آلیاژهای کارشده آلومینیم

آلیاژهای کار شده آلومینیم

مشخصات و نامگذاری آلیاژهای کار شده آلومینیم (Wrought Aluminium Alloy) در کشورهای مختلف متفاوت است و همین مسئله انتخاب آلیاژ های آلومینیم برای کاربرد های مهندسی را دشوار می کند. علاوه بر این، در برخی از کشور ها، آلیاژ ها بر اساس توالی تاریخ تولید نامگذاری شده اند. در سال 1970 سیستم نامگذاری بین المللی برای محصولات کار شده آلومینیم معرفی شد که بر اساس دسته بندی جامعه آلومینیم آمریکا نامگذاری شده است. نامگذاری آلیاژ ها کارشده آلومینیم در جدول زیر نمایش داده شده است.

در میان آلیاژ های کار شده سه گروه 2xxx ، 6xxx و 7xxx عملیات حرارتی پذیر هستند.

رقم های سوم و چهارم در گروه 1xxx اهمیت بیشتری داشته و نشان دهنده حداقل خلوص آلومینیم است. به عنوان مثال آلیاژ 1145 دارای حداقل خلوص 99.45% است. در سایر گروه های آلیاژی رقم های سوم و چهارم مانند شماره سریال آلیاژ هستند. رقم دوم، رابطه نزدیک میان آلیاژها را نشان می دهد. به عنوان مثال آلیاژهای 5352، 5052 و 5252 از نظر ترکیب شیمایی اختلاف کمی دارند.

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیم به شکل زیر تقسیم بندی می شود:

در انگلستان سه نوع نامگذرای اصلی برای آلومینیم و آلیاژ های آن استفاده شود:

1- مشخصات فنی استاندارد انگلیسی(BS) برای کاربردهای مهندسی عمومی

2- مشخصات فنی برای کاربردهای هوانوردی (گروه L)

3- مشخصات فنی DTD توسط وزارت تکنولوژی برای کاربردهای خاص هوانوردی

آلومینیم خالص تجاری

درجه خلوص آلومینیم تجاری در محدوده 99.3 تا 99.7 درصد تغییر می کند. ترکیبات نامحلول تجاری در آلومینیم خالص تجاری معمولا آهن و سیلیسیم است و مقدار این ترکیبات به درصد خلوص و توزیع آن ها و هم چنین نوع و میزان محصول بستگی دارد. برخی از آلیاژ های این گروه به همراه درصد خلوص  کاربرد آن ها در جدول زیر نمایش داده شده است.

آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی آلومینیم

در میان آلیاژهای کار پذیر آلومینیم، آلیاژهای آلومینیم -منگنز (3xxx) و آلیاژهای آلومینیم-منیزیم (5xxx) قابلیت انجام عملیات حرارتی را ندارند.

آلیاژهای آلومینیم -منگنز

حلالیت منگنز در آلومینیم 1.82 درصد است ولی مقدار منگنز در آلیاژ های آلومینیوم برابر با 1.25 درصد است. علت این اختلاف حضور آهن به عنوان ناخالصی است که باعث کاهش حلالیت می شود. تنها آلیاژ پر مصرف آلومینیم – منگنز، آلیاژ 3003 است. افزودن منگنز به آلومینیوم از طریق تشکیل محلول جامد و توزیع ظریف رسوب های نامحلول، استحکام آن را افزایش می دهد. افزدون یک درصد منیزیم منجر به افزایش بیشتر استحکام می شود. آلیاژ های گروه 3xxx دارای استحکام متوسط، انعطاف پذیری بالا و مقاومت خوردگی مطلوبی هستند. این آلیاژ ها برای ساخت قوطی های نوشابه، وسایل آشپزخانه و پخت و پز به کار می روند.

آلیاژهای آلومینیم-منیزیم

آلومینیم و منیزیم در محدوده وسیعی از ترکیب شیمایی تشکیل محلول جامد می دهند و آلیاژ های کارپذیری تولید می کنند که حاوی 0.8 الی 5 درصد منیزیم است. مستحکم ترین آلیاژ این گروه 5456 است که استحکام کششی آن برابر با 310 مگا پاسکال است. اگر در این آلیاژها مقدار منیزیم بیش از 4-3 درصد باشد، فاز β یا Mg₅Al₈ روی مرز دانه ها و نوارهای لغزشی رسوب می کند و همین موضوع منجر به خوردگی بین دانه ای و ایجاد ترک در اثر خوردگی تنشی می شود. افزودن کروم و منگنز می تواند از این مسئله جلوگیری کند. این آلیاژ ها در بدنه کامیون ها، مخازن بزرگ حمل بنزین، شیر و دانه های غلات، مخازن تحت فشار (به خصوص در دما های پایین) ، بدنه قایق های کوچک و کشتی های اقیانوس پیما مورد استفاده قرار می گیرند.

آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر آلومینیم

در میان آلیاژهای کار شده آلومینیم، آلیاژهای سری 2xxx، 6xxx،7xxx قابلیت انجام عملیات حرارتی را دارند.

آلیاژهای آلومینیم-مس و آلومینیم-مس-منیزیم

تغییراتی که در حین پیر کردن آلیاژهای آلومینیوم - مس رخ می دهد، بسیار بیشتر از سایر آلیاژ ها مورد توجه قرار گرفته است، اما تنها چند آلیاژ تجاری بر پایه این سیستم وجود دارد. آلیاژ 2011 قابلیت ماشین کاری خوبی دارد ولی امروزه آلیاژ 2219 به علت خواص مناسب تر، جای آلیاژ 2011 را گرفته است. آلیاژ 2219 دارای خواص کششی بالا، استحکام خزشی خوب و چقرمگی زیادی است.

آلیاژهای آلومینیم - مس - منیزیم در سال 1906، به طور اتفاقی در برلین ساخته شدند و تحقیقات انجام شده روی این آلیاژ منجر به پیدایش آلیاژ دورآلومین شد. معمولا این آلیاژ ها و سایر آلیاژ های گروه 2xxx به وسیله روش نوردی با آلومینیم یا آلیاژ آلومینیم - روی پوشش داده می شوند تا مقاومت به خوردگی مطلوبی را ایجاد کنند. در یک استحکام کششی برابر، آلیاژهای گروه 2xxx از آلیاژ های گروه 7xxx چقرمگی شکست پایین تری را نشان می دهند. دلیل این مسئله، اندازه بزرگ ترکیبات {{بین فلزی}} در آلیاژ های 2xxx است. با کاهش مقادیر آهن، سیلیسم و مس، چقرمگی شکست و انعطاف پذیری بهبود می یابد. این آلیاژ ها در هواپیما و صنایع اتومبیل سازی به کار می روند.

آلیاژهای آلومینیم-منیزیم-سیلیسیم

آلیاژهای آلومینیم - منیزیم - سیلیسیم به عنوان آلیاژ های ساختمانی به کار می روند. این آلیاژ ها دارای خواص جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی تنشی هستند. این آلیاژ ها بیشتر به صورت اکسترود شده به کار می روند. آلیاژ های این گروه به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1- آلیاژهایی با مقدار منیزیم و سیلیسیم بین 0.8 تا 1.2 درصد که به آسانی اکسترود می شوند. محصول خروجی از اکستروژن قابلیت کوئنچ دارد و نیاز به عملیات محلول سازی جداگانه نیست.

2- آلیاژهای دو دسته دیگر حاوی مقادیر منیزیم و سیلیسم بیش از 1.4 درصد هستند. این آلیاژ ها پس از اکسترود شدن به عملیات محلول سازی و کوئنچ نیاز دارند.

3- آلیاژهای دسته سوم دارای مقدار سیلیسمی بیش از مقدار مورد نیاز برای تشکیل Mg₂Si هستند. افزایش مقدار سیلیسم منجر به ریز شدن اندازه ذرات Mg₂Si و رسوب سیلیسم می شود و به پیرسختی کمک زیادی می کند.

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم و آلومینیم-روی-منیزیم-مس

آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم در میان کلیه آلیاژ های آلومینیم بیشترین پتانسیل {{پیرسختی}} را دارند. در آلیاژ های پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از 0.3 درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژ هایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژ ها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن ها وجود دارد. بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم در ابتدا برای ساخت پل های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم - مس بیشترین میزان پیرسختی را از خود نشان می دهند. نیاز صنایع نظامی به استفاده از آلیاژ های هواپیمایی که نسبت استحکام به وزن آن ها بالا باشد، در نهایت منجر به تولید آلیاژهای گروه Al-Zn-Mg-Cu شد. آلیاژ 7075 شناخته شده ترین آلیاژ این گروه است.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Polmear, I. J.  Light Alloys: From traditional Alloys to Nanocrystals, Butterworth-Heinemann, 2006.

Smith, W. F. Structure and properties of engineering alloys, McGraw-Hill, 1993.

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است