Recoctio, extinctio et maturatio sunt genera fundamentalia curationis caloris pro mixturis aluminii. Recoctio est tractatio emollitionis, cuius propositum est facere ut mixtura uniformis et stabilis in compositione et structura, tollat duritiam per laborem, et restituat plasticitatem mixturis. Exstinctio et maturatio sunt tractatio caloris roborans, cuius propositum est augere robur mixturis, et adhibetur praecipue pro mixturis aluminii quae curatione caloris roborari possunt.
1 Recoctio
Secundum varia requisita productionis, recoctio mixturae aluminii in plures formas dividitur: recoctio homogeneizationis lingotis, recoctio billetis, recoctio intermedia, et recoctio producti finiti.
1.1 Homogeneizatio et recoctio lingotis
Sub condicionibus condensationis rapidae et crystallizationis non-aequilibrii, massa inaequalem compositionem et structuram habere debet, necnon magnam tensionem internam subiici. Ut haec condicio mutetur et processabilitas in calido massae augeatur, homogenizatio plerumque requiritur.
Ut diffusio atomica promoveatur, temperatura altior ad homogenizationem recoquendam eligenda est, sed haec temperatura eutectica liquefactionis mixturae, quae punctum liquefactionis inferiorem habet, non excedere debet. Generaliter, temperatura homogenizationis recoquendae 5~40℃ inferior est quam punctum liquefactionis, et tempus recoquendi plerumque inter horas 12~24 est.
1.2 Recoctio tabularum lignearum
"Billet annealing" ad recoctionem ante primam deformationem frigidam in processu sub pressione refertur. Propositum est ut bulldog structuram aequilibratam obtineat et maximam capacitatem deformationis plasticae habeat. Exempli gratia, temperatura finalis laminae aluminii calido laminatae est 280~330°C. Post refrigerationem rapidam ad temperaturam ambientem, phaenomenon duritiei per laborem omnino eliminari non potest. Praesertim pro aluminii roboratis calore tractatis, post refrigerationem rapidam, processus recrystallizationis nondum finitus est, et solutio solida supersaturata nondum plene decomposita est, et pars effectus duritiei et extinctionis adhuc retinetur. Difficile est directe frigide laminare sine recoctione, ita recoctio bulldog requiritur. Pro aluminii roboratis non calore tractatis, ut LF3, temperatura recoctionis est 370~470°C, et refrigeratio aere fit post 1.5~2.5 horas calefactae. Temperatura bulldog et recoctionis ad processum tuborum frigido tractorum adhibitae rite altiores esse debent, et limes superior temperaturae eligi potest. Pro mixturis aluminii quae curatione caloris roborari possunt, ut LY11 et LY12, temperatura recoctionis billettis est 390~450℃, hac temperatura per 1~3 horas servatur, deinde in fornace ad infra 270℃ celeritate non plus quam 30℃/h refrigeratur, et tandem aere ex fornace refrigeratur.
1.3 Recoctio intermedia
Recreatio intermedia ad recoctionem inter processus deformationis frigidae refertur, cuius propositum est indurationem laboris eliminare ut deformatio frigida continua facilior fiat. Generaliter, postquam materia recocta est, difficile erit operationem frigidam sine recoctione intermedia continuare post deformationem frigidam 45~85% subitam.
Ratio processus recoctionis intermediae fere eadem est ac recoctionis billettis. Secundum requisita gradus deformationis frigidae, recoctio intermedia in tres typos dividi potest: recoctionem completam (deformatio totalis ε≈60~70%), recoctionem simplicem (ε≤50%), et recoctionem levem (ε≈30~40%). Primi duo systemata recoctionis eadem sunt ac recoctionis billettis, et posterior ad 320~350℃ per 1.5~2 horas calefacta, deinde aere refrigerata est.
1.4. Recoctio producti finiti
Recoctio producti finiti est tractatio caloris finalis quae materiae certas proprietates organizationales et mechanicas secundum requisita condicionum technicarum producti tribuit.
Recoctio producti finiti in recoctionem altae temperaturae (productionem productorum mollium) et recoctionem humilis temperaturae (productionem productorum semidurorum in variis statibus) dividi potest. Recoctio altae temperaturae efficere debet ut structura recrystallizationis completa et bona plasticitas obtineantur. Sub condicione ut materia bonam structuram et functionem adipiscatur, tempus retentionis non nimis longum esse debet. Pro mixturis aluminii quae curatione caloris firmari possunt, ne effectus refrigerationis aeris extinguatur, celeritas refrigerationis stricte moderanda est.
Recoctio temperaturae humilis includit recoctionem ad tensionem relevandam et recoctionem ad mollitiem partialem, quae praecipue ad aluminii purum et ad mixturas aluminii sine curatione caloris firmatas adhibentur. Formulare systema recoctionis temperaturae humilis est negotium difficillimum, quod non solum temperaturam recoctionis et tempus retentionis considerare debet, sed etiam vim impuritatum, gradus mixturae, deformationis frigidae, temperaturae recoctionis intermediae et temperaturae deformationis calidae. Ad formulandum systema recoctionis temperaturae humilis, necesse est curvam mutationis inter temperaturam recoctionis et proprietates mechanicas metiri, deinde ambitum temperaturae recoctionis secundum indices functionis in condicionibus technicis specificatos determinare.
2 Exstinctio
Extinctio mixturae aluminii etiam tractatio solutionis appellatur, quae est ut quam plurima elementa mixturae in metallo, ut secunda phasis, in solutionem solidam dissolvantur per calefactionem altae temperaturae, deinde celeriter refrigerentur ad praecipitationem secundae phasis inhibendam, ita solutio solida α supersaturata aluminii fundata obtineatur, quae bene praeparata est ad proximam tractationem senescentem.
Praemissa obtinendae solutionis solidae α supersaturatae est ut solubilitas secundae phasis in mixtura in aluminio significanter augeatur cum incremento temperaturae, alioquin finis tractationis solutionis solidae non potest assequi. Pleraque elementa mixturae in aluminio diagramma phasium eutecticum cum hac proprietate formare possunt. Exemplo mixturae Al-Cu sumptae, temperatura eutectica est 548℃, et solubilitas cupri in aluminio temperatura ambiente minor est quam 0.1%. Cum ad 548℃ calefacta est, solubilitas eius ad 5.6% augetur. Ergo, mixturae Al-Cu continentes minus quam 5.6% cupri regionem phasis singularis α ingrediuntur postquam temperatura calefactionis lineam solutionis excedit, id est, secunda phasis CuAl2 omnino dissolvitur in matrice, et solutio solida α supersaturata singularis post extinctionem obtineri potest.
Refrigeratio (vel exstinctio) est operatio curationis caloris gravissima et difficillima pro mixturis aluminii. Clavis est aptam temperaturam calefactionis refrigerationis eligere et sufficientem celeritatem refrigerationis refrigerationis curare, et stricte temperaturam fornacis moderari et deformationem refrigerationis reducere.
Principium eligendi temperaturam extinctionis est temperaturam calefactionis extinctionis quam maxime augere, dum cavetur ne mixtura aluminii nimis comburatur aut grana nimis crescant, ita ut supersaturatio solutionis solidae α et robur post curationem senescentem augeatur. Generaliter, fornax calefactionis mixturae aluminii requirit ut accuratio moderationis temperaturae fornacis intra ±3℃ sit, et aer in fornace circulatione cogitur ut uniformitas temperaturae fornacis servetur.
Nimia combustio mixturae aluminii fit per liquefactionem partialem partium partium puncti liquefactionis humilis intra metallum, ut eutectica binaria vel multielementa. Nimia combustio non solum proprietates mechanicas minuit, sed etiam gravissimum impulsum in resistentiam corrosionis mixturae habet. Ergo, semel mixtura aluminii nimis combusta est, non potest eliminari et productum mixturae abiciendum est. Temperatura nimiae combustionis actualis mixturae aluminii praecipue a compositione mixturae et contento impuritatum determinatur, et etiam cum statu processus mixturae coniungitur. Temperatura nimiae combustionis productorum quae processum deformationis plasticae subierunt altior est quam temperatura productorum fusorum. Quo maior processus deformationis, eo facilius est partibus puncti liquefactionis humilis non aequilibrii in matricem dissolvi cum calefiunt, ita temperatura nimiae combustionis actualis augetur.
Celeritas refrigerationis durante extinctione mixturae aluminii magnum momentum habet in facultatem roborationis senescentiae et resistentiam corrosionis mixturae. Dum LY12 et LC4 extinguuntur, necesse est curare ne solutio solida α putrescat, praesertim in regione temperaturae sensibili 290~420℃, et satis magna celeritas refrigerationis requiritur. Solet statui ut celeritas refrigerationis supra 50℃/s sit, et pro mixtura LC4, 170℃/s attingere vel excedere debet.
Medium extinguendi frequentissime adhibitum ad mixturas aluminii est aqua. Usus productionis demonstrat quo maior celeritas refrigerationis per extinctionem, eo maiorem tensionem residuam et deformationem residuam materiae vel operis extincti esse. Ergo, pro operibus parvis cum formis simplicibus, temperatura aquae paulo inferior esse potest, plerumque 10~30℃, nec excedere debet 40℃. Pro operibus cum formis complexis et magnis differentiis in crassitudine parietis, ut deformatio extinctionis et fissurae minuantur, temperatura aquae interdum ad 80℃ augeri potest. Attamen notandum est, cum temperatura aquae in receptaculo extinctionis crescit, robur et resistentia corrosionis materiae etiam proinde minui.
3. Senectus
3.1 Transformatio organizationalis et mutationes effectuum per senescere
Solutio solida α supersaturata per extinctionem obtenta structuram instabilis habet. Cum calefacta est, dissolvitur et in structuram aequilibrii transformatur. Exemplo mixturae Al-4Cu sumpta, structura aequilibrii eius α+CuAl2 (phasis θ) esse debet. Cum solutio solida α supersaturata monophasica post extinctionem ad maturationem calefacta est, si temperatura satis alta est, phasis θ directe praecipitabitur. Alioquin, per gradus perficietur, id est, post aliquot gradus transitionis intermedios, ad phasim aequilibrii finalem CuAl2 perveniri potest. Figura infra proprietates structurae crystallinae cuiusque gradus praecipitationis per processum maturationis mixturae Al-Cu illustrat. Figura a. structuram reticuli crystallini in statu extincto ostendit. Hoc tempore, solutio solida α supersaturata monophasica est, et atomi cupri (puncta nigra) aequaliter et fortuito in reticulo matrice aluminii (puncta alba) distribuuntur. Figura b. structuram reticuli in primo gradu praecipitationis ostendit. Atomi cupri in certis areis reticuli matricis concentrari incipiunt ut aream Guinier-Preston, quae area GP appellatur, forment. Zona GP est minima admodum et disciformis, diametro circiter 5~10 μm et crassitudine 0.4~0.6 nm. Numerus zonarum GP in matrice est maximus, et densitas distributionis ad 10¹⁷~10¹⁸cm-³ pervenire potest. Structura crystallina zonae GP manet eadem ac matricis, ambae cubicae in faciebus centratis sunt, et interfaciem cohaerentem cum matrice servant. Attamen, quia magnitudo atomorum cupri minor est quam magnitudo atomorum aluminii, locupletatio atomorum cupri faciet ut crystallus reticulum prope regionem contrahatur, quod distortionem reticuli efficit.
Schema mutationum structurae crystallinae mixturae Al-Cu per senescentem
Figura a. Status extinctus, solutio solida monophasica α, atomi cupri (puncta nigra) aequaliter distributi sunt;
Figura b. In primo stadio senescendi, zona GP formatur;
Figura c. In posteriore stadio senescendi, phasis transitionis semi-cohaerens formatur;
Figura d. Senescentia altae temperaturae, praecipitatio phasis aequilibrii incoherentis.
Zona GP est primum productum ante praecipitationem quod apparet in processu senescentiae mixturarum aluminii. Extensione temporis senescentiae, praesertim augmentatione temperaturae senescentiae, etiam alias phases transitionis intermedias formabit. In mixtura Al-4Cu, phases θ” et θ' post zonam GP inveniuntur, et tandem phasis aequilibrii CuAl2 attingitur. θ” et θ' ambae sunt phases transitionis phasis θ, et structura crystallina est reticulum quadratum, sed constans reticuli differt. Magnitudo θ maior est quam zonae GP, adhuc formam disci, diametro circiter 15~40nm et crassitudine 0.8~2.0nm. Interfaciem cohaerentem cum matrice servat, sed gradus distortionis reticuli intensior est. Cum a phase θ” ad phasem θ’ transitur, magnitudo ad 20~600nm crevit, crassitudo 10~15nm est, et interfacies cohaerens etiam partim destruitur, interfacies semi-cohaerens facta, ut in Figura c demonstratur. Productum finale praecipitationis senescentiae est phasis aequilibrii θ (CuAl2), quo tempore interfacies cohaerens omnino destruitur et interfacies non cohaerens fit, ut in Figura d demonstratur.
Secundum supradictam condicionem, ordo praecipitationis senescentiae mixturae Al-Cu est αs → α + zona GP → α + θ” → α + θ' → α + θ. Gradus structurae senescentiae a compositione mixturae et specificatione senescentiae pendet. Saepe plura producta senescentiae in eodem statu inveniuntur. Quo altior temperatura senescentiae, eo propius ad structuram aequilibrii.
Per processum senescentiae, zona GP et phasis transitionis e matrice praecipitata parvae magnitudinis, valde dispersae, et non facile deformantur. Simul, distortionem clathri in matrice efficiunt et campum tensionis formant, quod significanter impedit motum dislocationum, ita resistentiam deformationi plasticae mixturae augens et eius robur ac duritiam emendans. Hoc phaenomenon indurationis senescentiae induratio praecipitationis appellatur. Figura infra mutationem duritiei mixturae Al-4Cu per refrigerationem et curationem senescentiae in forma curvae illustrat. Gradus I in figura duritiam mixturae in statu originali repraesentat. Ob historias laboris calidi diversas, duritia status originalis variabit, plerumque HV=30~80. Post calefactionem ad 500℃ et refrigerationem (gradus II), omnes atomi cupri in matricem dissolvuntur ad solutionem solidam α supersaturatam unius phasis cum HV=60 formandam, quae duplo dura est quam duritia in statu recocto (HV=30). Hoc est eventus roborationis solutionis solidae. Post refrigerationem, ad temperaturam ambientem ponitur, et durities mixturae metallorum continuo augetur propter continuam formationem zonarum GP (gradus III). Hic processus duritiei per senescentem ad temperaturam ambientem senescentia naturalis appellatur.
I—status originalis;
II—status solutionis solidae;
III—senescentia naturalis (zona GP);
IVa—curatio regressionis ad 150~200℃ (redissoluta in zona GP);
IVb—senescentia artificialis (phasis θ” + θ');
V—superaetas (θ” + θ' phasis)
In stadio IV, mixtura ad 150°C calefacta est ad senescendum, et effectus duritiei clarior est quam naturalis senescentiae. Hoc tempore, productum praecipitationis est praecipue phasis θ”, quae maximum effectum roborationis in mixturis Al-Cu habet. Si temperatura senescentiae ulterius augetur, phasis praecipitationis a phasi θ” ad phasis θ' transit, effectus duritiei debilitatur, et duritia decrescit, stadium V ingressus. Quaevis curatio senescentiae quae calefactionem artificialem requirit senescentia artificialis appellatur, et stadia IV et V ad hanc categoriam pertinent. Si duritia maximum valorem duritiae attingit quem mixtura post senescentiam attingere potest (i.e., stadium IVb), haec senescentia senescentia culminans appellatur. Si valor duritiae culminans non attingitur, sub-senescentia vel senescentia artificialis incompleta appellatur. Si valor culminans transgreditur et duritia decrescit, nimia senescentia appellatur. Curatio stabilizationis senescentiae etiam ad nimium senescentiam pertinet. Zona GP formata per senescentiam naturalem valde instabilis est. Cum celeriter ad altiorem temperaturam, ut circiter 200°C, calefacta et per breve tempus calida servata est, zona GP in solutionem solidam α iterum dissolvetur. Si celeriter refrigeratur (exstinguitur) ante alias phases transitionis, ut praecipitamentum θ” vel θ', mixtura metallica ad statum pristinum extinctum restitui potest. Hoc phaenomenon "regressio" appellatur, quae est decrementum duritiae linea punctata in stadio IVa in figura indicatum. Mixtura aluminii quae regressa est adhuc eandem facultatem duritiei senescentis habet.
Durificatio per aetatem est fundamentum evolutionis mixturarum aluminii tractabilium calore, et eius facultas durificandi per aetatem directe cum compositione mixturae et systemate tractationis caloris coniungitur. Mixturae binariae Al-Si et Al-Mn nullum effectum durificandi praecipitationem habent quia phasis aequilibrii directe praecipitatur durante processu senescentiae, et sunt mixturae aluminii non tractabiles calore. Quamquam mixturae Al-Mg zonas GP et phases transitionis β' formare possunt, tantum certam facultatem durificandi praecipitationem in mixturis magnesii alti habent. Mixturae Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si et Al-Zn-Mg-Cu validam facultatem durificandi praecipitationem in suis zonis GP et phasibus transitionis habent, et nunc sunt systemata mixturarum principalia quae tractari possunt calore et roborari.
3.2 Senescentia Naturalis
Generaliter, mixturae aluminii quae per curationem caloris roborari possunt effectum naturalem senescentiae post refrigerationem habent. Roboratio naturalis senescentiae a zona GP efficitur. Senescentia naturalis late in mixturis Al-Cu et Al-Cu-Mg adhibetur. Senescentia naturalis mixturarum Al-Zn-Mg-Cu nimis diu durat, et saepe aliquot menses requiruntur ad statum stabilem perveniendum, ita systema naturalis senescentiae non adhibetur.
Comparata cum senescentia artificiali, post senescentiam naturalem, firmitas elastica mixturae minor est, sed plasticitas et tenacitas meliores sunt, et resistentia corrosionis altior. Status aluminii superduri systematis Al-Zn-Mg-Cu paulum differt. Resistentia corrosionis post senescentiam artificialem saepe melior est quam post senescentiam naturalem.
3.3 Senescentia artificialis
Post curationem artificialem maturationis, mixturae aluminii saepe maximum limitem elasticitatis (praesertim roborationem phasis transitionis) et meliorem stabilitatem organizationalem consequi possunt. Aluminium superdurum, aluminium fusum et aluminium fusum plerumque artificialiter maturantur. Temperatura et tempus maturationis magnam vim in proprietates mixturae habent. Temperatura maturationis plerumque inter 120~190℃ est, et tempus maturationis non excedit 24 horas.
Praeter maturationem artificialem unius gradus, mixturae aluminii etiam systema maturationis artificialis gradatim sequi possunt. Hoc est, calefactio bis vel saepius ad temperaturas diversas perficitur. Exempli gratia, mixtura LC4 maturescere potest ad 115~125℃ per 2~4 horas, deinde ad 160~170℃ per 3~5 horas. Maturatio gradatim non solum tempus significanter contrahere potest, sed etiam microstructuram mixturarum Al-Zn-Mg et Al-Zn-Mg-Cu emendare, atque resistentiam corrosionis sub tensione, firmitatem lassitudinis, et tenacitatem fracturae significanter augere sine proprietates mechanicas fundamentaliter imminuendis.
Tempus publicationis: VI Martii, MMXXXV
