Härten von Aluminiumprofilen auf einer Presse nach ASTM B 807

Unter Härten von Aluminiumlegierungen versteht das Erhitzen einer Legierung auf eine geeignete Temperatur für eine ausreichende Zeit, um eine oder mehrere lösliche Komponenten der Legierung vollständig in eine feste Lösung zu überführen, und dann das Material schnell genug abzukühlen, um diese Komponenten in fester Lösung zu halten.

Abschrecken aus einer separaten Ofenheizung

Klassisches Härten von Aluminiumlegierungen erfolgt durch separates Erhitzen des Produkts in einem Ofen und anschließendes schnelles Abkühlen in einem Wassertank, sowie andere Kühlmethoden.  Das Abschrecken ist ein notwendiger Vorgang bei der Verarbeitung von Aluminiumlegierungen im T3-Zustand., T4, T6, T7, Т8 und Т9 abhängig vom nachfolgenden Alterungsregime.

Unvollständige Aushärtung von Aluminiumlegierungen

Gleichzeitig, in der Praxis lange Zeit, bei Profilen aus einigen Aluminiumlegierungen, erfolgt das Abschrecken nicht durch separates Erhitzen, und mit der Erwärmung der heißen Verarbeitung des Produkts, meistens von der Presstemperatur direkt am Ausgang der Presse.

Es sollte notiert werden, dass in den nationalen GOST-Standards dieses Thema sehr vage und mehrdeutig dargestellt wird. Das Abschrecken von der Warmumformungstemperatur wird als unvollständiges Abschrecken bezeichnet und mit T5 bezeichnet.. Unter Vollhärten versteht man nur das Härten durch separates Erhitzen mit der Bezeichnung T6. Die Möglichkeit, ohne separate Ofenbeheizung einen Zustand der vollständigen Aushärtung zu erreichen, wird nicht erwähnt..

Ohne die richtige Kontrolle der Erwärmung und Abkühlung der Profile auf der Presse kann ihre Aushärtung tatsächlich unvollständig sein.. Unvollständige Aushärtung kann verursacht werden durch:
– ungenügende vollständige Auflösung der verstärkenden Bestandteile der Legierung beim Erwärmen des Werkstücks und/oder anschließender Verformungserwärmung des Metalls beim Pressen;
– ungenügende Abkühlung der Profile nach Verlassen der Matrix und damit vorzeitige Ausfällung der Verstärkungskomponenten ihres Mischkristalls.

Aluminiumlegierungen zum vollständigen Presshärten

Von allen Standards nur Amerikanischer Standard ASTM B 807 regelt das Verfahren Härten von Aluminiumlegierungen direkt auf der Presse. Gleichzeitig schränkt es die Möglichkeit des Presshärtens auf ein recht enges Legierungsspektrum der Serien 6xxx und 7xxx ein.. Es ist verständlich, da eine solche Wärmebehandlung nur für diese Legierungen möglich ist, deren chemische Zusammensetzung dies praktisch ermöglicht.

Zu Aluminiumlegierungen, die in der Presse "offiziell" temperiert werden können, die Norm beinhaltet Folgendes:

  • 6005, 6005ABER, 6105;
  • 6061, 6262, 6351;
  • 6060, 6063, 6101, 6463;
  • 7004, 7005;
  • 7029, 7046, 7116, 7129, 7146.

Für diese Legierungen ist das Pressabschrecken eine kostengünstigere Alternative zum kostspieligen Abschrecken aus einem separaten Ofen.. Damit ist es möglich, den Zustand von Aluminiumlegierungen T3 . zu erreichen, T4, T6, T7, T8 und T9.

Für die angegebenen Legierungen Analoga im bekannten Standard GAST 4784-97 für Aluminiumknetlegierungen finden sich nur die folgenden Analoga:

  • für Legierungen 6060 und 6063 - Legierung AD31;
  • für Legierung 6061 - Floß AD33.

Einige dieser "amerikanischen" Legierungen sind rein amerikanisch und haben keine Analoga., z.B, in der europäischen Norm EN 573-3. Es gehört, z.B, zu Legierungen 7004, 7046, 7146.

Andererseits, Dieses Angebot enthält keine "europäische" Legierung 6082, analog zu unserem AD35, was in Europa auch in der Presse gemildert wird. Gemessen am Gehalt an Magnesium und Silizium, sowie Mangan, die Härtebedingungen für die Legierung AD35 (6082) sind nahe an den Härtebedingungen der Legierung 6351.

ASTM B 807

ASTM-Standard B 807 erfordert beim Härten von Aluminiumprofilen auf einer Presse, die folgenden drei technologischen Parameter streng zu kontrollieren:

1) die Temperatur des Werkstücks beim Laden in die Presse ist für verschiedene Legierungsgruppen unterschiedlich;

2) das maximale Zeitintervall zwischen dem Austritt des Profils aus der Matrix und seinem Eintritt in die Abschreckzone: von 45 zu 90 Sekunden je nach Dicke des Profils;

3) die minimale Abkühlgeschwindigkeit des Profils in der Abschreckzone bis zum Erreichen der Temperatur 200 ºS:
– aus 70 ºС / min für Legierung 6060;
– zu 500 ºС / min für Legierung 6061 .

Die Temperatur des Werkstücks beim Einlegen in die Presse

Die Temperatur des Werkstücks zu Beginn des Pressens sollte nicht niedriger oder höher sein, als in der Tabelle angegeben 1 für die entsprechende Legierung. In diesem Fall ist zu beachten, dass die Oberflächentemperatur des Werkstücks oder der Säule erheblich von der Temperatur ihres Mittelteils abweichen kann. Es sind Daten über die Entsprechung dieser scheinbaren Temperatur und der endgültigen metallurgischen Struktur erforderlich., sowie Festigkeitseigenschaften. Nach dem Verlassen des Heizofens muss das Werkstück schnellstmöglich in die Presse geladen werden., um ein Abkühlen auf eine Temperatur unter dem Mindestwert zu vermeiden, für diese Legierung in der Tabelle angegeben 1.

 Tabelle 1 - Temperatur des Werkstücks zum Pressentemperatura-nagreva

 Pause zwischen Austritt des Metalls aus der Matrix und Abschrecken

 Der maximale Zeitabstand zwischen dem Austritt des gepressten Profils aus der Matrize und seinem Eintritt in die Härtezone sollte den Wert . nicht überschreiten, in der Tabelle angegeben 2. Die maximal zulässige Zeit zwischen dem Austritt des Metalls aus der Matrix und seinem Eintritt in die Abschreckzone wird normalerweise durch die dünnste Stelle des Profils bestimmt.

Die Erfüllung dieser Bedingung hängt von der Pressgeschwindigkeit ab., sowie die Dauer des technologischen Stillstands der Presse beim Umladen des Werkstücks. Wie Sie der Tabelle entnehmen können 2, die Mindestpause zwischen dem Austritt des Metalls aus der Matrix und dem Beginn seiner Aushärtung beträgt 45 Sekunden. Diese Zeit reicht völlig aus, um das Werkstück in die Presse umzuladen und zu übergeben 1-1,5 Meter vom Werkzeug bis zum Eingang zum Kühlgerät an der Presse.

Tabelle 2 - Zulässige Pause zwischen dem Austritt des Metalls aus der Matrix und
der Beginn seiner Härtungpauza-pered-zakalkoy

Minimal zulässige Abschreckrate

Während des Härtens sollte das Profil eine Temperatur unter erreichen 200 ºС für eine bestimmte kurze Zeit, dessen Wert von der Legierung abhängt. Die Erfüllung dieser Forderung hängt von der Geschwindigkeit der Profilabkühlung in der Presshärtezone ab..  Die Mindestabkühlgeschwindigkeit für verschiedene Legierungsgruppen muss der angegebenen Tabelle entsprechen 3. In diesem Fall sollte eine wiederholte Erwärmung des Metalls ausgeschlossen werden..

Tabelle 3 - Minimale Abkühlgeschwindigkeit des Metalls in der Abschreckzoneskorost-oxlazhdeniya

Korrektur technologischer Parameter

Die oben genannten Anforderungen an Temperatur- und Zeitparameter können innerhalb der angegebenen Grenzen unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Produktionsanlagen eingegrenzt werden, sowie dringende Bedingungen, z.B, das Pressverhältnis (Zeichnung) und die Form des Profilquerschnitts. Diese Veränderungen sollten durch die Festigkeit und andere Eigenschaften der Profile statistisch bestätigt werden..

Organisation der Steuerung der Presshärtetechnik

Profile können als pressgehärtet angesehen werden, wenn dies eine ordnungsgemäße Kontrolle der erforderlichen technologischen Parameter gewährleistet, sowie deren Registrierung und Speicherung.

Temperaturkontrolle des Knüppels vor dem Pressen

Die Kontrolle der Technologie sollte sicherstellen, dass die Metallüberhitzung oder ihre schädliche Kontamination durch die Ofenatmosphäre vermieden wird. beispielsweise, Induktionserwärmung erfordert Messungen von Temperaturgradienten entlang des Werkstücks. Bei der direkten Gasbeheizung müssen Thermoelemente wegen möglicher Oberflächentemperaturinhomogenität richtig positioniert werden..

Die Temperaturkontrolle sollte umfassen, zumindest:
1) die Temperatur des Werkstücks im Wärmeofen und
2) Temperatur des Knüppels am Ausgang des Ofens unmittelbar vor dem Laden in die Presse.

Kontrolle der Temperatur des Metalls nach dem Verlassen der Presse

Nach Verlassen der Presse sind die Kontrollpunkte zur Messung der Profiltemperatur, zumindest:
1) die Temperatur des Metalls am Eingang der Abschreckvorrichtung;
2) Temperatur des Metalls am Austritt aus der Abschreckvorrichtung.

Zeitparametersteuerung

Folgende Zeitparameter werden überwacht und aufgezeichnet:
– zeit vom Austritt des Werkstücks aus dem Heizofen und dem Beginn des Pressens;
– die Zeit zwischen dem Austritt des Metalls aus der Presse und seinem Eintritt in die Abschreckvorrichtung;
– die Zeit, in der sich das Profil in der Härtevorrichtung befindet.

Kühlratensteuerung

Folgende Kühlmethoden werden verwendet:

  • der Durchgang des Profils durch Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Glykol in einer stehenden Welle;
  • Tauchprofil-Abschreckbehälter;
  • Wasserversorgung von Spritzen zum Profil;
  • Zufuhr von Luft-Wasser-Gemisch zum Profil;
  • Druckluftversorgung des Profils;
  • eine Kombination der oben genannten Methoden;
  • andere Methoden.

Härten von Legierungen 6060 und 6061 (AD31 und AD33)

Um das Wesen des Presshärtens zu verstehen, ist es hilfreich, seine Bedingungen für Legierungen zu vergleichen. 6060 und 6061. Aluminiumlegierung 6060 - Analog der Legierung AD31 mit einem minimalen Gehalt an Magnesium und Silizium, ein Floß 6061 - volles Analogon der AD33-Legierung. Die Abbildung zeigt schematisch die Unterschiede in den erforderlichen Abkühlgeschwindigkeiten dieser Legierungen, um das Abschrecken sicherzustellen., das heißt, eine feste Lösung von Magnesium und Silizium zu erzeugen, indem die Ausfällung von Mg-Partikeln verhindert wird2Und.

Empfohlene Kühlmethoden und Mindestkühlraten sind in der Tabelle aufgeführt. 4. Wie gesehen, für Legierungsprofile 6060 (AD31) mit dünnen Wänden, z.B, die meisten Bausystemprofile, ausreichende Kühlung durch Ventilatoren am Auslauftisch der Presse. Für Legierungsprofile 6061 bis zu 10 mm Kühlung mit Wasser-Luft-Gemisch reicht aus, und bei Profilen mit größerer Dicke ist eine Wassersprühkühlung erforderlich.

 sxema-zakalki-6060-6061Abbildung - Diagramm der verschiedenen Kühlmodi und Abscheidebereiche grober Mg-Partikel2Si für Legierungen 6060 und 6061

Tabelle 4 - Empfohlene Abschreckraten und Kühlmethoden
für presshärtende Legierungen 6060 und 6061zakalka-6060-6061