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Verleumdung und Aushärtung von Metallen

Härten

Kaltverfestigung oder Kaltverfestigung ist ein wichtiger technologischer Prozess., die verwendet werden, um die Festigkeit und / oder Härte von Metallen und Legierungen zu erhöhen, die nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden können. Diese Verarbeitung beinhaltet die Formänderung des Produkts durch Verfahren der plastischen Kaltverformung., d.h. der Eintrag mechanischer Energie in das Metall [1]. Durch diese Behandlung wird das Metall fester und härter., verliert aber seine Plastizität, wie auf dem bild gezeigt 1.

Bild 1 – Einfluss des Grades der Autofrettage auf die Festigkeit, Härte und Plastizität von Metallen [1]

Verleumdung und Härten

In der russischsprachigen Fachliteratur herrscht eine gewisse Verwirrung bei der Definition und Anwendung von Begriffen. "Verleumdung" und "Härten". Am häufigsten werden diese Begriffe identifiziert, eins anstelle des anderen oder beides gleichzeitig angewendet. Als Kaltumformung (Kaltumformung) wird üblicherweise der physikalische Vorgang bezeichnet, bei dem die Kristallstruktur eines Metalls während seiner plastischen Verformung verändert wird., und das Ergebnis dieses Prozesses, das heißt, eine Erhöhung der Festigkeit und Härte des Metalls.

Streckgrenze und Kaltverfestigung

Eine der Eigenschaften jedes Metalls, einschließlich, Aluminium, ist seine Streckgrenze. Die Streckgrenze eines Metalls ist Spannung, bei dem sich dieses Metall plastisch zu verformen beginnt.

Bei Spannungen unterhalb dieser Streckgrenze verformt sich das Material elastisch. Wenn der Stress weg ist, dann kehrt das Metall in seinen ursprünglichen Zustand vor der Anwendung dieser Spannungen zurück.

Normalerweise ist es schädlich, das Metall über der Streckgrenze zu belasten.. Die Vermeidung von Spannungen oberhalb der Streckgrenze ist eine wesentliche Anforderung bei der Konstruktion von Teilen., Produkte und Strukturen.

Die Untersuchung der Veränderungen der Mikrostruktur des Metalls nach der Verformung zeigt jedoch, dass sich auch die mechanischen Eigenschaften dieses Metalls ändern. Insbesondere, Zugversuch zeigt, was für eine metallprobe, die oberhalb der Streckgrenze belastet wurde, erhält in der Regel Kaltverfestigung oder Kaltverfestigung (Abbildung 2).

Bild 2.1 - Erhöhung der Streckgrenze des Metalls nach Belastung über die Streckgrenze

Was ist Kaltverfestigung?

Atome, Gitter, Einsatz

Metalle und ihre Legierungen, einschließlich, Aluminium und seine Legierungen, haben eine kristalline Struktur und bestehen aus einer Vielzahl von Körnern. Diese Körner haben eine unregelmäßige Form und variieren in der Größe.. Atome in jedem Korn sind geordnet, aber benachbarte Körner sind relativ zueinander unterschiedlich orientiert. Bei der Kaltverformung verändert sich das Gefüge der Körner aufgrund ihrer Zersplitterung der Körner, Bewegung der Atome und Verzerrung des Atomgitters.

Wenn das Material mechanischer Belastung ausgesetzt ist, mikroskopische Defekte werden in seiner Kristallstruktur gebildet, die als Versetzungen bekannt sind. Wenn die Belastungen weiter steigen, diese Versetzungen beginnen sich fortzubewegen und miteinander zu interagieren. Somit bilden sie eine neue innere Struktur., die weiterer plastischer Verformung widersteht. Diese Struktur erhöht die Streckgrenze des Materials., das heißt, seine Fähigkeit, den angewandten Bemühungen zu widerstehen. Gleichzeitig nehmen die plastischen Eigenschaften des Materials ab.. Eine der bekanntesten Methoden, um eine Kaltverfestigung gezielt herbeizuführen, ist die kaltplastische Umformung von Teilen und Produkten. – Kaltbearbeitung von Metallen durch Druck.

Bild 2.2 – Kaltarbeitsaluminium [6]

Typische Kaltumformverfahren für Metalle sind:

  • Kaltschmieden (Zeichnung) 2)
  • Kaltwalzen (Abbildung 3)
  • Kaltpressen (Extrusion) (Abbildung 4)
  • Zeichnung (Zeichnung 5)

Bild 3 – Metallschmieden

Bild 4 – Walzmetall

Bild 5 – Metallpressung

Bild 6 – Metallzeichnung

 

Verringerung der Dichte des Metalls

Wenn Metall gehärtet wird, nimmt seine Dichte ab. Das ist weil, dass plastische Verformung zu einer Ordnungsverletzung in der Anordnung der Atome führt, eine Erhöhung der Defektdichte und die Bildung von Mikroporen. Eine Abnahme der Dichte bedeutet eine Zunahme des spezifischen Volumens - das Volumen einer Masseneinheit.

Eigenspannungen

Die äußere gehärtete Schicht neigt dazu, sich auszudehnen, und die inneren Schichten "lass ihn nicht rein" – Druckeigenspannungen entstehen darin. Diese Spannungen sind sehr hilfreich., da sie die Entstehung und das Wachstum von Oberflächenermüdungsrissen verlangsamen können.

Nützliche Kaltverfestigung

Peening kann wünschenswert und unerwünscht sein., nützlich und schädlich. Wenn Metallhärten sinnvoll ist, dann neigen sie bei ihrer Herstellung dazu, die Operationen der kalten plastischen Verformung anzuwenden: Kaltwalzen, Zeichnung, Schussbearbeitung, taumeln, Rändelung und ähnliches. Dies ist besonders wichtig für Metalle und Legierungen., die thermisch nicht aushärten können. Zu diesen Materialien gehören kohlenstoffarme Stähle, einige Aluminiumlegierungen, und auch reines kupfer. Wenn diese Materialien komprimiert werden, Schleppen, Biegen oder Schmieden, dann die spannung, die in diesem Fall entstehen, zum Auftreten von Versetzungen in der Kristallstruktur führen, die das Metall stärken. In diesem Fall werden beide Begriffe verwendet: und Kaltverfestigung, und Autofrettage.

Kaltverfestigungs- und Kaltverformungsnormen

Inländisch, immer noch sowjetisch, Normen - GOST – auf nützliche "genietete" Metallprodukte anwenden, z.B, Bleche aus Aluminiumlegierungen nur den Begriff „kaltverformt“ und nicht die Wörter „kaltverfestigt“ oder „verfestigt“. Du kannst es sehen, z.B, in GOST 21631 auf Blechen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen: "kaltverformte Bleche», "Halb-abgeflachte Blätter".

Schädliche Kaltverfestigung

Unerwünscht, schädliche Kaltverfestigung tritt auf, z.B, wenn duktile und weiche Metalle und Legierungen spanend bearbeitet werden. Zu tiefe Schnitte in einem Durchgang führen bei hoher Geschwindigkeit zu intensiver Kaltverfestigung mit unerwünschter Festigkeitserhöhung des Metalls und dessen Versprödung. Dies verhindert eine weitere Bearbeitung des Teils., und kann auch die Schneidwerkzeuge beschädigen. Ein weiteres Beispiel für schädliche Kaltverfestigung ist die wiederholte Belastung eines Teils mit einer Überschreitung der Materialstreckgrenze.. Unter dieser Belastung kann das Material in kritischen Abschnitten schnell vernietet werden, seine Plastizität verlieren und kollabieren. In solchen Fällen wird das Phänomen der Kaltverfestigung als Kaltverfestigung bezeichnet., aber nie Autofretting genannt.

Wenn "Verleumdung", und beim "fretting"?

Angesichts der oben genannten, mach zwei "fett", aber natürlicher schluss.

Verleumdung jede Manifestation der Kaltverfestigung von kristallinen Materialien wird als - sinnvoll und schädlich, vorsätzlich und unbeabsichtigt.

Autofretting nur angerufen sinnvoll Kaltverfestigung von Produkten, welcher bewusst auf Produkte angewendet, um deren Festigkeitseigenschaften zu erhöhen. Manchmal, kann sein, und nicht absichtlich, aber immer bewusst.

Was ist Kaltverformung

Kaltplastische Verformung von Metallen ist plastische Verformung bei einer bestimmten Temperatur, danach tritt Kaltverfestigung im Metall ein und es bleibt auf unbestimmte Zeit unverändert. Wissenschaftlich hört sich das so an: Die Temperatur der Kaltverformung, um den Effekt der Kaltverfestigung (Verfestigung) des Metalls zu erzielen, muss niedriger sein als die Temperatur seiner Rekristallisation, das ist die Temperatur, in denen anstelle des alten, verformt und verlängert, Metallkörner erscheinen und neue wachsen, unverformte und abgerundete Körner. Normalerweise beträgt diese Temperatur die Hälfte des absoluten Schmelzpunktes dieses Metalls oder dieser Legierung.. In der Praxis wird die Kaltbearbeitung von Metallen jedoch bei Raumtemperatur oder bei einer Temperatur von nicht mehr als einem Drittel des Schmelzpunktes durchgeführt..

Was ist Heißverformung?

Im Gegensatz zur Kaltverformung erfolgt die Warmverformung von Metallen und Legierungen bei einer Temperatur, dessen Wert ausreicht für, so dass die Rekristallisation der verformten Metallstruktur gleichzeitig mit der plastischen Verformung erfolgt. Normalerweise wird die Warmumformung (Druckbehandlung) bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls (normalerweise von 70 zu 90 % absoluter Schmelzpunkt). Nach dieser Warmumformung wird ein Metall mit einem günstigen feinkörnigen rekristallisierten Gefüge erhalten..

Aluminium-Knetlegierung

Aus metallurgischer Sicht werden alle Serien von Aluminiumknetlegierungen in zwei große Gruppen eingeteilt:

  • kalthärtbare Legierungen
  • Legierungen, durch Wärmebehandlung gehärtet (Alterung).

Genau genommen, alle Metalle und Legierungen können kaltverfestigt werden. aber, im Bereich Aluminiummetallurgie, dieser Name bezieht sich nur auf Legierungen dieser Serien, die nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden können, das heißt, altern.

Kaltverfestigende kaltverfestigende Legierungen

Änderung der Struktur

Diese Legierungen umfassen alle Legierungen der 1xxx-Reihe, 3xxx und 5xxx, sowie einige Legierungen der 8xxx-Serie. Ihre technologische Kette besteht aus den Stufen der Warmumformung, für die, Vielleicht, gefolgt von Phasen der Kaltumformung mit Zwischen- oder Endglühen.

Kaltverfestigung - Kaltumformung - beinhaltet die Veränderung des Gefüges unter dem Einfluss plastischer Verformung. Dies geschieht nicht nur bei der Herstellung von Halbzeugen beim Walzen, strecken glätten, ziehen usw., NS., aber auch in nachfolgenden Produktionsschritten, wie z.B. formen, Biegen und andere Produktionsvorgänge.


Bild 6.1 – Kaltverfestigungskurven von Aluminiumlegierungen 5083 [4]

Mechanische Eigenschaften

Kaltverfestigung erhöht die mechanische Festigkeit und Härte, reduziert aber die Plastizität (Abbildung 6).


Bild 6.2 – Einfluss der Kaltverfestigung auf die mechanischen Eigenschaften:
Zugfestigkeit, Streckgrenze (0,2%) und Dehnung [3]

Mechanische Eigenschaftsebene, was erreicht werden kann, abhängig von Legierungselementen. beispielsweise, Legierungen der Serie 5xxx, die viel Magnesium enthalten, haben ein höheres Potenzial an mechanischen Eigenschaften, als Legierungen anderer Serien: 1ххх, 3xxx und 8xxx. Dadurch kommt es immer zu einer allmählichen Steigerung der mechanischen Eigenschaften., bis zu diesem Punkt, darüber hinaus wird die Weiterverarbeitung erschwert, Wenn überhaupt möglich. In diesem Fall, wenn weitere plastische Verformung erforderlich ist, es ist notwendig, eine Wärmebehandlung durch Glühen durchzuführen.

Erweichungsglühen

Härten, die durch die Kaltplastikbearbeitung entstanden sind, können durch Glühen beseitigt bzw. aufgeweicht werden. Je nach Dauer-Temperatur-Kombination, diese Erweichung kann sein (Abbildung 7):

  • partiell: Dies ist ein Erweichen oder ein unvollständiges Glühen;
  • vollständig: das ist Rekristallisationsglühen, bei der sich eine neue Kornstruktur bildet (Bild (8).

Bild 7 - Isotherme Glühkurven der Legierung 5754 [3]

Bild 8 - Härte- und Gefügeänderung beim Glühen [3]

Zeit- und Temperaturparameter sind für jede Legierung spezifisch und hängen vom Grad der Kaltverfestigung ab, denen das Material vor dem Glühen ausgesetzt war.

Wie andere Metalle und Legierungen, es gibt eine kritische Zone der Kaltverfestigung (Abbildung 9.1). Wenn ein Material in einem Zustand geglüht wird, das ist in dieser kritischen Zone, dann kann es zu unkontrolliertem Kornwachstum kommen. Dies macht die nachfolgenden Umformvorgänge, wie Ziehen und Biegen erschwert. Nach der Verformung kann die Metalloberfläche aussehen wie, was als "Orangenschale" bezeichnet wird.

Bild 9.1 - Korngrößenänderung beim Glühen in Abhängigkeit vom Kaltverfestigungsgrad [3]

Das Niveau der mechanischen Eigenschaften des Halbzeugs und, insbesondere, Kompromiss zwischen Zugfestigkeit und Duktilität (Dehnung), gesteuert durch die Parameter der Verformungsbearbeitung und der nachfolgenden Glühvorgänge (Zwischen- oder Schluss).

Es sollte notiert werden, dass bei gleicher Endfestigkeit die Plastizität bei kaltverformtem und teilgeglühtem Metall (H2X) höher ist, als in "reinem" kaltverformtem Metall (H1X) (Bild 9.2). Daher sind die Zustände mit partiellem (Erweichungs-)Glühen stärker bevorzugt., wenn maximale Umformbarkeit der Hauptfaktor ist, z.B, mit Tiefziehen [3].


Bild 9.2- Unterschied zwischen kaltverformten Zuständen H14 und H24 [5]

Kaltverfestigung von thermisch gehärteten Legierungen

Bei thermisch gehärteten Legierungen kann Autofrettage eine Ergänzung zum Festigkeitsniveau sein, die durch das Härten durch die Ausscheidung der Härtephase während ihrer Wärmebehandlung erreicht wird.

Bei durch Wärmebehandlung vollständig ausgehärteten Legierungen ist die Festigkeitssteigerung durch zusätzliche Kaltverformung nach der Alterung relativ gering., außer sehr hohen Kaltverfestigungsgraden. Oft ist diese Fähigkeit auf eine geringe Fähigkeit beschränkt. Legierungen in diesem Zustand bis zur plastischen Verformung. Die Hauptanwendung dieser Technologie betrifft einige gepresste und kaltgezogene Produkte., wie Draht, Stangen und Rohre, die nach der Wärmebehandlung kaltgezogen werden, um die Festigkeit zu erhöhen und die Oberflächenqualität zu verbessern [2].

Einfluss der Autofrettage-Temperatur

Die Kaltverfestigungseigenschaften von Aluminiumlegierungen sind stark temperaturabhängig.. Kaltverfestigung ist bei kryogenen Temperaturen viel stärker., als bei Zimmertemperatur. Bei erhöhten Temperaturen hängen die Autofrettage-Eigenschaften von beiden Temperaturen ab, und von der Verformungsgeschwindigkeit. Die Kaltverfestigung nimmt mit steigender Verarbeitungstemperatur ab bis, bis die Temperatur den Wert erreicht, oberhalb dessen keine Autofrettage aufgrund dynamischer Rückführung und Rekristallisation auftritt. Dynamische Rückführung führt zur Ausbildung einer Zahnrad-Korn-Struktur, was ähnlich ist, die beim Erhitzen des vorverfestigten Metalls auftritt. Auch die Unterkornstruktur erhöht in gewissem Maße die Festigkeit von Aluminiumlegierungen [2].

Quellen:

1. Das Schweißen von Aluminium und seinen Legierungen / Gene Mathers – Woodhead Publishing Ltd, 2002

2. Entwerfen mit Aluminiumlegierungen / Nack J. Kim – Handbuch des mechanischen Legierungsdesigns // ed. E. Totten & Andere, 2004 – pp. 441-486.

3. Korrosion von Aluminium / Christian Vargel – ELSEVIER, 2004.

4. Aluminium im Nutzfahrzeug – Europäischer Aluminiumverband – 2011

5. Produktionswege von Aluminiumknetlegierungen / Aluminiumtechnologien – 01.12.2015

6. TALAT 1501