5.2 Härdning

Härdningsprocessen utförs i tre steg:

• upplösning
• kylning
• åldring

Vid profilpressning sker upplösningen under själva pressningen. Rekommenderade tider och temperaturer framgår av Tabell 14.

Uppvärmningen till upplösningstemperatur bör ske snabbt. Tiden för uppvärmningen kan variera från några minuter till ett par timmar. Även ugnskapaciteten och godsmängden påverkar tiden. Det är viktigt att godset placeras på sådant sätt i ugnen att värmning och kylning sker likformigt i hela partiet. Riktvärde för hålltiden vid uppnådd temperatur (godstemperatur) är 15–60 minuter.

Temperaturgränserna vid upplösning är väsentliga. Alltför låg temperatur medför ofullständig upplösning och därmed låg hållfasthet. Alltför hög temperatur medför risk för missfärgning, blåsbildning eller begynnande smältning.

Kylningen efter upplösning måste ske snabbt för att undvika oönskade koncentrationer av legeringsämnen i defekt- och korngränsstrukturen. Samtidigt får man inte kyla snabbare än nödvändigt för att minimera restspänningar, vilket kan leda till deformation eller sprickbildning. Kylningen bör därför ske i kallt vatten, Figur 52.

Kylningshastigheten är legeringsberoende. Grovt smide kan kylas i varmt eller kokhett vatten för att undvika sprickbildning. Förflyttningen av material från ugn till vatten bör ske snabbt. För tunt gods bör tiden vara högst 10 sekunder. Klena detaljer kyls ofta med vattenspray, vilket minskar materialets tendens att slå sig. AlMgSi-legeringar kan, såvida godset inte är mycket tjockt, fläktkylas utan att hållfastheten försämras. För AlZnMg-legeringar rekommenderas fläktkylning.

Kylningen av de härdbara legeringarna påverkar inte bara egenskaper som hållfasthet och duktilitet, utan kan också ge termiska spänningar. Dessa minimeras vanligen genom att minska kylningshastigheten efter upplösningen. Om hastigheten är för låg kommer emellertid oönskad korngränsutskiljning att erhållas. Om den är för hög finns ökad risk för deformationer. Därför är en av de största utmaningarna i kylningsprocessen att välja parametrar som optimerar hållfastheten samtidigt som deformationen minimeras och säkerställer att andra oönskade effekter inte erhålls, till exempel interkristallin korrosion, vilken också är beroende av kylningshastigheten.

Efter kylningen åldras aluminiumlegeringarna spontant och under denna process utskiljs findispersa (små och många) partiklar som avsevärt ökar materialets hållfasthet. Diffusionsprocessen och utfällningskinetiken varierar med legeringens sammansättning.

Åldringen erhålls antingen vid rumstemperatur, kallåldring, eller vid förhöjd temperatur, varmåldring. Legeringsatomerna, som efter upplösning och kylning finns i övermättad lösning i materialet, bildar genom diffusion små utskilda partiklar som ökar materialets hållfasthet. Denna process startar redan vid rumstemperatur (kallåldring).

Olika legeringar kallåldrar olika mycket. Hållfasthetsökningen blir betydligt större för AlZnMg-legeringar än för AlMgSi. Även legeringshalterna har stor betydelse. Till exempel kallåldrar AW-6082 betydligt snabbare än AW-6060 beroende på ett högre legeringsinnehåll.

Karakteristiskt för AlZnMg-legeringar är att kallåldringen pågår under mycket lång tid (flera månader) innan ett stabilt tillstånd uppnås. För AlMgSi sker detta redan efter några dygn.

Material i kallåldrat tillstånd kan kallformas om formningen inte är alltför svår. Omedelbart efter upplösningen är formbarheten bäst. Detta kan utnyttjas vid svårare formningsoperationer, vilka bäst utförs kort tid efter upplösningen. Är man av praktiska skäl tvungen att vänta en längre tid mellan upplösning och kallformning, kan materialet lagras vid låg temperatur till exempel i en frysbox vid –20ºC. Några dagar vid denna temperatur ger för de flesta legeringar en obetydlig kallåldringseffekt.

Maximal hållfasthet uppnås efter varmåldring. För bästa hållfasthet bör en del legeringar kallåldra 1–2 dygn före varmåldringen, medan andra däremot bör kallåldra så kort tid som möjligt, helst mindre än en timme. Till den första gruppen hör AlZnMg-legeringar och låglegerade AlMgSi-legeringar (till exempel AW-6060), till den senare hör högre legerade AlMgSi-legeringar (till exempel AW-6005 och AW-6082).

Rekommenderade tider och temperaturer måste följas om bästa resultat ska erhållas. Allmänt gäller att om åldringstemperaturen höjs kan visserligen tiden minskas, men då blir hållfastheten lägre.