آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهایی با خاصیت فلزی هستند که معمولاً شامل ۹۰–۹۶٪ آلومینیوم بوده و علاوه بر آن دارای یک یا چند عنصر دیگر هستند که به منظور بهبود خواص به آلومینیوم افزوده شده‌اند. معمولاً این آلیاژهای علاوه بر عناصر آلیاژی اصلی شامل چندین عنصر آلیاژی فرعی نیز هستند که مقدار اندکی داشته ولی تأثیر بسیاری بر ویژگی‌های آن‌ها دارند

عناصر آلیاژی: اگرچه بسیاری از فلزات با آلومینیوم تشکیل آلیاژ می‌دهند ولی تعداد کمی از آن‌ها در آلومینیوم حلالیت قابل توجهی دارند که به عنوان افزودنی آلیاژی اصلی بکار روند. در بین عناصر آلیاژی معمول تنها روی، منیزیوم، مس و سیلسیوم حلالیت بالایی دارند

خواص

آلیاژهای کارشده: مقاومت به خوردگی: بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم به علت تشکیل طبیعی لایهٔ اکسیدی چسبنده به سطح مقاومت به خوردگی اتمسفری و شیمیایی بالایی دارند. این مشخصه در آلیاژهای سری 1، 3، 5 و 6 بارزتر است

رسانایی حرارتی: آلومینیوم و آلیاژهای آن رسانایی حرارتی بالایی دارند و با اینکه نسبت به فولاد در دمای پایین‌تری ذوب می‌شوند، اما در صورت مجاورت با آتش دمای آن‌ها کندتر افزایش می‌یابد

رسانایی الکتریکی: آلومینیوم و برخی از آلیاژهای آن رسانایی الکتریکی بسیار بالایی داشته و از این لحاظ در میان فلزات رسانای تجاری پس از مس در ردهٔ دوم قرار می‌گیرند

نسبت استحکام/وزن: آلومینیوم با چگالی کم خود برای ساخت آلیاژهای مهندسی مناسب است. گر چه استحکام آلیاژهای پایه آلومینیوم به اندازه استحکام قابل حصول در فولادها نیست ولی نسبت استحکام به وزن این آلیاژها بالا بوده و به این دلیل آلیاژهای تجاری آلومینیوم تعداد زیادی دارند. استحکام اغلب این آلیاژ را می‌توان از طریق رسوب‌سختی یا کار گرم افزایش داد

چقرمگی شکست: بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم چقرم بوده و در کاربردهایی که مقاومت به شکست ترد و رشد ترک موردنیاز باشد بکار گرفته می‌شوند

کارپذیری: آلومینیوم و آلیاژهای آن را می‌توان در بسیاری از روش‌های فلزکاری که نیاز به کارپذیری دارند (مانند اکستروژن) بکار گرفت

سهولت اتصال: آلومینیوم و آلیاژهای آن را می‌توان با طیف گسترده‌ای از روش‌های تجاری معمول از قبیل جوشکاری، لحیم‌کاری، پیچ‌کاری، پرچ‌کاری و حتی میخ‌زنی به یکدیگر اتصال داد

قابلیت بازیافت: بازیافت آلومینیوم و آلیاژهای آن در میان مواد سازه‌ای بسیار ساده است و می‌توان پس از بازیافت آن‌ها را مستقیماً به صورت محصولات کیفیت بالا بکار برد

آلیاژهای ریختگی: بطور کلی خواص آلیاژهای کارشده در آلیاژه ریختگی نیز وجود دارد ولی در انتخاب آلیاژهای ریختگی خواص زیر اهمیت دارند

سهولت ریخته‌گری: این خصوصیت در سری سیلسیم بالای 3 بارز است. میزان بالای سیلسیم باعث جریان‌پذیری خوب و پرشدن قالب می‌شود

استحکام: آلیاژهای سری 2 استحکام بسیار بالایی دارند ولی ریخته‌گری آن‌ها سخت‌تر بوده و قابلیت پرداخت خوبی ندارند

پرداخت کار: سری 5 و 7 به علت قابلیت پرداخت خوب مورد توجه‌اند اما ریخته‌گری آن‌ها از گروه 3 سخت‌تر است

نامگذاری: آلیاژهای آلومینیوم ریختگی و کارشده توسط شماره‌های معینی مشخص می‌گردند. این شماره‌ها نشان می‌دهند که در فرایند ساخت چه عناصری به آلیاژهای فوق اضافه‌شده و گروه ویژه‌ای از این فلزات را ساخته‌اند

ANSI و AA

در این سیستم نام‌گذاری و برای آلیاژهای کارشده از یک مکانیزم شماره‌دهی چهاررقمی و برای آلیاژهای ریختگی از سیستم شماره‌دهی سه‌رقمی استفاده می‌شود که اولین عدد، معرف گروه‌بندی فلز و مهم‌ترین عنصر آلیاژی اضافه‌شده به آلیاژ است

آلیاژهای کارشده

سری ترکیب

1XXX آلومینیوم تقریباً خالص

2XXX آلیاژ آلومینیوم و مس

3XXX آلومینیوم منگنزدار

4XXX آلومینیوم سیلیسیم‌دار

5XXX آلیاژ آلومینیم و منیزیم

6XXX آلیاژهایی با ترکیب منیزیم، سیلیسیم و آلومینیوم

7XXX آلیاژهایی با ترکیب روی و آلومینیوم و منیزیم

8XXX آلیاژ آلومینیوم با عناصر کمتر متعارف همچون لیتیم

آلیاژهای ریخته‌گی

سری ترکیب

1xx.x آلومینیوم تقریباً خالص

2xx.x آلیاژ آلومینیوم و مس

3xx.x آلومینیوم داری مس، سیلسیم و اندکی منیزیم

4xx.x آلومینیوم سیلیسیم‌دار

5xx.x آلیاژ آلومینیم و منیزیم

6xx.x آلیاژهایی با ترکیب منیزیم، سیلیسیم و آلومینیوم

7xx.x آلیاژهایی با ترکیب روی و آلومینیوم و منیزیم

8xx.x آلیاژ آلومینیوم با عناصر کمتر متعارف همچون قلع و لیتیم

پسوندها نام‌گذاری: علاوه بر شماره‌گذاری آلیاژها، برای مشخص کردن یک آلیاژ نوع فرایند عملیات حرارتی یا فرایند ساخت آلیاژنیز مبنای شماره‌گذاری است. برای این نامگذاری از حروف انگلیسی در انتهای نام آلیاژ استفاده می شود مثلاً ... این نام‌گذاری تحت استاندارد ملی آمریکا با شماره .... و با عنوان سیستم تعریف شده تمپر نامیده می‌شود و برای تمامی روش‌های تولید کاربرد دارد. بسته به نوع فرایند تولید یکی از حروف ... برای بدون تغییر و حالت از تولید، ... برای آنیل، .. برای سخت کردن کرنشی، ... برای عملیات حرارتی محلول سازی و ... برای عملیات حرارتی دیگر از جمله رسوب سختی برای نامیدن آلیاژها بکار می‌رود

به‌صورت کامل تر

F برای حالت بدون تغییر و از تولید

O برای حالت آنیل شده

H برای حالت کرنش سخت شده (کار سرد شده)

برای عدد اول در رده HXX

H1 کرنش سخت شده بدون عملیات حرارتی

H2 کرنش سخت شده و جزیی آنیل شده

H3 کرنش سخت شده و پایداره شده از طریق عملیات حرارتی دمای پایین

عدد دوم در رده HXX (در صورت وجود) بیانگر مقدار سختی به دست آمده نسبت به حالت سختی حداکثر در آن عملیات سخت کاری است

HX2 بیانگر سختی به میزان ۱/۴ سختی حداکثر است

HX4 بیانگر سختی به میزان ۱/۲ سختی حداکثر است

HX6 بیانگر سختی به میزان ۳/۴ سختی حداکثر است

HX8 بیانگر سختی به میزان حداکثر است

HX9 بیانگر سختی بیشتر از سختی حداکثر است

... برای حالتی است که آلیاژها تحت عملیات حرارتی قرار گرفته باشند. این حالت بیانگر تمپرهایی است که پایدار هستند (البته به غیر از حالات ..و ... یا ...)، بر خلاف حالت نام‌گذاری ..

T1 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی، با درجه حرارت بالا و پیر شده به صورت طبیعی

T2 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی، با درجه حرارت بالا، کار سرد شده و پیر شده به صورت طبیعی

T3 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، کار سرد شده و پیر شده به صورت طبیعی

T4 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پیر شده به صورت طبیعی

T5 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی با دمای بالا و پیر شده به صورت مصنوعی

T6 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پیر شده به صورت مصنوعی

T7 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده و پایدار شده

T8 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، کار سرد و پیر شده به صورت مصنوعی

T9 عملیات حرارتی از نوع محلول سازی شده، پیر شده به صورت مصنوعی و سپس کار سرد شده

T10 سرد شده از یک فرایتد شکل دهی با درجه حرارت بالا، کار سرد شده و پیر شده به صورت مصنوعی

در بعضی موارد پسوندهای رده .. دارای اعدادی بیش از یک رقم هستند مانند .... یا ... که در این صورت باید موارد زیر را در نظر داشت

TX51 بیانگر تنش زدایی بوسیله کشش بعد از عملیات حرارتی عدد اول (عدد ...)است

TX52 بیانگر تنش زدایی بوسیله تنش فشاری بعد از عملیات حرارتی عدد اول (عدد ...)است

TX54 بیانگر تنش زدایی بوسیله ترکیبیاز کشش و فشاربعد از عملیات حرارتی عدد اول (عدد ...)است

TX6 بیانگر کار سرد به وسیله نورد تا کاهش ۶ درصد از سطح مقطع، بعد از محلول سازی و سرد کردن است

UNS ویرایش

در سیستم نامگذاری ... یا سیستم یکپارچه نام گذاری، آلیاژها با یک عدد پنج رقمی مشخص می‌گردد. برای تمامی آلیاژهای آلومینیوم اولین رقم ۹ است و چهار رقم بعدی مانند سیستم نام‌گذاری .. است. مثلاً ...به آلیاژی از آلومینیوم و مس اشاره دارد

منابع ویرایش

بروکس، چارل ار. (۱۳۸۰). عملیات حرارتی، ساختار و خواص آلیاژهای غیر آهنی. ترجمهٔ اردشیر طهماسبی. انتشارات مرکز نشر دانشگاهی. شابک ۹۶۴-۰۱-۱۰۲۹-۹.

معطوفی، فتح‌الله (۱۳۸۵). استانداردهای عملیات حرارتی در آلومینیوم و آلیاژهای آن. انتشارات فدک. شابک ۹۶۴-۸۵۹۸-۳۸-X.

ANSI H35.1، Alloy and Temper Designation Systems for Aluminium, American National Standards Institute, 2009.

Cayless, R.B.C. (1990). "Alloy and Temper Designation Systems for Aluminum and Aluminum Alloys". In Langer, Edward L. Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Material. ASM Handbook. 2. United States of America: ASM International. ISBN 0-87170-378-5.

Kaufman, John Gilbert (2000). Introduction to Aluminum Alloys and Tempers. ASM International. ISBN 0-87170-689-X.

Kearney, A; Rooy, Elwin L (1990). "Aluminum Foundry Products". In Langer, Edward L. Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Material. ASM Handbook. 2. United States of America: ASM International. ISBN 0-87170-378-5.

Polmear, I.J. (2006). Light Alloys, From Traditional Alloys to Nanocrystals (Fourth edition ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 30-7506-6371-5 Check |isbn= value: length (help).

مروری بر آندایز آلیاژهای پر مصرف آلومینیوم: انتخاب آلیاژ صحیح آلومینیوم در فرآیند آندایزینگ کار آسانی نیست چرا که آلیاژهای مختلف آلومینیوم بسته به نوع آلیاژ و عناصر آلیاژی و همچنین فرایند ساخت رفتار متفاوتی را از خود نشان می دهد و در نتیجه خواص لایه ی آندایز شده ی متفاوتی نسبت به هم پیدا می کنند. باید در نظر داشت استاندارد بودن فرآیند تولید و نهایتا کیفیت و هموژن بودن ساختار متالورژیکی و توزیع عناصر آلیاژی و رسوبات مهمترین نکته در انتخاب محصول است

آلیاژ آلومینیوم ۱۰۵۰: این آلیاژ از آلومینیوم به عنوان آلومینیوم خالص معروف است ( ناخالصی کمتر از ۵/۰ درصد ). این نوع آلیاژ عمدتا در ساخت ظروف آشپزخانه و به عنوان هادی الکتریسیته استفاده می شود. آندایز آلومینیوم خالص بسیار خوب و با کیفیت است در حالی که به دلیل نرم بودن آلومینیوم خالص قابلیت ماشین کاری خوبی ندارد. این آلیاژ به شرط تولید به روش استاندارد پوشش آندایز نقره ای رنگی و سخت (هارد آندایز )‌ بسیار خوبی می پذیرد

آلیاژ آلومینیوم ۲۰۲۴: این آلیاژ به دلیل وجود مس از استحکام بالا و قابلیت ماشینکاری بسیار خوبی برخوردار است. از طرف دیگر وجود مس در آلیاژ منجر به کاهش مقاومت خوردگی می شود و به همین علت آندایز آلومینیوم ۲۰۲۴ سخت و دشوار خواهد بود. رنگ آندایز نقره ای آن به دلیل حضور مس به زیتونی متمایل می شود. پیشنهاد می شود که از این گروه آلومینیوم به عنوان مصارف دکوری ( آندایز رنگی ) استفاده نشود چرا که آندایز گروه ۲۰۲۴ مات و کدرخواهد شد. آلومینیوم آلیاژ ۲۰۲۴ به دلیل استحکام بالا نسبت به وزن کمی که دارد اغلب در مصارف صنایع هوایی استفاده می شود. نکته ی قابل توجه در خصوص آنودایز سخت گروه ۲۰۲۴ این است که به دلیل حضور مس در آلیاژ احتمال خوردگی و تخریب قطعه در حین آندایزینگ وجود دارد ولی کیفیت آندایز سخت آلیاژ ۲۰۲۴ قابل قبول است. لازم به توضیح است با توجه به سختی این آلیاژ در تولید ( نورد یا اکستروژن ) عدم رعایت اصول علمی در تولید آلومینیوم باعث مشکلات عدیده ای در فرایند آندایز می شود

آلیاژ آلومینیوم ۳۱۰۵: این گروه از آلومینیوم شامل درصد کمی از منگنز می باشد که خواص ضد خوردگی به آلومینیوم می دهد. از این رو این نوع آلیاژ در مصارف معماری بیرونی ساختمان ، مصارف ظروف آشپزخانه ای که با مواد خوردنده در تماس است به کار گرفته می شود. آلیاژ ۳۱۰۵ در مبدل های حرارتی و یا حتی قوطی های نوشیدنی نیز کاربرد دارد. آندایز ۳۱۰۵ با ایجاد لایه ی اکسیدی مقاوم به خوردگی خواص قابل توجه ای به قطعه می بخشد. نکته ی قابل توجه در مورد آندایز ۳۱۰۵ این است که به دلیل حضور منگنز در آلیاژ ، رنگ آندایز قطعه از نقره ای به قهوه ای متمایل می شود. این مشکل زمانی خود را نشان می دهد که در صورت آندایز کردن قطعه هایی از جنس آلیاژ ۳۱۰۵ متوجه متفاوت شدن رنگ نهایی قطعه ها بعد از آنودایزینگ می شوید.

آلیاژ های آلومینیوم ( ۵۷۵۴ – ۵۰۸۳ – ۵۰۵۲ )

آلیاژهای سری ۵۰۰۰ به دلیل حضورمنیزیم خواص مکانیکی و ضد خوردگی بالایی به قطعه می دهد. از این نوع آلیاژها در مصارف دریایی و ساخت شناور و مجاورت با آب دریا به کار گرفته می شود. این آلیاژها قابلیت آنودایز نقره ای و رنگی و هارد آنودایز شدن بسیار خوبی دارند و به همین دلیل در نمای ساختمان ها و تاسیسات در مجاورت محیط های خورنده و مرطوب از این آلیاژ ها استفاده می شود. نکته ی قابل توجه در حین آنودایزینگ که باید به آن اشاره کرد آین است که تنها میزان اختلاف منیزیم درآلیاژ ها می تواند رنگ خروجی از آنودایزینگ را متفاوت کند

آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۳: این سری از آلیاژ شامل مقداری منیزیم و سیلیسم است این آلیاژ استحکام متوسطی دارد مقاومت خوردگی بالایی دارد اگرچه مقاومت خوردگی آن به آلیاژ ۵۷۵۴ نمی رسد. یکی از خواص متمایز آن قابلیت بالای اکسترود و شکل پذیری آن نسبت به بقیه ی آلیاژ ها می باشد به همین دلیل از این آلیاژ به صورت پروفیل در صنعت پنجره سازی و پل سازی استفاده می شود. از طرف دیگر آنودایزینگ آلیاژ ۶۰۶۳ به سهولت و با کیفیت بالا انجام می شود که لایه اکسیدی منجر به حفاظت قطعه در مقابل خوردگی و سایش می شود. میزان کم آهن در این آلیاژ منجر به مات شدن رنگ نهایی قطعه ی آنودایز شده می شود

آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱: عناصر آلیاژی تشکیل دهنده این آلیاژ عبارتند از منیزیم سیلیسیم که با اضافه شدن مقداری منگنز و کروم خواص مکانیکی خوبی به این آلیاژ می دهند. قابلیت آنودایز نقره ای و رنگی و سخت خوبی دارد ولی نباید انتظار بالایی نظیر آلیاژ ۶۰۶۳ با ۵۰۸۳ را داشت

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵: عنصر اصلی آلیاژ ۷۰۷۵ روی است که بعد از عملیات حرارتی استحکام بسیار بالایی ( درحد فولاد ها )‌ به این آلیاژ‌ می بخشد. این آلیاژ بهترین گزینه برای آنودایزینگ نقره ای نیست ولی در آنودایز سخت پوشش بسیار خوبی می پذیرد.آلیاژ ۷۰۷۵ بعد از آنودایز سخت در در صنایع مختلف دیگر مانند ساخت تجهیزات پزشکی ، ساخت هواپیما ها، صنایع نفت و گاز و پالایشگاه ها ، صنایع نساجی و ساخت ماشین آلات صنعتی استفاده می شود. لازم به توضیح است با توجه به سختی این آلیاژ در تولید ( نورد یا اکستروژن ) عدم رعایت اصول علمی در تولید باعث مشکلات عدیده ای در فرایند آنودایز میشود