این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 104 صفحه می باشد.
فهرست
مقدمه: ۱
آلومینیوم: ۳
روش های تولید آلومینیوم: ۴
۱)روش الکترولیز کلرید آلومینیوم: ۴
۲)روش الکتروترمیک: ۴
۳)روش هال-هرولت: ۵
تولید آلیاژ کارپذیر آلومینیوم از طریق ریخته گری در فرآیند تبرید مستقیم (DC): ۶
همگن کردن شمش ها: ۶
طبقه بندی و نامگذاری حالت آلیاژهای آلومینیوم: ۸
آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی: Non-Heattreatable alloys ۱۰
آلومینیوم خیلی خالص و آلومینیوم با خلوص تجارتی (گروه***۱): ۱۰
آلیاژهای AL-MN-MG وAL-MN (***3): ۱۰
آلیاژهای AL-MG(گروه***۵): ۱۱
آلیاژهای متفرقه (گروه***۸): ۱۱
آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر:Heattreatable alloys ۱۲
آلیاژهای AL-CU(گروه***۲): ۱۲
آلیاژ AL-CU-MG(گروه***۲): ۱۲
آلیاژهای AL-ZN-MG (گروه***۷): ۱۳
آلیاژ AL-ZN-MG-CU (گروه***۷): ۱۳
نامگذاری حالت آلیاژهای آلومینیوم:Temper Designation of Al alloys ۱۴
آلیاژهای AL-MG-SI (گروه***۶): ۱۸
خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم سری ***۶: ۲۰
سیستم آلیاژی AL-MG-SI: ۲۱
جدول ۱-حلالیت جامد در آلومینیوم و تغییر آن با تغییر مقدار منیزیم وT ۲۴
آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ (SI6/0-MG1-AL): ۲۵
جدول۲-PRODUCT FORMS AND NOMINAL COMPOSITION OF 6061 WROUGHT AL ALLOY. ۲۵
جدول۳ :TYPICAL PHYSICAL PROPERTIES OF 6061 WROUGHT AL ALLOY . ۲۶
جدول ۴:قا بلیت جوش پذیری ،ماشین کاری و مقاومت به خوردگی آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ در حالت های مختلف ۲۶
جدول ۵ :TYPCIAL MECHANICAL PROPERTIES OF 6061 WROUGHT AL ALLOY ۲۷
رسوب سختی Precipitation hardening ۲۸
رسوب گذاری محلول جامد: ۲۸
رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم ۳۳
تاثیر رسوب گذاری بر خواص: ۳۳
مکانیسم رسوبگذاری: Precipitation Mechanism ۳۵
۱) اصول پیر سختی آلیاژهای آلومینیوم: ۴۵
مقدمه: ۴۵
۱-۱-تجزیه محلول های جامد فوق اشباع: ۴۵
۲ -۱-مرز انحلال مناطق GP: ۴۷
۳-۱-مناطق عاری از رسوب در مرز دانه ها: ۴۹
مکانیزم های سخت گردانی:Strengthening Mechanisms ۵۱
عملیات حرارتی: ۵۶
عملیات حرارتی انحلالی: ۵۶
کوانچ کردن: ۵۷
پیر کردن: ۵۹
فرآوری ترمومکانیکی: ۶۰
رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم سری ***۶: ۶۱
جوشکاری GTAW: ۶۳
الکترودهای مورد نیاز جهت جوشکاری GTAW: ۶۴
فرم دادن به الکترودهای تنگستن: ۶۴
انتخاب کلاهک سرامیکی: ۶۵
آماده سازی فلز مبنا: ۶۵
تنظیم شدت جریان: ۶۶
تنظیم مقدار جریان گاز: ۶۶
دستورالعمل جوشکاری: ۶۶
جوشکاری آلیاژ های آلومینیوم ۶۷
مقدمه: ۶۷
انتخاب روش جوشکاری: ۶۸
جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن با فرآیند GTAW: ۷۰
موارد مهم در جوشکاری با فرآیندTIG برای اتصال آلیاژهای آلومینیوم: ۷۲
رفتار متالورژیکی آلیاژهای آلومینیوم حین جوشکاری: ۷۷
تئوری پیر سختی جوش در جوشکاری آلیاژهای آلومینیوم بویژه آلیاژ(۶۰۶۱ AL ) ۸۵
مقدمه: ۸۵
آلیاژهای AL-MG-SIوAL-CU-MG ۹۳
جوشکاری در شرایط پیر سختی مصنوعی: ۹۳
جوشکاری در شرایط پیر سختی طبیعی: ۹۷
تاثیر پارامترها و فرآیندهای جوشکاری: ۱۰۲
مقدمه:
با توجه به اینکه اساس موضوع پروژه بر پایه عملیات حرارتی رسوب سختی۱ می باشد لازم است برای درک آسان مطالب توسط مخاطب، مقدماتی راجع به این عملیات بیان شود. توضیح بیشتر در مورد این عملیات حرارتی در ادامة مباحث آورده خواهد شد.
برای افزایش استحکام و سختی یک آلیاژ، تنها دو روش اصلی وجود دارد: کارسرد یا عملیات حرارتی. مهمترین فرآیند عملیات حرارتی برای آلیاژهای غیر آهنی پیر سختی یا رسوب سختی است. برای استفاده از این روش، باید دیاگرام تعادلی دارای حلالیت جزئی در حالت جامد باشد و شیب خط انحلال بصورتی باشد که قابلیت انحلال در درجه حرارتهای بالاتر بیشتر از قابلیت انحلال در درجه حرارتهای پایین تر باشد.
پیر سختی یکی از روش های استحکام بخشی به مواد فلزی با اضافه کردن ذره های سخت و کاملاً پراکنده به آن است. با انتخاب مناسب عناصر آلیاژی اضافه شونده و عملیات گرمایی، می توان توزیع مناسبی از رسوب حالت جامد فاز دوم را در زمینه ای که آن رسوبات را درخود حل کرده است پدید آورد. اگر با این عمل فلز استحکام یافت آن را رسوب سختی می نامند که روشی قابل استفاده در سطحی وسیع برای استحکام بخشی مواد فلزی است.
بطور کلی در عملیات حرارتی پیر سختی (رسوب سختی) سه مرحله وجود دارد:
۱)عملیات حرارتی انحلالی۱ (محلول سازی) در دمای نسبتاً بالا در ناحیه تک فازی به منظور حل شدن عناصر آلیاژی
۲)کوانچ(آبدهی)۲ تا دمای محیط برای بدست آوردن محلول جامد فوق اشباع از این عناصر در آلومینیوم
۳)پیر سازی۳ (تجزیه کنترل شدة محلول جامد فوق اشباع برای تشکیل رسوبات ریز و پراکنده در زمینه فلز)
آلیاژ پس از اینکه در یک مدت مشخص تا یک دمای مشخص در منطقة تکفازی حرارت داده شد، در آب سریع سرد می شود. حال آلیاژ کوانچ شده، یک محلول جامد فوق اشباع است و بنابراین در یک حالت ناپایدار قرار دارد، بطوری که اتم محلول اضافی، تمایل دارد که از محلول خارج شود. منظور از انجام عملیات حرارتی محلول سازی، حصول انحلال کامل عناصر آلیاژی است. در مرحلة سوم از عملیات حرارتی پیر سختی، به تجزیة کنترل شدة محلول جامد فوق اشباع عناصر آلیاژی اصلی در آلومینیوم برای تشکیل رسوبات ریز و پراکنده در زمینه آلومینیوم پرداخته می شود . به عبارتی مرحلة پیر سازی، اجازه دادن به فاز استحکام دهنده جهت رسوب از محلول جامد فوق اشباع می باشد اگر این عملیات در دمای محیط و در حالت خود به خودی و به عبارتی بدون عملیات گرمایی انجام شود به آن عملیات پیرسازی طبیعی[۱] گفته می شود اما اگر این عملیات با حرارت دادن قطعه در دماهای پایین انجام شود به آن عملیات حرارتی پیرسازی مصنوعی[۲] نسبت داده می شود.
در واژگان تخصصی عملیات حرارتی ، T6 و T4 به ترتیب به آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر پیر سخت شدة مصنوعی و طبیعی آلومینیوم اطلاق می شود.
آلومینیوم:
آلومینیوم به عنوان یک فلز استراتژیک در پیشرفت و توسعه کشورهای مختلف جهان نقش موثری را ایفا نموده است. آلومینیوم سومین عنصر از لحاظ فراوانی (%۸ ) در پوسته زمین بعد از اکسیژن(%۴۷) و سیلیس (%۲۸) می باشد. این عنصر در طبیعت بصورت خالص یافت نشده و اغلب بصورت ترکیبات سیلیکاته و مخلوط با سایر اکسیدها می باشد که اولین بار در سال ۱۸۰۸ توسطSir Humphry Davy بصورت خالص بدست آمد و لذا فلز جوانی محسوب می گردد. آلومینیوم و آلیاژهای آن دارای قدرت نسبتاً کوتاهی به عنوان یک ماد ه صنعتی می باشند. با این حال به علت انواع خواص مورد نیاز صنعت مدرن که در آلومینیوم یافت می شود مصرف و تولید آن هر سال در حال افزایش است و آینده وسیع و پیشرفته ای برای آن پیش بینی می گردد. تا قبل از جنگ جهانی دوم آلومینیوم بیشتر به عنوان وسائل و ظروف آشپزخانه معرفی شده و مصرف آن در کابل های انتقال الکتریسته با ولتاژ زیاد نیز توسعه یافته بود، ولی در خلال جنگ نیاز به طرح های جدید هواپیما و آلیاژهای پر استحکام، توسعه و مصارف جدید آلومینیوم را سرعت بخشید. پس از جنگ نیز مصارف شهری- صنعتی آلومینیوم گسترده گشت و امروزه این فلز به عنوان یک ماده اولیه مهم صنعتی محسوب شده و در بازار جهان مانند فولاد و در واقع پس از فولاد مهمترین ماده مصرفی می باشد.
روش های تولید آلومینیوم:
۱)روش الکترولیز کلرید آلومینیوم:
ابتدا وهلر آلومینیوم خالص را به وسیله الکترولیز کلرید آلومینیوم در مجاورت پتانسیل تولید نمود (سال ۱۸۲۹ م). دویل سدیم را جانشین پتاسیم نمود که نتیجه آن ساخت اولین کارخانه تولید آلومینیوم با ظرفیت بسیار پایین بود. این دو روش بسیار پر هزینه بودند و همین امر باعث شده بود که آلومینیوم همانند طلا و نقره ارزش پیداکند.
۲)روش الکتروترمیک:
در این روش اکسید آلومینیوم توسط کربن در دمای بالاتری از نقطة ذوب ۳ O2 AL احیا می شود. آلومینیومی که بدین روش تولید می شود، حاوی مقداری کربن می باشد. این عملیات معمولاً در کورة قوسی صورت می گیرد.
AL 2 +CO 3 C 3 + ۳ O2 AL
3)روش هال-هرولت:
در سال ۱۸۸۶ میلادی پال هرولت و چارلز هال بطور مستقل فرآیندی را که طی آن آلومینا در کریولیت مذاب حل و به طور الکترو شیمیایی تجزیه شده و در نتیجه آلومینیوم مذاب تولید می گردد را ارائه نمود. تا کنون هیچ راه مناسبتری نتوانسته جایگزین این فرآیند گردد و امروزه این روش تنها روش تولید آلومینیوم می باشد.
جدا از این سه روش روش ذکر شده قدم اول در تولیدآلومینیوم ، ذوب مجدد است. ابتدا کوره ها را با آلومینیوم مذابی که مستقیماً از سلول های 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 کورة ذوب مجدد با برداشت سرباره تمیز میشود. همچنین مذاب به منظور حذف هیدروژن گازی حل شده، با گاز کلر گاز زدایی می شود. پس از گاز زدایی و تمیز کردن فلز، با گذاشتن توری سیمی ریخته گری انجام می شود. انواع شمش ها مثل شمش ورق و شمشال آهنگری معمولاً از طریق ریخته گری مستقیم در قالب فلزی ریخته می شود و در این فرآیند، 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 شمش هایی با حدود ۱۴ فوت طول ریخته شود.
تولید آلیاژ کارپذیر آلومینیوم از طریق ریخته گری در فرآیند تبرید مستقیم (DC)1:
معمولاً شمش ها را از طریق فرآیند عمودی، که در آن آلیاژ مذاب بداخل یک تا چند قالب ثابت آب سرد شونده که دارای مقاطع چهار گوش هستند ریخته می شوند، تولید می کنند فرآیند انجماد در دو مرحله انجام می شود. تشکیل فلز جامد در دیواره سرد شده قالب و انجماد باقی مانده مقطع بیلت از طریق جذب حرارت توسط سرد کننده های پا ششی. مقطع شمش تولیدی مورد نیاز برای نورد یا آهنگری بعدی ممکن است بصورت چهار گوش و برای اکتروژن بشکل گرد باشد و در هر دو مورد ممکن است وزن آن ها به چند تن برسد.
همگن کردن شمش ها:
قبل از تبدیل شمش های DC به محصولات و شکل های واسطه ای، لازم است این شمش ها را در دماهای بالا همگن کرد تا جدایش را کاهش داد و مقدار یوتکتیک های غیر تعادلی نقطة ذوب پایین را که ممکن است باعث ترک خوردن شمش درخلال عملیات بعدی شود کم کرد. در این ارتباط مشخص شده است که مدت زمان همگن کردن در هر دمای معین نسبت عکس با مجذور فاصله شاخه های دندریتی در شمش دارد. عمل همگن کردن مخصوصاً در مورد آلیاژهای پر استحکام اهمیت زیادی دارد . زیرا این فرآیند به عنوان عمل رسوب گذاری و توزیع مجدد ترکیبات بین فلزی بسیار ریز فلزات واسطه ای مانند نیز محسوب می شود. این فلزات واسطه در خلال سریع سرد شدن شمش ریختگی DC ممکن است در آلومینیوم بصورت فوق اشباع در آیند که در آن صورت لازم است بصورت ترکیبات ریزی که یکنواخت توزیع شده اند در آیند تا ساختار دانه ای را کنترل کنند. به علاوه امروزه مشخص شده است که این ذرات ممکن است از طریق تاثیر بر روی عکس العمل آلیاژ به عملیات پیر کردن و نیز تاثیر بر روی ریز ساختار نابجاییهای تشکیل شده در خلال تغییر شکل تاثیر قابل توجهی بر انواع خواص مکانیکی بگذارد.
تنظیم انواع ذرات فوق الذکر، انتخاب دقیق شرایط برای همگن کردن شمش ها در آلیاژهای مختلف را ایجاب می کند. وقتی که رسوب این ترکیبات نقش بازی می کنند در آن صورت هم زمان و هم دما مهم بوده و نرخ گرمایش تا دمای همگن کردن نیز تاثیر حیاتی دارد. برای انجام جوانه زنی و توزیع ریز و یکنواخت این ترکیبات نیاز به نرخ گرم کردن نسبتاً پایین، مثلاً ċ۷۵ درساعت است . مشاهده شده است که این ترکیبات در واقع بر روی سطوح ذرات رسوبی تشکیل شده جوانه زنی کرده و سپس در خلال گرم کردن آهسته تا اندازه های نسبتاً درشت رشد می نمایند. وقتی که این ترکیبات کوچکتر از میکرون تشکیل شدند در دمای همگن کردن پایدار می مانند در حالی که رسوبات حل می شوند.
طبقه بندی و نامگذاری حالت آلیاژهای آلومینیوم:
در خلال سالهای اولیه صنعت آلومینیوم هر آلیاژ جدیدی که ساخته و پرداخته می شد، به وسیله کمپانی های سازنده و به اسامی مورد قبول آن ها نامگذاری می گردید و هیچ گونه نامگذاری بین المللی وجود نداشت. بعدها به تدریج سه گروه کلی نام گذاری عمومیت یافت که عبارت بودند از :
سیستم تجاری،سیستم ASTM و سیستم SAE مثلاً آلیاژی که امروزه آلیاژ آلومینیوم هزار و صد نامیده می شود در سیستم تجاریS2 ، در سیستم ASTM990A و در سیستم SAE ، بیست و پنج نامیده می شد. به همین ترتیب در سایر کشورها نیز سیستمهای قرار دادی دیگر مورد استفاده قرار می گرفت واضح است که یک چنین اسامی مختلف و در همی برای صنعت نامناسب است. به ناچار یک سیستم مشخص تر و استاندارد تر به اسمAA برای آلیاژهای کارپذیر آلومینیوم یعنی آلیاژهایی که از طریق مکانیکی به شکل لازم در می آیند، نه از طریق ریخته گری، پیشنهاد و اکنون مورد استفاده قرار می گیرد. در این سیستم نامگذاری ، آلیاژهای کارپذیر آلومینیوم بر اساس عناصر آلیاژی اصلی خود به هشت گروه مختلف تقسیم می گردند. مشخصات کامل آلیاژ بوسیله ۴ عدد از هم تفکیک می گردد. رقم اول از سمت چپ نشان دهندة گروه اصلی آلیاژی است . دومین رقم تغییر آلیاژ نسبت به آلیاژ اولیه را نشان می دهد. سومین و چهارمین رقم، مقدار خلوص یا نوع آلیاژ را مشخص می کند.
با توجه به اینکه رقم اول بر مبنای عنصر(عناصر) آلیاژی اصلی می باشد بنابراین گروه آلیاژی *** ۱ آلومینیوم آلیاژ نشده (با حداقل%۹۹ آلومینیوم )،گروه***۲ حاوی مس به عنوان عنصر آلیاژی،گروه***۳ حاوی منگنز،گروه***۴ حاوی سیلیسیم ،گروه ***۵حاوی منیزیم،گروه***۶ حاوی منیزیم و سیلیسیم و گروه ***۷ حاوی روی و (منیزیم) به عنوان عناصر اصلی آلیاژی می باشند. رقم های سوم و چهارم در گروه ***۱ دارای اهمیت بیشتری است ولی در گروه های دیگر کمتر اهمیت دارند. در گروه آلیاژی***۱، حداقل خلوص آلومینیوم به وسیله این رقم ها مشخص می شود مثلاً ۱۱۴۵ دارای حداقل خلوص%۴۵/۹۹ است. ۱۲۰۰ دارای حداقل خلوص%۰۰/۹۹ است. در سایر گروه های آلیاژی رقم های سوم و چهارم صرفاً به مانند یک شماره سریال عمل می کنند بنابراین آلیاژهای ۳۰۰۳، ۳۰۰۴ ، ۳۰۰۵ آلیاژهای متفاوت AL-MN هستند و به همین ترتیب آلیاژهای ۵۰۸۲ و ۵۰۸۳ آلیاژهای مختلف گروه های آلیاژی AL-MG را نشان
می دهند . بنابراین از گروه***۲ تا ***۸ که به عنوان آلیاژهای واقعی آلومینیوم شناخته می شوند، اعداد سوم و چهارم از سمت چپ فقط جهت تفکیک آلیاژها در یک گروه از هم بکار می روند. رقم دوم مانند قبل نشان دهنده تغییر یا کنترل خاصی بر روی آلیاژ است. اگر این رقم صفر باشد به معنی این است که در آلیاژ مربوطه از ابتدای ثبت آن تغییری داده نشده است. مانند آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ . اعداد ۱ تا ۹ نشان دهنده تغییر یا اصلاح آلیاژ اولیه است و خود عدد نشان دهندة مرحلة تغییر است. مثلاً آلیاژ ۲۲۱۸ به معنی دومین تغییر در آلیاژ ۲۰۱۸ است، یعنی اینکه ترکیب آلیاژ همان ترکیب ۲۰۱۸ می باشد، باستثناء اینکه مقدار منیزیم آن حدوداً به ۲ برابر مقدار اولیة آن رسیده است.
آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی: Non-Heattreatable alloys
ترکیبات آلیاژهای کارپذیر که به عملیات حرارتی عکس العمل نشان نمی دهد اساساً از انواع آلومینیوم و آلیاژهای حاوی منگنز یا منیزیم به عنوان عنصر اصلی آلیاژی بصورت تنها یا در ترکیب با هم تشکیل می شوند . تقریباً %۹۵ کل محصولات نورد شده آلومینیومی (ورق ، صفحه، زرورق) از این سه گروه آلیاژی تشکیل شده اند . در این آلیاژها استحکام از طریق کرنش سختی و معمولاً بصورت کاربرد در خلال شکل دادن به قطعه ، به همراه سختی پراکندگی (AL-MN) یا استحکام بخشی توسط محلول های جامد(AL-MG) و یا هردو این روش ها (AL-MN-MG)حاصل می شود. آلیاژ های گروه ***۸ اغلب به عملیات حرارتی عکس العمل نشان نمی دهند و برای موارد خاص مانند یاتاقان ها و درپوش بطری استفاده دارند.
آلومینیوم خیلی خالص و آلومینیوم با خلوص تجارتی (گروه***۱):
این گروه آلیاژی شامل آلومینیوم پرخلوصSP) )(%99/99) و انواع آلومینیوم های با خلوص تجاری (CP) حاوی تا %۱ نا خالصی یا عناصر افزودنی جزئی است. خواص کششی این آلیاژها پایین بوده و آلومینیوم پر خلوص آنیل شده دارای تنش سیلان MPA11-7 است .
آلیاژهای AL-MN-MG وAL-MN (***3):
گر چه حلالیت جامد منگنز در آلومینیوم %۸۲/۱ است ولی آلیاژهای تجاری AL-MN حاوی تا MN%25/1 می باشند. این محدودیت به این علت است که حضور آهن به عنوان عنصر ناخالصی باعث کاهش حلالیت شده و این خطر وجود دارد که ذرات درشت اولیه تشکیل شود که به روی انعطاف پذیری موضعی تاثیر بسیار بدی می گذارد.
بطور کلی گروه آلیاژی ***۳ در مواردی مصرف می شود که استحکام متوسط به همراه انعطاف پذیری بالا و مقاومت خوردگی خوب مورد نیاز است.
آلیاژهای AL-MG(گروه***۵):
آلومینیوم و منیزیم در محدوده وسیعی از ترکیب شیمیایی تشکیل محلول های جامد داده و آلیاژهای کارپذیر حاوی ازMG %8 /0 تا کمی بیشتر از MG%5 ایجاد می کنند که موارد مصرف وسیعی دارند. آلیاژهای AL-MG موارد مصرف زیادی در ساخت قطعات جوش شده پیدا کرده اند . مقاومت خوردگی بالاتر این آلیاژها آنها را برای بدنه قایق های کوچک و ساختمان اصلی کشتی های اقیانوس پیما مناسب می گرداند به علاوه این آلیاژها را
می توان بخوبی صیقل داد و براق نمود.
آلیاژهای متفرقه (گروه***۸):
این گروه آلیاژی مشتمل است بر تعداد زیادی آلیاژهای رقیق مانند (۶/۰-NI1/1-AL) 8001 که در تاسیسات انرژی هسته ای که مقاومت خوردگی در مقابل آب در دما و فشار بالا مورد نیاز است کاربرد دارند. خواص مکانیکی آن مشابه آلیاژ ۳۰۰۳ است.
آلیاژ(SI7/0-Fe75/0-AL)8011 به دلیل کیفیت کشش عمیق خوب برای ساخت درب بطری بکارمی رود.آلیاژهایی مانند۸۲۸۰ و۸۰۸۱ به عنوان آلیاژهای یاتاقان بر پایه سیستم AL-SNنقش مهمی داشته و امروزه در اتومبیل و کامیونها، مخصوصاً جائی که موتور دیزلی بکار می رود مورد مصرف زیادی یافته است.
آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر:Heattreatable alloys
آلیاژ های کار شده ای که در اثر عملیات حرارتی مقاوم می شوند در سه گروه
(AL-CU)***2(AL-MG-SI),***6 (AL-ZN-MN,AL-ZN-MG-CU), ***7 قرار می گیرند تمام این آلیاژها وابسته به عملیات پیر سختی که باعث تقویت قابل توجه خواص کششی می گردد بوده و به ۲ دسته تقسیم می گردند: آلیاژهایی که دارای استحکام متوسط بوده و به آسانی جوش پذیرند(AL-MG-SI,AL-ZN-MG)، و آلیاژهای استحکام بالا که اساساً برای ساختمان هواپیماها تولید می شوند (AL-CU,AL-CU-MG,AL-ZN-MG-CU) واغلب آنها جوش پذیری محدودی دارند.
آلیاژهای AL-CU(گروه***۲):
مس یکی دیگر از عناصر مهم آلیاژی آلومینیوم است .این عنصر در درجه حرارت ċ۵۴۸ به مقدار نسبتاً قابل توجهی (%۶۵/۶) درآلومینیوم جامد محلول است. اغلب آلیاژهای آلومینیوم – مس، عملیات حرارتی پذیر بوده و از این نظر تاثیر مس در آنها حائز اهمیت است.
آلیاژ AL-CU-MG(گروه***۲):
تاریخ پیدایش این آلیاژها به کشف تصادفی پدیده پیر سختی توسط Alfred Wilm که در سال ۱۹۰۶ در برلین مشغول تحقیقات برای تولید مشخصات آلیاژ آلومینیومی که بتواند جایگزین برنج در ساخت پوکه فشنگ شود بر می گردد. کار این دانشمند منجر به تولید آلیاژی بنام دور آلومین MN)8/0-SI9/0-MG5/0 -CU5/3-AL) گردید که به سرعت به عنوان اجزاء ساختمانی هوانورد زیپلین و بعدها در ساخت هواپیما مورد استفاده قرار گرفت.
آلیاژهای AL-ZN-MG (گروه***۷):
سیستمAL-ZN-MG در بین کلیه آلیاژهای آلومینیوم بالاترین پتانسیل پیر سخت شدن را دارند، اگر چه آلیاژهای خیلی پر استحکام همیشه حاوی یک عنصر چهارم (مس) برای بهبود مقاومت در مقابل ترک خوردگی تنشی هستند . آلیاژهای جوش پذیر AL-ZN-MG برای اولین بار به منظور ساخت پل های سبک نظامی تولید گردیدند ولی امروزه دارای موارد مصرف تجاری متعددی بخصوص در اروپا هستند. در جاهای دیگر، موارد استفاده آن ها به دلیل ترس از ترک خوردگی تنشی در منطقه جوش گسترش کمتری یافته است.
آلیاژ AL-ZN-MG-CU (گروه***۷):
این آلیاژها توجه خاصی را به خود جلب کرده اند زیرا مدتی است مشخص شده که این گروه آلیاژی در بین کلیه آلیاژهای آلومینیوم بیشترین عکس العمل در مقابل پیر سختی را از خود نشان می دهند این آلیاژ و دیگر آلیاژهای این گروه بعلت مستعد بودن به ترک خوردگی تنشی برای موارد ساختمانی نامناسب می باشند.
آلیاژهای آلومینیوم عملیات حرارتی پذیر گروه ***۶ به دلیل اهمیتی که در موضوع پروژه دارند ،بعد از موضوع نامگذاری حالت آلیاژهای آلومینیوم مورد بحث قرار خواهند گرفت.
نامگذاری حالت آلیاژهای آلومینیوم:Temper Designation of Al alloys
سیستم نامگذاری حالت در ایالات متحده برای محصولات کارپذیر و ریختگی آلومینیوم و آلیاژهای آن استفاده می شود. این سیستم بر پایه مراحل عملیات های مکانیکی یا حرارتی یا هر دو بکار رفته بر روی ماده ، برای تولید حالت های مختلف بکار می رود . نامگذاری حالت ها به دنبال نامگذاری آلیاژها بکار می رود و به کمک یک خط تیره از هم جدا
می شود.
F1: به صورت ساخته شده. به فرآورده هایی از فرآیندهای شکل دادن که در آن ها کنترل خاصی بر روی شرایط گرمایی یا کرنش سختی اعمال نمی شود اطلاق می شود .
H: کرنش سخت شده: (فقط برای محصولات کار شده) به فرآورده هایی اطلاق می شود که استحکام آن ها بر اثر سختی افزایش می یابد، خواه استحکام آن ها بر اثر عملیات گرمایی بعدی کاهش داده شود و یا عملیات گرمایی نشود . (همیشه H همراه با دو یا تعداد بیشتری رقم نوشته می شود)
H1: تنها کرنش سخت شده ، به فرآورده هایی اطلاق می شود که برای دستیابی به استحکام مورد نظر، کرنش سخت شده اند و هیچ گونه عملیات گرمایی بعدی بر روی آنها انجام نشده است. عددی که بعد از H1 می آید، نشان دهندة میزان یا شدت کرنش سختی است.
H111: به فرآورده های اطلاق می شود که به مقدار کمتر از مقدار لازم برای حصول حالتH11 کنترل شده ، کرنش سخت شده اند .
H112: به فرآورده های اطلاق می شود که در خلال فرآیند شکل دادن مقداری سختی کسب کرده اند بدون اینکه کنترل خاصی بر روی مقدار کرنش سختی یا عملیات گرمایی وجود داشته باشد و فقط خواص مکانیکی آنها دارای محدودیت است.
H2: کرنش سخت شده و سپس تابکاری جزئی شده . به فرآورده هایی اطلاق می شود که به مقداری بیش از مقدار لازم کرنش سخت شده، سپس از طریق تابکاری جزئی کاهش استحکام یافته اند. برای آلیاژهایی که در محیط پیر نرم می شوند، H2 دارای همان حداقل استحکام کششی حالت H3است. برای سایر آلیاژها، حالت های H2 دارای همان حداقل استحکام کششی حالت های H1 است ولی کرنش اندکی افزایش می یابد عدد بعد از H2 نشان دهندة شدت کرنش سختی باقی مانده پس از تابکاری جزئی محصول است
H3: کرنش سخت شده و سپس پایدار شده. به محصولاتی اطلاق می شود که کرنش سخت شده، خواص مکانیکی آن ها از طریق عملیات گرمایی دما پایینی که به استحکام کششی کمی پایین تر و داکتیل بودن بیشتر منجر می شود پایدار می شود. این نامگذاری تنها در مورد آلیاژهایی بکار می رود که در صورت پایدار نشدن، به تدریج در دمای محیط پیر نرم می شوند عدد بعد از H3 نشان دهندة شدت کرنش سختی قبل از عملیات پایدار کردن است .
H311:به فرآورده هایی اطلاق می شود که کمتر از مقدار حالت کنترل شده H31 کرنش سخت شده اند .
H321: به فرآورده هایی اطلاق می شود که کمتر از حالت کنترل شده H32 کرنش سخت شده اند .
H323,H343: به فرآورده هایی اطلاق می شود که به صورت خاصی شکل داده شده اند تا مقاومت قابل قبولی را در برابر خوردگی تنشی کسب کنند .
O:تابکاری شده (آنیل شده). به فرآورده های کار شده ای اطلاق می شود که برای دستیابی به کمترین استحکام تابکاری شده باشند، یا به فرآورده های ریختگی اطلاق می شود که برای داکتیل شدن و پایداری ابعادی بهتر تابکاری شده اند . ممکن است بعد از حرفO عددی غیر از صفر بیاید.
T: عملیات گرمایی شده برای حصول حالت های پایدار غیر از O،FیاH به فرآورده هایی اطلاق می شود که عملیات گرمایی می شوند تا به حالتهای پایدار برسند، خواه بعد از این عملیات گرمایی کرنش سخت بشوند یا نشوند. بعد از حرف T همیشه یک یا دو رقم آورده می شود.
T1:سرد شده از دمای بالای فرآیند شکل دادن و سپس به صورت طبیعی پیر شده تا رسیدن به حالتی نسبتاً پایدار. به فرآورده هایی اطلاق می شود که پس ازسرد شدن از دمای بالای فرآیند شکل دادن سردکاری نشده باشند، یا اثر سردکاری که به منظور صاف کردن یا مستقیم کردن قطعه انجام می شود در محدودة خواص مکانیکی قابل تشخیص نباشد.
T2:از دمای بالای فرآیند شکل دادن سرد شده ، سردکاری شده و برای حصول حالت کاملاً پایدار به صورت مصنوعی پیر شده است . به فرآورده هایی اطلاق می شود که برای افزایش استحکام بعد از یک فرآیند دما بالا، سردکاری می شوند، یا فرآورده هایی که اثر سردکاری ناشی از صاف کردن یا مستقیم کردن آنها در محدودة خواص مکانیکی آنها قابل تشخیص است.
T3:عملیات گرمایی محلول سازی شده، سردکاری شده و به صورت مصنوعی تا رسیدن به حالت کاملاً پایدار پیر شده. به فرآورده هایی اطلاق می شود که برای افزایش استحکام پس از عملیات گرمایی محلولی، سردکاری می شوند، یا فرآورده هایی که اثر سردکاری ناشی از صاف کردن و مستقیم کردن آن ها در محدودة خواص مکانیکی قابل تشخیص است .
T4:عملیات گرمایی شده و به صورت طبیعی پیر شده تا رسیدن به حالت کاملاً پایدار. به فرآورده هایی اطلاق می شود که پس از عملیات گرمایی، سرد کاری نمی شوند یا اثر سردکاری ناشی از صاف کردن و مستقیم کردن آن ها در محدودة خواص مکانیکی قابل تشخیص نباشد. (T42 نشان دهندة ماده ای است که از حالت OیاF عملیات محلولی شده است تا به عملیات گرمایی پاسخ دهد و به صورت طبیعی پیر می شود تا به حالت کاملاً پایداری برسد)
T5:از دمای بالای فرآیند شکل دادن سرد شده، سپس به صورت مصنوعی پیر شده. به فرآورده هایی اطلاق می شود که پس از سرد شدن از دمای بالای فرآیند شکل دادن سردکاری نمی شوند، یا فرآورده هایی که ممکن است اثر سردکاری ناشی از صاف و مستقیم کردن آنها در محدودةخواص مکانیکی محصول قابل تشخیص نباشد.
T6: عملیات گرمایی شده، سپس به صورت مصنوعی پیر شده . به فرآورده هایی اطلاق می شود که پس از عملیات گرمایی محلولی سردکاری نمی شوند، یا فرآورده هایی که اثر کار سرد ناشی از صاف کردن و مستقیم کردن آنها در محدودة خواص مکانیکی ممکن است قابل تشخیص نباشد(T62 ماده ای را نشان می دهد که برای مشخص شدن پاسخ آن به عملیات محلولی از حالت O یا F عملیات گرمایی محلولی شده ، سپس به صورت مصنوعی پیر می شود)
T8:عملیات گرمایی محلولی شده، سردکاری شده و سپس به صورت مصنوعی پیر شده. به فرآورده هایی اطلاق می شود که برای افزایش استحکام ، سردکاری می شوند، یا در آنها اثر سردکاری ناشی از صاف و مستقیم کردن قطعه در محدودة خواص مکانیکی قابل تشخیص است.
W:عملیات گرمایی محلولی شده.حالت ناپایداری که تنها در مورد آلیاژهایی به کار می رود که پس از عملیات گرمایی محلولی، خود به خود در دمای محیط پیر می شوند.
آلیاژهای AL-MG-SI (گروه***۶):
ترکیب منیزیم (%۲/۱-۶/۰) و سیلیسیم (%۳/۱-۴/۰) در آلومینیوم اساس آلیاژهای کار شده و سختی پذیر AL-MG-SI (گروه یا سری ***۶) را تشکیل می دهد. این آلیاژها به عنوان آلیاژهای ساختمانی استحکام متوسط که دارای خواص خوب دیگری هم چون جوش پذیری ، مقاومت برخوردگی و مقاومت در مقابل ترک خوردگی تنشی هستند موارد مصرف زیادی پیدا کرده اند . این آلیاژها نیز بر خلاف آلیاژهای گروه ***۵ که بیشتر بصورت ورقی استفاده می شوند اغلب به صورت قطعات اکسترود شده کاربرد دارند و مقدار کمی به شکل ورقی یا صفحه ای مورد استفاده قرار می گیرند در این آلیاژها، منیزیم و سیلیسیم به مقدار متعادل افزوده می شوند تا تشکیل آلیاژهای شبه دوتائی دهند، و یا با سیلیسیم بیشتر از مقدار لازم، تشکیل دهند. منگنز و کرم اغلب به آلیاژهای سری***۶ افزوده می شود تا استحکام را افزایش و اندازه دانه ها را کنترل کند. مس نیز استحکام این آلیاژها را افزایش می دهد اما اگر مقدار آن از %۵/۰ تجاوز کند مقاومت به خوردگی را کاهش می دهد.
آلیاژهای تجاری این گروه را می توان به ۳ دسته تقسیم کرد:
دسته اول شامل آلیاژهای حاوی مقادیر منیزیم و سیلیسیم بین %۸/۰ تا %۲/۱ است. این آلیاژها را می توان به آسانی اکسترود کرد و علاوه بر آن، این آلیاژها دارای این مزیت هستند که می توان محصول داغ خروجی از قالب پرس اکستروژن را کوانچ نمود و در نتیجه عملیات حرارتی انحلالی جداگانه مورد نیاز نیست. عملیات کوانچ را می توان از طریق پاشش آب و یا هدایت محصول به داخل آب جاری بدست آورد. مقاطع نازک (mm3 >) را می توان در هوا سرد کرد. با پیر سختی در ċ۱۹۰-۱۶۰ می توان استحکام متوسطی ایجاد نمود. آلیاژ ۶۰۶۳ شاید پر مصرف ترین آلیاژ گروه AL-MG-SI محسوب گردد خواص کششی نوعی این آلیاژها در حالت سختی T6 عبارتند از : تنش سیلان معادل MPA 215 و استحکام کششی معادل MPA245. این آلیاژ کاربردهای خاصی در معماری و سطوح تزئینی پیدا کرده اند. در این ارتباط، این آلیاژها عکس العمل خوبی به آندایزینگ شفاف یا رنگی و نیز فرآیندهای تمام کاری سطحی نشان می دهند. انواع آلیاژهای ۶۰۶۳ مثل ۶۴۶۳ به دلیل مشخصه های نهایی بهتر توسعه یافت. در آلیاژ ۶۴۶۳، مقدار آهن را در حد کمی نگه می دارند ،در نتیجه جلای آلومینیوم پس از اکسایش آندی افزایش می یابد.
دو دسته دیگر حاوی منیزیم و سیلیسیم بیش از %۴/۱ هستند. این آلیاژها در اثر پیر شدن ، استحکام بالائی بدست می آورند. زیرا به کوانچ شدن حساس تر بوده، و اغلب لازم است آن ها را پس از اکسترود کردن به عنوان یک فرآیند جداگانه عملیات حرارتی انحلالی و کوانچ نمود. یک دسته از آلیاژها که مخصوصاً در آمریکای شمالی مورد مصرف دارند دارای ترکیب متعادلی بوده و یک نمونه از آنها آلیاژ (SI6/0-MG1-AL) 6061 است که به آن %۲۵/۰ مس برای بهبود خواص مکانیکی و %۲/۰ کرم برای کاهش تاثیر احتمالی مس بر روی مقاومت خوردگی افزوده می شود.
از آنجایی که اساس کارهای انجام شده بر روی موضوع پروژه، بر روی این آلیاژ صورت گرفته است، در ادامه مباحث مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
آلیاژهای دسته دیگر، حاوی سیلیسیم به میزان بیش از مقدار لازم برای تشکیل هستند. وجود این مقدار سیلیسیم اضافی، از طریق ریز کردن اندازه ذرات و رسوب کردن سیلیسیم به پیر سختی بیشتر کمک می کند . در هر حال این افزایش سیلیسیم ممکن است انعطاف پذیری را نیز کاهش دهد و باعث شکنندگی بین دانه ای که تا حدودی به تمایل سیستم به تجمع در مرز دانه های این آلیاژ ارتباط داده می شود، گردد.
خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم سری ***۶:
آلیاژهای AL-MG-SI کار شده استحکام متوسطی دارند: در شرایط (KSI57-45) T6 ، زیرا مقدار خیلی کمی بین (%۲-۱) از برای رسوب سختی می تواند بصورت آلیاژ در آید. آلیاژهای مستحکم تر این خانواده ۶۰۶۶ و ۶۰۷۰ می باشند که مقدار سیلیسیم آن ها بیش از مقدار لزوم برای ایجاد ۱ تا %۲ وزنی است.
آلیاژ ۶۰۶۱ در شرایط T6(پیر سختی شده مصنوعی) دارای استحکام کششی KSI45 و%۶/۱ وزنی است . در آلیاژهای AL-MG-SI معمولاً عملیات حل سازی در دمایی حدود ċ۵۲۰ انجام می شود. از آنجا که این دما خیلی کمتر از دمای ذوب یوتکیتک این آلیاژها می باشد بنابراین اگراندکی بیش از مقدار لازم نیز گرم شوند احتمال ذوب این ها کم است (ذوب مرز دانه ای). عملیات حل سازی در آلیاژ ۶۰۶۱ را می توان در دماهایی بیشتراز ċ ۵۲۰ نیزانجام دادکه بامقداری افزایش دراستحکام همراه است زیرا در دمای ċ ۵۲۰ تمامحل نمی شود.
آلیاژهای AL-MG-SI معمولاً در دمای حدود ċ ۱۷۰ پیر می شوند. در خلال فرآوری تجاری، احتمال دارد تا خیری در دمای محیط بین کوانچ شدن و پیر شدن مصنوعی پیش آید که ممکن است خواص مکانیکی را تغییر دهد. در آلیاژهای حاوی بیش از %۱ درصد ،یک تاخیر ۲۴ ساعته باعث کاهش تا %۱۰ خواص کششی در مقایسه با خواص حاصل از پیر سختی بلا فاصله بعد از کوانچ کردن (آبدهی) می گردد. در هر حال چنین تاخیری می تواند بر روی خواص کششی ترکیبات حاوی کمتر از %۹/۰ تاثیر بگذارد. این تاثیرها را به خوشه بندی اتمهای محلول و جاهای خالی اتمی که در دمای محیط وجود دارند و این واقعیت که خط انحلال مناطق GP برای ترکیبات پر عیارتر بالاتر از ċ ۱۷۰ قرار می گیرد ، ارتباط می دهند .
مقاله عملیات حرارتی رسوب سختی