ประเภทพื้นฐานของการอบชุบโลหะผสมอลูมิเนียม

การอบอ่อน การชุบแข็ง และการบ่ม เป็นวิธีพื้นฐานในการอบชุบโลหะผสมอะลูมิเนียม การอบอ่อนคือการทำให้โลหะผสมอ่อนตัวลง มีวัตถุประสงค์เพื่อทำให้โลหะผสมมีองค์ประกอบและโครงสร้างที่สม่ำเสมอและมีเสถียรภาพ ขจัดปัญหาการแข็งตัวจากการทำงาน และฟื้นฟูสภาพพลาสติกของโลหะผสม การอบอ่อนและการบ่มเป็นการอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของโลหะผสม และส่วนใหญ่ใช้สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบ

1 การอบอ่อน

ตามความต้องการในการผลิตที่แตกต่างกัน การอบชุบโลหะผสมอลูมิเนียมจะแบ่งออกเป็นหลายรูปแบบ ได้แก่ การอบชุบแท่งโลหะ การอบชุบแท่งโลหะ การอบชุบขั้นกลาง และการอบชุบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

1.1 การอบชุบแท่งโลหะให้เป็นเนื้อเดียวกัน

ภายใต้สภาวะการควบแน่นอย่างรวดเร็วและการตกผลึกที่ไม่สมดุล แท่งโลหะจะต้องมีองค์ประกอบและโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอ และต้องรับแรงเค้นภายในสูง เพื่อแก้ไขสถานการณ์นี้และปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปร้อนของแท่งโลหะ โดยทั่วไปจำเป็นต้องอบอ่อนแบบโฮโมจีไนซ์

เพื่อส่งเสริมการแพร่กระจายของอะตอม ควรเลือกอุณหภูมิที่สูงขึ้นสำหรับการอบชุบแบบโฮโมจีไนซ์ แต่ต้องไม่เกินจุดหลอมเหลวยูเทคติกต่ำของโลหะผสม โดยทั่วไปอุณหภูมิการอบชุบแบบโฮโมจีไนซ์จะต่ำกว่าจุดหลอมเหลว 5-40 องศาเซลเซียส และเวลาในการอบชุบส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่าง 12-24 ชั่วโมง

1.2 การอบอ่อนแท่งโลหะ

การอบอ่อนแท่งเหล็ก (Billet Annealing) หมายถึงการอบอ่อนก่อนการเสียรูปเย็นครั้งแรกระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยความดัน วัตถุประสงค์คือเพื่อให้แท่งเหล็กมีโครงสร้างที่สมดุลและมีความสามารถในการเสียรูปพลาสติกสูงสุด ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิปลายรีดของแผ่นอลูมิเนียมอัลลอยด์รีดร้อนอยู่ที่ 280-330 องศาเซลเซียส หลังจากการหล่อเย็นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้อง ปรากฏการณ์การแข็งตัวจากการทำงานจะไม่สามารถขจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมเสริมแรงที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน หลังจากการหล่อเย็นอย่างรวดเร็ว กระบวนการตกผลึกใหม่ยังไม่สิ้นสุด และสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดยังไม่สลายตัวอย่างสมบูรณ์ และยังคงมีผลต่อการแข็งตัวจากการทำงานและการดับบางส่วน การรีดเย็นโดยตรงโดยไม่ผ่านการอบอ่อนเป็นเรื่องยาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องอบอ่อนแท่งเหล็ก สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมเสริมแรงที่ไม่ได้ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน เช่น LF3 อุณหภูมิการอบอ่อนอยู่ที่ 370-470 องศาเซลเซียส และทำการระบายความร้อนด้วยอากาศหลังจากอุ่นไว้ประมาณ 1.5-2.5 ชั่วโมง อุณหภูมิของแท่งโลหะและการอบอ่อนที่ใช้สำหรับกระบวนการรีดเย็นแบบท่อควรสูงขึ้นตามความเหมาะสม และสามารถเลือกอุณหภูมิสูงสุดได้ สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อน เช่น LY11 และ LY12 อุณหภูมิของแท่งโลหะสำหรับการอบอ่อนจะอยู่ที่ 390-450 องศาเซลเซียส คงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นเวลา 1-3 ชั่วโมง จากนั้นนำไปอบให้เย็นลงในเตาเผาที่อุณหภูมิต่ำกว่า 270 องศาเซลเซียส ด้วยอัตราไม่เกิน 30 องศาเซลเซียสต่อชั่วโมง แล้วจึงนำออกจากเตาเผาด้วยอากาศ

1.3 การอบชุบแบบขั้นกลาง

การอบอ่อนระดับกลาง หมายถึง การอบอ่อนระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูปเย็น ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อขจัดปัญหาการแข็งตัวจากการทำงาน (Work Hardening) เพื่อให้การเปลี่ยนรูปเย็นเป็นไปอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไป หลังจากวัสดุผ่านการอบอ่อนแล้ว การขึ้นรูปเย็นต่อไปโดยไม่ผ่านการอบอ่อนระดับกลางหลังจากผ่านการเปลี่ยนรูปเย็นไปแล้ว 45-85% จะเป็นเรื่องยาก

ระบบการอบอ่อนแบบกลางนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับการอบอ่อนแบบแท่งเหล็ก ตามข้อกำหนดของระดับการเสียรูปเย็น การอบอ่อนแบบกลางสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท ได้แก่ การอบอ่อนแบบสมบูรณ์ (การเสียรูปทั้งหมด ε≈60~70%) การอบอ่อนแบบธรรมดา (ε≤50%) และการอบอ่อนแบบอ่อนเล็กน้อย (ε≈30~40%) ระบบการอบอ่อนสองระบบแรกนั้นเหมือนกับการอบอ่อนแบบแท่งเหล็ก โดยระบบหลังจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 320~350°C เป็นเวลา 1.5~2 ชั่วโมง แล้วจึงระบายความร้อนด้วยอากาศ

1.4. การอบชุบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

การอบชุบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเป็นการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายที่ทำให้วัสดุมีคุณสมบัติเชิงองค์กรและเชิงกลบางประการตามข้อกำหนดของเงื่อนไขทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์

การอบอ่อนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปสามารถแบ่งได้เป็น การอบอ่อนอุณหภูมิสูง (การผลิตผลิตภัณฑ์เนื้ออ่อน) และการอบอ่อนอุณหภูมิต่ำ (การผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งแข็งในสภาวะต่างๆ) การอบอ่อนอุณหภูมิสูงควรทำให้มั่นใจได้ว่าโครงสร้างการตกผลึกใหม่ที่สมบูรณ์และพลาสติกที่ดีจะเกิดขึ้นได้ เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุมีโครงสร้างและประสิทธิภาพที่ดี ระยะเวลาการคงตัวไม่ควรนานเกินไป สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมที่สามารถเสริมความแข็งแรงด้วยการอบด้วยความร้อน ควรควบคุมอัตราการเย็นตัวอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการเย็นตัวของอากาศ

การอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำประกอบด้วยการอบอ่อนแบบคลายความเค้นและการอบอ่อนแบบอ่อนตัวบางส่วน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอะลูมิเนียมเสริมความแข็งแรงที่ไม่มีการอบชุบด้วยความร้อน การกำหนดสูตรระบบอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำเป็นงานที่ซับซ้อนมาก ซึ่งไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาอุณหภูมิการอบอ่อนและระยะเวลาในการคงสภาพ แต่ยังต้องพิจารณาอิทธิพลของสิ่งเจือปน ระดับการผสม การเสียรูปขณะเย็น อุณหภูมิการอบอ่อนระดับกลาง และอุณหภูมิการเสียรูปขณะร้อน ในการสร้างสูตรระบบอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำ จำเป็นต้องวัดเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงระหว่างอุณหภูมิการอบอ่อนและคุณสมบัติเชิงกล จากนั้นจึงกำหนดช่วงอุณหภูมิการอบอ่อนตามตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่ระบุไว้ในเงื่อนไขทางเทคนิค

2 การดับ

การดับโลหะผสมอลูมิเนียมเรียกอีกอย่างว่าการบำบัดด้วยสารละลาย ซึ่งก็คือการละลายองค์ประกอบโลหะผสมในโลหะให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เท่ากับเฟสที่สองในสารละลายของแข็งโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง จากนั้นจึงทำการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อยับยั้งการตกตะกอนของเฟสที่สอง จึงได้สารละลายอัลฟาของแข็งที่มีส่วนประกอบเป็นอลูมิเนียมอิ่มตัวเกิน ซึ่งเตรียมพร้อมสำหรับการบำบัดด้วยการทำให้เก่าในครั้งต่อไปได้เป็นอย่างดี

หลักการของการได้สารละลายของแข็งอัลฟาอิ่มตัวยิ่งยวดคือ ความสามารถในการละลายของเฟสที่สองในโลหะผสมอะลูมิเนียมควรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น มิฉะนั้นจะไม่สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งได้ ธาตุผสมส่วนใหญ่ในอะลูมิเนียมสามารถสร้างแผนภาพเฟสยูเทกติกที่มีลักษณะเช่นนี้ได้ ยกตัวอย่างเช่น โลหะผสม Al-Cu อุณหภูมิยูเทกติกคือ 548 องศาเซลเซียส และความสามารถในการละลายของทองแดงในอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิห้องน้อยกว่า 0.1% เมื่อให้ความร้อนถึง 548 องศาเซลเซียส ความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นเป็น 5.6% ดังนั้น โลหะผสม Al-Cu ที่มีทองแดงน้อยกว่า 5.6% จะเข้าสู่บริเวณเฟสเดียวอัลฟาหลังจากอุณหภูมิการให้ความร้อนสูงกว่าเส้นโซลวัส กล่าวคือ CuAl2 เฟสที่สองจะถูกละลายอย่างสมบูรณ์ในเมทริกซ์ และจะได้สารละลายของแข็งอัลฟาอิ่มตัวยิ่งยวดเพียงตัวเดียวหลังจากการดับ

การชุบแข็งเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่สำคัญที่สุดและต้องการความแม่นยำสูงที่สุดสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม สิ่งสำคัญคือการเลือกอุณหภูมิที่เหมาะสมในการชุบแข็งและให้แน่ใจว่ามีอัตราการเย็นตัวที่เพียงพอ รวมถึงควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาอย่างเคร่งครัดและลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง

หลักการในการเลือกอุณหภูมิการชุบแข็งคือการเพิ่มอุณหภูมิการชุบแข็งให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยต้องมั่นใจว่าโลหะผสมอลูมิเนียมจะไม่ไหม้มากเกินไปหรือเมล็ดเติบโตมากเกินไป เพื่อเพิ่มการอิ่มตัวของสารละลายอัลฟาของของแข็งและเพิ่มความแข็งแรงหลังการอบ โดยทั่วไป เตาเผาโลหะผสมอลูมิเนียมต้องการความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาภายใน ±3℃ และบังคับให้อากาศภายในเตาเผาไหลเวียนเพื่อให้อุณหภูมิของเตาเผาสม่ำเสมอ

การเผาไหม้เกินของโลหะผสมอลูมิเนียมเกิดจากการหลอมเหลวบางส่วนของส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำภายในโลหะ เช่น ยูเทคติกแบบไบนารีหรือแบบหลายองค์ประกอบ การเผาไหม้เกินไม่เพียงแต่ทำให้คุณสมบัติเชิงกลลดลงเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมอีกด้วย ดังนั้น เมื่อโลหะผสมอลูมิเนียมถูกเผาไหม้เกินแล้ว จะไม่สามารถกำจัดออกได้ และควรทิ้งผลิตภัณฑ์โลหะผสมนั้น อุณหภูมิการเผาไหม้เกินที่แท้จริงของโลหะผสมอลูมิเนียมส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยองค์ประกอบและปริมาณสิ่งเจือปนของโลหะผสม และยังสัมพันธ์กับสถานะการแปรรูปโลหะผสมด้วย อุณหภูมิการเผาไหม้เกินของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการแปรรูปพลาสติกจะสูงกว่าการหล่อ ยิ่งกระบวนการแปรรูปเกินมากเท่าไหร่ ส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำที่ไม่สมดุลก็จะยิ่งละลายเข้าไปในเมทริกซ์ได้ง่ายขึ้นเมื่อได้รับความร้อน ดังนั้นอุณหภูมิการเผาไหม้เกินที่แท้จริงจึงสูงขึ้น

อัตราการเย็นตัวระหว่างการชุบแข็งของโลหะผสมอะลูมิเนียมมีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม ในกระบวนการชุบแข็ง LY12 และ LC4 จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารละลาย α ที่เป็นของแข็งไม่สลายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่ไวต่ออุณหภูมิ 290-420 องศาเซลเซียส และต้องใช้อัตราการเย็นตัวที่สูงเพียงพอ โดยทั่วไปแล้วอัตราการเย็นตัวควรสูงกว่า 50 องศาเซลเซียสต่อวินาที และสำหรับโลหะผสม LC4 ควรสูงถึงหรือสูงกว่า 170 องศาเซลเซียสต่อวินาที

น้ำเป็นสารดับที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม กระบวนการผลิตแสดงให้เห็นว่ายิ่งอัตราการเย็นตัวระหว่างการดับสูงขึ้นเท่าใด ความเค้นตกค้างและการเสียรูปตกค้างของวัสดุหรือชิ้นงานที่ดับก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่มีรูปร่างเรียบง่าย อุณหภูมิของน้ำอาจลดลงเล็กน้อย โดยทั่วไปอยู่ที่ 10-30 องศาเซลเซียส และไม่ควรเกิน 40 องศาเซลเซียส สำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนและความหนาของผนังแตกต่างกันมาก เพื่อลดการเกิดการเสียรูปและการแตกร้าวจากการดับ อุณหภูมิของน้ำอาจเพิ่มขึ้นเป็น 80 องศาเซลเซียสได้ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่ออุณหภูมิของน้ำในถังดับเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุก็จะลดลงตามไปด้วย

3. การแก่ชรา

3.1 การเปลี่ยนแปลงองค์กรและการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพในช่วงอายุ

สารละลายของแข็ง α อิ่มตัวยิ่งยวดที่ได้จากการชุบแข็งเป็นโครงสร้างที่ไม่เสถียร เมื่อได้รับความร้อนจะสลายตัวและเปลี่ยนเป็นโครงสร้างสมดุล ยกตัวอย่างเช่นโลหะผสม Al-4Cu โครงสร้างสมดุลควรเป็น α+CuAl2 (เฟส θ) เมื่อสารละลายของแข็ง α อิ่มตัวยิ่งยวดแบบเฟสเดียวหลังจากการชุบแข็งได้รับความร้อนเพื่อบ่ม หากอุณหภูมิสูงพอ เฟส θ จะถูกตกตะกอนโดยตรง มิฉะนั้น จะถูกตกตะกอนเป็นขั้นตอน กล่าวคือ หลังจากผ่านช่วงการเปลี่ยนผ่านระดับกลางบางช่วง ก็จะสามารถบรรลุเฟสสมดุลสุดท้าย CuAl2 ได้ ภาพด้านล่างแสดงลักษณะโครงสร้างผลึกของแต่ละขั้นตอนการตกตะกอนในระหว่างกระบวนการบ่มของโลหะผสม Al-Cu รูปที่ ก. แสดงโครงสร้างผลึกในสถานะชุบแข็ง ในขณะนี้ สารละลายของแข็ง α อิ่มตัวยิ่งยวดแบบเฟสเดียว และอะตอมของทองแดง (จุดสีดำ) กระจายอย่างสม่ำเสมอและสุ่มในโครงตาข่ายเมทริกซ์อะลูมิเนียม (จุดสีขาว) รูปที่ ข. แสดงโครงสร้างผลึกในช่วงเริ่มต้นของการตกตะกอน อะตอมของทองแดงเริ่มรวมตัวกันในบางพื้นที่ของโครงตาข่ายเมทริกซ์เพื่อสร้างพื้นที่ Guinier-Preston ที่เรียกว่าพื้นที่ GP โซน GP มีขนาดเล็กมากและมีรูปร่างคล้ายแผ่นดิสก์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5~10μm และความหนา 0.4~0.6nm จำนวนโซน GP ในเมทริกซ์มีขนาดใหญ่มาก และความหนาแน่นของการกระจายตัวสามารถสูงถึง 10¹⁷~10¹⁸cm-³ โครงสร้างผลึกของโซน GP ยังคงเหมือนกับเมทริกซ์ ทั้งสองเป็นลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่หน้า และรักษาส่วนต่อประสานที่สอดคล้องกับเมทริกซ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขนาดของอะตอมทองแดงมีขนาดเล็กกว่าอะตอมอะลูมิเนียม การเสริมอะตอมทองแดงจะทำให้โครงตาข่ายผลึกที่อยู่ใกล้บริเวณนั้นหดตัวลง ซึ่งทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของโครงตาข่าย

แผนผังแสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของโลหะผสม Al-Cu ในระหว่างการบ่ม

รูปที่ ก. สถานะดับ สารละลายของแข็ง α เฟสเดียว อะตอมของทองแดง (จุดสีดำ) กระจายอย่างสม่ำเสมอ

รูปที่ ข. ในระยะเริ่มแรกของการแก่ชรา โซน GP จะเกิดขึ้น

รูปที่ c ในระยะปลายของการแก่ชรา จะเกิดระยะเปลี่ยนผ่านแบบกึ่งสอดคล้องกัน

รูปที่ d. การบ่มที่อุณหภูมิสูง การตกตะกอนของเฟสสมดุลที่ไม่สอดคล้องกัน

โซน GP เป็นผลิตภัณฑ์ก่อนการตกตะกอนชนิดแรกที่ปรากฏในระหว่างกระบวนการบ่มของโลหะผสมอะลูมิเนียม การยืดเวลาการบ่ม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มอุณหภูมิในการบ่ม จะก่อให้เกิดเฟสทรานซิชันกลางอื่นๆ อีกด้วย ในโลหะผสม Al-4Cu จะมีเฟส θ” และ θ' อยู่หลังโซน GP และในที่สุดก็จะถึงเฟสสมดุล CuAl2 θ” และ θ' ทั้งคู่เป็นเฟสทรานซิชันของเฟส θ และโครงสร้างผลึกเป็นโครงตาข่ายสี่เหลี่ยมจัตุรัส แต่ค่าคงที่ของโครงตาข่ายแตกต่างกัน ขนาดของ θ มีขนาดใหญ่กว่าโซน GP ยังคงเป็นรูปทรงจาน มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15-40 นาโนเมตร และความหนา 0.8-2.0 นาโนเมตร θ ยังคงรักษาความต่อเนื่องของส่วนเชื่อมต่อกับเมทริกซ์ แต่ระดับความบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายจะรุนแรงกว่า เมื่อเปลี่ยนจากเฟส θ” เป็น θ' ขนาดจะขยายเป็น 20~600 นาโนเมตร ความหนาจะอยู่ที่ 10~15 นาโนเมตร และส่วนต่อประสานแบบโคฮีเรนต์ก็ถูกทำลายบางส่วน กลายเป็นส่วนต่อประสานแบบกึ่งโคฮีเรนต์ ดังแสดงในรูปที่ c ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการตกตะกอนแบบเก่าคือเฟสสมดุล θ (CuAl2) ซึ่งในขณะนั้น ส่วนต่อประสานแบบโคฮีเรนต์จะถูกทำลายจนหมดสิ้นและกลายเป็นส่วนต่อประสานแบบไม่โคฮีเรนต์ ดังแสดงในรูปที่ d

จากสถานการณ์ข้างต้น ลำดับการตกตะกอนของโลหะผสม Al-Cu คือ αs→α+GP zone→α+θ”→α+θ'→α+θ ระยะการบ่มขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและรายละเอียดการบ่ม มักจะมีผลิตภัณฑ์บ่มมากกว่าหนึ่งชนิดในสภาวะเดียวกัน ยิ่งอุณหภูมิการบ่มสูงเท่าใด โครงสร้างก็จะยิ่งเข้าใกล้สมดุลมากขึ้นเท่านั้น

ในระหว่างกระบวนการบ่ม โซน GP และเฟสทรานซิชันที่ตกตะกอนจากเมทริกซ์จะมีขนาดเล็ก กระจายตัวสูง และไม่เสียรูปง่าย ขณะเดียวกัน พวกมันยังทำให้เกิดการบิดตัวของโครงตาข่ายในเมทริกซ์และก่อให้เกิดสนามความเค้น ซึ่งมีผลอย่างมากต่อการเคลื่อนตัวของจุดเคลื่อนตัว จึงช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกของโลหะผสม และเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง ปรากฏการณ์การแข็งตัวจากการบ่มนี้เรียกว่าการแข็งตัวแบบตกตะกอน ภาพด้านล่างแสดงการเปลี่ยนแปลงความแข็งของโลหะผสม Al-4Cu ระหว่างการชุบแข็งและการบ่มในรูปแบบเส้นโค้ง ขั้นตอนที่ 1 ในภาพแสดงความแข็งของโลหะผสมในสภาพเดิม เนื่องจากประวัติการทำงานที่ร้อนแตกต่างกัน ความแข็งของสภาพเดิมจึงแตกต่างกัน โดยทั่วไป HV=30~80 หลังจากให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 500°C และดับ (ขั้นตอนที่ 2) อะตอมของทองแดงทั้งหมดจะถูกละลายลงในเมทริกซ์เพื่อสร้างสารละลายอัลฟาของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดเฟสเดียวที่มี HV = 60 ซึ่งมีความแข็งเป็นสองเท่าของความแข็งในสถานะอบอ่อน (HV = 30) นี่คือผลลัพธ์ของการเสริมความแข็งแรงของสารละลายของแข็ง หลังจากดับแล้ว โลหะผสมจะถูกนำไปวางไว้ที่อุณหภูมิห้อง และความแข็งของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการก่อตัวของโซน GP อย่างต่อเนื่อง (ขั้นตอนที่ 3) กระบวนการชุบแข็งที่อุณหภูมิห้องนี้เรียกว่าการบ่มตามธรรมชาติ

ฉัน—สถานะดั้งเดิม;

II—สถานะสารละลายของแข็ง

III—การแก่ตามธรรมชาติ (โซน GP);

IVa—การบำบัดแบบถดถอยที่อุณหภูมิ 150~200℃ (ละลายใหม่ในโซน GP)

IVb—การแก่เทียม (เฟส θ”+θ')

V—อายุเกิน (เฟส θ”+θ')

ในขั้นตอนที่ 4 โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนถึง 150°C เพื่อบ่ม และผลการแข็งตัวจะเห็นได้ชัดกว่าการบ่มตามธรรมชาติ ในเวลานี้ ผลิตภัณฑ์ตกตะกอนส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง θ” ซึ่งมีผลในการเสริมความแข็งแรงมากที่สุดในโลหะผสม Al-Cu หากอุณหภูมิในการบ่มเพิ่มขึ้นอีก เฟสการตกตะกอนจะเปลี่ยนจากช่วง θ” ไปเป็นช่วง θ' ผลการแข็งตัวจะอ่อนลงและความแข็งจะลดลง เข้าสู่ขั้นตอนที่ 5 การบ่มใดๆ ที่ต้องใช้ความร้อนเทียมเรียกว่าการบ่มเทียม และขั้นตอนที่ 4 และ 5 จัดอยู่ในประเภทนี้ หากความแข็งถึงค่าความแข็งสูงสุดที่โลหะผสมสามารถทำได้หลังจากการบ่ม (เช่น ขั้นตอน IVb) การบ่มนี้เรียกว่าการบ่มสูงสุด หากค่าความแข็งสูงสุดไม่ถึง จะเรียกว่าการบ่มเทียมแบบไม่สมบูรณ์ หรือ การบ่มเทียมแบบไม่สมบูรณ์ หากค่าสูงสุดข้ามไปและความแข็งลดลง จะเรียกว่าการบ่มเกิน การบ่มเพื่อคงสภาพก็จัดอยู่ในประเภทการบ่มเกินเช่นกัน โซน GP ที่เกิดขึ้นระหว่างการบ่มตามธรรมชาตินั้นไม่เสถียรมาก เมื่อถูกให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิสูงขึ้น เช่น ประมาณ 200°C และคงความร้อนไว้เป็นเวลาสั้นๆ โซน GP จะละลายกลับเข้าไปในสารละลายของแข็ง α หากโซนนี้ถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (ดับ) ก่อนที่จะเกิดช่วงการเปลี่ยนผ่านอื่นๆ เช่น การตกตะกอนของ θ” หรือ θ' โลหะผสมก็จะกลับคืนสู่สถานะดับเดิมได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “การถดถอย” ซึ่งหมายถึงการลดลงของความแข็งที่แสดงด้วยเส้นประในระยะ IVa ในภาพ โลหะผสมอะลูมิเนียมที่ผ่านการถดถอยยังคงมีความสามารถในการชุบแข็งได้เหมือนเดิม

การชุบแข็งแบบเก่าเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาโลหะผสมอะลูมิเนียมที่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ และความสามารถในการชุบแข็งแบบเก่านั้นสัมพันธ์โดยตรงกับองค์ประกอบของโลหะผสมและระบบการอบชุบด้วยความร้อน โลหะผสมแบบคู่ Al-Si และ Al-Mn ไม่มีผลต่อการชุบแข็งแบบตกตะกอน เนื่องจากเฟสสมดุลถูกตกตะกอนโดยตรงในระหว่างกระบวนการบ่ม และเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ แม้ว่าโลหะผสม Al-Mg สามารถสร้างโซน GP และเฟสทรานซิชัน β' ได้ แต่โลหะผสมเหล่านี้มีความสามารถในการชุบแข็งแบบตกตะกอนในระดับหนึ่งเท่านั้นในโลหะผสมแมกนีเซียมสูง โลหะผสม Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si และ Al-Zn-Mg-Cu มีความสามารถในการชุบแข็งแบบตกตะกอนที่แข็งแกร่งในโซน GP และเฟสทรานซิชัน และปัจจุบันเป็นระบบโลหะผสมหลักที่สามารถอบชุบและเพิ่มความแข็งแรงได้

3.2 การแก่ชราตามธรรมชาติ

โดยทั่วไป โลหะผสมอลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อนจะมีคุณสมบัติการเสื่อมสภาพตามธรรมชาติหลังจากการชุบแข็ง การเพิ่มความแข็งแรงตามธรรมชาติเกิดจากบริเวณ GP การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะผสม Al-Cu และ Al-Cu-Mg การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติของโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu มักใช้เวลานานเกินไป และมักใช้เวลาหลายเดือนกว่าจะถึงระยะเสถียร ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ระบบการเสื่อมสภาพตามธรรมชาติ

เมื่อเทียบกับการบ่มด้วยความร้อนตามธรรมชาติ ความแข็งแรงครากของโลหะผสมจะลดลง แต่ความเป็นพลาสติกและความเหนียวจะดีกว่า และความต้านทานการกัดกร่อนก็สูงกว่า สถานการณ์ของอลูมิเนียมแข็งพิเศษของระบบ Al-Zn-Mg-Cu แตกต่างกันเล็กน้อย ความต้านทานการกัดกร่อนหลังจากการบ่มด้วยความร้อนตามธรรมชาติมักจะดีกว่าการบ่มด้วยความร้อนตามธรรมชาติ

3.3 การแก่เทียม

หลังจากการบ่มด้วยความร้อนเทียม โลหะผสมอลูมิเนียมมักจะได้ค่าความแข็งแรงครากสูงสุด (ส่วนใหญ่เป็นการเสริมความแข็งแรงในช่วงเปลี่ยนผ่าน) และมีเสถียรภาพในการจัดเรียงตัวที่ดีขึ้น อะลูมิเนียมแข็งพิเศษ อะลูมิเนียมหลอม และอะลูมิเนียมหล่อ ส่วนใหญ่จะบ่มด้วยความร้อนเทียม อุณหภูมิและระยะเวลาการบ่มมีอิทธิพลสำคัญต่อคุณสมบัติของโลหะผสม อุณหภูมิการบ่มส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 120-190 องศาเซลเซียส และเวลาการบ่มไม่เกิน 24 ชั่วโมง

นอกจากการบ่มเทียมแบบขั้นตอนเดียวแล้ว โลหะผสมอะลูมิเนียมยังสามารถใช้ระบบการบ่มเทียมแบบไล่ระดับได้อีกด้วย กล่าวคือ การให้ความร้อนสองครั้งหรือมากกว่าที่อุณหภูมิต่างกัน ตัวอย่างเช่น โลหะผสม LC4 สามารถบ่มที่อุณหภูมิ 115-125 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2-4 ชั่วโมง และบ่มที่อุณหภูมิ 160-170 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3-5 ชั่วโมง การบ่มแบบค่อยเป็นค่อยไปไม่เพียงแต่ช่วยลดระยะเวลาลงได้อย่างมาก แต่ยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสม Al-Zn-Mg และ Al-Zn-Mg-Cu ให้ดีขึ้น และเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้น ความแข็งแรงของความล้า และความเหนียวแตกหักได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยไม่ลดคุณสมบัติเชิงกลลงแต่อย่างใด