ویژگی آلیاژ آلومینیوم
آلومینیوم یکی از فلزات پر کاربرد در صنایع مختلف می‌باشد. آلیاژ آلومینیوم پس از آلیاژهایی نظیر فولاد و آهن در رده دوم قرار گرفته است. علت رشد محبوبیت استفاده از آلومینیوم خواص منحصر به فرد و مختلف آن است که این فلز را به یکی از مهم ترین مواد مهندسی سازه ای تبدیل کرده است.
وزن آلیاژ آلومینیوم بسیار سبک است و در کنار این وزن سبک مقاومت بالایی دارد. به طوری که استحکام بعضی از آلیاژهای آلومینیوم حتی از فولاد نیز بیشتر است. این فلز غیر سمی است و در برابر خوردگی بسیار مقاوم می‌باشد.
روش ساخت آلیاژ آلومینیوم
برای ساخت آلیاژهای مختلف آلومینیوم روشهای متفاوتی وجود دارد و آنها با کیفیت‌های متفاوتی ساخته می‌شوند. به دلیل خواص زیاد آلیاژ الومینیوم این ماده جایگاه ویژه ای در بین مواد مهندسی دارا می‌باشد.
یکی از فراوان ترین فلزات موجود در پوسته زمین آلومینیوم می‌باشد. اما باید گفت که این فلز با عناصر دیگر ترکیب شده است. عناصری مانند سیلسیم و آهن و اکسیژن. اساسی ترین سنگ معدنی که برای استخراج آلومینیوم از آن استفاده می‌کنند بوکسیت نام دارد. بوکسیت نام دیگر اکسید آلومینیوم آبدار می‌باشد. برای استخراج آلومینا یا همان اکسید آلومینیوم از فرایند بایر استفاده می‌کنند.
در مرحله بعدی، اکسیدی که استخراج شده است در مجاورت با یک حمام مذاب کرولیت قرار می‌گیرد و با استفاده از فرایند‌هال و با استفاده از یک کاتند کربنی و آند، احیا می‌شود. در این حالت آلومینیوم به شکل مذاب آن در کف کوره الکترولیت قرار می‌گیرد.برای تولید آلیاژ آلومینیوم از آلومینیوم‌های با درصد خلوص بالا استفاده می‌شود. برای تولید آلیاژ آلومینیوم باید عناصر مناسب آلیاژ به آن افزوده شود. بعد از این فرایند انواع مختلفی از آلیاژهای آلومینیوم تولید می‌شود. برای افزودن عناصر مختلف به آن باید شمش آلومینیوم را در کوره دوباره به حالت مذاب تبدیل کنند. بعد از ذوب شدن آلومینیوم عناصر مختلف را با درصد وزنی مشخص و به صورت آمیژان به آلومینیوم ذوب شده اضافه می‌کنند. پس از اینکه ناخالصی‌ها جدا شدند و عمل سرباره سازی اتفاق افتاد، آلیاژ آلومینیوم مورد نظر تولید می‌شود و آماده استفاده می‌شود.
معرفی انواع آلیاژهای آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم دارای خواص متفاوتی هستند. با توجه به خواص هریک از آنها می‌توان آلیاژهای مختلف آلومینیوم را در دو دسته آلیاژهای کار شده (wrought) و آلیاژهای ریختگی و یا cast قرار داد. در ادامه مقاله معروف ترین آلیاژهایی که در هر دسته قرار می‌گیرند را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
آلیاژهای آلومینیوم cast یا کار شده
برای تعیین نام این گروه از آلیاژها از یک سیستم نامگذاری 4 تایی استفاده می‌کنند. هر عدد در این گروه معنای متفاوتی دارد. عدد اول برای نمایش گروه آلیاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. عدد دوم در این سیستم برای نمایش حدود ناخالصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. دو عدد باقی مانده در این سیستم نامگذاری برای نشان دادن مقدار خلوص آلومینیوم کاربرد دارند.
به مثال زیر که نشان دهنده این سیستم نامگذاری است توجه کنید. آلیاژ آلومینیوم با نام 1050 یک آلیاژ است که از سری 1 آلیاژهای آلومینیوم می‌باشد. ناخالصی‌های موجود در این آلیاژ بسیار کم است. همچنین مقدار آلومینیوم در این آلیاژ چیزی حدود 99.5 درصد می‌باشد.
آلیاژهای آلومینیوم گروه کار شده را می‌توان در 7 زیر دسته تقسیم بندی کرد. ویژگی‌های این 7 دسته به شرح زیر میباشند. ویژگی اصلی تمام آلیاژهای آلومینیوم موجود در این گروه امکان شکل پذیری آنها است. برای شکل دادن به آنها می‌توان از فرایندهایی مانند اکستروژن و یا کار سخت استفاده کرد.
آلیاژ آلومینیوم سری 1000
آلومینیوم خالص تجاری نامی است که می‌توان بر روی این دسته از آلیاژهای آلومینیوم قرار داد. میزان خلوص آلومینیوم در این گروه 99 درصد می‌باشد. زمانی که درصد خلوص آلومینیوم در آلیاژی به این میزان بالا باشد از آن برای هدایت الکتریسیته استفاده می‌کنند. همچنین ورقه‌های آلومینیومی این دسته از آلیاژها می‌توانند به راحتی نور را منعکس نمایند. این دسته از آلیاژ آلومینیوم ویژگی دیگری نیز دارد که عبارت است از نرم بودن و یا چکش خواری آن. به دلیل این خصوصیت می‌توان آن را به راحتی تغییر شکل داد.
معروف ترین آلیاژهایی که در این گروه دسته بندی می‌شوند عبارتند از:
1- آلیاژ آلومینیوم 1050 2- آلیاژ آلومینیوم 1060
3- آلیاژ آلومینیوم 1100 4- آلیاژ آلومینیوم 1145
5- آلیاژ آلومینیوم 1175 6- آلیاژ آلومینیوم 1200
7- آلیاژ آلومینیوم 1230 8- آلیاژ آلومینیوم 1235
9- آلیاژ آلومینیوم 1345 10- آلیاژ آلومینیوم 1350
کاربرد آلیاژ آلومینیوم سری 1000
اگر نیاز به ساخت لوله‌های ظریف آلومینیومی وجود داشته باشد و یا اینکه اگر بخواهید صفحه خازن بسازید بهتر است از آلیاژهای این گروه استفاده نمایید.
آلیاژ آلومینیوم سری 2000
برای تولید این آلیاژ از آلومینیوم از آلیاژ مس استفاده می‌کنند. البته عنصر اصلی مورد استفاده برای ساخت آن آلومینیوم می‌باشد. آلیاژهای این دسته دارای استحکام بیشتری هستند. همچنین آنها را راحت تر می‌توان جوشکاری کرد و مقاومت آنها در برابر خوردگی نیز بالاتر است. برای تولید محصولات ظریفی مانند پیچ‌های مهندسی این آلیاژ بسیار پر کاربرد است. قابلیت حرارتی این دسته از آلیاژها نیز بسیار زیاد می‌باشد و این قابلیت این اجازه را می‌دهد که بتوان رنج زیادی از خاصیت‌های مکانیکی را با توجه به کاربردی که از آن انتظار می‌رود به دست آورد. این قابلیت اجازه می‌دهد.
برای ساخت این آلیاژها علاوه بر مس از آلیاژهای دیگری نیز استفاده می‌شود که عبارتند از:
- منگنز
- وانادیوم
- یزرکونیوم
- تیتانیوم
معروف ترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
- آلیاژ آلومینیوم 2025
- آلیاژ آلومینیوم 2011
- آلیاژ آلومینیوم 2219
- آلیاژ آلومینیوم 2419
آلیاژ آلومینیوم سری 3000
آلیاژهای این گروه را آلیاژ آلومینیوم – منگنز نیز می‌نامند. برای ساخت آلیاژهای این گروه از منگنز استفاده می‌کنند. برای بالا بردن استحکام این دسته از آلیاژها از توزیع ظریف رسوب‌های نامحلول استفاده می‌شود و منگنز به آلومینیوم از طریق تشکیل محلول جامد به وجود می‌آید. اگر نیاز به استحکام متوسط وجود داشته باشد این گروه از آلیاژها مناسب میباشند. همچنین آلیاژهای سری 3000 دارای کارپذیری خوبی میباشند. برای ساخت محصولاتی مانند مخازن تحت فشار از این آلیاژ استفاده می‌کنند. معروف ترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
1- آلیاژ الومینیوم 3003
2- آلیاژ الومینیوم 3004
3- آلیاژ الومینیوم 3005
4- آلیاژ الومینیوم 3105
آلیاژ آلومینیوم سری 4000
آلیاژهای سری 4000 آلومینیوم کاربرد گسترده ای ندارند. برای ساخت آنها باید از عنصر سیلسیم استفاده کرد. آلیاژهای آلومینیوم در یک مجموعه 7 گانه قرار می‌گیرند که کمترین میزان مصرف مربوط به این سری می‌باشد.
آلیاژ آلومینیوم سری 5000
پایه آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر، آلیاژهای آلومینیوم منیزیم هستند. اگر مقدار منیزیم کم تر از 0.7 درصد باشد آلیاژ آلومینیوم رسوب سختی قابل توجهی از خود نشان نمی دهد این در صورتی است که منیزیم دارای حلالیت بالایی در آلومینیوم می‌باشد. البته با کاهش دما حلالیت آن نیز کاهش پیدا می‌کند. زمانی که منیزیم در آلومینیوم تشکیل محلول جامد می‌دهد، استحکام آلومینیوم افزایش پیدا می‌کند. همچنین اگر عملیات نورد بر روی این آلیاژ انجام شود، با اعمال تغییرات ریز ساختاری استحکام آن هرچه بیشتر می‌شود. از ویژگی‌های این گروه از آلیاژهای آلومینیوم – منیزیم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- استحکام بالا
2- خاصیت جوشکاری که با بالا رفتن درجه استحکام این خاصیت بیشتر افزایش پیدا می‌کند.
3- شکل پذیری خوب
4- مقاوم در برابر خوردگی
کاربرد آلیاژ آلومینیوم سری 5000
آلیاژهای گروه سری 5000 در کاربردهایی مانند تزیینات به کار می‌روند. هرچه میزان آهن، ناخالصی‌ها و سیلسیم در آلیاژهای آلومینیوم کاهش پیدا کند، آلیاژهای تزئینی بهتر شکل می‌گیرند. مهم ترین آلیاژهای سری 5000 عبارتند از:
1- 5457
2- 5357
3- 5057
4- 5252
5- 5053
6- 5657
آلیاژ آلومینیوم سری 6000
معروف ترین آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ سری 6000 می‌باشد. عناصر موجود دراین آلیاژ منیزیم و سیلیسیم هستند. این دو عنصر باعث شده اند که آلیاژ آلومینیوم سری 6000، از استحکام مناسبی برخوردار شود و همچنین قابلیت شکل پذیری خوبی داشته باشد. اگر نیاز به تولید محصولات آلومینیومی با استفاده از این آلیاژ باشد بهتر است از روش اکستروژن استفاده شود.
کاربرد آلیاژ آلومینیوم سری 6000
پروفیل‌های درب و پنجره ساختمانی آلومینیومی غالبا با استفاده از این آلیاژ درست شده اند. همچنین کاربرد دیگر آنها ساخت واگن‌های قطار و بدنه خودرو می‌باشد. معروفترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
1- آلیاژ آلومینیوم 6061
2- آلیاژ آلومینیوم 6063
3- آلیاژ آلومینیوم 6009
4- آلیاژ آلومینیوم 6010
5- آلیاژ آلومینیوم 6053
آلیاژ آلومینیوم سری 7000
هر زمان نیاز به ساخت قطعات استراتژیک مانند قطعات بالگرد، پهپاد و هواپیما وجود داشته باشد از این آلیاژ استفاده می‌شود. آلیاژهای این سری به دو گروه آلیاژهای آلومینیوم – روی – منیزیم و آلیاژهای آلومینیوم – مس – منیزیم تقسیم بندی می‌شوند. هر دو عنصر منیزیم و روی در آلومینیوم حلالیت بالایی دارند و باعث می‌شوند رسوب سختی زیادی به وجود بیاید. برای افزایش استحکام آلیاژ آلومینیوم این دسته از 1 تا 2 درصد مس استفاده می‌شود.
کاربرد آلیاژ آلومینیوم سری 7000
آلیاژهای این گروه دارای وزن کمی هستند و به دلیل استحکام بالایی که دارند در صنایع هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. معروف ترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
1- آلیاژ 7001 آلومینیوم
2- آلیاژ 7049 آلومینیوم
3- آلیاژ 7075 آلومینیوم
4- آلیاژ 7475 آلومینیوم
5- آلیاژ 7178 آلومینیوم
آلیاژهای ریختگی آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم ریختگی دسته دیگری از آلیاژهای آلومینیوم میباشند. برای معرفی آنها از کدهای 3 رقمی استفاده می‌شود. رقم اول این کدها گروه آلیاژ را مشخص می‌کند. دو رقم بعدی برای نشان دادن درجه خلوص آلومینیوم در آلیاژ به کار می‌روند. از ویژگی‌های این گروه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- سیالیت خوب
2- آسانی تغذیه
3- استحکام بالا
4- شکل پذیری مناسب
5- مقاوم نسبت به خوردگی
آلیاژهای آلومینیوم ریختگی در شش گروه، 200، 300، 400، 500، 700 و 800 دسته بندی می‌شوند.
آلیاژ ریختگی آلومینیوم سری 200
مس عنصر اصلی برای ساخت این آلیاژ می‌باشد. البته باید گفت امروزه از عناصر دیگری در این آلیاژ استفاده می‌شود که عبارتند از: سیلسیم و منیزیم. این دو عنصر خوا خوردگی بهتری دارند و وزن آنها نیز کم تر است. البته از نظر استحکام تفاوت زیادی با مس ندارند. معروف ترین آلیاژ ریختگی این دسته عبارتند از:
1- 222
2- 242
آلیاژ ریختگی آلومینیوم سری 300
از جمله پرکاربرد ترین آلیاژ ریختگی می‌توان آلیاژهای سری 300 را نام برد. برای ساخت این آلیاژ از عناصری مانند سیلسیم، منیزیم و مس استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها ساخت برخی از قسمت‌های خودرو، سرسیلندر و برخی از قطعات موشک و هواپیما است. معروف ترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
1- آلیاژ ریختگی 308
2- آلیاژ ریختگی 319
3- آلیاژ ریختگی 333
4- آلیاژ ریختگی 354
آلیاژ ریختگی آلومینیوم سری 400
این گروه ساده ترین آلیاژ ریختگی میباشند. عنصر مورد استفاده برای ساخت این آلیاژ سیلسیم است. برای ریختگی قطعاتی که دارای هندسه پیچیده ای میباشند از این آلیاژ استفاده می‌شود. معروف ترین آلیاژهای این دسته عبارتند از:
1- آلیاژ ریختگی 413
2- آلیاژ ریختگی 433
آلیاژ ریختگی آلومینیوم سری 500
آلیاژ ریختگی سری 500 پرکاربرد نیست. برای ساختت این آلیاژ از منیزیم استفاده می‌شود. کاربرد آن محدود است و معمولا به جای آن از آلیاژ ریختگی سری 300 استفاده می‌شود.
آلیاژ ریختگی آلومینیوم سری 700 و 800
برای تولید این گروه از آلیاژهای ریختگی از روی و قلع استفاده می‌کنند. کاربرد این دسته از آلیاژها نیز مانند گروه قبل گسترده نیست.
نورد آلومینیوم چیست؟
به یک فرایند مکانیکی که در انجام فعالیت‌های فلزکاری دخیل است نورد می‌گویند. مواد اساسی زندگی روزمره ما معمولا محصولات آلومینیومی نورد شده میباشند. از مواد نازک گرفته تا مواد ضخیم. از قوطی‌های آلومینیومی گرفته تا وسایل نقلیه و راه آهن و هواپیما همگی از جمله محصولات آلومینیومی نورد شده میباشند. تجهیزات نورد را می‌توان در سه دسته قرار داد:
1- نورد گرم
2- نورد سرد
3- کارخانه‌های فویل
آلیاژهای این گروه دارای وزن کمی هستند و به دلیل استحکام بالایی که دارند در صنایع هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
1- سیالیت خوب
2- آسانی تغذیه
3- استحکام بالا
4- شکل پذیری مناسب
5- مقاوم نسبت به خوردگی
