Βασικοί τύποι θερμικής επεξεργασίας κραμάτων αλουμινίου

Η ανόπτηση, η σβέση και η γήρανση είναι οι βασικοί τύποι θερμικής επεξεργασίας των κραμάτων αλουμινίου. Η ανόπτηση είναι μια επεξεργασία μαλάκυνσης, σκοπός της οποίας είναι να κάνει το κράμα ομοιόμορφο και σταθερό ως προς τη σύνθεση και τη δομή, να εξαλείψει τη σκλήρυνση λόγω κατεργασίας και να αποκαταστήσει την πλαστικότητα του κράματος. Η σβέση και η γήρανση είναι μια θερμική επεξεργασία ενίσχυσης, σκοπός της οποίας είναι να βελτιώσει την αντοχή του κράματος και χρησιμοποιείται κυρίως για κράματα αλουμινίου που μπορούν να ενισχυθούν με θερμική επεξεργασία.

1 Ανόπτηση

Σύμφωνα με τις διαφορετικές απαιτήσεις παραγωγής, η ανόπτηση κραμάτων αλουμινίου χωρίζεται σε διάφορες μορφές: ανόπτηση ομογενοποίησης πλινθωμάτων, ανόπτηση μπιγιέτας, ενδιάμεση ανόπτηση και ανόπτηση τελικού προϊόντος.

1.1 Ανόπτηση ομογενοποίησης πλινθωμάτων

Υπό συνθήκες ταχείας συμπύκνωσης και κρυστάλλωσης εκτός ισορροπίας, η πλινθωματική ράβδος πρέπει να έχει ανομοιόμορφη σύνθεση και δομή, καθώς και να υφίσταται μεγάλη εσωτερική τάση. Για να αλλάξει αυτή η κατάσταση και να βελτιωθεί η δυνατότητα επεξεργασίας της πλινθωματικής ράβδου υπό θερμή κατεργασία, απαιτείται γενικά ανόπτηση ομογενοποίησης.

Προκειμένου να προωθηθεί η ατομική διάχυση, θα πρέπει να επιλεγεί υψηλότερη θερμοκρασία για την ομογενοποίηση, αλλά δεν πρέπει να υπερβαίνει το χαμηλό σημείο τήξης ευτηκτικό σημείο τήξης του κράματος. Γενικά, η θερμοκρασία ομογενοποίησης είναι 5~40℃ χαμηλότερη από το σημείο τήξης και ο χρόνος ανόπτησης είναι ως επί το πλείστον μεταξύ 12~24 ωρών.

1.2 Ανόπτηση μπιγιέτ

Η ανόπτηση μπιγιέτας αναφέρεται στην ανόπτηση πριν από την πρώτη ψυχρή παραμόρφωση κατά την επεξεργασία υπό πίεση. Σκοπός είναι να αποκτήσει η μπιγιέτα μια ισορροπημένη δομή και να έχει τη μέγιστη ικανότητα πλαστικής παραμόρφωσης. Για παράδειγμα, η θερμοκρασία στο άκρο κύλισης της πλάκας κράματος αλουμινίου θερμής έλασης είναι 280~330℃. Μετά από ταχεία ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου, το φαινόμενο σκλήρυνσης κατά την εργασία δεν μπορεί να εξαλειφθεί πλήρως. Συγκεκριμένα, για τα θερμικά επεξεργασμένα ενισχυμένα κράματα αλουμινίου, μετά από ταχεία ψύξη, η διαδικασία ανακρυστάλλωσης δεν έχει ολοκληρωθεί και το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα δεν έχει αποσυντεθεί πλήρως και ένα μέρος της επίδρασης σκλήρυνσης και απόσβεσης διατηρείται ακόμα. Είναι δύσκολο να γίνει ψυχρή έλαση απευθείας χωρίς ανόπτηση, επομένως απαιτείται ανόπτηση μπιγιέτας. Για τα μη θερμικά επεξεργασμένα ενισχυμένα κράματα αλουμινίου, όπως το LF3, η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 370~470℃ και η ψύξη με αέρα πραγματοποιείται αφού διατηρηθεί ζεστό για 1,5~2,5 ώρες. Η θερμοκρασία μπιγιέτας και ανόπτησης που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία σωλήνων ψυχρής έλασης πρέπει να είναι κατάλληλα υψηλότερη και μπορεί να επιλεγεί το ανώτερο όριο θερμοκρασίας. Για κράματα αλουμινίου που μπορούν να ενισχυθούν με θερμική επεξεργασία, όπως τα LY11 και LY12, η ​​θερμοκρασία ανόπτησης των τεμαχίων είναι 390~450℃, διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία για 1~3 ώρες, στη συνέχεια ψύχεται στον κλίβανο κάτω από τους 270℃ με ρυθμό που δεν υπερβαίνει τους 30℃/ώρα και στη συνέχεια ψύχεται με αέρα εκτός του κλιβάνου.

1.3 Ενδιάμεση ανόπτηση

Η ενδιάμεση ανόπτηση αναφέρεται στην ανόπτηση μεταξύ διεργασιών ψυχρής παραμόρφωσης, σκοπός της οποίας είναι η εξάλειψη της σκλήρυνσης κατά την εργασία για τη διευκόλυνση της συνεχιζόμενης ψυχρής παραμόρφωσης. Γενικά, μετά την ανόπτηση του υλικού, θα είναι δύσκολο να συνεχιστεί η ψυχρή κατεργασία χωρίς ενδιάμεση ανόπτηση μετά από ψυχρή παραμόρφωση 45~85%.

Το σύστημα διεργασίας της ενδιάμεσης ανόπτησης είναι βασικά το ίδιο με αυτό της ανόπτησης μπιγιέτ. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του βαθμού ψυχρής παραμόρφωσης, η ενδιάμεση ανόπτηση μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: πλήρης ανόπτηση (ολική παραμόρφωση ε≈60~70%), απλή ανόπτηση (ε≤50%) και ελαφρά ανόπτηση (ε≈30~40%). Τα δύο πρώτα συστήματα ανόπτησης είναι τα ίδια με την ανόπτηση μπιγιέτ, και το τελευταίο θερμαίνεται στους 320~350℃ για 1,5~2 ώρες και στη συνέχεια ψύχεται με αέρα.

1.4. Ανόπτηση τελικού προϊόντος

Η ανόπτηση τελικού προϊόντος είναι η τελική θερμική επεξεργασία που προσδίδει στο υλικό ορισμένες οργανωτικές και μηχανικές ιδιότητες σύμφωνα με τις απαιτήσεις των τεχνικών συνθηκών του προϊόντος.

Η ανόπτηση τελικού προϊόντος μπορεί να χωριστεί σε ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας (παραγωγή μαλακών προϊόντων) και ανόπτηση χαμηλής θερμοκρασίας (παραγωγή ημίσκληρων προϊόντων σε διαφορετικές καταστάσεις). Η ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας θα πρέπει να διασφαλίζει ότι μπορεί να επιτευχθεί πλήρης δομή ανακρυστάλλωσης και καλή πλαστικότητα. Υπό την προϋπόθεση ότι το υλικό αποκτά καλή δομή και απόδοση, ο χρόνος συγκράτησης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλος. Για τα κράματα αλουμινίου που μπορούν να ενισχυθούν με θερμική επεξεργασία, προκειμένου να αποφευχθεί το φαινόμενο απόσβεσης ψύξης με αέρα, ο ρυθμός ψύξης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά.

Η ανόπτηση σε χαμηλή θερμοκρασία περιλαμβάνει την ανόπτηση ανακούφισης από την τάση και την ανόπτηση μερικής μαλάκυνσης, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως για καθαρό αλουμίνιο και κράματα αλουμινίου ενισχυμένα χωρίς θερμική επεξεργασία. Η διαμόρφωση ενός συστήματος ανόπτησης σε χαμηλή θερμοκρασία είναι μια πολύ περίπλοκη εργασία, η οποία όχι μόνο πρέπει να λάβει υπόψη τη θερμοκρασία ανόπτησης και τον χρόνο συγκράτησης, αλλά πρέπει επίσης να λάβει υπόψη την επίδραση των ακαθαρσιών, τον βαθμό κράματος, την ψυχρή παραμόρφωση, την ενδιάμεση θερμοκρασία ανόπτησης και τη θερμοκρασία θερμής παραμόρφωσης. Για να διαμορφώσετε ένα σύστημα ανόπτησης σε χαμηλή θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να μετρήσετε την καμπύλη αλλαγής μεταξύ της θερμοκρασίας ανόπτησης και των μηχανικών ιδιοτήτων και στη συνέχεια να προσδιορίσετε το εύρος θερμοκρασίας ανόπτησης σύμφωνα με τους δείκτες απόδοσης που καθορίζονται στις τεχνικές συνθήκες.

2 Σβήσιμο

Η σβέση κράματος αλουμινίου ονομάζεται επίσης επεξεργασία διαλύματος, η οποία συνίσταται στη διάλυση όσο το δυνατόν περισσότερων στοιχείων κράματος στο μέταλλο ως δεύτερη φάση στο στερεό διάλυμα μέσω θέρμανσης σε υψηλή θερμοκρασία, ακολουθούμενης από ταχεία ψύξη για την αναστολή της καθίζησης της δεύτερης φάσης, λαμβάνοντας έτσι ένα υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α με βάση το αλουμίνιο, το οποίο είναι καλά προετοιμασμένο για την επόμενη επεξεργασία γήρανσης.

Η προϋπόθεση για την απόκτηση ενός υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος α είναι ότι η διαλυτότητα της δεύτερης φάσης στο κράμα σε αλουμίνιο θα πρέπει να αυξηθεί σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας, διαφορετικά, ο σκοπός της επεξεργασίας σε στερεό διάλυμα δεν μπορεί να επιτευχθεί. Τα περισσότερα στοιχεία κράματος σε αλουμίνιο μπορούν να σχηματίσουν ένα ευτηκτικό διάγραμμα φάσεων με αυτό το χαρακτηριστικό. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα Al-Cu, η ευτηκτική θερμοκρασία είναι 548℃ και η διαλυτότητα του χαλκού σε θερμοκρασία δωματίου σε αλουμίνιο είναι μικρότερη από 0,1%. Όταν θερμαίνεται στους 548℃, η διαλυτότητά του αυξάνεται σε 5,6%. Επομένως, τα κράματα Al-Cu που περιέχουν λιγότερο από 5,6% χαλκό εισέρχονται στην περιοχή μονοφασικής φάσης α αφού η θερμοκρασία θέρμανσης υπερβεί τη γραμμή διαλυτότητάς της, δηλαδή, η δεύτερη φάση CuAl2 διαλύεται πλήρως στη μήτρα και ένα μόνο υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α μπορεί να ληφθεί μετά από σβέση.

Η σβέση είναι η πιο σημαντική και απαιτητική λειτουργία θερμικής επεξεργασίας για κράματα αλουμινίου. Το κλειδί είναι να επιλέξετε την κατάλληλη θερμοκρασία θέρμανσης σβέσης και να εξασφαλίσετε επαρκή ρυθμό ψύξης σβέσης, καθώς και να ελέγχετε αυστηρά τη θερμοκρασία του κλιβάνου και να μειώσετε την παραμόρφωση σβέσης.

Η αρχή της επιλογής της θερμοκρασίας απόσβεσης είναι η αύξηση της θερμοκρασίας θέρμανσης απόσβεσης όσο το δυνατόν περισσότερο, διασφαλίζοντας παράλληλα ότι το κράμα αλουμινίου δεν θα καεί υπερβολικά ή οι κόκκοι δεν θα αναπτυχθούν υπερβολικά, έτσι ώστε να αυξηθεί ο υπερκορεσμός του στερεού διαλύματος α και η αντοχή μετά την επεξεργασία γήρανσης. Γενικά, ο φούρνος θέρμανσης από κράμα αλουμινίου απαιτεί η ακρίβεια ελέγχου θερμοκρασίας του φούρνου να είναι εντός ±3℃ και ο αέρας στον φούρνο να αναγκάζεται να κυκλοφορεί για να διασφαλιστεί η ομοιομορφία της θερμοκρασίας του φούρνου.

Η υπερκαύση του κράματος αλουμινίου προκαλείται από τη μερική τήξη συστατικών χαμηλού σημείου τήξης μέσα στο μέταλλο, όπως τα δυαδικά ή πολυστοιχειακά ευτηκτικά. Η υπερκαύση όχι μόνο προκαλεί τη μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων, αλλά έχει επίσης σοβαρό αντίκτυπο στην αντοχή στη διάβρωση του κράματος. Επομένως, όταν ένα κράμα αλουμινίου υπερκαεί, δεν μπορεί να αποβληθεί και το προϊόν κράματος πρέπει να απορριφθεί. Η πραγματική θερμοκρασία υπερκαύσης του κράματος αλουμινίου καθορίζεται κυρίως από τη σύνθεση του κράματος και την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, και σχετίζεται επίσης με την κατάσταση επεξεργασίας του κράματος. Η θερμοκρασία υπερκαύσης των προϊόντων που έχουν υποστεί πλαστική παραμόρφωση είναι υψηλότερη από αυτή των χυτών. Όσο μεγαλύτερη είναι η επεξεργασία παραμόρφωσης, τόσο πιο εύκολο είναι για τα συστατικά χαμηλού σημείου τήξης που δεν βρίσκονται σε ισορροπία να διαλυθούν στη μήτρα όταν θερμανθούν, επομένως η πραγματική θερμοκρασία υπερκαύσης αυξάνεται.

Ο ρυθμός ψύξης κατά την απόσβεση του κράματος αλουμινίου έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ικανότητα ενίσχυσης κατά τη γήρανση και στην αντοχή στη διάβρωση του κράματος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απόσβεσης των LY12 και LC4, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το στερεό διάλυμα α δεν αποσυντίθεται, ειδικά στην ευαίσθητη στη θερμοκρασία περιοχή των 290~420℃, και απαιτείται επαρκώς μεγάλος ρυθμός ψύξης. Συνήθως ορίζεται ότι ο ρυθμός ψύξης πρέπει να είναι πάνω από 50℃/s, και για το κράμα LC4, πρέπει να φτάσει ή να ξεπεράσει τους 170℃/s.

Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μέσο σβέσης για κράματα αλουμινίου είναι το νερό. Η πρακτική παραγωγής δείχνει ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός ψύξης κατά την σβέση, τόσο μεγαλύτερη είναι η υπολειμματική τάση και η υπολειμματική παραμόρφωση του υλικού ή του τεμαχίου που έχει υποστεί σβέση. Επομένως, για μικρά τεμάχια με απλά σχήματα, η θερμοκρασία του νερού μπορεί να είναι ελαφρώς χαμηλότερη, γενικά 10~30℃, και δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 40℃. Για τεμάχια με σύνθετα σχήματα και μεγάλες διαφορές στο πάχος των τοιχωμάτων, προκειμένου να μειωθεί η παραμόρφωση και η ρωγμάτωση λόγω σβέσης, η θερμοκρασία του νερού μπορεί μερικές φορές να αυξηθεί στους 80℃. Ωστόσο, πρέπει να επισημανθεί ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του νερού της δεξαμενής σβέσης, η αντοχή και η αντοχή στη διάβρωση του υλικού μειώνονται επίσης ανάλογα.

3. Γήρανση

3.1 Οργανωτικός μετασχηματισμός και αλλαγές στην απόδοση κατά τη γήρανση

Το υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α που λαμβάνεται με απόσβεση είναι μια ασταθής δομή. Όταν θερμαίνεται, θα αποσυντεθεί και θα μετατραπεί σε μια δομή ισορροπίας. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα Al-4Cu, η δομή ισορροπίας του θα πρέπει να είναι α+CuAl2 (φάση θ). Όταν το μονοφασικό υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α μετά την απόσβεση θερμαίνεται για γήρανση, εάν η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή, η φάση θ θα καθιζάνει απευθείας. Διαφορετικά, θα πραγματοποιηθεί σε στάδια, δηλαδή, μετά από ορισμένα ενδιάμεσα στάδια μετάβασης, μπορεί να επιτευχθεί η τελική φάση ισορροπίας CuAl2. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τα χαρακτηριστικά της κρυσταλλικής δομής κάθε σταδίου καθίζησης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης του κράματος Al-Cu. Το Σχήμα α. είναι η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος στην κατάσταση απόσβεσης. Αυτή τη στιγμή, είναι ένα μονοφασικό υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α, και τα άτομα χαλκού (μαύρες κουκκίδες) κατανέμονται ομοιόμορφα και τυχαία στο πλέγμα μήτρας αλουμινίου (λευκές κουκκίδες). Το Σχήμα β. δείχνει τη δομή του πλέγματος στο πρώιμο στάδιο της καθίζησης. Τα άτομα χαλκού αρχίζουν να συγκεντρώνονται σε ορισμένες περιοχές του πλέγματος μήτρας για να σχηματίσουν μια περιοχή Guinier-Preston, που ονομάζεται περιοχή GP. Η ζώνη GP είναι εξαιρετικά μικρή και έχει σχήμα δίσκου, με διάμετρο περίπου 5~10μm και πάχος 0,4~0,6nm. Ο αριθμός των ζωνών GP στη μήτρα είναι εξαιρετικά μεγάλος και η πυκνότητα κατανομής μπορεί να φτάσει τα 10¹⁷~10¹⁸cm-³. Η κρυσταλλική δομή της ζώνης GP εξακολουθεί να είναι η ίδια με αυτή της μήτρας, και οι δύο είναι κυβικές με επίκεντρο την επιφάνεια και διατηρεί μια συνεκτική διεπαφή με τη μήτρα. Ωστόσο, επειδή το μέγεθος των ατόμων χαλκού είναι μικρότερο από αυτό των ατόμων αλουμινίου, ο εμπλουτισμός των ατόμων χαλκού θα προκαλέσει συρρίκνωση του κρυσταλλικού πλέγματος κοντά στην περιοχή, γεγονός που προκαλεί παραμόρφωση του πλέγματος.

Σχηματικό διάγραμμα των αλλαγών της κρυσταλλικής δομής του κράματος Al-Cu κατά τη γήρανση

Σχήμα α. Κατάσταση απόσβεσης, ένα μονοφασικό στερεό διάλυμα α, άτομα χαλκού (μαύρες κουκκίδες) είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα.

Σχήμα β. Στο πρώιμο στάδιο της γήρανσης, σχηματίζεται η ζώνη GP.

Σχήμα γ. Στο ύστερο στάδιο της γήρανσης, σχηματίζεται μια ημι-συνεκτική μεταβατική φάση.

Σχήμα δ. Γήρανση σε υψηλή θερμοκρασία, καθίζηση ασύμφωνης φάσης ισορροπίας

Η ζώνη GP είναι το πρώτο προϊόν προκαθίζησης που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης των κραμάτων αλουμινίου. Η παράταση του χρόνου γήρανσης, ιδιαίτερα η αύξηση της θερμοκρασίας γήρανσης, θα σχηματίσει επίσης άλλες ενδιάμεσες μεταβατικές φάσεις. Στο κράμα Al-4Cu, υπάρχουν φάσεις θ" και θ' μετά τη ζώνη GP, και τελικά επιτυγχάνεται η φάση ισορροπίας CuAl2. Οι φάσεις θ" και θ' είναι και οι δύο μεταβατικές φάσεις της φάσης θ, και η κρυσταλλική δομή είναι ένα τετράγωνο πλέγμα, αλλά η σταθερά πλέγματος είναι διαφορετική. Το μέγεθος του θ είναι μεγαλύτερο από αυτό της ζώνης GP, εξακολουθεί να έχει σχήμα δίσκου, με διάμετρο περίπου 15~40nm και πάχος 0,8~2,0nm. Συνεχίζει να διατηρεί μια συνεκτική διεπαφή με τη μήτρα, αλλά ο βαθμός παραμόρφωσης του πλέγματος είναι πιο έντονος. Κατά τη μετάβαση από τη φάση θ” στη φάση θ', το μέγεθος έχει αυξηθεί στα 20~600nm, το πάχος είναι 10~15nm και η συνεκτική διεπαφή έχει επίσης μερικώς καταστραφεί, μετατρέποντας την σε ημι-συνεκτική διεπαφή, όπως φαίνεται στο Σχήμα γ. Το τελικό προϊόν της γήρανσης είναι η φάση ισορροπίας θ (CuAl2), οπότε η συνεκτική διεπαφή καταστρέφεται πλήρως και γίνεται μη συνεκτική διεπαφή, όπως φαίνεται στο Σχήμα δ.

Σύμφωνα με την παραπάνω περίπτωση, η τάξη καθίζησης γήρανσης του κράματος Al-Cu είναι αs→α+ζώνη GP→α+θ”→α+θ'→α+θ. Το στάδιο της δομής γήρανσης εξαρτάται από τη σύνθεση του κράματος και τις προδιαγραφές γήρανσης. Συχνά υπάρχουν περισσότερα από ένα προϊόντα γήρανσης στην ίδια κατάσταση. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία γήρανσης, τόσο πιο κοντά στη δομή ισορροπίας.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης, η ζώνη GP και η μεταβατική φάση που καθιζάνουν από τη μήτρα είναι μικρές σε μέγεθος, πολύ διασκορπισμένες και δεν παραμορφώνονται εύκολα. Ταυτόχρονα, προκαλούν παραμόρφωση πλέγματος στη μήτρα και σχηματίζουν ένα πεδίο τάσης, το οποίο έχει σημαντική παρεμπόδιση στην κίνηση των εξαρθρώσεων, αυξάνοντας έτσι την αντίσταση στην πλαστική παραμόρφωση του κράματος και βελτιώνοντας την αντοχή και τη σκληρότητά του. Αυτό το φαινόμενο σκλήρυνσης λόγω γήρανσης ονομάζεται σκλήρυνση με καθίζηση. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει την αλλαγή σκληρότητας του κράματος Al-4Cu κατά την απόσβεση και την επεξεργασία γήρανσης με τη μορφή καμπύλης. Το στάδιο Ι στο σχήμα αντιπροσωπεύει τη σκληρότητα του κράματος στην αρχική του κατάσταση. Λόγω διαφορετικών ιστορικών θερμής κατεργασίας, η σκληρότητα της αρχικής κατάστασης θα ποικίλλει, γενικά HV=30~80. Μετά τη θέρμανση στους 500℃ και την απόσβεση (στάδιο II), όλα τα άτομα χαλκού διαλύονται στη μήτρα για να σχηματίσουν ένα μονοφασικό υπερκορεσμένο στερεό διάλυμα α με HV=60, το οποίο είναι διπλάσιο από τη σκληρότητα στην κατάσταση ανόπτησης (HV=30). Αυτό είναι το αποτέλεσμα της ενίσχυσης του στερεού διαλύματος. Μετά την απόσβεση, τοποθετείται σε θερμοκρασία δωματίου και η σκληρότητα του κράματος αυξάνεται συνεχώς λόγω του συνεχούς σχηματισμού ζωνών GP (στάδιο III). Αυτή η διαδικασία σκλήρυνσης με γήρανση σε θερμοκρασία δωματίου ονομάζεται φυσική γήρανση.

Εγώ—αρχική κατάσταση·

II—κατάσταση στερεού διαλύματος;

III—φυσική γήρανση (ζώνη GP)·

IVa—επεξεργασία παλινδρόμησης στους 150~200℃ (επαναδιαλυμένη στη ζώνη GP).

IVb—τεχνητή γήρανση (φάση θ”+θ').

V—υπεργήρανση (φάση θ”+θ')

Στο στάδιο IV, το κράμα θερμαίνεται στους 150°C για γήρανση και το φαινόμενο σκλήρυνσης είναι πιο εμφανές από αυτό της φυσικής γήρανσης. Σε αυτή τη φάση, το προϊόν καθίζησης είναι κυρίως η φάση θ”, η οποία έχει το μεγαλύτερο φαινόμενο ενίσχυσης στα κράματα Al-Cu. Εάν η θερμοκρασία γήρανσης αυξηθεί περαιτέρω, η φάση καθίζησης μεταβαίνει από τη φάση θ” στη φάση θ', το φαινόμενο σκλήρυνσης εξασθενεί και η σκληρότητα μειώνεται, εισερχόμενη στο στάδιο V. Οποιαδήποτε επεξεργασία γήρανσης που απαιτεί τεχνητή θέρμανση ονομάζεται τεχνητή γήρανση και τα στάδια IV και V ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία. Εάν η σκληρότητα φτάσει στη μέγιστη τιμή σκληρότητας που μπορεί να φτάσει το κράμα μετά τη γήρανση (δηλαδή, στάδιο IVb), αυτή η γήρανση ονομάζεται μέγιστη γήρανση. Εάν δεν επιτευχθεί η μέγιστη τιμή σκληρότητας, ονομάζεται υπογήρανση ή ατελής τεχνητή γήρανση. Εάν η μέγιστη τιμή ξεπεραστεί και η σκληρότητα μειωθεί, ονομάζεται υπεργήρανση. Η επεξεργασία γήρανσης σταθεροποίησης ανήκει επίσης στην υπεργήρανση. Η ζώνη GP που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της φυσικής γήρανσης είναι πολύ ασταθής. Όταν θερμαίνεται γρήγορα σε υψηλότερη θερμοκρασία, όπως περίπου 200°C, και διατηρείται ζεστή για μικρό χρονικό διάστημα, η ζώνη GP θα διαλυθεί ξανά στο στερεό διάλυμα α. Εάν ψυχθεί γρήγορα (σβήσει) πριν από την καθίζηση άλλων μεταβατικών φάσεων, όπως θ” ή θ', το κράμα μπορεί να αποκατασταθεί στην αρχική του κατάσταση σβέσης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «παλινδρόμηση», η οποία είναι η πτώση της σκληρότητας που υποδεικνύεται από τη διακεκομμένη γραμμή στο στάδιο IVa στο σχήμα. Το κράμα αλουμινίου που έχει υποστεί παλινδρόμηση εξακολουθεί να έχει την ίδια ικανότητα σκλήρυνσης λόγω γήρανσης.

Η σκλήρυνση λόγω ηλικίας αποτελεί τη βάση για την ανάπτυξη κραμάτων αλουμινίου που μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία και η ικανότητά της να σκληραίνει λόγω ηλικίας σχετίζεται άμεσα με τη σύνθεση του κράματος και το σύστημα θερμικής επεξεργασίας. Τα δυαδικά κράματα Al-Si και Al-Mn δεν έχουν φαινόμενο σκλήρυνσης λόγω καθίζησης επειδή η φάση ισορροπίας καθιζάνει άμεσα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας γήρανσης και είναι κράματα αλουμινίου που δεν μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία. Αν και τα κράματα Al-Mg μπορούν να σχηματίσουν ζώνες GP και μεταβατικές φάσεις β', έχουν μόνο μια συγκεκριμένη ικανότητα σκλήρυνσης λόγω καθίζησης σε κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε μαγνήσιο. Τα κράματα Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si και Al-Zn-Mg-Cu έχουν ισχυρή ικανότητα σκλήρυνσης λόγω καθίζησης στις ζώνες GP και στις μεταβατικές φάσεις τους και αποτελούν επί του παρόντος τα κύρια συστήματα κραμάτων που μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία και να ενισχυθούν.

3.2 Φυσική Γήρανση

Γενικά, τα κράματα αλουμινίου που μπορούν να ενισχυθούν με θερμική επεξεργασία έχουν φυσικό φαινόμενο γήρανσης μετά την απόσβεση. Η φυσική ενίσχυση με γήρανση προκαλείται από τη ζώνη GP. Η φυσική γήρανση χρησιμοποιείται ευρέως σε κράματα Al-Cu και Al-Cu-Mg. Η φυσική γήρανση των κραμάτων Al-Zn-Mg-Cu διαρκεί πολύ και συχνά χρειάζονται αρκετοί μήνες για να επιτευχθεί ένα σταθερό στάδιο, επομένως δεν χρησιμοποιείται το σύστημα φυσικής γήρανσης.

Σε σύγκριση με την τεχνητή γήρανση, μετά τη φυσική γήρανση, το όριο διαρροής του κράματος είναι χαμηλότερο, αλλά η πλαστικότητα και η σκληρότητα είναι καλύτερες και η αντοχή στη διάβρωση είναι υψηλότερη. Η κατάσταση του υπερσκληρού αλουμινίου του συστήματος Al-Zn-Mg-Cu είναι ελαφρώς διαφορετική. Η αντοχή στη διάβρωση μετά την τεχνητή γήρανση είναι συχνά καλύτερη από ό,τι μετά τη φυσική γήρανση.

3.3 Τεχνητή γήρανση

Μετά από τεχνητή γήρανση, τα κράματα αλουμινίου μπορούν συχνά να επιτύχουν το υψηλότερο όριο διαρροής (κυρίως ενίσχυση μεταβατικής φάσης) και καλύτερη οργανωτική σταθερότητα. Το υπερσκληρό αλουμίνιο, το σφυρήλατο αλουμίνιο και το χυτό αλουμίνιο υφίστανται κυρίως τεχνητή γήρανση. Η θερμοκρασία γήρανσης και ο χρόνος γήρανσης έχουν σημαντική επίδραση στις ιδιότητες του κράματος. Η θερμοκρασία γήρανσης κυμαίνεται κυρίως μεταξύ 120~190℃ και ο χρόνος γήρανσης δεν υπερβαίνει τις 24 ώρες.

Εκτός από την τεχνητή γήρανση σε ένα στάδιο, τα κράματα αλουμινίου μπορούν επίσης να υιοθετήσουν ένα διαβαθμισμένο σύστημα τεχνητής γήρανσης. Δηλαδή, η θέρμανση πραγματοποιείται δύο ή περισσότερες φορές σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το κράμα LC4 μπορεί να παλαιωθεί στους 115~125℃ για 2~4 ώρες και στη συνέχεια στους 160~170℃ για 3~5 ώρες. Η σταδιακή γήρανση όχι μόνο μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο, αλλά και να βελτιώσει τη μικροδομή των κραμάτων Al-Zn-Mg και Al-Zn-Mg-Cu, και να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή στη διάβρωση λόγω τάσης, την αντοχή στην κόπωση και την αντοχή στη θραύση χωρίς ουσιαστικά να μειώσει τις μηχανικές ιδιότητες.