عملیات حرارتی برنز آلومینیوم

عملیات حرارتی برنز آلومینیوم

عملیات حرارتی برنز آلومینیوم (Aluminum Bronze Heat Treatment) به طرق مختلف انجام می شود. برای مثال وقتی که مقدار آلومینیوم در آلیاژهای Cu-Al بیشتر از 8% و دما بیشتر از 900 درجه سانتیگراد باشد فاز β در ساختار به ‌وجود می‌آید و آلیاژ دو فازی تشکیل می‌شود. از آنجا که حلالیت فاز α با کاهش دما افزایش می ‌یابد آهنگ سرد شدن شدیدا بر ساختاری که در دمای اتاق به‌ دست می‌ آید تاثیر دارد. همچنین، وقتی که مقدار آلومینیوم بیشتر از 9.5% افزایش می‌ یابد احتمال تجزیه یوتکتوئید وجود دارد. اگر این نوع آلیاژ به سرعت تا دمای اتاق کوئنچ شود استحاله مارتنزیت رخ می‌دهد (شبیه به واکنش مارتنزیت در فولاد های ساده کربنی)، که در آن فاز نیمه ‌پایدار βَ با ساختار تتراگونال به ‌وجود می‌ آید.

به طور مثال در مورد آلیاژ Cu-%9.8Al چنانچه در شرایط مختلفی سرد شود، ساختارهای متفاوتی حاصل می گردد. اگر آلیاژ ابتدا تا 900 درجه سانتیگراد گرم شود و به مدت یک ساعت در آن دما نگه داشته شود و سپس تا دمای اتاق در آب کوئنچ گردد، ساختار تقریباً به‌ طور کامل مارتنزیت βَ خواهد بود (شکل روبرو قسمت الف)که دارای استحکام زیاد و شکل پذیری کم است. اگر آلیاژ به آهستگی تا 800 و یا 650 درجه سانتیگراد سرد شود و سپس تا دمای اتاق در آب کوئنچ گردد، مقدار کمتری مارتنزیت βَ تشکیل می شود ( شکل روبرو قسمت های ب و ج) استحکام آلیاژ کاهش و شکل ‌پذیری آن افزایش می ‌یابد. با وجود این، اگر آلیاژ به آهستگی تا 500 درجه سانتیگراد سرد شود، که زیر دمای یوتکتوئید است و سپس تا دمای اتاق کوئنچ شود،  فاز β با واکنش یوتکتوئید به α + γ₂ تجزیه می شود (شکل روبرو قسمت د).

بر اثر حضور فاز شکننده γ₂ ساختار دارای استحکام و شکل‌ پذیری کمی است. بنابراین در آلیاژهای تجاری از تشکیل فاز γ₂ به دلیل اثر مضر آن بر شکل ‌پذیری اجتناب می‌ شود.

برخی از عملیات های حرارتی برنز آلومینیوم

در جدول زیر برخی از عملیات های حرارتی آلیاژ برنز آلومینیوم (Cu-%9.8Al) ارائه شده است.

معمول‌ ترین عملیات حرارتی برنز آلومینیوم 90Cu%-%10Al کوئنچ کردن آلیاژ از دمای 900 درجه سانتیگراد یا بالاتر است، که منجر به ساختار کامل مارتنزیت βَ می شود. سپس آلیاژ بین 400 تا 650 درجه سانتیگراد بازپخت می‌ شود تا خواص مطلوب به ‌دست آید. چون فاز α در امتداد سطوح بلورشناسی رسوب می کند و رسوب ‌های ریزتری نسبت به سرد کردن مداوم ایجاد می‌شود، استحکام و شکل‌ پذیری مطلوبی به ‌دست می‌آید.

خواص مکانیکی آلیاژهای برنز آلومینیوم

برنزهای آلومینیوم که تا 10% آلومینیوم و حدود 5% آهن و 5% نیکل دارند، به ‌طور استثنایی محکم و چقرمه ‌اند و مقاومت عالی به‌ خوردگی اکسایشی در دمای زیاد دارند. این آلیاژها برای یاتاقان ‌های استحکام بالا و چرخ‌ دنده‌ ها به‌ کار می‌روند و می‌ توانند برای قالب ‌های کشش عمیق برخی فولاد های زنگ نزن به کار روند. جدول زیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد برخی برنزهای آلومینیوم را نشان می‌دهد.

در حالت عمومی، استحکام کششی برنزهای آلومینیوم α به‌ طور خطی تا حداکثر حلالیت آلومینیوم در مس افزایش می‌یابد (حدود 8%) در صورتی که، ازدیاد طول تا حدود 5% افزایش می‌یابد و سپس در گستره 5 تا 7.5% ثابت می‌ماند (مطابق شکل بالا). با افزایش مقدار فاز β استحکام کششی افزایش می ‌یابد اما ازدیاد طول به شدت کم می‌ شود.

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

ویلیام اسمیت ، ترجمه علی اکبر اکرامی و سید مرتضی سید ریحانی ، ساختار ، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی ، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف ، 1382

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است