No processamento de peças de aviação, o estado do material (estado recozido, estado de solução sólida, estado de envelhecimento) determina diretamente os parâmetros de corte, a vida útil da ferramenta e a estabilidade dimensional final. Muitos compradores e engenheiros descobriram que a taxa de alimentação recomendada da mesma barra de alumínio 7075 no estado recozido e no estado de envelhecimento T6 é 20%-30%, se o estado não for indicado, é fácil causar deformação do primeiro lote ou colapso do ângulo da ferramenta.Diferença de dureza entre o estado recozido e o estado de solução sólida de materiais de usinagem de peças aeronáuticas A influência no processo de fresagem e torneamento CNC é discutida. Sugestões de seleção e aceitação de parâmetros são fornecidas.
O mecanismo central de influência do estado do material no desempenho de corte
O estado mecânico dos materiais metálicos é determinado pela estrutura cristalina, densidade de deslocamento e distribuição de fases precipitadas. O material recozido é resfriado lentamente após o aquecimento a alta temperatura, e uma grande quantidade de deslocamento é recuperada e recristalizada, resultando em baixa dureza e alta plasticidade. O material solidificado é aquecido até a temperatura da solução para dissolver completamente a fase de fortalecimento na matriz e, em seguida, resfriado rapidamente (geralmente com água) para formar uma solução sólida supersaturada com grande estresse interno.
Para a usinagem CNC, a diferença de dureza afeta diretamente o coeficiente de força de corte: a carga do fuso da fresa de face aumenta em 8%-10% para cada aumento de 50 HV na dureza. O alumínio 7075 não envelhecido em estado de solução sólida tem dureza menor que T6, mas devido ao seu grande estresse residual interno, a deformação do envelhecimento ocorre facilmente após o processamento, por isso precisa de estabilização de têmpera subsequente; enquanto o alumínio 6061 recozido tem corte suave, mas baixa resistência, por isso é adequado apenas para estruturas sem suporte de força.
Comparação dos parâmetros de dureza entre o estado recozido e o estado de solução sólida
Existem gradientes significativos na dureza de diferentes graus no estado recozido (estado O ou estado de baixa resistência com prefixo H) e no estado de solução/envelhecimento. Os dados a seguir são baseados nos valores comuns da norma ASTM e estão sujeitos ao certificado de material:
| Designação de materiais | Estado | Dureza (HB/HV) | Taxa de corte recomendada (m/min) | Risco de integridade de superfície |
|---|---|---|---|---|
| 7075 | Annealed/Soft (Tradução) | 30 ao 45 HB | 300-400 | Baixo, fácil de produzir sucata de alumínio |
| 7075 | Solução sólida + envelhecimento artificial (T6) | 95 ao 105 HB | 250-350 | Deve-se tomar cuidado para que a faca se deforme termicamente. |
| 2024 | Estado recozido | 35-45 HB em | 350-450 | Baixo, o fenômeno da faca pegajosa é óbvio |
| 2024 | Solução sólida + envelhecimento natural (T4) | 80 ao 90 HB | 280-380 | O desgaste da ferramenta é acelerado |
| AlSi10Mg (substituição de 7075) | As-cast Annealing (Tradução) | 40 ao 50 HB | 400-500 | Baixo, tecido não homogêneo |
Principais conclusões:A dureza da solução sólida (incluindo T6/T7) é geralmente 60%-100% maior do que a dureza do estado recozido. Se o estado não for indicado nos desenhos, o padrão é fornecer o estado de resistência mínima, o que pode resultar em interferência de montagem ou vida de fadiga insuficiente. Certifique-se de especificar a "Condição de Material" na BOM ao comprar, como 7075-T651 ou 7075-51-0
Estratégia de ajuste de parâmetros do processo CNC com o estado do material
A velocidade de rotação do fuso, a velocidade de alimentação e a profundidade de corte devem ser ajustadas de forma síncrona ao mudar do estado de recozimento para o estado de envelhecimento da solução.
- Estado recozido (O):Baixa dureza, pequena força de corte, alta taxa de alimentação (f= 0,2 - 0,3 mm/rev), velocidade de rotação 8000-12000 rpm, grande quantidade de refrigerante para evitar o acúmulo de calor de sucata de alumínio.
- Estado de envelhecimento T6:Para aumentar a dureza, recomenda-se reduzir a alimentação para 0,12 - 0,2 mm/rev e manter ou diminuir ligeiramente a velocidade de rotação do fuso (6000-10000 rpm) para evitar o amolecimento térmico da ponta da faca. Durante o processamento de cavidade profunda, é necessário adicionar o passo Z para evitar a superação dimensional causada pela faca.
- Variação de turning:Ao usinar peças de eixo de pequeno diâmetro com uma máquina de movimento, a rigidez do porta-ferramentas de material T6 é maior. Recomenda-se usar uma inserção de CBN ou carboneto cimentado com um raio de arco da ponta da ferramenta de R0, 4-R0, 8 mm para resistir à vibração.
Experiência Tips:Se o material de solução sólida não for completamente envelhecido (por exemplo, envelhecimento natural T4), sua dureza aumentará lentamente com o tempo. Se a peça permanecer na oficina por mais de 24 horas para reprocessamento, a dureza real pode ser 5-10 HB maior que o valor inicial. Recomenda-se medir a dureza e ajustar os parâmetros durante a inspeção do primeiro artigo.
Tensão residual e controle de deformação de usinagem
A remoção do material da camada superficial durante o corte CNC pode liberar o estresse residual e levar ao rebote. A dimensão de espessura do 7075-T6 pode variar de 0,05 a 0,1 mm após a fresagem.
- Processo de subseção:Deixe uma margem de 0,2 - 0,3 mm para usinagem áspera e deixe repousar por 2-4 horas antes da usinagem de acabamento para permitir a liberação preliminar de estresse.
- Corte simétrico:A usinagem simultânea de ambos os lados ou a reserva de superfícies de referência reduzem o estresse assimétrico.
- Processamento a baixa temperatura:O óleo de corte de baixa temperatura é usado para suprimir o efeito da deformação térmica na precisão dimensional.
Para suportes aeronáuticos de alto valor ou peças de caixa, recomenda-se adicionar o processo de "estabilização de envelhecimento" ao processo: o recozimento de alívio de estresse (preservação de calor a 250-300℃ por 4h) é realizado na barra antes do processamento, o que pode melhorar significativamente a estabilidade dimensional, embora sacrifique parte da dureza (cerca de 10-15 HB), o que é adequado para o cenário com tolerância de ± 0,01 mm.
Critérios de aceitação e pontos de teste
A aceitação depende não apenas do tamanho, mas também se o estado do material está em conformidade com os desenhos.
- Verificação de dureza:Use um testador de dureza Brinell, 3 peças para cada lote, a posição de amostragem deve estar a mais de 1mm da superfície de processamento e a leitura deve estar dentro da faixa padrão (por exemplo, 7075-T6: 95-105 HB).
- Superfície rugosidade:O valor de Ra do material T6 após o corte é geralmente 0,1 - 0,2 μm maior do que o do estado recozido. Se Ra0, 4 μm for necessário, o processo de torneamento/fresagem de acabamento deve ser adicionado e ferramentas com alta nitidez e ranhura de quebra de cavacos adequada devem ser usadas.
- Metalografia macroscópica:Para peças críticas de suporte de força, o relatório Texture do fornecedor de material está disponível para garantir que a orientação do grão atenda às especificações de forjamento/extrusão.
Modos de falha comuns: o uso indevido de material recozido em vez de T6 leva ao crescimento de microfissuras após a instalação; ou o status não é marcado, o fabricante fornece o produto de acordo com o status O de baixo custo e a interferência ocorre durante a montagem. O contrato de compra deve especificar o "status do material" como condição de entrega e manter o certificado de material.
Sugestões de seleção de tipo e otimização de DFM
Na fase de projeto, se a função permitir, o uso de 6061-T6 ou 7075-T73 é preferido para substituir o estado de alta sensibilidade à tensão. 7075-T73 adota envelhecimento de dois estágios, com baixa tensão de tração residual, melhor resistência à corrosão sob tensão do que T6 e cerca de 30% menor deformação de usinagem do que T6, adequado para peças de estrutura aeronáutica de alta precisão. Se o estado de solução sólida for necessário (por exemplo, aguardando tratamento de superfície subsequente ou reenvelhecimento antes da montagem), recomenda-se indicar nos desenhos que "a têmpera da solução sólida deve ser concluída antes do processamento, e a solução sólida secundária após o corte é proibida".
Para as peças com requisitos de aparência extremamente altos, a casca de laranja é fácil de aparecer na superfície após o corte de material de solução sólida. Recomenda-se aumentar a permissão de acabamento de 0,1 - 0,2 mm e realizar anodização ou polimento eletrolítico para cobrir as marcas de processamento.
Perguntas frequentes (FAQ)
Quais são os principais parâmetros que refletem a diferença de dureza entre o estado recozido e o estado de solução sólida dos materiais de usinagem de peças aeronáuticas?
A dureza recozida é 40%-60% menor e a força de corte é pequena, mas fácil de deformar; a dureza da solução sólida é alta e a força de corte é grande, portanto, a velocidade de alimentação deve ser reduzida, mas a estabilidade dimensional deve prestar atenção à liberação de tensão residual.
Qual é a diferença entre a seleção de ferramentas de usinagem T6 e O-state para barras de alumínio 7075?
O estado O pode ser usado com inserções de alumínio de uso geral com alta alimentação; o estado T6 recomenda o uso de inserções de carboneto cimentado revestido ou CBN, reduzindo a alimentação para cerca de 0,15 mm/rev, aumentando a quantidade de fluido de corte para evitar o desgaste térmico da ponta da ferramenta.
Como evitar o springback dimensional após o processamento de materiais de solução sólida?
O processo de corte simétrico deve ser adotado e deixado por 2-4 horas antes da usinagem de acabamento; ou o recozimento de alívio de tensão deve ser realizado no estágio de entrada; ou uma margem de rebote de 0,05 - 0,1 mm deve ser reservada no projeto de tolerância e corrigida através da medição real do primeiro artigo.
Quando o estado do material não é indicado no desenho, qual estado é fornecido por padrão pelo fornecedor?
Na prática da indústria, o estado não marcado de "Aluminum 7075" geralmente é padrão para T6 ou T651, mas as peças de baixa qualidade podem ser T4 ou O. Sugere-se que "Material Condition: T6-Tempers" seja explicitamente exigido e o certificado de material seja anexado ao fazer uma consulta.
Como verificar se o fornecedor realmente fornece a solução sólida?
É necessário fornecer o certificado de material (MTR) com o lote e verificar se os registros de tratamento térmico T6 ou T7 estão marcados; após o recebimento, uma amostra aleatória é testada quanto à dureza Brinell, se a dureza for menor que o limite inferior do padrão (por exemplo,
