۱۱ مرداد ۱۴۰۰

پیشگامان توسعه
مواد سام,مواد سام,مواد سام

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر ( Wrought Aluminum Alloy ) گروهی از آلیاژهای غیرآهنی هستند که قابلیت کارپذیری بالایی دارند و می‌توانند تحت فرآیندهای نورد ، اکستروژن و آهنگری به محصولاتی با اشکال مختلف تبدیل شوند .

انواع آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

این آلیاژهای شامل سری‌های ۱۰۰۰ ، ۲۰۰۰ ، ۳۰۰۰ ، ۴۰۰۰ ، ۵۰۰۰ ، ۶۰۰۰ ، ۷۰۰۰ و ۸۰۰۰ هستند .

تعیین کد (کدگذاری) آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

سیستم شناسایی آلیاژ بین المللی ( International Alloy Designation System ) بطور گسترده‌ای پذیرفته شده‌ترین طرح نامگذاری برای آلیاژهای کارپذیر است . بر طبق این سیستم ، به هر آلیاژ یک عدد چهار رقمی نسبت داده می‌شود . رقم اول عناصر اصلی این آلیاژها را نشان می‌دهد ، رقم دوم – اگر با صفر متفاوت باشد – نشان دهنده تغییر آلیاژ است و رقم سوم و چهارم آلیاژ خاص را در هر سری مشخص می‌کند . بعنوان مثال در آلیاژ ۳۱۰۵ ، عدد ۳ نشان می‌دهد که آلیاژ در سری منگنز قرار دارد ، عدد ۱ نشان دهنده اولین اصلاح آلیاژ ۳۰۰۵ و در نهایت ۰۵ نشان دهنده آلیاژی خاص در سری ۳۰۰۰ است [۱] .

خواص آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

سری ۱۰۰۰ اساسا آلومینیوم خالص با حداقل ۹۹ درصد وزنی آلومینیوم است و می‌تواند کار سخت شود [۱] .

سری ۲۰۰۰ که با مس آلیاژ شده است ، می‌تواند تحت فرآیند پیرسختی قرار بگیرد و از نظر استحکام با فولاد قابل مقایسه باشد . این سری از آلیاژهای آلومینیوم در گذشته بعنوان Duralumin شناخته می‌شد و زمانی از رایج‌ترین آلیاژهای هوافضا بود ؛ اما در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش حساس بود . این آلیاژ در طراحی‌های جدید با سری ۷۰۰۰ قابل جایگزینی است [۱] .

سری ۳۰۰۰ آلیاژهای Al کارپذیر با منگنز آلیاژ شده و می‌تواند کار سخت شود [۱] .

سری ۴۰۰۰ با سیلیسیم آلیاژ شده است [۱] .

سری ۵۰۰۰ با منیزیم آلیاژ شده و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند که آن‌ها را برای کاربردهای دریایی مناسب می‌کند . همچنین ، آلیاژهای آلومینیوم ۵۰۸۳ بیشترین مقاومت را در آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی دارند . اکثر آلیاژهای سری ۵۰۰۰ حاوی منگنز نیز هستند [۱] .

سری ۶۰۰۰ با منیزیم و سیلیسیم آلیاژ می‌شود . ماشین کاری آن‌ها آسان است ، قابل جوشکاری هستند و می‌توانند رسوب سخت شوند ، اما نمی‌توانند به استحکام بالایی دست یابند . آلیاژهای آلومینیوم ۶۰۶۱ یکی از رایج‌ترین آلیاژهای آلومینیوم با کاربرد عمومی هستند [۱] .

سری ۷۰۰۰ با عنصر روی آلیاژ شده و می‌تواند با رسوب سختی به بیشترین استحکام در مقایسه با هر آلیاژ آلومینیوم دست یابد ( استحکام کششی نهایی تا ۷۰۰ مگاپاسکال برای آلیاژ ۷۰۶۸ ) . اکثر آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر سری ۷۰۰۰ شامل منیزیم و مس نیز هستند [۱] .

سری ۸۰۰۰ با عناصر دیگری که سری‌های دیگر آن‌ها را پوشش نمی‌دهند ، آلیاژ می‌شوند . آلیاژهای آلومینیوم – لیتیوم نمونه‌ای از آن‌ها است [۱] .

مزایای آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

مقاومت در برابر خوردگی

بدلیل تشکیل یک لایه اکسیدی سخت که بطور طبیعی تشکیل می‌شود ، بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم مقاومت به خوردگی بالایی در بسیاری از اتمسفرها و محیط‌های شیمیایی از خود نشان می‌دهند . آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر سری ۱۰۰۰ ، ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ برای این منظور بسیار مناسب هستند و حتی در کاربردهایی که در تماس مستقیم با آب دریا و نمک‌های Antiskid هستند ، قابل استفاده‌اند . با استفاده از فرآیندهای Electrocoating ( بعنوان مثال آنودایزینگ ) ، می‌توان پوشش محافظتی اکسیدی را ضخیم‌تر کرد تا حفاظت بیشتری را فراهم کنند [۲] .

رسانایی حرارتی آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلومینیوم و آلیاژهای آن رسانای خوبی برای گرما هستند و اگرچه که در دمای پایین‌تر از فولادها ذوب می‌شوند ، یعنی حدود ۱۰۰۰ درجه فارنهایت ( حدود ۵۳۵ درجه سانتی گراد ) ، اما در معرض آتش بسیار آهسته‌تر از فولاد به دماهای خیلی بالا می‌رسند [۲] .

رسانایی الکتریکی آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلومینیوم خالص و برخی از آلیاژهای آن رسانایی الکتریکی فوق‌العاده بالایی دارند ( یعنی مقاومت الکتریکی بسیار کمی دارند ) و در میان فلزات هادی بعد از مس قرار می‌گیرند [۲] .

نسبت استحکام به وزن آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای آلومینیوم شامل ترکیبی از استحکام نسبتا بالا و چگالی پایین ( یعنی بازده استحکام بالا ) هستند ؛ به همین دلیل می‌تواند با فلزات سنگین‌تر جایگزین شود . این ویژگی همراه با مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت بازیافت عالی ، منجر به استفاده گسترده از آلومینیوم در ظروف ، هواپیماها و کاربردهای خودرو شده است [۲] .

چقرمگی شکست و ظرفیت جذب انرژی آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم برای کاربردهای خاص که مقاومت در برابر شکست ترد و رشد ترک ناپایدار در آن‌ها ضروری است ، گزینه‌های بسیار با دوام و مناسبی هستند . بعنوان مثال آلیاژهای سری ۵۰۰۰ گزینه‌های مناسبی برای مخازن گاز طبیعی مایع ( LNG ) هستند . آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۱۲۴ ، ۷۰۵۰ و ۷۴۷۵ که چقرمگی بالایی دارند ، می‌توانند در کاربردهای بحرانی و خاص ( هواپیما ) جایگزین ‌شوند [۲] .  

چقرمگی برودتی  ( Cryogenic toughness )

آلیاژهای آلومینیوم به ویژه سری‌های ۳۰۰۰ ، ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ برای کاربردهایی با دمای بسیار پایین بسیار ایده‌آل هستند ؛ زیرا انعطاف پذیری و چقرمگی و همچنین استحکام بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر در دمای زیر صفر به اندازه ( یا حتی بالاتر از ) این خواص در دمای اتاق است [۲] .

استحکام خستگی

بر اساس بازده استحکام ( استحکام به چگالی ) استحکام خستگی بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم با فولادها قابل مقایسه است [۲] .

مدول الاستیسیته آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

مدول الاستیک آلیاژهای آلومینیوم تقریبا یک سوم فولادها است ( حدود ۱۰,۰۰۰,۰۰۰ psi در مقابل ۳۰,۰۰۰,۰۰۰ psi ) ؛ بنابراین در هنگام تغییر شکل با همان میزان تنش ، تقریبا سه برابر فولادها انرژی الاستیک جذب می‌کنند [۲] .

کارپذیری آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای آلومینیوم با تنوع زیادی از فن آوری‌های فلزکاری به راحتی قابل کارپذیری ( مخصوصا اکستروژن ) هستند . این امر این امکان را فراهم می‌کند که آلومینیوم در انواع مختلفی از اشکال و فرم‌ها قابل تولید باشد [۲] .

اتصال آسان آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای آلومینیوم ممکن است با طیف گسترده‌ای از روش‌های تجاری از جمله جوشکاری ( Welding ) ، لحیم کاری سخت یا بریزینگ ( Brazing ) ، لحیم کاری نرم ( Soldering ) ، پرچ‌کاری ( Riveting ) ، پیچ و مهره و حتی کوبیدن و غیره به هم متصل شوند . جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر با فرآیندهای جوشکاری قوس فلزی تحت پوشش گاز ( Gas – metal arc welding ( GMAW or MIG ) ) و جوشکاری قوسی گاز تنگستن ( Gas – tungsten arc welding ( GTAW ) ) به آسانی انجام می‌شود [۲] .

قابلیت بازیافت

آلومینیوم و آلیاژهای آن جزء ساده‌ترین مواد ساختاری قابل بازیافت هستند . برخلاف موادی که در اثر بازیافت کیفیت آن‌ها کاهش می‌یابد و محصولاتی با کیفیت پایین تولید می‌کنند ، آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر پس از بازیافت ممکن است مستقیما در همان محصولات اولیه با کیفیت بالا ، مانند ورق‌های ظروف سخت ( قوطی‌های کنسرو ) و اجزای خودرو ، استفاده شوند [۲] .

کاربرد آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر

آلیاژهای سری ۱۰۰۰ در کاربردهای صنایع الکتریکی و شیمیایی کاربرد دارند . آلیاژهای سری ۳۰۰۰ در کاربردهای عمومی استفاده می‌شوند . آلیاژهای سری ۴۰۰۰ در کاربردهای لحیم کاری و بریزینگ مورد استفاده قرار می‌گیرند . آلیاژهای سری ۷۰۰۰ در کاربردهای عمومی و صنایع هوایی استفاده می‌شود [۳] . شکل زیر تصویری از فرآیند شکل دهی آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر را نشان می‌دهد .

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر .

آلیاژهای آلومینیوم کارپذیر گروهی از آلیاژهای غیر آهنی هستند که سری‌های مختلفی را از ۱۰۰۰ تا ۸۰۰۰ شامل می‌شوند . هر کدام از این سری‌ها حاوی عناصر مختلفی هستند و بنابراین خواص متفاوتی دارند . از این آلیاژها در صنایع شیمیایی ، الکتریکی ، هوایی و غیره استفاده می‌شود .

منابع

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

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

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