Dans l'usinage des pièces aéronautiques, l'état du matériau (recuit, solution solide, vieillissement) détermine directement les paramètres de coupe, la durée de vie de l'outil et la stabilité dimensionnelle finale. De nombreux achats et ingénieurs ont constaté lors de l'enquête que la même qualité de barre d'aluminium 7075, l'état recuit et l'état de vieillissement T6 diffèrent de 20% à 30%, si l'état n'est pas indiqué, il est extrêmement susceptible de provoquer la déformation des premières pièces ou l'angle de collision de l'outil.État des matériaux de traitement des pièces aéronautiques Différence de dureté entre l'état recuit et la solution solide Influence sur le processus de fraisage CNC et de tournage, fournit des recommandations pour la sélection des paramètres et l'acceptation.
Mécanisme central d'influence de l'état des matériaux sur les performances de coupe
L'état mécanique des matériaux métalliques est déterminé par la structure cristalline, la densité de dislocation et la distribution de la phase précipitée. matériaux recuits après chauffage à haute température refroidissent lentement, dislocation massive et recristalline, faible dureté et haute plasticité; matériaux en solution solide (solutionisés) chauffés à la température de solution solide pour dissoudre complètement la phase renforcée dans la matrice, puis refroidissement rapide (généralement trempé à l'eau), formant une solution solide sursaturée, extrêmement stressée à l'intérieur.
Pour l'usinage CNC, la différence de dureté affecte directement le coefficient de force de coupe: chaque augmentation de dureté de 50 HV, la charge de la broche de fraisage de surface augmente d'environ 8% à 10%.Bien que la dureté soit inférieure à T6, l'aluminium 7075 non vieilli à l'état de solution solide est sujet à la déformation de vieillissement après usinage en raison de sa grande contrainte résiduelle interne, nécessitant une stabilisation ultérieure de la trempe; tandis que l'aluminium 6061 à l'état recuit est coupé en douceur, mais sa résistance est faible et ne convient qu 'aux structures non porteuses.
Comparaison des paramètres de dureté à l'état recuit et à l'état de solution solide
Il existe un gradient significatif de dureté entre les différentes qualités à l'état recuit (état O ou état de faible résistance avec préfixe H) et à l'état de solution solide/vieillissement. Les données suivantes sont basées sur les valeurs communes des normes ASTM et sont en fait soumises au certificat de matériau:
| Classe de matériel | état de | Dureté (HB/HV) | Vitesse de coupe recommandée (m/min) | Risque d'intégrité de surface |
|---|---|---|---|---|
| 7075 | État recuit/soft (O) | 30 à 45 HB | 300-400 | Faible, facile à produire des copeaux d'aluminium enroulés autour du couteau |
| 7075 | Solution solide + vieillissement artificiel (T6) | 95 à 105 HB | 250-350 | Moyen, il faut faire attention à laisser le couteau avec la déformation thermique |
| 2024 | État recuit | 35-45 HB | 350-450 | Basse, phénomène de couteau collant évident |
| 2024 | Solution solide + vieillissement naturel (T4) | 80 à 90 HB | 280-380 | Moyen, usure accélérée des couteaux |
| AlSi10Mg (7075 remplacé) | Recuit à l'état coulé | 40 à 50 HB | 400-500 | Basse, organisation inégale |
Conclusion clé:La solution solide (y compris T6/T7) dureté est généralement 60%-100% plus élevé que l'état recuit. si le dessin ne spécifie pas l'état, par défaut fourni à l'état de résistance le plus bas, ce qui peut entraîner une interférence d'assemblage ou une durée de vie insuffisante en fatigue. lors de l'achat doit être clair dans la nomenclature "Condition matérielle", par exemple 7075-T651 ou 7075-51-0.
Stratégie d'ajustement des paramètres de processus CNC avec l'état des matériaux
Lorsque vous passez de l'état recuit à l'usinage en solution solide, la vitesse de rotation de la broche, la vitesse d'alimentation et la profondeur de coupe doivent être ajustées de manière synchrone. prenons l'exemple du centre d'usinage vertical à 3 axes fraisage 7075:
- État recuit (O):La dureté est faible, la force de coupe est faible, une vitesse d'alimentation plus élevée (f= 0,2 - 0,3 mm/rev) peut être utilisée, la vitesse de rotation est de 8000-12000 tr/min, la quantité de liquide de refroidissement est importante pour empêcher l'accumulation de chaleur par les pellicules d'aluminium.
- T6 État de vieillissementAmélioration de la dureté, il est recommandé de réduire l'alimentation à 0,12 - 0,2 mm/rev, la vitesse de la broche est maintenue ou légèrement réduite (6000-10000 tr/min), pour éviter le ramollissement par la chaleur de la pointe du couteau. traitement de la cavité profonde, il est nécessaire d'augmenter le pas en Z, pour éviter de laisser le couteau causer une différence de taille excessive.
- Différences de turn:Lorsque vous travaillez dur pour traiter les pièces d'arbre de chemin, les exigences de rigidité du porte-outil en matériau T6 sont plus élevées, il est recommandé d'utiliser une lame CBN ou en carbure, le rayon de l'arc de la pointe R0, 4-R0, 8 mm, afin de résister aux vibrations.
Tip pour l'expérience:Si le matériau à l'état de solution solide n'est pas traité par vieillissement complet (tel que le vieillissement naturel T4), sa dureté augmente lentement avec le temps. si les pièces restent dans l'atelier pendant plus de 24 heures pour retraiter, la dureté réelle peut être supérieure de 5 à 10 HB à la valeur initiale, il est recommandé de mesurer la dureté et d'ajuster les paramètres lors de l'inspection de la première pièce.
Stress résiduel et contrôle de la déformation d'usinage
Il existe des dislocations de haute densité et des atomes de soluté sursaturés à l'intérieur du matériau en solution solide, et l'élimination du matériau de surface pendant la coupe CNC libère la contrainte résiduelle, ce qui entraîne un rebond. 7075-T6 pièces après fraisage, la taille dans le sens de l'épaisseur peut varier de 0,05 à 0,1 mm.
- Traitement par segments:Laissez une marge de 0,2 à 0,3 mm pour le traitement brut, laissez 2 à 4 heures avant la finition pour permettre la libération initiale de la contrainte.
- Coupe symétrique:Les deux faces sont traitées simultanément ou réservées pour la surface de référence, ce qui réduit les contraintes asymétriques.
- Traitement cryogénique:L'utilisation d'huiles de coupe à basse température supprime l'effet de la déformation thermique sur la précision dimensionnelle.
Pour les supports aéronautiques de grande valeur ou les pièces de réception, il est recommandé d'ajouter le processus de « stabilisation par le vieillissement » dans la voie du processus: le recuit sous contrainte de la barre avant le traitement (isolation thermique à 250-300 ° C pendant 4 heures), bien qu 'une partie de la dureté soit sacrifiée (environ 10-15 HB), peut considérablement améliorer la stabilité dimensionnelle et convient aux scénarios nécessitant une tolérance de ± 0,01 mm.
Critères d'acceptation et points essentiels de l'essai
Lors de l'acceptation, non seulement regarder la taille, mais aussi si l'état du matériau est conforme au dessin. éléments clés de test:
- Contrôle de dureté:Utilisez un compteur de dureté Brinell, 3 pièces par lot, la position d'échantillonnage évite la surface de traitement de plus de 1mm, la lecture doit tomber dans la plage standard (par exemple, 7075-T6: 95-105 HB).
- Rugosité de la surface:Après la coupe du matériau T6, la valeur Ra est généralement supérieure de 0,1 à 0,2 μm à celle de l'état recuit, si Ra0, 4 μm est nécessaire, il est nécessaire d'augmenter le processus de finition/fraisage de finition et d'utiliser des outils avec une netteté élevée et des rainures de rupture appropriées.
- Métallographie macroscopique:Pour les porteurs critiques, un rapport de valeur T (Texture) du fournisseur de matériaux est disponible sur demande, garantissant que l'orientation du grain est conforme aux spécifications de forgeage/extrusion.
Mode de défaillance commun: en raison de la mauvaise utilisation du matériau à l'état recuit pour remplacer l'état T6, ce qui entraîne l'expansion des microfissures après l'installation; ou en raison de l'état non marqué, le fabricant fournit à l'état O à faible coût, interférence lors de l'assemblage. le contrat d'achat devrait indiquer clairement que "l'état du matériau" est une condition de livraison, la preuve du matériau doit être conservée.
Recommandations de sélection et optimisation DFM
Au stade de la conception, si la fonction le permet, la préférence est donnée à l'utilisation de 6061-T6 ou 7075-T73 pour remplacer les états sensibles aux contraintes élevées. 7075-T73 utilise un double vieillissement, une faible contrainte de traction résiduelle, une résistance à la corrosion sous contrainte supérieure à celle du T6 et une déformation d'usinage inférieure d'environ 30% à celle du T6, ce qui le rend approprié pour les pièces aérostructurales de haute précision Si l'état de solution solide doit être utilisé (par exemple, en attendant un traitement de surface ultérieur ou un vieillissement avant l'assemblage), il est recommandé d'indiquer dans le dessin que « la trempe à solution solide doit être terminée avant le traitement, la solution secondaire après la coupe est interdite ».
Pour les pièces extrêmement exigeantes en apparence, la surface de coupe des matériaux à solution solide est sujette à des lignes de peau d'orange, il est recommandé d'ajouter une marge de finition de 0,1 à 0,2 mm et de procéder à un polissage anodisé ou électrolytique pour masquer les traces de traitement.
Questions fréquemment posées (FAQ)
Quels paramètres sont principalement représentés par la différence entre l'état recuit et la dureté en solution solide des matériaux traités pour les pièces aéronautiques?
Principalement reflété dans la dureté Brinell (HB) et le coefficient de force de coupe. la dureté de l'état recuit est inférieure de 40% à 60%, la force de coupe est faible mais facile à déformer; la dureté de la solution solide est élevée, la force de coupe est grande, la vitesse d'alimentation doit être réduite, mais la stabilité dimensionnelle doit être axée sur la libération de contrainte résiduelle.
En quoi l'état T6 de la barre d'aluminium 7075 est-il différent de la sélection d'outils d'usinage O?
L'état O peut être utilisé avec des lames en aluminium universel, avec une alimentation élevée; l'état T6 recommande d'utiliser des lames en carbure enduit ou CBN, de réduire l'alimentation à environ 0,15 mm/rev, d'augmenter la quantité de fluide de coupe et d'empêcher l'usure thermique de la pointe.
Comment éviter le rebond dimensionnel après le traitement des matériaux solides en solution?
Utilisez un processus de coupe symétrique et laissez reposer pendant 2 à 4 heures avant la finition; ou effectuez un recuit de déstress au stade de l'entrée; ou réservez une marge de rebond de 0,05 à 0,1 mm dans la conception de tolérance et corrigez-la par la mesure de la première pièce.
Quel statut le fournisseur fournit-il par défaut lorsque le dessin ne précise pas l'état du matériau?
Dans la pratique de l'industrie, le statut sans pari "Aluminium 7075" est souvent par défaut T6 ou T651, mais les pièces de qualité inférieure peuvent être T4 ou O. Il est recommandé de demander explicitement "Condition matérielle: T6-Températeurs" et de joindre un certificat de matériau.
Comment puis-je vérifier que le fournisseur fournit réellement en solution solide?
Demander un certificat de matériel en lot (MTR), vérifier si l'enregistrement de traitement thermique T6 ou T7 est marqué; après réception, un échantillon aléatoire est testé pour la dureté Brinell, si la dureté est inférieure à la limite inférieure de la norme (par exemple:
