6061 Anneau de forge en alliage en aluminium de grand diamètre

1. Présentation des matériaux et processus de fabrication

La bague de forgeage en alliage en aluminium en aluminium 6061 de grand diamètre est un alliage d'aluminium-magnésium-silicon très polyvalent (série al-MG-SI), largement populaire pour ses excellentes performances polyvalentes ., il offre un bon équilibre de résistance et de dureté, couplé avec une forte résistance à une grande diamine et une bonne machinabilité {8} Les anneaux forgés à parois épaisses tirent parti des avantages du processus de forge Le coût, la machinabilité et la résistance à la corrosion sont toutes des considérations importantes .

Éléments d'alliage primaire:

Magnésium (mg): 0.8-1.2% (se renforce avec le silicium, améliore la résistance et la résistance à la corrosion)

Silicon (SI): 0.4-0.8% (se renforce avec le magnésium, améliore la réponse durable)

Cuivre (cu): 0.15-0.40% (augmente la résistance)

Chrome (CR): 0.04-0.35% (inhibe la recristallisation, améliore la ténacité)

Matériau de base:

Aluminium (AL): équilibre

Impuretés contrôlées:

Fer (Fe): 0,7% max

Manganèse (MN): 0,15% max

Zinc (Zn): 0,25% max

Titane (TI): 0,15% max

Autres éléments: 0,05% max chacun, 0,15% maximum

Processus de forgeage premium (pour les anneaux à parois épaisses de grand diamètre): La production de 6061 anneaux forgés en alliage en aluminium à parois épaisses de grand diamètre nécessite un contrôle précis sur les processus de fusion, de forgeage et de traitement thermique pour garantir que le matériau atteint les propriétés complètes souhaitées, en particulier l'uniformité en sections épaisses:

Préparation de la fonte et des lingots:

Les éléments d'aluminium primaire et d'alliage conformes à la norme sont sélectionnés .

Des technologies avancées de fusion, de raffinage et de dégazage sont utilisées pour assurer une bonne propre propreté, minimiser les inclusions non métalliques et la teneur en gaz .

Les grands systèmes de coulée à refroidissement direct (DC) sont utilisés pour produire des lingots de grand diamètre avec une microstructure uniforme et aucune ségrégation significative .

Traitement d'homogénéisation des lingots:

Les lingots subissent un recuit d'homogénéisation contrôlé avec précision (généralement à 550-580 pendant plusieurs heures) pour éliminer la macrosegrégation, dissoudre les phases secondaires grossières et améliorer la ductilité du lingot, la préparant pour une formission élevée subséquente .

Préparation et inspection des billettes:

Conditionnement de surface de lingot (scalping ou fraisage) pour éliminer tous les défauts de surface .

Une inspection à ultrasons à 100% est effectuée pour garantir que le lingot est exempt de tout défaut interne (e . g ., fissures, porosité, grandes inclusions) qui pourraient affecter les performances finales, répondant généralement aux normes de l'industrie .

Préchauffage: la billette est uniformément chauffée à la plage de températures de forgeage précise (généralement 400-500) pour assurer une ductilité optimale tout en évitant la fusion naissante .

Séquence de forge:

Application de grands équipements: Les grandes presses hydrauliques et les machines à rouler sont nécessaires pour appliquer une force de déformation suffisante sur des billettes lourdes, garantissant que le cœur des anneaux à parois épaisses subit également une déformation plastique complète et un raffinement des grains .

Bouleversant et pré-forgeant: Sur les grandes presses hydrauliques, les gros lingots subissent des opérations multidirectionnelles, de bouleversement et de dessin pour décomposer les grains cassés, éliminer la porosité interne et former des formes de préformations appropriées .

Perçant: Sur la presse, une structure annulaire préliminaire est formée par perçage avec des matrices ou des mandrins . Ce processus compacte davantage le matériau et affine la microstructure .

Formation de roulement d'anneau: Ce processus de lancement de cycle critique est effectué sur de grandes machines à rouler de cycle vertical . Une compression radiale et axiale continue est appliquée à la préforme de l'anneau par un rouleau principal et un rouleau de mandrin, augmentant en continu le diamètre du cycle, tout en réduisant la déformation plastique significative, assure la déformation plastique importante, le circférentiel significatif, le circférentiel de la bague, le circons Force, ténacité et performance de fatigue . Pour les pièces à parois épaisses, un flux de grains uniforme tout au long de l'épaisseur de la paroi doit être assuré .

Ratio de réduction minimum: Nécessite généralement au moins 3: 1 ou plus pour garantir l'élimination complète de la structure et la formation d'un flux de grains optimisé et de la microstructure dense .

Traitement thermique:

Traitement thermique de la solution: Le forge est chauffé à une température de solution précise d'un degré d'environ 530-545 et maintenu pendant suffisamment de temps pour dissoudre complètement les éléments d'alliage (mg, si, cu) dans la matrice d'aluminium, formant une solution solide uniforme .,, formant une solution solide uniforme .

Éteinte: Refroidissement rapide à partir de la température de solution (généralement la trempe de l'eau, garantissant que la température et la vitesse de refroidissement de l'eau répondent aux exigences des pièces à parois épaisses) pour conserver la solution solide sursaturée . pour les pièces à parois épaisses, l'uniformité de trempe est essentielle pour les propriétés finales .

Traitement vieillissant (tempérament T6): Traitement du vieillissement artificiel standard (généralement à 160-180 degré pour 8-18}) . Ce traitement provoque la précipitation des phases de renforcement comme Mg₂si et certains Al₂cu, atteignant une force et une dureté maximales . et

Soulagement résiduel du stress (T651 / T652 Tempers): Pour les anneaux à parois épaisses de grand diamètre, l'étirement (T651) ou le soulagement de la contrainte de compression (T652) est souvent effectué après la trempe pour réduire considérablement la contrainte résiduelle, minimiser la distorsion de l'usinage et améliorer la stabilité dimensionnelle .

Finition et inspection:

Déburrencer, redressant, inspection dimensionnelle, vérification de la qualité de surface .

Enfin, des tests non destructifs complets (e . g ., ultrasoniques, pénétrants) et une analyse microstructurale sont effectués pour garantir que le produit est conforme aux normes de l'industrie et aux exigences des clients .

Les propriétés mécaniques des anneaux forgés en alliage en aluminium à paroi épais de grand diamètre dépendent de l'épaisseur spécifique, du tempérament du traitement thermique et de l'optimisation du processus de forge . T6 et T651 / T652 sont les tempers les plus couramment utilisés pour 6061.

Distribution des biens et anisotropie:

6061 Les anneaux forgés, à travers le processus de roulement de la bague, ont un flux de grains très aligné le long de la circonférence de l'anneau . Par conséquent, les propriétés circonférentielles (tangentielles) sont généralement optimales . Les propriétés radiales et axiales sont relativement plus basses mais toujours suffisantes pour la plupart des besoins en composants structurels .

Effet d'épaisseur: pour 6061, les pièces forgées à paroi épaisse de grand diamètre maintiennent également une bonne uniformité des propriétés du noyau à la surface, grâce à son excellente durabilité .

Contrainte résiduelle: T651 / T652 Tempères, grâce à un soulagement de la contrainte d'étirement ou de compression, réduisent considérablement la contrainte résiduelle de l'extinction, minimiser la distorsion d'usinage et améliore la stabilité dimensionnelle .

La microstructure de 6061 anneaux forgés en alliage en aluminium à parois épaisses de grand diamètre est la base de leurs bonnes performances globales .

Caractéristiques microstructurales clés:

Structure des grains et flux de grains:

Le processus de forgeage décompose les grains grossiers, formant des grains recristallisés fins et uniformes et des grains allongés non re-recrit alignés le long de la direction de forge .

Grain: Pendant le roulement de l'anneau, les grains sont intensément allongés et forment une structure fibreuse continue le long de la circonférence de l'anneau . Ce flux de grains correspond fortement dans la direction de contrainte principale de l'anneau, améliorant considérablement la résistance circonférentielle, la durée de la fatigue et la résistance. pour les anneaux épaisses, l'écoulement de grains est inégalement distribué tout au long de la section {{3}

Dispersoïdes: les dispersoïdes fins formés par le chrome (CR) inhibent efficacement la recristallisation et la croissance des grains, garantissant une microstructure à grain fin .

Haute densité et élimination des défauts:

L'immense pression appliquée pendant le processus de forgeage ferme complètement les défauts internes, tels que la porosité, les cavités de rétrécissement et les poches de gaz, qui peuvent survenir lors de la coulée, améliorant considérablement la densité et la fiabilité du matériau .

Décompose efficacement et disperse uniformément de petites quantités de composés et d'impuretés intermétalliques primaires (E . G ., Fe, SI phases), réduisant leurs effets néfastes .

Distribution de phase de renforcement (précipité):

Le traitement du vieillissement T6 provoque la précipitation de la phase de renforcement primaire Mg₂si, ainsi que certains précipités al₂cu . ces précipités sont uniformément répartis dans les grains, offrant un renforcement .

Les précipités aux joints de grains sont généralement bien et ne conduisent pas facilement à une corrosion intergranulaire sévère .

Propreté métallurgique:

Les technologies de fusion et de coulée standard assurent un faible contenu d'inclusion non métallique, répondant aux exigences de propreté pour les applications d'ingénierie générales .

La plage de taille de 6061 anneaux forgés en alliage en aluminium à paroi épais de grand diamètre est large et peut être produit sur mesure en fonction des exigences d'ingénierie .

Capacité de personnalisation:

Les anneaux forgés sur mesure avec différentes tailles, formes et exigences de tolérance peuvent être produits en fonction des dessins détaillés des clients et des spécifications techniques .

Généralement offerts dans des conditions usinées ou semi-finisses rugueuses pour faciliter l'usinage client ultérieur .

6061 ALLIAG réalise principalement ses propriétés mécaniques par le traitement thermique .

Conseils de sélection de température:

T6: Le tempérament le plus utilisé pour 6061 Anneaux forgés à parois épaisses de 6061, offrant la meilleure combinaison de résistance et de dureté .

T651 / T652: Pour les applications nécessitant une usinage précise ou une stabilité dimensionnelle stricte, il est recommandé d'éliminer efficacement la contrainte résiduelle de l'extinction .

6061 Les anneaux forgés en alliage en aluminium à parois épaisses de grand diamètre ont généralement une bonne machinabilité, mais leur grande taille et leur nature à paroi épaisse nécessitent toujours une considération .

Guidage de fabrication:

Machinabilité: 6061 a une bonne machinabilité, permettant l'utilisation d'outils et de paramètres d'usinage en alliage en aluminium standard . faites attention à la gestion des puces pour éviter l'intrication .

Soudabilité: 6061 est l'un des rares alliages en aluminium plus résistants qui peuvent être soudés par fusion conventionnellement . Bien que la résistance puisse diminuer après le soudage, il peut être optimisé en sélectionnant les processus de fil de remplissage et de soudage appropriés .

Stress résiduel: Les forgues 6061 éteintes ont un stress résiduel; Les traitements T651 / T652 réduisent efficacement ce . pendant l'usinage, des stratégies telles que l'usinage symétrique et les coupes peu profondes multipass doivent être utilisées pour minimiser la distorsion .

Traitement de surface:

Anodisation: L'anodisation de type II (sulfurique) ou de type III (dur) fournit une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion et un attrait esthétique .

Revêtements de conversion: Les revêtements de conversion chromate ou sans chrome servent d'amorces pour la peinture .

Revêtements: Appliqué pour des exigences de protection spécifiques .

6061 L'alliage est réputé pour son excellente résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements atmosphériques et marins .

Stratégies de protection contre la corrosion:

Sélection d'alliages et de tempérament: 6061- T6 Temper lui-même fournit une excellente résistance à la corrosion, en particulier contre le SCC et la corrosion d'exfoliation .

Traitement de surface:

Anodisation: La méthode de protection la plus courante, formant un film d'oxyde dense qui améliore la corrosion et l'usure de la résistance .

Revêtements de conversion chimique: Servir de bonnes amorces pour les peintures ou les adhésifs .

Systèmes de revêtement: Les revêtements hautes performances peuvent être appliqués dans des environnements particulièrement difficiles .

Gestion de la corrosion galvanique: En contact avec des métaux incompatibles, des mesures d'isolement telles que les revêtements ou les joints doivent être utilisées .

Les propriétés physiques des anneaux forgés en aluminium à parois épaisses 6061 sont cruciales pour la conception de grandes structures .

Considérations de conception:

Ratio de force / poids: 6061 offre un bon rapport force / poids, adapté aux structures nécessitant une légèreté mais pas à un degré extrême .

Facilité de fabrication: Bonne machinabilité et soudabilité réduisent la complexité et le coût de la fabrication .

Résistance à la corrosion: Excellente résistance à la corrosion le rend adapté à divers environnements extérieurs et corrosifs .

Rentabilité: 6061 est plus rentable par rapport aux alliages plus résistants .

Température de fonctionnement: Comme tous les alliages en aluminium, 6061 n'est pas résistant à haute température; La température de fonctionnement recommandée est inférieure à 150 degrés .

Contrôle de la qualité pour 6061 Anneaux forgés en aluminium à parois épaisses de grand diamètre est un aspect crucial assurant leurs performances et leur fiabilité .

Procédures de test standard:

Certification des matières premières: Analyse de la composition chimique pour assurer la conformité avec AMS, ASTM, etc . et la traçabilité .

Contrôle des processus de fusion et de forge: La température de surveillance, la quantité de déformation pour assurer une structure interne uniforme et dense .

Surveillance du processus de traitement thermique: Uniformité de la température du four, extinction de solution, courbe de vieillissement, etc. .

Analyse de la composition chimique: Vérification des éléments d'alliage et du contenu d'impureté .

Test de propriété mécanique:

Tests de traction: Échantillons prélevés dans les directions radiales, tangentielles / circonférentielles et axiales pour tester les uts, ys, el .

Test de dureté: Mesures multi-points pour évaluer l'uniformité .

Tests d'impact: Si requis .

Tests non destructifs (NDT):

Tests ultrasoniques: Inspection volumétrique de la bague entière pour détecter les défauts internes .

Tests de pénétrage: Détecte les défauts de rupture de surface .

Test de courant Eddy: Détecte les défauts de surface et de près de la surface .

Analyse microstructurale: Examen métallographique pour évaluer la taille des grains, le flux de grains, le degré de recristallisation, la distribution des précipités, les types de défauts, etc. .

Inspection dimensionnelle et de qualité de surface: Mesures précises à l'aide de CMM, de profilomètre, etc. .

Normes et certifications:

Se conforme à ASTM B247 (modages en alliage en aluminium), AMS 4117 (6061- T6 Forgings), ISO, EN, GB / T, et d'autres normes de l'industrie .

Certifications du système de gestion de la qualité: ISO 9001.

EN 10204 Type 3 . 1 Des rapports de test de matériaux peuvent être fournis.

6061 Les anneaux forgés en aluminium à parois épaisses de grand diamètre sont largement utilisées dans divers secteurs industriels en raison de leurs excellentes performances globales et de leur coût .

Zones d'application primaires:

Structures auxiliaires aérospatiales: Composants structurels non critiques, anneaux d'équipement périphérique du moteur, équipement de support au sol aérospatial .

Ingénierie marine et offshore: Grand équipement de pont de navire, structures non compatibles pour les plates-formes offshore, corps de soupape marine, brides de tuyaux, etc. ., bénéficiant de leur résistance à la corrosion d'eau de mer .

Machines et équipements généraux: Grands corps de pompe, boîtiers de compresseur, supports de moteur, brides, connecteurs, cadres porteurs, etc. .

Transit ferroviaire: Composants de connexion du corps du train, pièces de bogie non critiques, équipement ferroviaire .

Industrie automobile: Gros composants, roues de camion, pièces de châssis, etc. ., pour la réduction de poids .

Construction et génie structurel: Grands connecteurs en treillis, structures décoratives, composants de pont .

Concevoir des avantages:

Bon rapport force / poids: Fournit une force suffisante pour la plupart des applications structurelles tout en réalisant des légers .

Excellente résistance à la corrosion: Fonctionne bien dans les environnements atmosphériques et marins, particulièrement insensible à SCC .

Selvabilité et machinabilité supérieures: Réduit considérablement la complexité et le coût de la fabrication, facilitant le traitement et l'assemblage ultérieurs .

Ténacité élevée: Bonne ténacité à température ambiante, pas sujette à une fracture fragile .

Rentabilité: Les coûts de matières premières et de traitement plus faibles par rapport aux alliages plus performants .

Stabilité dimensionnelle: T651 / T652 Les tempéraments contrôlent efficacement la distorsion d'usinage .

Limitations de conception:

Limitations de force: Sa force n'est pas comparable aux alliages ultra-haute résistance comme la série 2xxx ou 7xxx, ce qui le rend impropre aux structures de charge critiques nécessitant une résistance ultime .

Performance à haute température: Une limitation commune pour les alliages en aluminium; Les températures de fonctionnement à long terme sont limitées à moins de 150 degrés .

Force de fatigue: Force de fatigue inférieure par rapport aux séries 7xxx, pas adaptée aux environnements de chargement cyclique extrêmes .

Considérations économiques et durables:

Coût total du cycle de vie: Le coût initial inférieur et les bonnes performances de maintenance le rendent très rentable dans de nombreuses applications .

Utilisation des matériaux: Le processus de forgeage aide à améliorer l'utilisation des matériaux .

Convivialité environnementale: L'aluminium est un matériau hautement recyclable, s'alignant sur les principes de développement durable; La légèreté contribue également à la réduction de la consommation d'énergie .

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