Для отримання необхідних характеристик міцності алюмінієві профілі після екструзії піддаються різним видам термічної обробки. Термічна обробка алюмінію — це процес, за допомогою якого підвищується міцність і твердість певної підгрупи алюмінієвих сплавів, а саме оброблених і литих сплавів, що піддаються дисперсійному гартуванню. До дисперсійно зміцнюваних алюмінієвих сплавів належать серії 2ХХХ, 6ХХХ, 7ХХХ і 8ХХХ. Крім того, термообробка може знадобитися для деталей, які зазнали деформаційного зміцнення під час процесу екструзії (або пресування).
Типовими термічними обробками алюмінію є відпал, гомогенізація, термічна обробка розчином, природне старіння та штучне старіння (також відоме як дисперсійне зміцнення). Залежно від конкретного процесу, який використовується, температура в печі може коливатися від 115 до 540°С. Важливо мати на увазі, що термообробка алюмінію значно відрізняється від сталі.
Відпал
Відпал — це процес термічної обробки, який змінює фізичні, а іноді й хімічні властивості матеріалу, щоб підвищити пластичність і зменшити твердість, щоб зробити його більш придатним для роботи. Алюмінієві сплави підлягають зміцненню, також відомому як деформаційне зміцнення. Деформаційне зміцнення відбувається, коли алюмінієвий сплав формується шляхом пластичної деформації. Пластична деформація змушує зернисті структури алюмінію ковзати одна проти одної уздовж ділянок, які називаються площинами ковзання. Оскільки відбувається все більше і більше пластичної деформації, залишається все менше і менше площин ковзання, які легко деформувати. У результаті для досягнення подальшої деформації потрібно більше зусилля. Коли деталь досягла цього стану, її називають загартованою. Метою відпалу є суттєве відновлення кристалічної зернистої структури, відновлення площин ковзання та надання можливості продовжувати формувати деталь, не застосовуючи надмірної сили. Щоб відпалити загартований алюмінієвий сплав, метал потрібно нагріти десь від 298°С до 410°С протягом певного часу, починаючи від тридцяти хвилин до повних трьох годин. Час і температура залежать від двох речей: розміру деталі, що відпалюється, і складу її сплаву.
Відпал також знімає внутрішні напруги, які можуть виникнути в деталі під час таких процесів, як холодне кування або лиття, стабілізує розміри деталі та вирішує проблеми, які є результатом внутрішніх деформацій (наприклад, викривлення). Крім того, відпал може бути успішно виконаний на алюмінієвих сплавах, які вважаються сплавами, що не піддаються термічній обробці. Він зазвичай використовується для кованих, екструдованих або литих алюмінієвих деталей.
Гомогенізація
Гомогенізація - це процес нагрівання металу до температури, дуже близької до точки плавлення, а потім повільне охолодження. Гомогенізація використовується для більш рівномірного перерозподілу елементів, що осаджуються, по всій алюмінієвій частині. Зазвичай це необхідно при роботі з деталями з литого алюмінієвого сплаву. Коли деталь починає остигати, зовнішній край, який безпосередньо контактує з формою, охолоджується першим. У результаті утворюється оболонка з алюмінієвих зерен або кристалів. Оскільки деталь продовжує охолоджуватися всередині, результатом є досить чистий алюміній біля поверхні та деяких ділянках поблизу центру. Легуючі елементи випадають в осад, в результаті чого зерна алюмінію фіксуються на місці. Частина лиття закінчується тим, що одні області виявляються м’якими, а інші – міцними. Цю сегрегацію між частинами можна зменшити, а отриману частину зробити більш придатною для формування шляхом проходження процесу гомогенізації.
Алюмінієву деталь гомогенізують шляхом підвищення її температури трохи нижче точки плавлення, яка зазвичай становить від 480°С до 537°С. Після того, як вся деталь досягне цієї температури гомогенізації, їй дають повільно охолонути. В результаті виходить лита деталь з однорідною внутрішньою структурою.
Термічна обробка розчиненням
Швидкість охолодження не є значим чинником у процесі відпалу. А от в іншому подібному процесі термічної обробки алюмінію, який називається термообробкою розчиненням, її значення велике. У цьому процесі термічної обробки розчиняються елементи, відповідальні за старіння (що з часом ускладнює роботу з металевою частиною). Потім ці розчинені елементи стають сфероїдами, а результатом є гомогенізована структура. Однак для збереження остаточного розподілу розчинених елементів у сплаві, який був досягнутий в результаті термічної обробки, деталь повинна бути загартована або швидко охолоджена. Тоді з деталлю набагато легше працювати. Однак з часом ці «захоплені» елементи знову випадуть в осад і спричинять старіння.
Точна температура для термічної обробки розчиненням залежить від складу сплаву алюмінію, але зазвичай вона знаходиться в діапазоні від 440°С до 526°С. Якщо ця температура не досягнута, термообробка розчиненням не буде успішною. Якщо температура занадто низька, міцність буде втрачена; якщо температура надто висока, деталь може втратити колір, критичні елементи можуть розплавитися або всередині деталі може виникнути підвищене напруження.
Коли деталь досягне цього вузького вікна для цільової температури, її потрібно замочити. Час замочування може становити від 10 хвилин для тонких деталей до 12 годин для більших і товстих частин. Однак спеціалісти з термічної обробки мають загальне правило: одна година на кожен дюйм поперечного перерізу товщини.
Далі йде етап гасіння. Мета загартування тут полягає в тому, щоб «заморозити» захоплені елементи на місці або досить швидко охолодити алюмінієву деталь, щоб легуючі елементи не мали можливості випадати в осад під час охолодження деталі. Вода є найпоширенішим і зазвичай найефективнішим загартовувачем для алюмінієвих сплавів.
Будь-яка формовка, яку необхідно виконати після процесу розчинення, має бути зроблена дуже скоро після завершення загартування. В іншому випадку почнеться природне старіння і з деталлю стане важче працювати. Це є протилежним тому, що відбувається з термічно обробленими сталями, які надзвичайно крихкі та тверді після загартування.
Природне старіння
Після термічної обробки алюмінію розчинені елементи з часом почнуть випадати в осад. Це призводить до того, що зерна фіксуються на місці, що, у свою чергу, збільшує природну міцність алюмінію та називається старінням.
Процес природного старіння відбувається при кімнатній температурі протягом чотирьох-п’яти днів, при цьому 90% твердіння відбувається протягом першого дня. Через цей ефект алюмінієві деталі часто потребують досить швидкого формування після проходження процесу термообробки розчиненням.
Штучне старіння, також відоме як загартування опадами
Щоб деякі алюмінієві сплави могли досягти максимальної твердості, вони повинні повністю виділити розчинені елементи. Не всі алюмінієві сплави можуть досягти достатньої твердості під час природного старіння при кімнатній температурі. Деякі з них можуть затвердіти лише до певної точки, але це можна вирішити за допомогою загартування опадами, яке іноді називають штучним старінням.
Під час дисперсійного зміцнення алюміній нагрівається до певної температури сплаву від 115°С до 237°С. Потім він замочується протягом періоду від шести до двадцяти чотирьох годин, після чого охолоджується до кімнатної температури. Результат включає значне збільшення межі текучості алюмінію, трохи менше збільшення міцності на розрив і зниження пластичності.
