خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیم پس از آهن و فولاد در بازار جهانی ردیف دوم را دارد. توسعه صنعت آلومینیم به خواص مختلف منحصر به فردی است که آن را یکی از مستعدترین مواد مهندسی و سازه ای می سازد.

فروش انواع میلگرد آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیم سبک وزن است ولی استحکام آن از برخی فولادهای ساختمانی بیشتر است. هدایت گرمایی و الکتریکی خوبی دارد و منعکس کننده خوبی برای نور و گرما است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

در اغلب شرایط کاربردی مقاومت به خوردگی زیادی دارد و فلزی غیر سمی است. این آلیاژ میتواند به هر شکل ریخته گری ساخته شود و سطح نهایی متنوعی دارد.

تولید آلومینیم

آلومینیم فراوانترین فلز پوسته زمین است ولی اغلب به صورت ترکیب با عناصر دیگر مثل آهن- سیلیسیم  اکسیژن است.

بوکسیت که اساساً اکسید آلومینیم آبدار است، اساسی ترین سنگ معدنی می باشد که برای تولید این آلیاژ به کار می رود. اکسید آلومینیم خالص با فرایند بایر از بوکسیت استخراج می شود.

فروش لوله آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

ساخت اولیه

ذوب مجدد و ریخته گری

قدم اول در تولید آلومینیم، عملیات ذوب مجدد است. ابتدا کوره ها را با آلومینیم مذابی که مستقیماً از سلولها احیا می آید و یا با شمشی که باید ذوب شود پر می کنند.

عناصر آلیاژی اصلی شمش و قراضه افزوده می شود. فلز مذاب در کوره ذوب مجدد با برداش سرباره تمیز می شود. همچنین مذاب به منظور حذف هیدروژن گازی حل شده، با گاز کلر گاززدایی می شود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

وقتی گاز کلر داخل فلز مذاب دمیده شد، هیدروژن گازی حل شده، با واکنش مکانیکی- شیمیایی حذف می شود.

پس از گاززدایی و تمیز کردن فلز، با گذاشتن توری سیمی ریخته گری می شود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

انواع شمش ها مثل شمش ورق و شمشال آهنگری معمولاً از طریق ریخته گری مستقیم در قالب فلزی ریخته می شود و در این فرایند، فلز مذاب را در قالبی که با آب سرد می شود می ریزند.

بلافاصله بعد از اینکه انجماد فلز شروع شد انتهای قالب را پایین می آورند به طوری که فلز به صورت مداوم در شمشهایی با حدود 14 فوت طول ریخته می شود. مقاطع ورق شمش می تواند حدود 18 اینچ در 64 اینچ باشد.

شمش آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

روتراشی

در مورد شمش های ورق از سطوحی که در تماس با غلتک های نورد گرم اند حدود یک دوم اینچ فلز از سطح شمش برداشته می شود تا صفحه و یا ورق یک سطح صاف و تمیز داشته باشد.

گرم کردن اولیه یا همگن سازی

اغلب شمش های آلیاژی که بایدنورد شوند ابتدا حدود 10الی 24 ساعت پیش گرم می شوند تانفوذ اتمی صورت گیرد و در نتیجه ساختار ریخته شده، همگن شود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

در این عملیات بیشتر اجزای تشکیل دهند موجود بصورت محلول در می آیند، بطورمثال ترکیبات غنی از منگنز آلیاژ 3003. دمای پیشگرم باید کمتر از دمای ذوب ترکیبی باشد که کمترین نقطه ذوب را دارد.

نورد گرم

شمش های پیشگرم شده دوباره تا دمای نوردگرم، گرم می شوند و سپس به دستگاه نورد چهار غلتکه منتقل می شوند.

تختال حاصل که ممکن است حدود 3 اینچ ضخامت داشته باشد مجدداً گرم و با نورد چهار غلتکه میانی تا ضخامت حدود سه چهارم تا یک اینچ نورد می شود. کاهش ضخامت بیشتر بانورد گرم ردیفی و تا ضخامت حدود0/1 اینچ انجام می شود.

نورد آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

نورد سرد

پس از تابکاری میانی، فلز تا اندازه نهایی نورد سرد می شود. ممکن است عملیات تابکاری میانی لازم  باشد.

بیشترین کاهش ضخامت در هرنوبت نورد به آلیاژ و حالت ورقی بستگی دارد که باید نورد شود، کاهش ضخامت می تواند بین 30 تا 65 درصد تغییر کند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

ممکن است تابکاری نهایی نیز لازم باشد. اگر اکسایش سطحی کمتری مورد نظر باشد کوره نهایی با اتمسفر خنثی به کار می رود.

طبقه بندی حالت مشخصات آلومینیوم

آلومینیم کار شده و آلیاژهای آلومینیم کار شده

یک سیستم چهار رفمی برای شناسایی آلیاژهای آلومینیم بکار می رود. عدد اول گروه آلیاژ را نشان می دهد دو عدد آخر مشخص کننده آلیاژ یا خلوص آلومینیم است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

عدد دوم مشخص کننده اصلاح آلیاژ اصلی یا حدود ناخالصی هاست.

جدول گروه های آلیاژهای آلومینیم کار شده

آلومینیم حداقل 99درصد و بیشتر 1xxx

مس 2xxx

منگنز 3xxx

سیلیسیم 4xxx

منیزیم 5xxx

منیزیم – سیلیسیم 6xxx

روی 7xxx

عناصر دیگر 8xxx

سریهای که بکار نرفته اند 9xxx

آلیاژهای ریختگی

برای شناسایی آلومینیم و آلیاژهای ریختگی آن و نیز شمش های ریخته گری یک سیستم چهار رقمی بکار می رود. اولین رقم مشخص کننده گروه آلیاژ است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

دو رقم بعدی مشخص کننده آلیاژ آلومینیم یا تعیین کننده خلوص آن است. آخرین رقم که با یک نقطه یا ممیز از سه عدد اول جدا شده است مشخص کنند شکل محصول است، یعنی، ریختگی یا شمش.

تغییر آلیاژ اصلی و یا حدناخالصیها با یک سری حروف قبل از مشخصه های عددی بیان می شود. حرف x برای آلیاژهای تجربی بکار می رود.

با وجود این، آلیاژهای ریختگی آلومینیم معمولاً با سه عدد مشخص می شود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

جدول گروه های آلیاژهای آلومینیم ریخته شده

آلومینیم 99 درصد یا بیشتر 1xxx

آلیاژهای آلومینیم با عناصر مهم آلیاژی 2xxx

مس 3xxx

سیلیسیم با جزئی مس یا منیزیم 4xxx

سیلیسیم 5xxx

منیزیم7xxx

روی 8xxx

قلع 9xxx

عناصر دیگر 6xxx

مشخصات حالت

مشخصات حالت پس از مشخصات آلیاژ و بعد از خط تیره ذکر می شود. زیر تقسیمات حالت اصلی به نوبت با یک یا چند عدد اضافی مشخص می شود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

مشخصات حالت اصلی

F- بلافاصله بعد از تولید. هیچگونه کنترلی در مورد مقدار کار سختی و یا حد خواص مکانیکی وجود ندارد.

O- تابکاری و تبلور مجدد یافته. حالتی با کمترین استحکام و بیشترین شکلپذیری.

H- کار سخت شده

T- عملیات گرمایی شده برای ایجاد حالتهای پایدار بجز F یا O

زیر تقسیمات سخت شده

H1. فقط کار سخت شده است. درجه کار سختی با رقم دوم مشخص می شود که از یک چهارم سخت شده H12 تا تماماً سخت شده H18 که تقریباً با 75درصد کاهش سطح به وجود می آید، تغییر می کند.

H2. کار سخت شده و بطور کلی تابکاری شده است. حالت از یک چهارم سخت تا کاملاً سخت شده تغییر می کند، و با تابکاری جزئی مواد کار سخت شده با استحکام اولیه بیش از حد مطلوب به دست می آید. حالتها عبارتند از H28.H26.H24.H22

H3. کار سخت شده و پایدار شده. حالتها برای پیر نرمی آلیاژهای آلومینیم- منیزیم است که قبلاً کار سخت شده و سپس برای افزایش شکل پذیری و پایدار کردن خواص مکانیکی در دمای کم گرم شده اند. حالتها عبارتند از H38.H36.H34.H32

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

زیر تقسیمات عملیات گرمایی

T1. بطور طبیعی پیر شده. محصول از دمای بالای فرایند شکل دهی سرد و تا شرایط نسبتاً پایدار به طور طبیعی پیر می شود.

T3. حل سازی شده، کار سرد شده و تا شرایط پایدار به طور طبیعی پیر می شود.

T4. حل سازی شده، و تا شرایط پایدار به طور طبیعی پیر شده است.

T5. از دمای بالای فرایند شکل دهی سرد شده و سپس بطور مصنوعی پیر شده است.

T6. حل سازی شده، و به طور مصنوعی پیر شده است.

T7. حل سازی شده و پایدار شده است.

T8. حل سازی شده، کار سرد شده، و بطور مصنوعی پیر شده است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیم خالص تجاری

درجه خلوص آلومینیم تجاری بین حداقل 99.3 تا 99.7 درصد تغییر می کند. آلومینیم با خلوص بیشتر برای هادی های الکتریکی و ورق منعکس کننده بکار می رود.

آلومینیم با خلوص کمتر، که در صورت لزوم گاهی به آن مس و آهن افزوده می شود، برای تولید آلیاژ 1100 بکار می رود، این آلیاژ آلومینیم خالص استاندار است.

میلگرد آلومینیوم

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

این آلیاژ نسبتاً نرم و چکش خوار است، با کارپذیری و جوش پذیری عالی، آلومینیم خالص تجاری برای قطعات تزینی بکار می رود، مقاومت خوبی به خوردگی دارد.

ساختار

ویژگی ساختار آلومینیم غیر آلیاژی این است که زمینه ای از آلومینیم نسبتاٌ خالص دارد. ترکیبات نامحلول در آلومینیم خالص تجاری معمولاً آهن و سیلیسیم است. مقدار این ترکیبات به درصد خلوص آلیاژ و توزیع آنها، به نوع و میزان محصول بستگی دارد.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

از آنجا که تمام آلیاژهای آلومینیم تجاری دارای ناحالصی های آهن و سیلیسم اند، ترکیبات نامحلول آهن و سیلیسیم به میزان متفاوت در تمام آلیاژها موجود است.

ورق آلومینیوم

خواص مکانیکی

استحکام کششی آلومینیم با خلوص 99.99درصد تابکاری شده در حدود 6.5KSI، تنش تسلیم آن 1.5KSI و ازدیاد طول نسبی آن 50درصد می باشد.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

این آلومینیم فوق العاده خالص در دمای پایین در شرایط کار سخت شده شدید باقی نمی ماند. و احتمالاً در آن تبلور مجدد انجام می شود.

با افزایش درصد ناخالصیها، استحکام آلومینیم تجاری افزایش می یابد و در سری 1XXX به حداکثر می رسد که آلیاژ 1100 است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژ 1100 کاملاً سخت شده استحکام کششی در حدود 24KSI، تنش تسلیم 22KSI و ازدیاد طول نسبی معادل 5درصد دارد.

آلیاژهای آلومینیم – منگنز

ترکیبات شیمایی و کاربرد های خاص

افزودن حدود 1.2Mnدرصد به آلومینیم خالص تجاری آلیاژی با استحکام متوسط و عملیات گرمایی ناپذیر ایجاد می کند.

افزایش منگنز به آلومینیم از طریق تشکیل محلول جامد و همچنین توزیع ظریف رسوب های نامحلول استحکام آن را افزایش می دهد. با افزودن تا حدود 1Mgدرصد استحکام بازهم افزایش می یابد.

این آلیاژها برای نیازهای عمومی که استحکام متوسط و کارپذیری خوب مورد نظر است بکار می رود.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

ساختار

اگر آلیاژ 3003 در دمای بالای 600 درجه سانتی گراد ( همگن سازی ) برای حل کردن ترکیبات منگنزی، پیشگرم شود، و پس از آن عملیات کار سرد انجام شده و در 340 درجه تابکاری شود،

توزیعی ظریف از رسوبهای (MnFe) و (Al-Fe-Mn-Si) به وجود می آید.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

ریز ساختار این آلیاژ پس از پیشگرم کردن در 593 درجه سانتی گراد، کار سرد80درصد، و تابکاری در 340درجه را موریس با کاربرد میکروسکوپ الکترونیکی مطالعه کرده است.

او نشان داد که بهنگام تابکاری رسوبهای غنی از  منگنز معمولاً بر ساختار نابجاییهای کار سرد جوانه می زنند. این رسوبها نابجای ها را قفل و از حرکت آنها جلوگیزی کرده و در دمای تبلور مجدد آلیاژ را افزایش می دهند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

خواص مکانیکی

استحکام آلیاژ 3003 تقریباً 3 تا 4ksi بیشتر از آلیاژ 1100 است. بطور مثال آلیاژ 3300 دارای است استحکام کششی 16ksi است در مقایسه با 1100 که استحکام آن حدود 13ksi می باشد.

آلیاژ 3004 استحکام بیشتری دارد که مربوط به تشکیل محلول جامد منیزیم است، در نتیجه در شرایط تابکاری دارای استحکام کششی 26ksi می باشد. چند آلیاژ کم استحکام مانند 3005 و 3105 در سالهای 1953 و 1966 به وجود آمدند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

این آلیاژها برای کاربرد در سازه ها و به خصوص در کارخانه ها، استحکام، شکل پذیری و مقاومت به خوردگی مطلوبی دارند.

آلیاژهای آلومینیم – منیزیم

ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص

آلیاژهای دوتایی آلومینیم-منیزیم پایه آلیاژهای عملیات گرمایی ناپذیر سری 5xxx را تشکیل می دهند. اگرچه منیزیم حلالیت چشمگیری در آلومینیم دارد و حلالیت با کاهش دما به شدت کاهش می یابد.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

ولی آلیاژهای آلومینیم- منیزیم درصدهای کمتر از 7Mgدرصد از رسوب سختی قابل توجهی از خود نشان نمی دهند.

با وجود این، منیزیم از طریق تشکیل محلول جامد استحکام آلومینیم را بطور چشمگیری افزایش می دهد و موجب کارسختی قابل توجهی می شود.

بسیاری از آلیاژهای آلومینیم-منیزیم، منیزیم به صورت محلول جامد است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

با وجود این وقتی که مقدار منیزیم در آلیاژهای ALMg از 3.5% تجاوز کند رسوب Mg2 AL3 می تواند با عملیات گرمایی در دمایی پایین و یا آرام سرد کردن آلیاژ از دماهای بالا تشکیل شود.

مثلاً اگر آلیاژ 5086 که دارای 4درصد منیزیم است، پس از کار سرد بین 120 الی 180 درجه گرم شود شبکه پیوسته AL3Mg2 می تواند در مرزدانه ها رسوب کند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

این ساختار نامطلوب است که این نوع آلیاژها در دمای بالا مثلاً 245 سانتی گراد تنشگیری شود و با فرایندی دقیق رسوب های AL3Mg2 به صورت ذرات ریز در زمینه پخش شوند.

در آلیاژهای تجاری ممکن است ذرات سیلیسم منیزیم Mg2Si حضور داشته باشند که درصد آنها متناسب با مقدار سیلیسیم آلیاژ است. زیرا ذرات Mg2Si در حصور منیزیم حلالیت کمتری دارند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

اگر آلیاژهای آلومینیم- منیزیم دارای کرم و منگنز باشند، فازهای نامحلول دیگری به همراه ترکیبات  آهن دار، که در تمام آلیاژهای آلومینیم خالص تجاری یافت می شود، حضور دارند.

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی آلیاژهای عملیات گرمایی ناپذیر آلومینیم- منیزیم

استحکام کششی نهایی آلیاژهای تجاری آلومینیم- منیزیم در شرایط تابکاری شده از حدود 18Ksi برای 5005-O تا 45Ksi برای 5456-O تغییر می کند.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

استحکام آلیاژهای 5083 و 5056 نسبت به آلیاژهای 5456 اندکی کمتر است. محصولات کار شده آلیازهای آلومینیم-منیزیم در حالتهای تابکاری O و در حالت H3 یافت می شوند.

اگر چه آلیاژهای آلومینیم-منیزیم در ردیف آلیاژهای عملیات گرمایی ناپذیر طبقه بندی می شوند، مقدار منیزیم محلول در دمای تابکاری آلیاژهای ALMg یا بیش از 4Mg%  بیشتر از مقدار منیزیم محلول در دمای اتاق است.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

در نتیجه اگر این آلیاژها به شدت کرنش یابند و مدت زیادی در دمای اتاق انبار شوند. رسوبهای Mg2AL3 در امتداد نوارهای لغزش به وجود می آیند.

همچنین اگر این آلیاژها در شرایط تابکاری در دماهای بیشتری قرار گیرند رسوب در مرزدانه ها تشکیل می شود. این رسوبها آلیاژ را در معرض شکست مرزدانه ای و خوردگی تنشی در محیطهای خورنده قرار می دهد.

خواص و کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

به همین دلیل حالتهای H3xx برای از بین بردن یا کم کردن این ناپایداری توسعه یافت و در نتیچه این آلیاژ با استحکام های بیشتر قابل دستری است.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

فارسی