металл очищается от окалины и грязи.

 Отжиг алюминия

Алюминий отжигают при температуре при температуре 350 градусов Цельсия. На заводах это делают в подходящих печах или соляных ваннах. В мастерской алюминий отжигают газовой горелкой. Рассказывают, что при этом деревянной лучиной трут по поверхности нагретого металла. Когда дерево начинает оставлять черные следы, то это значит, что алюминий получил свой отжиг. Иногда вместо дерева применяют кусок мыла: когда мыло начинает оставлять коричневые следы, нагрев нужно прекращать. Затем алюминий охлаждают в воде или оставляют охлаждаться на воздухе.

Отжиг цинка

Цинк становиться снова ковким при температуре между 100 и 150 градусами Цельсия. Это значит, что его можно отжигать в кипятке.

Цинк нужно обрабатывать, пока он горячий: когда он охлаждается, то сильно теряет свою ковкость.

Чем паять алюминий в домашних условиях

Флюс — это легкоплавкий сплав металлов, посредством которого спаивают два материала. Флюс для пайки своими руками можно сделать, если знать особенности соединения разных материалов путем термической обработки.

Флюс предназначен для спаивания металлов.

С помощью припоев соединяют провода, радиоузлы и мелкие детали.

Разновидности флюса

Соединение двух материалов получается, если в зоне шва выдержать определенную температуру. Для разных материалов этот показатель варьируется от 50ºС до 500ºС и выше. Температура плавки припоя должна быть значительно выше температуры плавления обрабатываемого материала.

Флюсы для пайки бывают разных видов, выбор его зависит от вида металла, температуры пайки.

Выбор флюса зависит от таких параметров:

• соединяемых материалов;
• температур плавления детали и флюса;
• размеров поверхности;
• прочности и коррозионной стойкости.

Флюсы делятся на две группы: твердые с высоким температурным порогом и мягкие — с низкой температурой плавления.

Тугоплавкие припои имеют температуру плавления более 500ºС и создают очень прочное соединение. Недостаток этих припоев в том, что их высокая температура плавления иногда приводит к нежелательным последствиям: перегреву основной детали и выведению ее из рабочего состояния.

Легкоплавкие припои имеют температуру плавления от 50 ºС до 400 ºС. В их составе преобладают 38% олова, 61% свинца и 1% других примесей. Этот вид флюсов применяют радиотехники для монтажных работ.

Есть группа так называемых сверхлегкоплавких припоев. Их применяют для соединения транзисторов. Температура плавки таких флюсов не превышает 150ºС.

Для пайки тонких поверхностей используют мягкие припои, а для проводов большого диаметра требуются твердые припои с высоким температурным порогом.

Флюс должен соответствовать таким характеристикам, как:

Характеристики флюсов для пайки.

• хорошо проводить ток и тепло;
• прочность;
• высокий коэффициент растяжения;
• стойкость к коррозионному воздействию;
• разность температур плавления припоя и основного металла.

Припои бывают в виде прутков, лент, катушек с проволокой, трубочек, наполненных канифолью или другим флюсом.

Самая распространенная форма припоя — оловянный прут с диаметром сечения от 1 до 5 м.

Также существуют многоканальные флюсы, имеющие несколько источников поступления припоя для прочного соединения. Такие припои продаются в мотках, в колбах, свернутые в спираль, в бобинах. Для одноразового использования рекомендуется приобретать небольшой кучек проволоки, размером со спичку.

Для пайки электрических схем используют флюсы в виде трубочек, заполненных колофонием. Эта смола выступает в роли припоя. С помощью данного присадочного материала выполняется соединение меди, латуни, серебра.

Вернуться к оглавлению

Легкоплавкий флюс для пайки

Мягкие флюсы плавятся при температуре не более 400ºС.

Закалка алюлюминия (АД31) в домашних условиях

Они создают мягкий, эластичный и достаточно прочный шов.

Легкоплавкие флюсы делятся на такие категории:

Флюс для пайки и легкоплавким припоем.

1. Свинцово-оловянные.
2. С низким содержанием олова.
3. Сверхлегкоплавкие.
4. Специальные.

Лучшим припоем считается олово, однако его крайне редко используют в чистом виде. Данный материал дорогой, поэтому чаще всего применяют оловянно-свинцовые припои. Соединения получаются прочными и плавятся при температуре 180-200ºС.

Оловянно-свинцовый припой обозначают так: ПОС-40, ПОС-60. Буквы являются аббревиатурой названия флюса, а цифры указывают процентное содержание олова. Данные припои содержат в себе небольшое количество сурьмы: 3-5%. Эти флюсы применяют для неответственных соединений, которые не подвержены вибрациям и нагрузкам.

Бессвинцовый флюс с малым содержанием олова применяют при пайке контактов малых электрических схем. Процесс должен происходить при температуре не более 300 ºС.

Сверхлегкоплавкие флюсы переходят в жидкое состояние при температуре от 60 до 145ºС. Их используют для ручной пайки очень деликатных деталей. Данные соединения не обладают высокой прочностью, так как их применяют чаще всего для повторного процесса.

Специальные припои готовят в частных случаях, когда необходимо получить совместимость свойств с основным материалом. В качестве таких материалов выступают составы, не поддающиеся пайке: никель, алюминий, низкоуглеродистая сталь, чугун.

Например, для пайки алюминия готовят припой, который на 99% состоит из олова. Для хорошей диффузии в смесь добавляют небольшие примеси буры, цинка и кадмия.

Вернуться к оглавлению

Тугоплавкий флюс для плавки

Твердый припой применяют для соединения швов, подверженных ударам и нагрузкам.

Этот вид припоев применяют для соединения ответственных швов, которые подвержены ударам, вибрации и перепаду температур. Флюсы данной группы переходят в жидкое состояние при температуре свыше 400ºС.

Твердые припои делятся на такие категории:

• сплав из меди и цинка (до 1000ºС);
• фосфоро-медный сплав (до 900ºС);
• серебряный флюс (до 800ºС) ;
• медь в чистом виде (для высокоуглеродистой стали).

Смеси меди и цинка марок М21, М11 не очень широко применяются. Это связано с недостаточной прочностью шва и высокой стоимостью сплава.

Данный припой успешно заменяют на латунь или сплав бронзы с цинком.

Медно-фосфорный тип применяют при соединении медных, бронзовых и латунных деталей, которые не подвергаются силовым нагрузкам. Данный сплав успешно заменяет дорогой серебряный припой. Его еще называют припоем для бесфлюсовой пайки.

Твердые припои не применяют для спаивания низкоуглеродистой стали и чугунов. Это связано с тем, что при нагревании железа с медью и фосфором, образуются хрупкие элементы — фосфиды железа, которые разрушают целостность шва.

Для железа лучшим припоем является серебро. Данный припой дорогой, зато обеспечит прочное соединение материалов.

Посредством серебряного припоя соединяют провода и сложные платы, состоящие из серебряных компонентов.

Вернуться к оглавлению

Другие виды припоя

Существуют альтернативные виды припоев:

Характеристики серебряных припоев.

1. Флюсы с повышенными антикоррозионными свойствами. Данный состав делают на основе кислоты, фосфора и растворителя. Они выгодны тем, что после процесса пайки не требуется использовать дополнительные очистители.
2. Жидкие флюсы на основе салициловой кислоты, вазелина, золота и этилового спирта. Их применяют для пайки радиаторов и электрических проводов. В этом случае получаются очень аккуратные и чистые швы.
3. Соединение канифоли с воздухом. Этот флюс называют нейтральным и его применяют для электрических приборов высокой точности: выключатели, реле, схемы мобильных телефонов. Канифоль малоактивна, поэтому ее следует применять на металлах, предварительно очищенных и залуженных. Для качественной очистки алмазных контактов можно воспользоваться лазером.
4. Смесь буры с канифолью. Их применяют для соединения водопроводных медных труб. Данный флюс высокоактивный и не требует тщательной зачистки металлов. Бура плавится при температуре 70ºС, не выделяя при этом вредных испарений.
5. Для пайки соединений, которые подвержены силовым нагрузкам и ударам, можно приготовить активированный флюс самостоятельно. Для этого необходимо взять в определенных пропорциях канифоль, анилин, ангидрид, салициловую кислоту, диэтиламин и смешать.
6. Смесь канифоли со спиртом — активный флюс, который недавно являлся самым популярным припоем. Недостаток данного флюса в том, что при высоких температурах удаляется не только оксид металла, но и сам металл. К тому же очистка платы после пайки требует большого труда.

Типы бессвинцовых припоев.

Остатки флюса — это не только неэстетично, но и вредно.

В электросхемах с малыми промежутками между проводами возможны замыкания, вызванные гальваническими процессами на неочищенной поверхности.

Для осуществления пайки с помощью трубочек, наполненных колофонием, необходимо:

1. Сопрягаемые поверхности тщательно зачистить от грязи и окислов.
2. Деталь в месте шва нагреть до температуры, которая превышает температуру плавления флюса.
3. Произвести процесс пайки.

Данный метод не подходит для больших поверхностей с хорошей теплопроводностью, так как мощности паяльника может не хватить для достаточного нагрева металла.

Вернуться к оглавлению

Как сделать флюс для пайки самостоятельно

Для пайки радиотехнических проводов можно использовать припои в виде тонких прутков, диаметром 2 мм. Их можно изготовить самостоятельно.

Для этого необходимо взять сосуд и на дне проделать отверстие. Затем взять расплавленный оловянно-свинцовый припой и вылить в данное отверстие. При этом сосуд должен находиться над металлической плитой или листом жести. Когда полученные прутки застынут, их следует разрезать на куски нужной длины.

Данную смесь можно также разлить в специальные формы: желоба из жести, дюралюминия, гипса. Технология приготовления такая:

Самостоятельно сделать флюс можно, залив в банку с отверстием расплавленный металл.

1. На весах отвешивают олово и свинец в необходимых количествах.
2. Металлы расплавляют в металлическом тигле над газовой горелкой, перемешивая смесь стальным стержнем.

3. Стальной пластинкой снимают тонкую пленку с расплавленной поверхности.
4. Разливают жидкий сплав в формы.

Готовую пайку, независимо от вида флюса, необходимо протирать тряпочкой, смоченной в ацетоне или спирте-ректификате. Шов можно очистить жесткой щеточкой, смоченной в растворителе.

Сейчас выпускаются так называемые безотмывочные флюсы в виде жидкости или геля. Их преимущества:

• они не содержат компоненты, вызывающие коррозию, окисление;
• данные флюсы не проводят электрический ток;
• не требуют очистки после паяльного процесса.

Жидкий флюс этой категории необходимо наносить кисточкой или ватной палочкой. А можно сделать самостоятельно приспособление для нанесения данной жидкости.

Для этого потребуется: одноразовый медицинский шприц, кусок силиконового шланга диаметром 5-6 мм. Шприц разрезают на две части и вставляют по обе стороны резинового патрубка. Иголку следует немного укоротить и слегка изогнуть.

Теперь следует наполнить шланг присаживаемой жидкостью. Слегка нажимая на конструкцию, выдавливаем капельки флюса на соединяемые детали.

Если процесс будет повторяться, то такую конструкцию можно сохранить. Чтобы полость иголки не засохла, в нее вставляют тонкую проволоку.

Данной конструкцией можно пользоваться, если в качестве флюса используется гель или паста.

Преимущества соединения металлов путем пайки такие:

• отличная прочность;
• герметичность;
• устойчивость к окислению и коррозии;
• простота процесса, требующая минимум времени и профессиональных навыков, по сравнению со сварочными работами.

В процессе пайки выделяются вредные газы, которые доставляют ущерб организму, поэтому в работе нужно использовать защитные перчатки, очки и фартук из плотной ткани. Применение профессиональных смесей известных марок значительно уменьшит риск отравления вредными парами.

Пайка Game Machine Open beta Бисквит в мультиварке: рецепт с пошаговыми фото Брюгге и брюггские кружева — Осинка Зеленый маникюр — фото идей дизайна ногтей — Best Маникюр Как вписать ребенка в паспорт гражданина РФ в 2018 году