Przesycanie aluminium

Przesycanie aluminium to pierwszy etap utwardzania wydzieleniowego stopów aluminium. Odlew nagrzewa się do temperatury, w której składniki stopowe rozpuszczają się w aluminium (zależnie od stopu ok. 480–545°C), wygrzewa, a następnie szybko chłodzi – najczęściej w wodzie. Powstaje przesycony roztwór stały, z którego pełną wytrzymałość odlew zyskuje dopiero podczas starzenia.

Przesycać można stopy, w których rozpuszczalność składników stopowych maleje wraz ze spadkiem temperatury. W odlewnictwie są to przede wszystkim stopy aluminium z krzemem i magnezem (Al-Si-Mg) oraz z krzemem i miedzią (Al-Si-Cu). Samo przesycenie nie utwardza odlewu – tuż po schłodzeniu materiał jest ciągliwy i stosunkowo miękki, ale gotowy do umocnienia.

Na czym polega przesycanie aluminium

1. Nagrzanie do temperatury przesycania. Temperaturę dobiera się tak, by fazy umacniające (np. Mg₂Si albo Al₂Cu) rozpuściły się w osnowie, ale by nie doszło do nadtopienia granic ziaren. Margines bywa wąski, dlatego piec musi utrzymywać temperaturę równomiernie w całym wsadzie.
2. Wygrzewanie. Odlew pozostaje w tej temperaturze zwykle od kilku do kilkunastu godzin. Czas zależy od stopu, grubości ścianek i struktury – grube przekroje i gruboziarnista struktura wymagają dłuższego wygrzewania. W stopach z krzemem kryształy krzemu przy okazji się zaokrąglają, co poprawia ciągliwość.
3. Szybkie chłodzenie. Wsad przenosi się z pieca do kąpieli jak najszybciej, zwykle w ciągu kilku do kilkunastu sekund. Gwałtowne schłodzenie „zamraża” rozpuszczone składniki w roztworze – powstaje roztwór przesycony.

Temperatura i czas przesycania

Parametry zależą przede wszystkim od składu stopu. Orientacyjnie dla popularnych stopów odlewniczych według PN-EN 1706:

Woda o temperaturze otoczenia chłodzi najszybciej i daje najwyższe właściwości, ale też największe naprężenia i ryzyko odkształceń. Odlewy o złożonym kształcie chłodzi się więc czasem w wodzie podgrzanej albo w roztworach polimerowych – kosztem nieco niższej wytrzymałości. Dokładne parametry ustala się dla konkretnego stopu, wielkości odlewu i wymaganych właściwości.

Najczęstsze błędy przy przesycaniu

• Za wysoka temperatura – nadtopienie granic ziaren (tzw. przepalenie), którego nie da się naprawić. Odlew traci wytrzymałość i ciągliwość.
• Za niska temperatura lub za krótkie wygrzewanie – fazy nie rozpuszczają się całkowicie, więc starzenie nie daje pełnego efektu.
• Zbyt długie przenoszenie do kąpieli – część składników wydziela się jeszcze przed schłodzeniem, co obniża twardość po starzeniu.
• Odkształcenia – cienkie i długie odlewy mogą się wypaczyć. Pomaga właściwe ułożenie we wsadzie, łagodniejsze chłodziwo albo prostowanie odlewu.
• Pęcherze na powierzchni – gaz zamknięty w odlewie rozszerza się w wysokiej temperaturze. Dlatego klasycznych odlewów ciśnieniowych zwykle się nie przesyca.

Przesycanie i starzenie – stany T4, T6, T64 i T7

Po przesycaniu odlew się starzeje. Od sposobu starzenia zależy stan materiału, oznaczany w PN-EN 1706 symbolem literowo-cyfrowym:

Stan T5 – samo starzenie sztuczne po odlaniu – nie wymaga przesycania i jest typowy m.in. dla odlewów ciśnieniowych.

Przesycanie aluminium a przesycanie stali

Nazwa jest ta sama, ale cel – inny. W stopach aluminium przesycanie przygotowuje materiał do utwardzenia przez starzenie. W stalach austenitycznych, np. nierdzewnych, przesycanie to wygrzewanie zwykle w ok. 1000–1150°C i szybkie chłodzenie. Rozpuszcza ono węgliki chromu, przywraca odporność na korozję międzykrystaliczną i zmiękcza stal. Stal nierdzewna po przesycaniu jest więc miękka i ciągliwa, a nie twardsza. W naszej odlewni przesycanie dotyczy odlewów z aluminium.

Przesycanie odlewów w naszej odlewni

Przesycanie i starzenie odlewów wykonujemy na życzenie klienta – razem z odlewaniem i obróbką mechaniczną odlewów. Na życzenie wykonujemy też badania wytrzymałościowe. Stop i stan (np. T6) najlepiej określić już w zapytaniu ofertowym, bo wpływają na dobór technologii – odlewania kokilowego albo odlewania piaskowego.

Więcej o obróbce cieplnej: hartowanie aluminium, starzenie aluminium, utwardzanie aluminium, obróbka cieplna odlewów oraz stopy odlewnicze aluminium.