Erreketa, hozte eta zahartzea aluminiozko aleazioen oinarrizko tratamendu termiko motak dira. Erreketa leuntzeko tratamendu bat da, eta horren helburua aleazioa uniformea eta egonkorra bihurtzea da, gogortze lanaren ondoriozkoa ezabatzea eta aleazioaren plastizitatea berreskuratzea. Erreketa eta zahartzea indartzeko tratamendu termiko bat da, eta horren helburua aleazioaren erresistentzia hobetzea da, eta batez ere tratamendu termiko bidez sendotu daitezkeen aluminiozko aleazioetarako erabiltzen da.
1 Erreketa
Ekoizpen-eskakizun desberdinen arabera, aluminiozko aleazioen errekuntza hainbat formatan banatzen da: lingoteen homogeneizazio-errekuntza, billeteen errekuntza, tarteko errekuntza eta produktu amaituen errekuntza.
1.1 Lingote homogeneizazio erreketa
Kondentsazio azkarraren eta orekarik gabeko kristalizazioaren baldintzetan, lingoteak konposizio eta egitura irregularra izan behar du, eta barne-tentsio handia ere izan behar du. Egoera hau aldatzeko eta lingotearen prozesagarritasun beroa hobetzeko, homogeneizazio-erreketa beharrezkoa da normalean.
Atomoen difusioa sustatzeko, tenperatura altuagoa aukeratu behar da homogeneizazio-erreketa egiteko, baina ez du aleazioaren urtze-puntu eutektiko baxuko urtze-puntua gainditu behar. Oro har, homogeneizazio-erreketa tenperatura urtze-puntua baino 5~40 ℃ baxuagoa da, eta erreketa-denbora 12~24 ordu artekoa izaten da gehienetan.
1.2 Billet erreketa
Billet-en errekuntza presio-prozesamenduan lehen deformazio hotza baino lehen errekuntzari egiten zaio erreferentzia. Helburua billeteak egitura orekatua lortzea eta deformazio plastikorako ahalmen maximoa izatea da. Adibidez, aluminiozko aleazio bero-biribilkatuaren xaflaren ijezketa-amaierako tenperatura 280~330 ℃-koa da. Giro-tenperaturan azkar hoztu ondoren, gogortze-fenomenoa ezin da guztiz ezabatu. Bereziki, bero-tratatutako aluminiozko aleazio sendotuetan, azkar hoztu ondoren, birkristalizazio-prozesua ez da amaitu, eta gainasetutako soluzio solidoa ez da guztiz deskonposatu, eta gogortze- eta hozte-efektuaren zati bat oraindik mantentzen da. Zaila da zuzenean hotzean ijeztea errekuntzarik gabe, beraz, billete-en errekuntza beharrezkoa da. Bero-tratatu gabeko aluminiozko aleazio sendotuetan, hala nola LF3-n, errekuntza-tenperatura 370~470 ℃-koa da, eta airez hoztea 1,5~2,5 orduz bero mantendu ondoren egiten da. Hotzean tiratutako hodiak prozesatzeko erabilitako billetea eta errekuntza-tenperatura egokiak izan behar dira, eta goiko muga-tenperatura hauta daiteke. Bero-tratamenduaren bidez sendotu daitezkeen aluminiozko aleazioentzat, hala nola LY11 eta LY12, lingotearen errekuntza-tenperatura 390~450℃-koa da, tenperatura horretan 1~3 orduz mantentzen da, ondoren labean 270℃-tik behera hozten da 30℃/h-ko abiaduran gehienez eta gero labetik airez hozten da.
1.3 Tarteko errekuntza
Tarteko erreketa deformazio hotzeko prozesuen arteko erreketa da, eta horren helburua gogortze lanaren ezabatzea da, deformazio hotzean jarraitzeko. Oro har, materiala errekatu ondoren, zaila izango da lanketa hotzean jarraitzea tarteko erreketarik gabe % 45~85eko deformazio hotza jasan ondoren.
Tarteko errekuntzaren prozesu-sistema funtsean lingote-errekuntzaren berdina da. Deformazio hotzaren mailaren eskakizunen arabera, tarteko errekuntza hiru motatan bana daiteke: errekuntza osoa (deformazio osoa ε≈60~70%), errekuntza sinplea (ε≤50%) eta errekuntza arina (ε≈30~40%). Lehenengo bi errekuntza-sistemak lingote-errekuntzaren berdinak dira, eta azken hau 320~350 ℃-tan berotzen da 1,5~2 orduz eta ondoren airez hozten da.
1.4. Amaitutako produktuaren erreketa
Produktu amaituaren errekuntza materialari produktuaren baldintza teknikoen eskakizunen arabera antolakuntza- eta mekanika-propietate jakin batzuk ematen dizkion azken tratamendu termikoa da.
Produktu amaituen errekuntza tenperatura altuko errekuntzan (produktu bigunen ekoizpena) eta tenperatura baxuko errekuntzan (egoera desberdinetako produktu erdi-gogorren ekoizpena) bana daiteke. Tenperatura altuko errekuntzak berkristaltze-egitura osoa eta plastizitate ona lortzea bermatu behar du. Materialak egitura eta errendimendu ona lortzen duela ziurtatzeko baldintzapean, euste-denbora ez da luzeegia izan behar. Tratamendu termiko bidez sendotu daitezkeen aluminiozko aleazioentzat, airez hoztearen efektua saihesteko, hozte-abiadura zorrotz kontrolatu behar da.
Tenperatura baxuko errekuntzak tentsio-erliebearen errekuntza eta biguntze partzialaren errekuntza barne hartzen ditu, eta hauek aluminio puruan eta tratamendu termikorik gabeko aluminiozko aleazio indartuetan erabiltzen dira batez ere. Tenperatura baxuko errekuntza-sistema bat formulatzea oso zeregin konplexua da, eta ez dira soilik errekuntza-tenperatura eta mantentze-denbora kontuan hartu behar, baita ezpurutasunen, aleazio-mailaren, deformazio hotzaren, tarteko errekuntza-tenperaturaren eta deformazio beroaren tenperaturaren eragina ere. Tenperatura baxuko errekuntza-sistema bat formulatzeko, errekuntza-tenperaturaren eta propietate mekanikoen arteko aldaketa-kurba neurtu behar da, eta ondoren errekuntza-tenperaturaren tartea zehaztu behar da baldintza teknikoetan zehaztutako errendimendu-adierazleen arabera.
2 Itzaltzea
Aluminiozko aleazioaren hozteari disoluzio-tratamendua ere deitzen zaio, eta hau da, metalaren bigarren fase gisa ahalik eta aleazio-elementu gehien disolbatzea tenperatura altuko beroketaren bidez disoluzio solidoan, eta ondoren hozte azkarra bigarren fasearen prezipitazioa inhibitzeko, horrela aluminioan oinarritutako α disoluzio solido gainasetua lortuz, hurrengo zahartze-tratamendurako ondo prestatuta dagoena.
α soluzio solido gainasetua lortzeko premisa da aleazioaren bigarren fasearen aluminioan disolbagarritasuna nabarmen handitu behar dela tenperatura igotzen den heinean, bestela, soluzio solidoaren tratamenduaren helburua ezin izango da lortu. Aluminioko aleazio-elementu gehienek fase-diagrama eutektiko bat osa dezakete ezaugarri honekin. Al-Cu aleazioa adibide gisa hartuta, tenperatura eutektikoa 548 ℃ da, eta kobrearen aluminioan giro-tenperaturako disolbagarritasuna % 0,1 baino txikiagoa da. 548 ℃-ra berotzen denean, bere disolbagarritasuna % 5,6ra igotzen da. Beraz, % 5,6 baino gutxiagoko kobrea duten Al-Cu aleazioak α fase bakarreko eskualdean sartzen dira berotze-tenperaturak bere disolbagarritasun-lerroa gainditu ondoren, hau da, bigarren faseko CuAl2 matrizean guztiz disolbatzen da, eta α soluzio solido gainasetu bakarra lor daiteke hozte-tenperaturan.
Tenplatzea aluminiozko aleazioetarako tratamendu termikorik garrantzitsuena eta zorrotzena da. Gakoa tenplatzeko berotze-tenperatura egokia hautatzea eta hozte-tasa nahikoa bermatzea da, baita labearen tenperatura zorrotz kontrolatzea eta tenplatzeko deformazioa murriztea ere.
Hozte-tenperatura hautatzeko printzipioa hozte-berotze-tenperatura ahalik eta gehien handitzea da, aluminiozko aleazioa gehiegi erre ez dadin edo aleak gehiegi hazi ez daitezen ziurtatuz, α solido-disoluzioaren gainsaturazioa eta zahartze-tratamenduaren ondorengo erresistentzia handitzeko. Oro har, aluminiozko aleazioen berotze-labeak labearen tenperaturaren kontrol-zehaztasuna ±3 ℃-ren barruan egotea eskatzen du, eta labeko airea zirkulatzera behartzen da labearen tenperaturaren uniformetasuna bermatzeko.
Aluminiozko aleazioaren gehiegizko errekuntza metalaren barruan urtze-puntu baxuko osagaien urtze partzialak eragiten du, hala nola eutektiko bitarrak edo elementu anitzekoak. Gehiegizko errekuntzak ez ditu propietate mekanikoak murrizten bakarrik, baizik eta eragin larria du aleazioaren korrosioarekiko erresistentzian ere. Beraz, aluminiozko aleazio bat gehiegi erretzen denean, ezin da ezabatu eta aleazio-produktua baztertu egin behar da. Aluminiozko aleazioaren benetako gehiegizko errekuntza-tenperatura batez ere aleazioaren konposizioak eta ezpurutasun-edukiak zehazten dute, eta aleazioaren prozesatze-egoerarekin ere lotuta dago. Deformazio plastikoaren prozesamendua jasan duten produktuen gehiegizko errekuntza-tenperatura galdaketarena baino handiagoa da. Zenbat eta deformazio-prozesamendu handiagoa izan, orduan eta errazagoa da orekarik gabeko urtze-puntu baxuko osagaiak matrizean disolbatzea berotzean, beraz, benetako gehiegizko errekuntza-tenperatura handitzen da.
Aluminiozko aleazioaren hozte-tasak eragin handia du aleazioaren zahartze-indartze gaitasunean eta korrosioarekiko erresistentzian. LY12 eta LC4-ren hozte-prozesuan, ziurtatu behar da α solido-disoluzioa ez dela deskonposatzen, batez ere 290~420℃-ko tenperatura-eremu sentikorrean, eta hozte-tasa nahikoa handia behar da. Normalean zehazten da hozte-tasa 50℃/s-tik gorakoa izan behar dela, eta LC4 aleazioarentzat, 170℃/s-ra iritsi edo gainditu behar dela.
Aluminiozko aleazioetarako hozte-euskarririk erabiliena ura da. Ekoizpen-praktikak erakusten du hoztean hoztean zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango dela hoztutako materialaren edo piezaren hondar-tentsioa eta hondar-deformazioa. Beraz, forma sinpleko pieza txikietarako, uraren tenperatura apur bat txikiagoa izan daiteke, oro har 10~30℃, eta ez luke 40℃-tik gorakoa izan behar. Forma konplexuak eta horma-lodieraren alde handiak dituzten piezetarako, hozte-deformazioa eta pitzadurak murrizteko, uraren tenperatura batzuetan 80℃-ra igo daiteke. Hala ere, aipatu behar da hozte-tangaren uraren tenperatura handitzen den heinean, materialaren erresistentzia eta korrosioarekiko erresistentzia ere gutxitzen direla.
3. Zahartzea
3.1 Zahartzean zehar erakundearen eraldaketa eta errendimendu aldaketak
Hozte bidez lortutako α solido gainasetua egitura ezegonkorra da. Berotzean, deskonposatu eta oreka-egitura bihurtuko da. Al-4Cu aleazioa adibide gisa hartuta, bere oreka-egitura α+CuAl2 (θ fasea) izan beharko litzateke. Hozte ondoren α solido gainasetua fase bakarrekoa zahartzeko berotzen denean, tenperatura nahikoa altua bada, θ fasea zuzenean prezipitatu egingo da. Bestela, etapaka egingo da, hau da, tarteko trantsizio-etapa batzuen ondoren, CuAl2 azken oreka-fasera irits daiteke. Beheko irudiak Al-Cu aleazioaren zahartze-prozesuan prezipitazio-etapa bakoitzaren kristal-egituraren ezaugarriak erakusten ditu. a. irudia hoztutako egoeran dagoen kristal-sarearen egitura da. Une honetan, fase bakarreko α solido gainasetua da, eta kobrezko atomoak (puntu beltzak) uniformeki eta ausaz banatuta daude aluminiozko (puntu zuriak) matrize-sarearen barruan. b. irudiak prezipitazio-faseko sare-egitura erakusten du. Kobrezko atomoak matrize-sarearen zenbait eremutan kontzentratzen hasten dira Guinier-Preston eremu bat osatzeko, GP eremua deritzona. GP zona oso txikia eta disko formakoa da, 5~10 μm-ko diametroa eta 0,4~0,6 nm-ko lodiera duena. Matrizean dauden GP zona kopurua oso handia da, eta banaketa-dentsitatea 10¹⁷~10¹⁸cm-³-ra irits daiteke. GP zonaren kristal-egitura matrizearen berdina da oraindik, biak aurpegi-zentratutako kubikoak dira, eta interfaze koherentea mantentzen du matrizearekin. Hala ere, kobre atomoen tamaina aluminio atomoena baino txikiagoa denez, kobre atomoen aberasteak eskualdearen inguruko kristal-sarea txikitzea eragingo du, eta horrek sarearen distortsioa eragiten du.
Al-Cu aleazioaren zahartzean zeharreko kristal-egituraren aldaketen eskema
a irudia. Egoera itzalian, fase bakarreko α soluzio solidoa, kobre atomoak (puntu beltzak) uniformeki banatuta daude;
b irudia. Zahartzearen hasierako fasean, GP eremua sortzen da;
c irudia. Zahartzearen azken fasean, trantsizio-fase erdi-koherente bat sortzen da;
d irudia. Tenperatura altuan zahartzea, oreka-fase inkoherentearen prezipitazioa
GP zona aluminiozko aleazioen zahartze prozesuan agertzen den lehenengo prezipitazio aurreko produktua da. Zahartze denbora luzatzeak, batez ere zahartze tenperatura handitzeak, beste trantsizio fase tarteko batzuk ere sortuko ditu. Al-4Cu aleazioan, θ” eta θ' faseak daude GP zonaren ondoren, eta azkenean CuAl2 oreka fasera iristen da. θ” eta θ' biak θ fasearen trantsizio faseak dira, eta kristal egitura sare karratua da, baina sare konstantea desberdina da. θ-ren tamaina GP zonarena baino handiagoa da, oraindik disko formakoa da, 15~40nm inguruko diametroarekin eta 0.8~2.0nm-ko lodierarekin. Matrizearekin interfaze koherentea mantentzen jarraitzen du, baina sarearen distortsio maila biziagoa da. θ”-tik θ' fasera igarotzean, tamaina 20~600nm-ra hazi da, lodiera 10~15nm-koa da, eta interfaze koherentea ere partzialki suntsitzen da, interfaze erdi-koherente bihurtuz, c irudian erakusten den bezala. Zahartzearen prezipitazioaren azken produktua θ (CuAl2) oreka fasea da, eta une horretan interfaze koherentea guztiz suntsitzen da eta interfaze ez-koherente bihurtzen da, d irudian erakusten den bezala.
Goiko egoeraren arabera, Al-Cu aleazioaren zahartze-prezipitazio ordena αs→α+GP zona→α+θ”→α+θ'→α+θ da. Zahartze-egituraren fasea aleazioaren konposizioaren eta zahartze-espezifikazioaren araberakoa da. Askotan zahartze-produktu bat baino gehiago egoten dira egoera berean. Zenbat eta zahartze-tenperatura handiagoa izan, orduan eta hurbilago egongo da oreka-egitura.
Zahartze prozesuan zehar, matrizetik hauspeatutako GP zona eta trantsizio fasea tamaina txikikoak dira, oso sakabanatuak eta ez dira erraz deformatzen. Aldi berean, matrizean sare-distortsioa eragiten dute eta tentsio-eremu bat sortzen dute, eta horrek dislokazioen mugimendua oztopatzen du nabarmen, eta horrela aleazioaren deformazio plastikoarekiko erresistentzia handituz eta bere erresistentzia eta gogortasuna hobetuz. Zahartze gogortze fenomeno honi prezipitazio gogortzea deritzo. Beheko irudiak Al-4Cu aleazioaren gogortasun-aldaketa erakusten du kurba moduan hozte- eta zahartze-tratamenduan zehar. Irudiko I. faseak aleazioaren gogortasuna adierazten du bere jatorrizko egoeran. Lan beroaren historia desberdinak direla eta, jatorrizko egoeraren gogortasuna aldatu egingo da, oro har HV=30~80. 500 ℃-tan berotu eta hoztu ondoren (II. fasea), kobrezko atomo guztiak matrizean disolbatzen dira HV=60 duen fase bakarreko α solido gainasetua osatzeko, hau da, egoera erregorriko gogortasuna baino bi aldiz gogorragoa (HV=30). Hau da soluzio solidoaren sendotzearen emaitza. Hoztu ondoren, giro-tenperaturan jartzen da, eta aleazioaren gogortasuna etengabe handitzen da GP eremuen etengabeko eraketaren ondorioz (III. fasea). Giro-tenperaturan zahartze-gogortze prozesu horri zahartze naturala deritzo.
I—jatorrizko egoera;
II—disoluzio solidoaren egoera;
III—zahartze naturala (GP eremua);
IVa—erregresio tratamendua 150~200 ℃-tan (GP eremuan berriro disolbatuta);
IVb—zahartze artifiziala (θ”+θ' fasea);
V—gehiegizko zahartzea (θ”+θ' fasea)
IV. fasean, aleazioa 150 °C-ra berotzen da zahartzeko, eta gogortze-efektua zahartze naturala baino nabarmenagoa da. Une honetan, prezipitazio-produktua batez ere θ” fasea da, eta horrek du indartze-efektu handiena Al-Cu aleazioetan. Zahartze-tenperatura gehiago handitzen bada, prezipitazio-fasea θ” fasetik θ' fasera igarotzen da, gogortze-efektua ahuldu egiten da eta gogortasuna gutxitu egiten da, V. fasera sartuz. Berotze artifiziala behar duen edozein zahartze-tratamenduri zahartze artifiziala deritzo, eta IV. eta V. faseak kategoria honetan sartzen dira. Gogortasunak aleazioak zahartzearen ondoren lor dezakeen gogortasun-balio maximoa lortzen badu (hau da, IVb fasea), zahartze horri zahartze maximoa deritzo. Gogortasun maximoaren balioa lortzen ez bada, zahartze txikia edo zahartze artifizial osatugabea deritzo. Balio maximoa zeharkatzen bada eta gogortasuna gutxitzen bada, gehiegizko zahartzea deritzo. Egonkortze-zahartzearen tratamendua ere gehiegizko zahartzearen parte da. Zahartze naturalean zehar sortzen den GP eremua oso ezegonkorra da. Tenperatura altuago batera azkar berotzen denean, hala nola 200 °C ingurura, eta denbora laburrez bero mantentzen denean, GP zona α soluzio solidoan berriro disolbatuko da. θ” edo θ' prezipitatua bezalako beste trantsizio-fase batzuk baino lehen azkar hozten bada (itzali egiten bada), aleazioa bere jatorrizko egoera hoztura itzul daiteke. Fenomeno horri "erregresioa" deitzen zaio, eta irudiko IVa faseko lerro puntudunak adierazten duen gogortasun-jaitsiera da. Erregresioa jasan duen aluminiozko aleazioak zahartzearen gogortze-ahalmen bera du oraindik.
Tratamendu termikoa duten aluminiozko aleazioak garatzeko oinarria zahartzearen bidez gogortzea da, eta haren gogortze-gaitasuna zuzenean lotuta dago aleazioaren konposizioarekin eta tratamendu termiko sistemarekin. Al-Si eta Al-Mn aleazio bitarren bidezko gogortze-efekturik ez dute, oreka-fasea zahartze-prozesuan zuzenean hauspeatzen baita, eta ez dira tratagarri termikoak diren aluminiozko aleazioak. Al-Mg aleazioek GP eremuak eta β' trantsizio-faseak sor ditzaketen arren, magnesio handiko aleazioetan bakarrik dute prezipitazio-gogortze gaitasun jakin bat. Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si eta Al-Zn-Mg-Cu aleazioek prezipitazio-gogortze gaitasun handia dute GP eremuetan eta trantsizio-faseetan, eta gaur egun tratagarri termikoak eta sendotuak izan daitezkeen aleazio-sistema nagusiak dira.
3.2 Zahartze naturala
Oro har, bero-tratamenduaren bidez sendotu daitezkeen aluminiozko aleazioek zahartze-efektu naturala dute hoztu ondoren. Zahartze naturalaren indartzea GP eremuak eragiten du. Zahartze naturala asko erabiltzen da Al-Cu eta Al-Cu-Mg aleazioetan. Al-Zn-Mg-Cu aleazioen zahartze naturala luzeegia da, eta askotan hilabete batzuk behar izaten dira egonkortasun-egoerara iristeko, beraz, ez da zahartze naturalaren sistema erabiltzen.
Zahartze artifizialarekin alderatuta, zahartze naturalaren ondoren, aleazioaren etekin-erresistentzia txikiagoa da, baina plastizitatea eta gogortasuna hobeak dira, eta korrosioarekiko erresistentzia handiagoa. Al-Zn-Mg-Cu sistemako aluminio supergogorraren egoera apur bat desberdina da. Zahartze artifizialaren ondoren korrosioarekiko erresistentzia askotan hobea da zahartze naturalaren ondoren baino.
3.3 Zahartze artifiziala
Zahartze artifizialeko tratamenduaren ondoren, aluminiozko aleazioek askotan etekin-erresistentzia handiena (batez ere trantsizio-faseko indartzea) eta antolakuntza-egonkortasun hobea lortzen dute. Aluminio supergogorra, aluminio forjatua eta aluminio urtua batez ere zahartzen dira artifizialki. Zahartze-tenperaturak eta zahartze-denborak eragin handia dute aleazioaren propietateetan. Zahartze-tenperatura gehienbat 120~190 ℃ artekoa da, eta zahartze-denborak ez du 24 ordu baino gehiago gainditzen.
Zahartze artifizial bakarreko faseaz gain, aluminiozko aleazioek zahartze artifizial mailakatua ere erabil dezakete. Hau da, berotzea bi aldiz edo gehiagotan egiten da tenperatura desberdinetan. Adibidez, LC4 aleazioa 115~125 ℃-tan zahartu daiteke 2~4 orduz eta gero 160~170 ℃-tan 3~5 orduz. Zahartze mailakatuak ez du denbora nabarmen laburtzen bakarrik, baita Al-Zn-Mg eta Al-Zn-Mg-Cu aleazioen mikroegitura hobetzen ere, eta nabarmen hobetzen ditu tentsio-korrosioarekiko erresistentzia, nekearekiko erresistentzia eta hausturarekiko gogortasuna, propietate mekanikoak funtsean murriztu gabe.
Argitaratze data: 2025eko martxoaren 6a
