۲۴ خرداد ۱۴۰۰

پیشگامان توسعه
مواد سام,مواد سام,مواد سام

آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم

آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم ( Aluminium & aluminium base alloys ) گروهی از فلزات و آلیاژهای غیر آهنی هستند که کاربردهای وسیعی در زندگی روزمره ما از جمله صنایع هوایی دارند .

انواع آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم ( Aluminum Alloy ) به دو گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند .

  • آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر ( Wrought aluminum alloy )
  • آلیاژهای آلومینیوم ریختگی ( Cast aluminum alloys )

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر که گروهی از آلیاژهای پایه آلومینیوم هستند به سری‌های ۱۰۰۰ ، ۲۰۰۰ ، ۳۰۰۰ ، ۴۰۰۰ ، ۵۰۰۰ ، ۶۰۰۰ ، ۷۰۰۰ و ۸۰۰۰ تقسیم می‌شوند .

آلیاژهای آلومینیوم ریختگی نیز به سری‌های ۱xx.x ، ۲xx.x ، ۳xx.x ، ۴xx.x ، ۵xx.x ، ۶xx.x ، ۷xx.x ، ۸xx.x و ۹xx.x تقسیم می‌شوند .

خواص آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای آلومینیوم سری ۱۰۰۰ : این گروه غیر قابل عملیات حرارتی است و خلوص بالایی دارد . این آلیاژها خواص خوردگی ، هدایت حرارتی و الکتریکی خوبی دارند [۱] .

آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۰۰۰ : این آلیاژ قابل عملیات حرارتی است . مس عنصر آلیاژی اصلی در این آلیاژ است . این آلیاژ مقاومت مکانیکی بالایی دارد[۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۳۰۰۰ : این آلیاژ غیر قابل عملیات حرارتی است . عنصر آلیاژی اصلی آن منگنز است . مقاومت مکانیکی متوسط مهم‌ترین خاصیت این آلیاژ است [۱] .

آلیاژهای پایه آلومینیوم سری ۴۰۰۰ : این آلیاژ غیر قابل عملیات حرارتی است . مهم‌ترین عنصر آلیاژی آن سیلیسیم است و نقطه ذوب کمی دارد [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۵۰۰۰ : این آلیاژ غیر قابل عملیات حرارتی است . عنصر آلیاژی اصلی این آلیاژ منیزیم است . این آلیاژ خواص جوش پذیری و بریزینگ خوبی دارد . علاوه بر این خواص خوردگی خوبی نسبت به آب دریا دارد [۱] .

آلیاژهای پایه آلومینیوم سری ۶۰۰۰ : این آلیاژ قابل عملیات حرارتی است . مهم‌ترین عناصر آلیاژی این ماده منیزیم و سیلیسیم است . مقاومت مکانیکی متوسط و کارپذیری خوب از خواص مهم این آلیاژ است [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۷۰۰۰ : این آلیاژ قابل عملیات حرارتی است . عنصر آلیاژی اصلی در این ماده عنصر روی است . این آلیاژ مقاومت مکانیکی بسیار بالایی دارد [۱] .

آلیاژهای پایه آلومینیوم سری ۸۰۰۰ : این آلیاژ شامل سایر عناصر است [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم ریختگی

۲xx.x : عنصر آلیاژی اصلی این گروه عنصر مس است و مقادیر موجود آن بین ۱ تا ۴ درصد است [۱] .

۳xx.x : عناصر آلیاژی این گروه شامل عناصر سیلیسیم ، مس و منیزیم هستند [۱] .

آلیاژهای پایه آلومینیوم سری ۴xx.x : این آلیاژ حاوی ۵ تا ۱۲ درصد سیلیسیم است [۱] .

۵xx.x : این آلیاژ حاوی ۰.۳ تا ۱ درصد منیزیم است [۱] .

۷xx.x : عنصر آلیاژی اصلی این سری از آلیاژهای آلومینیوم عنصر روی است [۱] .

۸xx.x : عنصر آلیاژی اصلی این آلیاژ عنصر قلع است [۱] .

۹xx.x : این آلیاژ شامل سایر عناصر است [۱] .

دمای بازپخت آلیاژهای آلومینیوم

جدول زیر دمای بازپخت آلیاژهای آلومینیوم را برای گریدهای مختلف نشان می‌دهد [۱] .

دمای بازپخت آلیاژهای آلومینیوم [۱] .

دمای بریزینگ آلیاژهای آلومینیوم

دمای بریزینگ آلیاژهای آلومینیوم برای هر گرید در جدول زیر ارائه شده است [۱] .

دمای بریزینگ آلیاژهای آلومینیوم [۱]

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم ( Temper Designations ) شامل انواع آنها و روشهای عملیات بهمراه مثال‌هایی از آلیاژهای عملیات پذیر آلومینیوم در این قسمت بطور کامل گزارش شده است .

انواع عملیات حرارتی آلومینیوم

عملیات حرارتی F آلومینیوم : ساخته شده بدون عملیات خاص [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع H : کرنش سخت شده ( فقط در آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر ) [۲] .

این عملیات حرارتی در آلیاژهای آلومینیوم سری ۱۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۳۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۵۰۰۰ و آلیاژهای آلومینیوم سری ۸۰۰۰ انجام می‌شود [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع H1 : کار سخت شده یا کرنش سخت شده [۱] .

عملیات حرارتی آلومینیوم نوع H1x ، H2x و H3x : رقم دوم ( x ) در عملیات‌های H1 ، H2 ، H3 نشان دهنده درجه نهایی کار سختی یا کرنش سختی است و می‌تواند بین ۰ تا ۸ باشد [۲] . عدد ۸ به عملیاتی مربوط می‌شود که دارای درجه نهایی از کرنش سختی معادل است ؛ یعنی تقریبا ۷۵ درصد کاهش در مساحت رخ داده است [۲] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم که بین ۰ ( آنیل شده ) و ۸ ( کاملا سخت ) قرار بگیرند ، توسط اعداد ۱ تا ۷ تعیین می‌شوند . عدد ۴ ( که بین ۰ و ۸ قرار دارد ) نیمه سخت ، عدد ۲ یک چهارم سخت و عدد ۶ سه چهارم سخت در نظر گرفته می‌شود . وقتی عدد فرد باشد ، حد استحکام نهایی آن نصف اعداد زوجی است که در بین آن‌ها قرار دارد [۲] .

این عملیات در آلیاژهای آلومینیوم سری ۱۰۰۰ ، ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ و ۸۰۰۰ انجام می‌شود [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع Hxxx : رقم سوم نشان دهنده تغییر در عملیات H دو رقمی است [۲] .

عملیات حرارتی H111 آلومینیوم : کارسخت شده کمتر از H1 [۱] .

این عملیات در سری‌های ۱۰۰۰ و  5000 اعمال می‌شود [۱] .

عملیات حرارتی H112 آلومینیوم : کارسخت شده + عملیات گرمایی کنترل نشده [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع H2 : کارسخت شده + آنیل جزئی [۱] .

عملیات حرارتی H3 آلومینیوم : کارسخت شده و پایدار شده ( برای افزایش چقرمگی ) [۱] .

عملیات حرارتی H311 آلومینیوم : کارسخت شده کمتر از H31 [۱] .

عملیات حرارتی H321 آلومینیوم : کارسخت شده کمتر از H32 . مثال : آلیاژهای آلومینیوم سری ۵۰۰۰ [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع H323 و H343 : کارسخت شده با میزان مناسب برای خوردگی تحت تنش ( SCC ) . [۱] .

عملیات حرارتی O آلومینیوم : آنیل شده و تبلور مجدد یافته ( فقط محصولات آلومینیوم کارپذیر ) [۲] . مثال : در سری‌های ۱۰۰۰ ، ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ و همچنین آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۶۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۷۰۰۰ اعمال می‌شود [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع T : عملیات حرارتی T آلومینیوم یک عملیات حرارتی پایدارتر از نوع F ، O یا H است [۲] . مثال : آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۴۰۰۰ ، آلیاژهای آلومینیوم سری ۶۰۰۰ و آلیاژهای آلومینیوم سری ۷۰۰۰ [۱] .

عملیات حرارتی T1 آلومینیوم : سرد کردن از دمای شکل دادن + پیری طبیعی [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع T2 : آنیل شده ( فقط در آلیاژهای آلومینیوم ریختگی ) [۲] .

عملیات حرارتی T3 آلومینیوم : عملیات انحلال طبیعی + کار سرد + پیری طبیعی [۱] .

عملیات حرارتی T4 آلومینیوم : عملیات انحلال + پیری طبیعی [۱] .

عملیات حرارتی T5 آلومینیوم : سرد کردن از دمای شکل دادن + پیری مصنوعی [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع T51 : تنش زدایی با کمک کشش [۲] .

عملیات حرارتی T52 آلومینیوم : تنش زدایی با کمک فشار [۲] .

عملیات حرارتی T54 آلومینیوم : تنش زدایی با کمک کشش و فشار [۲] .

عملیات حرارتی T6 آلومینیوم : عملیات انحلال + پیری مصنوعی [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع T7 : عملیات انحلال + پیری زیاد یا پایدار کردن [۱] .

عملیات حرارتی T8 آلومینیوم : عملیات انحلال + کار سرد + پیری مصنوعی [۱] .

عملیات حرارتی T9 آلومینیوم : عملیات انحلال + پیری مصنوعی + کار سرد [۱] .

عملیات حرارتی T10 آلومینیوم : سرد کردن از دمای شکل دادن + کار سرد + پیری مصنوعی [۱] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع T42 : فقط مخصوص آلیاژهای کارپذیر . قابل استفاده برای محصولاتی که عملیات حرارتی انحلال در آن‌ها رخ داده و بطور طبیعی پیر شده‌اند و دارای خواص مکانیکی متفاوتی از عملیات T4 هستند [۲] .

عملیات حرارتی T62 آلومینیوم : فقط مخصوص آلیاژهای کارپذیر . قابل استفاده برای محصولاتی که تحت عملیات حرارتی انحلال و پیری مصنوعی بودند و دارای خواص مکانیکی متفاوتی از نوع T6 هستند [۲] .

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم نوع W : انحلال + پیری در دمای محیط [۱] .

کاربرد آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم

از آلیاژهای آلومینیوم بطور گسترده در محصولات و کاربردهایی استفاده می‌شود که بطور منظم زندگی روزمره ما را لمس می‌کنند . از فویل آلومینیوم برای بسته بندی مواد غذایی و قوطی‌های آلومینیومی آسان بازشو برای نوشیدنی‌ها گرفته تا قطعات ساختاری هواپیمایی که در آن سفر می‌کنیم همه و همه از آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم ساخته می‌شوند . استفاده گسترده از آلیاژهای آلومینیوم ناشی از ترکیبی بسیار مطلوب از خصوصیات ، همراه با سهولت تولید در آن‌ها است [۳] .

در ادامه بطور خاص به برخی از کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم پرداخته شده است .

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم سری ۱۰۰۰ : در صنایع الکتریکی و شیمیایی کاربرد دارد [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۳۰۰۰ : این آلیاژ در کاربردهای عمومی قابل استفاده است [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۴۰۰۰ : این آلیاژها در لحیم کاری و بریزینگ استفاده می‌شوند [۱] .

آلیاژهای آلومینیوم سری ۷۰۰۰ : این آلیاژ در کاربردهای عمومی و صنایع هوایی استفاده می‌شوند [۱] .

شکل زیر برخی از کاربردهای آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم را نشان می‌دهد [۴] .

آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم

برخی از کاربردهای آلیاژهای آلومینیوم [۴] .

آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم گروهی از مواد هستند که بدلیل خواصی که دارند ، کاربردهای وسیعی دارند . با استفاده از افزودن عناصر آلیاژی مختلف به این آلیاژها می‌توان خواص ویژه‌ای در آن‌ها ایجاد کرد . بسته به خواص هر گرید ، این آلیاژها در کاربردهای مختلفی همچون صنایع هوایی و غیره استفاده می‌شوند .

منابع

[۱]  کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.

[۲] “https://www.efunda.com/materials/alloys/aluminum/temper.cfm.” .

[۳] Myer kutz, Handbook of Materials Selection. .

[۴] “https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy.” .