Деформация термически обработанных алюминиевых поковок во время механической обработки всегда была проблемой. Очевидные экономические и технические преимущества больших алюминиевых поковок привели к созданию программы тяжелых прессов ВВС США в конце Второй мировой войны. Хотя они оказались конкурентоспособными по цене, эти более крупные поковки создавали все более серьезные проблемы с обработкой из-за деформации. Приемлемые готовые детали могут быть изготовлены компетентными механическими мастерскими, но часто только с использованием сложных последовательностей обработки и медленного удаления металла.
Около 25 лет назад снятие напряжения с помощью холодной деформации между закалкой и старением начали применять к значительному количеству поковок. Хотя этот процесс применялся в основном к поковкам, которые будут создавать проблемы с деформацией, некоторые производители аэрокосмической промышленности требуют, чтобы все термообработанные алюминиевые поковки снимали напряжение с помощью холодной деформации.
Влияние на свойства при растяженииПрежде чем углубляться в детали снятия напряжений с помощью холодной деформации, необходимо рассмотреть влияние этого типа снятия напряжений на конечные свойства при растяжении.
В течение многих лет этот процесс применялся к сплавам серий 7000 и 2000, которые должны были быть выдержаны до состояния T652. При обычном испытании на растяжение этих поковок не было отмечено существенных различий между старой обработкой T6 и новой обработкой T652. По крайней мере, никаких необычных проблем с соблюдением минимальных технических требований обнаружено не было.
Примерно в 1964 году для решения проблемы коррозионного растрескивания под напряжением (SCC), распространенной в высокопрочных сплавах с температурой T6, была введена закалка 7075-T73. Хотя 7075-T73 хорошо послужил для этой цели, быстро было обнаружено, что, когда поковки подвергались холодному сжатию между закалкой и старением для получения отпуска 7075-T7352 без напряжения, предел текучести и прочности при растяжении, по-видимому, снижался во всех направлениях испытаний по мере увеличения процента обжатия. Было обнаружено, что для штамповок более чем на 2% снижение обжатия при сжатии в холодном состоянии может привести к прочности ниже спецификации, вероятно, из-за более быстрого старения в результате остаточной холодной обработки. С другой стороны, было известно, что некоторые сплавы серии 2000 (например, 2024 и 2219) после закалки подвергаются холодной обработке для повышения предела текучести и прочности при растяжении.
Для проверки влияния холодной деформации при сжатии, а также влияния различных факторов естественного и искусственного старения на свойства были проведены контролируемые испытания с использованием плит ручной ковки. Используемые температуры и время выдержки соответствуют тем, которые обычно используются для получения обычных температур. Обычные испытания штамповочных и ручных поковок показывают, что свойства в других направлениях испытаний аналогично влияют на каждый сплав.
Сплав 7075. Квадратный литой слиток 7075 сечением 11 дюймов (≈280 мм) был использован для изготовления ручной ковки толщиной 30 на 12 на 3 дюйма. Эта поковка была разрезана на блоки размером 5 на 5 на 3 дюйма, которые были обработаны раствором при температуре 880 ° F, закалены в воде при температуре 140 ° F и охлаждены на плоских штампах до различных процентных значений. Один блок был сохранен без холодной обжарки.
Из каждого блока были взяты два коротких поперечных испытательных бруска и выдержаны в течение 24 часов при 250 °F. Два других блока из каждого блока выдерживались при температуре 225 ° F в течение 7 часов, а затем при температуре 350 ° F в течение 10 часов. (Эти обработки обеспечивают температуру T652 и T7352 соответственно.)
Результаты подтвердили предыдущие наблюдения по обычным испытаниям штамповок. При закалке T6 увеличение холодного обжатия приводит к небольшому снижению предела текучести, но значения остаются выше минимальных значений спецификации. Однако в состаренном состоянии или состоянии T73 предел текучести и прочности при растяжении падают с увеличением холодной деформации и могут опускаться ниже минимальных значений спецификации при более высоких уровнях деформации.
Сплав7049. Относительно новый, 7049 был разработан специально для использования при закалке T73 или T7352, где он обладает более высокой прочностью, чем 7075-T73, при сопоставимой стойкости к коррозии под напряжением.
Для испытаний из слитка диаметром 19 дюймов была изготовлена ручная ковка (110 на 8 на 3 дюйма). Это было разрезано на блоки размером 6 на 4 на 3 дюйма, которые были обработаны раствором при температуре 875 ° F, закалены в воде при температуре 70 ° F и подвергнуты холодному измельчению в различных процентах на плоских штампах. Из каждого блока вырезали два коротких поперечных тестовых бруска и выдерживали при 250°F в течение 24 ч, а затем при 330°F в течение 10 ч.
Сплав 2618. Сплавы серии 2618 и другие серии 2000, хотя и не такие прочные при комнатной температуре, как сплавы 7000, часто используются из-за их более высоких температурных свойств и лучших характеристик сварки и формования.
Для тестов - 11 дюймов. квадратный литой слиток был выкован в сляб толщиной 4 дюйма. Секции этой плиты обрабатывали раствором при температуре 980°F, закаляли в кипящей воде и подвергали различной холодной обжатии на плоских штампах. Затем срезы выдерживали при температуре 390°F в течение 20 ч, получая температуры T61 и T6152. Результаты, полученные на трех коротких поперечных образцах, вырезанных из каждого сечения, показали снижение предела текучести и прочности при растяжении при охлаждении на 1%, но значения увеличились после этой точки.
Сплав 2219. Сплав 2219 и следующий за ним сплав 2024 долгое время подвергались обработке раствором и обработке старением для повышения прочности. Одновременно обеспечивается снятие напряжения, и мы пытаемся использовать процедуры, которые обеспечат наилучшее сочетание этих двух эффектов.
Слиток 2219 диаметром 13 дюймов был обработан в сляб размером 40 на 8 на 3 дюйма, который затем был разрезан на блоки размером 4 на 3 на 3 дюйма. Весь материал обрабатывали раствором при температуре 1000°F и закаляли в холодной воде. Затем некоторые блоки выдерживали без холодного обжатия в течение 18 ч при температуре 375°F, получая температуру T6. Три блока также подвергались охлаждению на 2, 4 и 6% и выдерживались в течение 10 ч при температуре 350 °F, получая температуру T852 (снятие напряжения). Три других блока подвергались холодной обжатию на 8, 10 и 12% и выдерживались в течение 24 ч при 325 ° F, получая температуру T87 (максимальное свойство).
Обратите внимание на резкое увеличение предела текучести и прочности при растяжении при холодной деформации на 2%, но прочность остается практически неизменной при снижении до 12%. Условия старения также меняются в соответствии с требованиями различных определений температуры.
Сплав 2024. Плита ручной ковки размером 28 на 8,5 на 3 дюйма толщиной была изготовлена из куска толщиной 8 дюймов. круглый прокат. Сляб был разрезан на блоки размером 4 на 3,5 на 3 дюйма, которые были обработаны раствором при температуре 920 ° F, закалены в воде при температуре 70 ° F, охлаждены до различных процентных соотношений на плоских штампах и выдержаны в течение 12 часов при температуре 375 ° F.
Зная влияние механической деформации на свойства, можно разработать более эффективные процедуры снятия напряжений. Снятие напряжения с ручных поковок путем холодной деформации, конечно, довольно просто. После обработки раствором и закалки холодная ковка помещается между холодными плоскими штампами и уменьшается в толщине на желаемую величину. Затем он выдерживается, в результате чего получается температура TXX52.
С ручными поковками относительно легко контролировать степень обжатия, тем самым защищая конечные свойства сплавов серии 7000. Одной из практик было бы стремиться к деформации от 1 до 2% в сплавах, таких как 7075 или 7049. Снижение на 0,5%, вероятно, так же эффективно, как и некоторый больший процент для минимизации деформации. В сплавах типа 2024, где для достижения желаемой прочности также необходима холодная деформация, естественно, используются более высокие проценты обжатия.
В штамповках из-за широко варьирующихся размеров сечения и более точных требований к конечным размерам поковки снятие напряжений с помощью холодной деформации становится сложнее.
Следующая процедура обычно применяется, когда для большой алюминиевой поковки задается температура с механическим снятием напряжения (T52):
Для температуры TXX52 спецификации обычно предусматривают деформацию от 1 до 5% при холодном сжатии. Для достижения обжатия в холодном состоянии от 1 до 5% во всех зонах объемной штамповки любой степени сложности требуется отдельный набор тщательно разработанных штампов. Даже с помощью специальных штампов очень сложно контролировать большие поковки с различной толщиной в этих пределах. Чтобы еще больше усложнить ситуацию, сокращение более чем на 2% значительно снизит свойства некоторых сплавов при растяжении, как описано ранее.
В настоящее время широко используется закалка 7075-T7352, и ее свойства быстро падают при холодной обжатии. Этому снижению можно противостоять, уменьшая степень износа. К счастью, существует богатый практический опыт, доказывающий, что существенное снятие напряжений, измеряемое меньшими деформациями при обработке, может быть достигнуто без буквального уменьшения от 1 до 5% по всему объему при холодном сжатии.
Во многих случаях можно использовать отдельно разработанные штампы для холодного обжатия, а во многих других - обычные штампы для финишной обработки. Невозможно сделать общее заявление о том, что один подход лучше другого с точки зрения контроля деформации. В сплавах, таких как 2024, где для улучшения свойств требуется холодная деформация (и особенно, если размеры сечения сильно различаются), набор специально разработанных штампов для холодного обжатия может быть обязательным.
В то время как большинство крупных алюминиевых поковок могут быть обработаны для получения обработанной детали, относительно свободной от деформации, это может быть достигнуто только при тесном сотрудничестве между изготовителем и механическим цехом. Примерно в 95% случаев поковки обрабатываются удовлетворительно. Иногда возникают проблемы с деформацией, и точная обратная связь с механическим цехом становится жизненно важной. Иногда небольшое изменение технологии или последовательности обработки решает проблему; было много случаев, когда один цех обрабатывал поковку без проблем, в то время как в другом цехе были серьезные проблемы с деформацией той же поковки.
Если проблема не может быть решена в механическом цехе (или потребует дополнительных затрат на ее решение), лучше всего вернуться назад и посмотреть на весь процесс целиком. Зная проблему, можно внести разумные изменения в процесс, например, вызвать большую или меньшую деформацию в определенных областях. Можно рекомендовать перепроектировать деталь, чтобы обеспечить более равномерное удаление металла во время механической обработки. За относительно небольшим исключением можно получить поковки, которые можно обрабатывать с приемлемым уровнем деформации.
