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.[1]

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.[2]

خواص[3]

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 1xxx، 3xxx، 5xxx و 6xxx 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.[4]
• 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

به‌طور 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 3xx.x بارز است. میزان بالای سیلسیم باعث جریان‌پذیری خوب و پرشدن قالب می‌شود.
• استحکام: آلیاژهای سری 2xx.x استحکام بسیار بالایی دارند ولی ریخته‌گری آن‌ها سخت‌تر بوده و قابلیت پرداخت خوبی ندارند.
• پرداخت کار: سری 5xx.x و 7xx.x به علت قابلیت پرداخت خوب مورد توجه‌اند اما ریخته‌گری آن‌ها از گروه 3xx.x 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 سیستم نام‌گذاری ANSI و (AA (Aluminum Association 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.[5]

آلیاژهای کارشده[6]

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[7]

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 می‌شود، مثلاً AA 2024-T4. این نام‌گذاری تحت استاندارد ملی آمریکا با شماره ANSI H35.1 و با عنوان سیستم تعریف شده تمپر نامیده می‌شود و برای تمامی روش‌های تولید کاربرد دارد. بسته به نوع فرایند تولید یکی از حروف F برای بدون تغییر و حالت از تولید، O برای آنیل، H برای سخت کردن کرنشی، W برای عملیات حرارتی محلول سازی و T 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.

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

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 T دارای اعدادی بیش از یک رقم هستند مانند AA 224-T351 یا AA 6061-T651 که در این صورت باید موارد زیر را در نظر داشت

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

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

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

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

UNS

در سیستم نامگذاری UNS 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 AA است. مثلاً UNS 92XXX به آلیاژی از آلومینیوم و مس اشاره دارد.

پانویس

1. Kaufman, Introduction to Aluminum Alloys and Tempers, 6.
2. Polmear, Light Alloys, From Traditional Alloys to Nanocrystals, 29.
3. Kaufman, Introduction to Aluminum Alloys and Tempers, 3-5.
4. بروکس، عملیات حرارتی، ساختار و خواص آلیاژهای غیر آهنی، 121.
5. معطوفی، استانداردهای عملیات حرارتی در آلومینیوم و آلیاژهای آن، 16.
6. Cayless, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Material, 22.
7. Kearney and Rooy, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Material, 488.

منابع

• 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).