آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر آلومینیم

در مقاله زیر قصد داریم به معرفی آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر آلومینیم بپردازیم:

– آلیاژهای “آلومینیم-مس” و “آلومینیم-مس-منیزیم” (2xxx)

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

آلیاژهای “آلومینیم-مس-منیزیم” در سال 1906، به طور اتفاقی در آزمایشگاهی در برلین ساخته شدند و تحقیقات انجام شده روی این آلیاژ منجر به پیدایش آلیاژ دورآلومین شد. معمولا این آلیاژها و سایر آلیاژهای 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 آلیاژهای 2xxx است. با کاهش مقادیر آهن، سیلیسم و مس، چقرمگی شکست و انعطاف پذیری بهبود می یابد. این آلیاژها در هواپیما و صنایع اتومبیل سازی به کار می روند.

– آلیاژهای آلومینیم-منیزیم-سیلیسیم (6xxx)

آلیاژهای آلومینیم- منیزیم- سیلیسیم به عنوان آلیاژهای ساختمانی به کار می روند. این آلیاژها دارای خواص جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی تنشی هستند. این آلیاژها بیشتر به صورت اکسترود شده به کار می روند. آلیاژهای 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 آلیاژها 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 (7xxx)

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم در میان کلیه آلیاژهای آلومینیم بیشترین پتانسیل پیرسختی را دارند. در آلیاژهای پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از 0/3 درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژهایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژها 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 آلیاژهای 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.

***** آلیاژهای فاقد توانایی عملیات حرارتی آلومینیم *****

– آلیاژهای ترکیب “آلومینیم -منگنز” (3xxx)

میزان حلالیت منگنز در آلومینیم 1/82 درصد است ولی میزان منگنز در آلیاژهای آلومینیوم برابر با 1/25 درصد است. دلیل این اختلاف حضور عنصر آهن به عنوان ناخالصی می باشد که باعث کاهش میزان حلالیت می گردد. تنها آلیاژ پرمصرف ترکیب “آلومینیم – منگنز”، “آلیاژ 3003” است. اضافه کردن منگنز به آلومینیوم از طریق تشکیل محلول جامد و توزیع ظریف رسوب های نامحلول، باعث استحکام آن میشود. افزدون تنها یک درصد منیزیم باعث افزایش بیشتر استحکام می شود.

آلیاژهای گروه 3xxx دارای “استحکام متوسط”، “انعطاف پذیری بالا” و “مقاومت خوردگی” مطلوبی هستند. این آلیاژها برای ساخت قوطی های نوشابه، وسایل آشپزخانه و پخت و پز به کار می روند.

– آلیاژهای “آلومینیم-منیزیم” (5xxx)

آلومینیم و منیزیم در طیف وسیعی از ترکیب شیمیایی باعث تشکیل محلول جامد می شود و آلیاژهای کارپذیری تولید می کنند که حاوی 0/8 الی 5 درصد منیزیم است. محکم ترین آلیاژ این گروه “آلیاژ آلومینیوم 5456” است که میزان استحکام کششی آن 310 مگا پاسکال است. اگر در این رده آلیاژی مقدار منیزیم بیشتر از 4-3 درصد شود، فاز β یا Mg5Al8 روی مرز دانه ها و نوارهای لغزشی رسوب می کند و همین موضوع باعث خوردگی بین دانه ای و ایجاد ترک در اثر خوردگی تنشی می شود.

اضافه کردن عناصر کروم و منگنز می تواند از این مسئله جلوگیری کند. این دسته آلیاژها در ساخت بدنه کامیون ها،ساخت مخازن بزرگ حمل بنزین، شیر و دانه های غلات، مخازن تحت فشار (در دماهای پایین) ، بدنه قایق های کوچک و کشتی های اقیانوس پیما استفاده می شود.