ประเภทพื้นฐานของการอบชุบโลหะผสมอลูมิเนียม

การอบอ่อน การชุบแข็ง และการบ่ม เป็นวิธีการอบชุบโลหะผสมอะลูมิเนียมขั้นพื้นฐาน การอบอ่อนเป็นกระบวนการทำให้โลหะผสมอ่อนตัวลง โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้โลหะผสมมีองค์ประกอบและโครงสร้างที่สม่ำเสมอและเสถียร ขจัดการชุบแข็งจากการทำงาน และฟื้นฟูความเป็นพลาสติกของโลหะผสม การชุบแข็งและการบ่มเป็นกระบวนการให้ความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โดยมีจุดประสงค์เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะผสม และส่วนใหญ่ใช้สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบ

1 การอบอ่อน

การอบโลหะผสมอลูมิเนียมแบ่งออกเป็นหลายรูปแบบตามข้อกำหนดการผลิตที่แตกต่างกัน ได้แก่ การอบเพื่อทำให้แท่งโลหะเป็นเนื้อเดียวกัน การอบแท่งโลหะ การอบกลาง และการอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

1.1 การอบชุบแท่งโลหะให้เป็นเนื้อเดียวกัน

ภายใต้เงื่อนไขของการควบแน่นอย่างรวดเร็วและการตกผลึกที่ไม่สมดุล แท่งโลหะจะต้องมีองค์ประกอบและโครงสร้างที่ไม่สม่ำเสมอ และยังต้องมีความเค้นภายในสูงอีกด้วย เพื่อเปลี่ยนแปลงสถานการณ์นี้และปรับปรุงความสามารถในการแปรรูปแท่งโลหะให้ร้อนขึ้น โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องอบให้เนื้อเดียวกัน

เพื่อส่งเสริมการแพร่กระจายของอะตอม ควรเลือกอุณหภูมิที่สูงกว่าสำหรับการอบแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน แต่ต้องไม่เกินจุดหลอมเหลวยูเทกติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำของโลหะผสม โดยทั่วไป อุณหภูมิการอบแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกันจะต่ำกว่าจุดหลอมเหลว 5~40℃ และเวลาการอบส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่าง 12~24 ชั่วโมง

1.2 การอบแท่งเหล็ก

การอบอ่อนแท่งโลหะหมายถึงการอบอ่อนก่อนการเสียรูปเย็นครั้งแรกระหว่างการแปรรูปด้วยแรงดัน จุดประสงค์คือเพื่อให้แท่งโลหะมีโครงสร้างที่สมดุลและมีความสามารถในการเสียรูปพลาสติกสูงสุด ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิปลายรีดของแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมรีดร้อนอยู่ที่ 280~330℃ หลังจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิห้อง ปรากฏการณ์การชุบแข็งจากการทำงานไม่สามารถขจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมเสริมแรงที่ผ่านการอบด้วยความร้อน หลังจากการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว กระบวนการตกผลึกใหม่ยังไม่สิ้นสุด และสารละลายของแข็งที่อิ่มตัวเกินยังไม่สลายตัวอย่างสมบูรณ์ และส่วนหนึ่งของผลการชุบแข็งจากการทำงานและการดับยังคงถูกเก็บรักษาไว้ การรีดเย็นโดยตรงโดยไม่ผ่านการอบอ่อนเป็นเรื่องยาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องอบอ่อนแท่งโลหะ สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมเสริมแรงที่ไม่ได้ผ่านการอบด้วยความร้อน เช่น LF3 อุณหภูมิการอบอ่อนอยู่ที่ 370~470℃ และทำการระบายความร้อนด้วยอากาศหลังจากอุ่นไว้ 1.5~2.5 ชั่วโมง อุณหภูมิของแท่งโลหะและการอบที่ใช้สำหรับการประมวลผลท่อดึงเย็นควรสูงขึ้นอย่างเหมาะสม และสามารถเลือกอุณหภูมิขีดจำกัดบนได้ สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแกร่งได้โดยการอบด้วยความร้อน เช่น LY11 และ LY12 อุณหภูมิการอบแท่งโลหะคือ 390~450℃ คงไว้ที่อุณหภูมินี้เป็นเวลา 1~3 ชั่วโมง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในเตาเผาให้ต่ำกว่า 270℃ ด้วยอัตราไม่เกิน 30℃/ชั่วโมง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงด้วยอากาศจากเตาเผา

1.3 การอบอ่อนขั้นกลาง

การอบอ่อนขั้นกลางหมายถึงการอบอ่อนระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูปเย็น ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อขจัดการชุบแข็งจากการทำงานเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนรูปเย็นอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไป หลังจากที่วัสดุได้รับการอบอ่อนแล้ว จะเป็นการยากที่จะดำเนินการดัดเย็นต่อไปโดยไม่ผ่านการอบอ่อนขั้นกลางหลังจากผ่านการเปลี่ยนรูปเย็นไปแล้ว 45~85%

ระบบกระบวนการของการอบอ่อนแบบกลางนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับการอบอ่อนแท่งเหล็ก ตามข้อกำหนดของระดับการเสียรูปเย็น การอบอ่อนแบบกลางสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ การอบอ่อนแบบสมบูรณ์ (การเสียรูปทั้งหมด ε≈60~70%) การอบอ่อนแบบง่าย (ε≤50%) และการอบอ่อนแบบเล็กน้อย (ε≈30~40%) ระบบการอบอ่อนสองระบบแรกนั้นเหมือนกับการอบอ่อนแท่งเหล็ก และระบบหลังนั้นจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 320~350℃ เป็นเวลา 1.5~2 ชั่วโมง จากนั้นจึงทำให้เย็นตัวด้วยอากาศ

1.4. การอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

การอบอ่อนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเป็นการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายซึ่งจะทำให้วัสดุมีคุณสมบัติเชิงองค์กรและเชิงกลตามข้อกำหนดของเงื่อนไขทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์

การอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปสามารถแบ่งได้เป็นการอบที่อุณหภูมิสูง (การผลิตผลิตภัณฑ์อ่อน) และการอบที่อุณหภูมิต่ำ (การผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งแข็งในสถานะต่างๆ) การอบที่อุณหภูมิสูงควรให้แน่ใจว่าสามารถได้รับโครงสร้างการตกผลึกใหม่ที่สมบูรณ์และความเป็นพลาสติกที่ดีได้ ภายใต้เงื่อนไขเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุได้รับโครงสร้างและประสิทธิภาพที่ดี เวลาในการยึดไม่ควรนานเกินไป สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแกร่งได้โดยการอบด้วยความร้อน เพื่อป้องกันผลการดับเย็นด้วยอากาศ ควรควบคุมอัตราการเย็นอย่างเข้มงวด

การอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำรวมถึงการอบอ่อนเพื่อคลายความเครียดและการอบอ่อนแบบทำให้อ่อนตัวบางส่วน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับอลูมิเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอลูมิเนียมเสริมแรงที่ไม่ได้รับการอบด้วยความร้อน การกำหนดสูตรระบบการอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำเป็นงานที่ซับซ้อนมาก ซึ่งไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาอุณหภูมิการอบอ่อนและระยะเวลาในการยึด แต่ยังต้องพิจารณาอิทธิพลของสิ่งเจือปน ระดับการผสมโลหะผสม การเปลี่ยนรูปจากความเย็น อุณหภูมิการอบอ่อนระดับกลาง และอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปจากความร้อนด้วย ในการกำหนดสูตรระบบการอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำ จำเป็นต้องวัดเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงระหว่างอุณหภูมิการอบอ่อนและคุณสมบัติเชิงกล จากนั้นจึงกำหนดช่วงอุณหภูมิการอบอ่อนตามตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่ระบุไว้ในเงื่อนไขทางเทคนิค

2 การดับ

การดับโลหะผสมอะลูมิเนียมเรียกอีกอย่างว่าการบำบัดด้วยสารละลาย ซึ่งก็คือการละลายองค์ประกอบโลหะผสมในโลหะให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ในขั้นตอนที่สองลงในสารละลายของแข็งโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง ตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วเพื่อยับยั้งการตกตะกอนของขั้นตอนที่สอง ซึ่งจะทำให้ได้สารละลายอัลฟาของแข็งที่มีฐานเป็นอะลูมิเนียมที่อิ่มตัวเกิน ซึ่งเตรียมพร้อมสำหรับการบำบัดด้วยการทำให้เก่าในครั้งต่อไปได้เป็นอย่างดี

หลักการในการรับสารละลายของแข็ง α อิ่มตัวเกินคือความสามารถในการละลายของเฟสที่สองในโลหะผสมในอลูมิเนียมควรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น มิฉะนั้น จะไม่สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งได้ ธาตุโลหะผสมส่วนใหญ่ในอลูมิเนียมสามารถสร้างไดอะแกรมเฟสยูเทกติกที่มีลักษณะนี้ โดยใช้โลหะผสม Al-Cu เป็นตัวอย่าง อุณหภูมิยูเทกติกคือ 548℃ และความสามารถในการละลายของทองแดงในอลูมิเนียมที่อุณหภูมิห้องน้อยกว่า 0.1% เมื่อให้ความร้อนถึง 548℃ ความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นเป็น 5.6% ดังนั้น โลหะผสม Al-Cu ที่มีทองแดงน้อยกว่า 5.6% จะเข้าสู่บริเวณเฟสเดียว α หลังจากอุณหภูมิการให้ความร้อนเกินเส้นโซลวัส นั่นคือ CuAl2 เฟสที่สองจะละลายอย่างสมบูรณ์ในเมทริกซ์ และสามารถได้สารละลายของแข็ง α อิ่มตัวเกินเพียงตัวเดียวหลังจากการดับ

การชุบแข็งเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่สำคัญที่สุดและต้องการความแม่นยำสูงที่สุดสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม สิ่งสำคัญคือการเลือกอุณหภูมิความร้อนในการชุบแข็งที่เหมาะสมและให้แน่ใจว่าอัตราการระบายความร้อนในการชุบแข็งเพียงพอ และต้องควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาอย่างเคร่งครัดและลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง

หลักการในการเลือกอุณหภูมิการดับคือการเพิ่มอุณหภูมิการให้ความร้อนในการดับให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ต้องแน่ใจว่าโลหะผสมอลูมิเนียมจะไม่ไหม้มากเกินไปหรือเมล็ดพืชเติบโตมากเกินไปเพื่อเพิ่มความอิ่มตัวเกินของสารละลายของแข็ง α และความแข็งแรงหลังการอบชุบ โดยทั่วไป เตาเผาความร้อนโลหะผสมอลูมิเนียมต้องใช้ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิของเตาเผาที่ ±3℃ และบังคับให้อากาศในเตาเผาหมุนเวียนเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของเตาเผาสม่ำเสมอ

การเผาไหม้เกินของโลหะผสมอลูมิเนียมเกิดจากการหลอมละลายบางส่วนของส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำภายในโลหะ เช่น ยูเทกติกแบบไบนารีหรือหลายองค์ประกอบ การเผาไหม้เกินไม่เพียงแต่ทำให้คุณสมบัติเชิงกลลดลงเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมด้วย ดังนั้น เมื่อโลหะผสมอลูมิเนียมถูกเผาไหม้เกินแล้ว จะไม่สามารถกำจัดออกได้ และควรทิ้งผลิตภัณฑ์โลหะผสม อุณหภูมิการเผาไหม้เกินจริงของโลหะผสมอลูมิเนียมนั้นกำหนดโดยส่วนประกอบโลหะผสมและปริมาณสิ่งเจือปนเป็นหลัก และยังเกี่ยวข้องกับสถานะการประมวลผลโลหะผสมด้วย อุณหภูมิการเผาไหม้เกินจริงของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการประมวลผลการเปลี่ยนรูปพลาสติกจะสูงกว่าการหล่อ ยิ่งการประมวลผลการเปลี่ยนรูปมากเท่าไร ส่วนประกอบที่มีจุดหลอมเหลวต่ำที่ไม่สมดุลก็จะละลายลงในเมทริกซ์ได้ง่ายขึ้นเมื่อได้รับความร้อน ดังนั้น อุณหภูมิการเผาไหม้เกินจริงจึงเพิ่มขึ้น

อัตราการระบายความร้อนระหว่างการดับของโลหะผสมอลูมิเนียมมีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการเพิ่มความแข็งแรงตามอายุและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม ในระหว่างกระบวนการดับของ LY12 และ LC4 จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารละลายของแข็ง α จะไม่สลายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ไวต่ออุณหภูมิ 290~420℃ และต้องใช้อัตราการระบายความร้อนที่มากเพียงพอ โดยปกติแล้วกำหนดว่าอัตราการระบายความร้อนควรอยู่เหนือ 50℃/s และสำหรับโลหะผสม LC4 ควรถึงหรือเกิน 170℃/s

น้ำเป็นตัวกลางการชุบแข็งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียม การปฏิบัติในการผลิตแสดงให้เห็นว่ายิ่งอัตราการระบายความร้อนระหว่างการชุบแข็งสูงขึ้นเท่าใด ความเค้นตกค้างและการเสียรูปตกค้างของวัสดุหรือชิ้นงานที่ชุบแข็งก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กที่มีรูปร่างเรียบง่าย อุณหภูมิของน้ำอาจลดลงเล็กน้อย โดยทั่วไปอยู่ที่ 10~30℃ และไม่ควรเกิน 40℃ สำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนและความหนาของผนังแตกต่างกันมาก เพื่อลดการเสียรูปและการแตกร้าวจากการชุบแข็ง อุณหภูมิของน้ำบางครั้งอาจเพิ่มเป็น 80℃ ได้ อย่างไรก็ตาม ต้องชี้ให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของน้ำในถังชุบแข็งเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุก็จะลดลงตามไปด้วย

3. การแก่ตัวลง

3.1 การเปลี่ยนแปลงองค์กรและประสิทธิภาพการทำงานระหว่างช่วงวัย

สารละลายของแข็ง α อิ่มตัวเกินที่ได้จากการดับเป็นโครงสร้างที่ไม่เสถียร เมื่อได้รับความร้อน จะสลายตัวและเปลี่ยนเป็นโครงสร้างสมดุล โดยใช้โลหะผสม Al-4Cu เป็นตัวอย่าง โครงสร้างสมดุลควรเป็น α+CuAl2 (เฟส θ) เมื่อสารละลายของแข็ง α อิ่มตัวเกินแบบเฟสเดียวหลังจากการดับได้รับความร้อนเพื่อการบ่ม หากอุณหภูมิสูงพอ เฟส θ จะถูกตกตะกอนโดยตรง มิฉะนั้น จะดำเนินการเป็นขั้นตอน นั่นคือ หลังจากขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านระดับกลางบางขั้นตอน ก็จะสามารถบรรลุเฟสสมดุลสุดท้าย CuAl2 ได้ รูปภาพด้านล่างแสดงลักษณะโครงสร้างผลึกของแต่ละขั้นตอนการตกตะกอนในระหว่างกระบวนการบ่มของโลหะผสม Al-Cu รูปภาพ a คือโครงสร้างโครงตาข่ายผลึกในสถานะดับ ในเวลานี้ เป็นสารละลายของแข็ง α อิ่มตัวเกินแบบเฟสเดียว และอะตอมของทองแดง (จุดสีดำ) กระจายอย่างสม่ำเสมอและสุ่มในโครงตาข่ายเมทริกซ์อลูมิเนียม (จุดสีขาว) รูปภาพ b แสดงโครงสร้างตาข่ายในระยะเริ่มต้นของการตกตะกอน อะตอมของทองแดงเริ่มรวมตัวกันในพื้นที่บางส่วนของตาข่ายเมทริกซ์เพื่อสร้างพื้นที่ Guinier-Preston ที่เรียกว่าพื้นที่ GP โซน GP มีขนาดเล็กมากและมีรูปร่างเหมือนดิสก์ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5~10μm และความหนา 0.4~0.6nm จำนวนโซน GP ในเมทริกซ์มีขนาดใหญ่มาก และความหนาแน่นของการกระจายสามารถสูงถึง 10¹⁷~10¹⁸cm-³ โครงสร้างผลึกของโซน GP ยังคงเหมือนกับของเมทริกซ์ ทั้งสองเป็นลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่หน้า และรักษาอินเทอร์เฟซที่สอดประสานกันกับเมทริกซ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขนาดของอะตอมของทองแดงมีขนาดเล็กกว่าอะตอมของอลูมิเนียม การเสริมความเข้มข้นของอะตอมของทองแดงจะทำให้ตาข่ายผลึกใกล้บริเวณนั้นหดตัว ซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือนของตาข่าย

แผนผังแสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของโลหะผสม Al-Cu ในระหว่างการบ่ม

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

รูปที่ ข. ในระยะเริ่มแรกของการเสื่อมสภาพ จะเกิดโซน GP ขึ้น

รูปที่ ค. ในระยะปลายของการแก่ชรา จะเกิดระยะการเปลี่ยนผ่านแบบกึ่งสอดคล้องกัน

รูปที่ d การบ่มที่อุณหภูมิสูง การตกตะกอนของเฟสสมดุลที่ไม่สอดคล้องกัน

โซน GP เป็นผลิตภัณฑ์ก่อนการตกตะกอนตัวแรกที่ปรากฏในระหว่างกระบวนการบ่มของโลหะผสมอะลูมิเนียม การขยายเวลาการบ่ม โดยเฉพาะการเพิ่มอุณหภูมิในการบ่ม จะก่อให้เกิดเฟสการเปลี่ยนผ่านระดับกลางอื่นๆ ด้วย ในโลหะผสม Al-4Cu จะมีเฟส θ” และ θ' หลังโซน GP และในที่สุดก็จะถึงเฟสสมดุล CuAl2 θ” และ θ' ทั้งคู่เป็นเฟสการเปลี่ยนผ่านของเฟส θ และโครงสร้างผลึกเป็นโครงตาข่ายสี่เหลี่ยม แต่ค่าคงที่ของโครงตาข่ายแตกต่างกัน ขนาดของ θ ใหญ่กว่าของโซน GP ยังคงเป็นรูปทรงดิสก์ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15~40 นาโนเมตร และความหนา 0.8~2.0 นาโนเมตร ยังคงมีอินเทอร์เฟซที่สอดคล้องกับเมทริกซ์ แต่ระดับของการบิดเบือนโครงตาข่ายจะรุนแรงกว่า เมื่อเปลี่ยนจากเฟส θ” เป็น θ' ขนาดจะขยายเป็น 20~600 นาโนเมตร ความหนาจะอยู่ที่ 10~15 นาโนเมตร และอินเทอร์เฟซแบบสอดคล้องกันจะถูกทำลายบางส่วนเช่นกัน กลายเป็นอินเทอร์เฟซแบบกึ่งสอดคล้องกัน ดังที่แสดงในรูปที่ c ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการตกตะกอนที่เสื่อมสภาพคือเฟสสมดุล θ (CuAl2) ซึ่งในเวลานั้น อินเทอร์เฟซแบบสอดคล้องกันจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์และกลายเป็นอินเทอร์เฟซแบบไม่สอดคล้องกัน ดังที่แสดงในรูปที่ d

จากสถานการณ์ข้างต้น ลำดับการตกตะกอนของโลหะผสม Al-Cu สำหรับการบ่มคือ αs→α+GP zone→α+θ”→α+θ'→α+θ ระยะของโครงสร้างการบ่มขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและข้อกำหนดการบ่ม มักจะมีผลิตภัณฑ์การบ่มมากกว่าหนึ่งรายการในสถานะเดียวกัน ยิ่งอุณหภูมิการบ่มสูงขึ้น โครงสร้างก็จะยิ่งใกล้เคียงกับสมดุลมากขึ้น

ในระหว่างกระบวนการบ่ม โซน GP และเฟสการเปลี่ยนผ่านที่ตกตะกอนจากเมทริกซ์จะมีขนาดเล็ก กระจายตัวสูง และไม่เสียรูปง่าย ในเวลาเดียวกัน พวกมันยังทำให้เกิดการบิดตัวของโครงตาข่ายในเมทริกซ์และสร้างสนามความเค้น ซึ่งมีผลขัดขวางการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่แบบเคลื่อนย้ายอย่างมีนัยสำคัญ จึงเพิ่มความต้านทานต่อการเสียรูปพลาสติกของโลหะผสม และปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็ง ปรากฏการณ์การแข็งตัวจากการบ่มนี้เรียกว่าการแข็งตัวแบบตกตะกอน รูปภาพด้านล่างแสดงการเปลี่ยนแปลงความแข็งของโลหะผสม Al-4Cu ในระหว่างการดับและการอบชุบแบบบ่มในรูปแบบของเส้นโค้ง ระยะที่ I ในภาพแสดงความแข็งของโลหะผสมในสถานะเดิม เนื่องจากประวัติการทำงานที่ร้อนแตกต่างกัน ความแข็งของสถานะเดิมจึงแตกต่างกัน โดยทั่วไป HV=30~80 หลังจากให้ความร้อนที่ 500℃ และดับ (ขั้นตอนที่ II) อะตอมของทองแดงทั้งหมดจะละลายลงในเมทริกซ์เพื่อสร้างสารละลายของแข็ง α ที่อิ่มตัวเกินเฟสเดียวที่มี HV = 60 ซึ่งมีความแข็งเป็นสองเท่าของความแข็งในสถานะอบอ่อน (HV = 30) นี่คือผลลัพธ์ของการเสริมความแข็งแรงของสารละลายของแข็ง หลังจากการดับแล้ว จะถูกวางไว้ที่อุณหภูมิห้อง และความแข็งของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการก่อตัวของโซน GP อย่างต่อเนื่อง (ขั้นตอนที่ III) กระบวนการชุบแข็งแบบเก่าที่อุณหภูมิห้องนี้เรียกว่าการเก่าตามธรรมชาติ

ฉัน—สถานะดั้งเดิม;

II—สถานะของสารละลายของแข็ง

III—การแก่ตามธรรมชาติ (โซน GP);

IVa—การบำบัดแบบถดถอยที่ 150~200℃ (ละลายอีกครั้งในโซน GP);

IVb—การแก่เทียม (เฟส θ”+θ')

V—อายุเกิน (เฟส θ”+θ')

ในระยะที่ 4 โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนถึง 150°C เพื่อการทำให้เก่า และผลของการแข็งตัวจะเห็นได้ชัดกว่าการทำให้เก่าตามธรรมชาติ ในเวลานี้ ผลิตภัณฑ์จากการตกตะกอนส่วนใหญ่จะเป็นเฟส θ” ซึ่งมีผลในการเสริมความแข็งแรงสูงสุดในโลหะผสม Al-Cu หากอุณหภูมิในการทำให้เก่าเพิ่มขึ้นอีก เฟสการตกตะกอนจะเปลี่ยนจากเฟส θ” ไปเป็นเฟส θ' ผลของการทำให้แข็งจะอ่อนลง และความแข็งจะลดลง เข้าสู่ระยะที่ 5 การบ่มใดๆ ที่ต้องใช้ความร้อนเทียมเรียกว่าการบ่มเทียม และระยะที่ 4 และ 5 อยู่ในหมวดหมู่นี้ หากความแข็งถึงค่าความแข็งสูงสุดที่โลหะผสมจะถึงได้หลังจากการทำให้เก่า (เช่น ระยะที่ 4b) การบ่มนี้เรียกว่าการบ่มสูงสุด หากค่าความแข็งสูงสุดไม่ถึง จะเรียกว่าการบ่มเทียมหรือการบ่มเทียมไม่สมบูรณ์ หากค่าสูงสุดข้ามไปและความแข็งลดลง จะเรียกว่าการบ่มเกิน การบ่มเพื่อให้คงสภาพก็จัดอยู่ในประเภทการบ่มเกินเช่นกัน โซน GP ที่เกิดขึ้นระหว่างการบ่มตามธรรมชาตินั้นไม่เสถียรมาก เมื่อถูกให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้น เช่น ประมาณ 200°C และคงความร้อนไว้เป็นเวลาสั้นๆ โซน GP จะละลายกลับเข้าไปในสารละลายของแข็ง α หากโซนนี้ถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (ดับ) ก่อนที่เฟสการเปลี่ยนผ่านอื่นๆ เช่น การตกตะกอนของ θ” หรือ θ' จะเข้ามา โลหะผสมก็จะกลับคืนสู่สถานะดับเดิมได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “การถดถอย” ซึ่งเป็นการลดลงของความแข็งที่แสดงด้วยเส้นประในระยะ IVa ในรูป โลหะผสมอะลูมิเนียมที่ถูกถดถอยยังคงมีความสามารถในการชุบแข็งจากการบ่มเหมือนเดิม

การชุบแข็งตามอายุเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาโลหะผสมอะลูมิเนียมที่สามารถอบด้วยความร้อน และความสามารถในการชุบแข็งตามอายุนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับองค์ประกอบของโลหะผสมและระบบการอบด้วยความร้อน โลหะผสมคู่ Al-Si และ Al-Mn ไม่มีผลต่อการชุบแข็งแบบตกตะกอน เนื่องจากเฟสสมดุลจะตกตะกอนโดยตรงในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง และเป็นโลหะผสมอะลูมิเนียมที่ไม่สามารถอบด้วยความร้อนได้ แม้ว่าโลหะผสม Al-Mg จะสามารถสร้างโซน GP และเฟสทรานสิชั่น β' ได้ แต่โลหะผสมเหล่านี้มีความสามารถในการชุบแข็งแบบตกตะกอนได้ในระดับหนึ่งเท่านั้นในโลหะผสมแมกนีเซียมสูง โลหะผสม Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si และ Al-Zn-Mg-Cu มีความสามารถชุบแข็งแบบตกตะกอนได้ดีในโซน GP และเฟสทรานสิชั่น และปัจจุบันเป็นระบบโลหะผสมหลักที่สามารถอบด้วยความร้อนและเพิ่มความแข็งแกร่งได้

3.2 การแก่ชราตามธรรมชาติ

โดยทั่วไป โลหะผสมอลูมิเนียมที่สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยการอบชุบจะมีเอฟเฟกต์การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติหลังจากการชุบแข็ง การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติเกิดจากโซน GP การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะผสม Al-Cu และ Al-Cu-Mg การเสื่อมสภาพตามธรรมชาติของโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu นั้นคงอยู่เป็นเวลานานเกินไป และมักใช้เวลาหลายเดือนกว่าจะถึงระยะที่เสถียร จึงไม่ได้ใช้ระบบการเสื่อมสภาพตามธรรมชาติ

เมื่อเปรียบเทียบกับการบ่มด้วยวิธีการเทียม หลังจากการบ่มตามธรรมชาติ ความแข็งแรงผลผลิตของโลหะผสมจะต่ำกว่า แต่ความเป็นพลาสติกและความเหนียวจะดีกว่า และทนต่อการกัดกร่อนสูงกว่า สถานการณ์ของอลูมิเนียมที่แข็งเป็นพิเศษของระบบ Al-Zn-Mg-Cu แตกต่างกันเล็กน้อย ความต้านทานการกัดกร่อนหลังจากการบ่มด้วยวิธีการเทียมมักจะดีกว่าหลังจากการบ่มตามธรรมชาติ

3.3 การแก่เทียม

หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนแบบเทียมแล้ว โลหะผสมอลูมิเนียมมักจะได้ความแข็งแรงสูงสุด (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเสริมความแข็งแรงในช่วงเปลี่ยนผ่าน) และความเสถียรขององค์กรที่ดีขึ้น อลูมิเนียมแข็งพิเศษ อลูมิเนียมหลอม และอลูมิเนียมหล่อส่วนใหญ่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนแบบเทียม อุณหภูมิการอบชุบและเวลาในการอบชุบมีอิทธิพลสำคัญต่อคุณสมบัติของโลหะผสม อุณหภูมิการอบชุบส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 120~190℃ และเวลาการอบชุบไม่เกิน 24 ชั่วโมง

นอกจากการบ่มเทียมแบบขั้นตอนเดียวแล้ว โลหะผสมอะลูมิเนียมยังสามารถใช้ระบบการบ่มเทียมแบบไล่ระดับได้อีกด้วย นั่นคือ การให้ความร้อนสองครั้งขึ้นไปที่อุณหภูมิต่างกัน ตัวอย่างเช่น โลหะผสม LC4 สามารถบ่มที่อุณหภูมิ 115~125℃ เป็นเวลา 2~4 ชั่วโมง จากนั้นจึงบ่มที่อุณหภูมิ 160~170℃ เป็นเวลา 3~5 ชั่วโมง การบ่มแบบค่อยเป็นค่อยไปไม่เพียงแต่จะช่วยลดระยะเวลาลงได้อย่างมากเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสม Al-Zn-Mg และ Al-Zn-Mg-Cu อีกด้วย และปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้น ความแข็งแรงต่อความล้า และความเหนียวในการแตกหักได้อย่างมาก โดยไม่ลดคุณสมบัติเชิงกลลงแต่อย่างใด