۱۴۰۳ ۰۹ ۱۸
۲ دیدگاه
9 دقیقه
نویسنده: کیمیا حسینی
مطالب مرتبط
مطلب مفیدی بود
چاپ مطلب
اشتراک گذاری مطلب
آلومینیوم خالص، به دلیل نرمی و انعطافپذیری بالا، برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب نیست. به همین دلیل، آلیاژ آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته است و با ترکیب آلومینیوم و عناصر دیگر، مثل مس، منیزیم، سیلیکون، منگنز و روی، خواص مکانیکی و شیمیایی فوقالعادهای را اراده میدهد. آلیاژهای آلومینیوم، با وزن کم، استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت ماشینکاری عالی، در صنایع مختلفی مثل هوافضا، خودروسازی، ساختمانسازی و بستهبندی، کاربردهای گستردهای دارند. آلیاژهای آلومینیوم، در مقایسه با فولاد آلیاژی، وزن کمتری دارند و در عین حال، استحکام قابل توجهی ارائه میدهند. در این مقاله از میهن فولاد، قصد داریم بیشتر درمورد این آلیاژ صحبت کنیم. با ما همراه باشید.
همانطور که میدانید، آلیاژ دارای ترکیباتی از عناصر آلیاژی است. این ترکیبها، برای بهبود خواص ماده اولیه، مانند استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی یا خواص مغناطیسی، انجام میشود. فولاد آلیاژی، نمونهای از آلیاژ توسعه یافته است.
آلیاژها را میتوان به دو دسته کلی آلیاژ آهنی، که پایه آن آهن است و آلیاژ غیرآهنی، که پایه آن فلز دیگری مانند آلومینیوم، مس، نیکل، تیتانیوم یا منیزیم است، تقسیمبندی کرد. برای مثال، آلیاژ مس، بهدلیل رسانایی الکتریکی عالی، در سیمکشی و صنایع الکترونیک استفاده میشود. آلیاژ منیزیم، بهدلیل وزن کم، در ساخت قطعات خودرو و هواپیما مورد توجه است. حتی پلیمرها نیز میتوانند با مواد دیگر ترکیب شده و آلیاژ پلیمری را تشکیل دهند.
اما چرا این ترکیب شیمیایی اهمیت دارد؟ زیرا آهن خالص، بهتنهایی استحکام لازم را ندارد. پس فولاد آلیاژی، با ترکیب آهن و عناصری مانند کربن، منگنز و سیلیسیم، خواص بهتری میتواند ارائه دهد. این آلیاژ، استحکام و مقاومت لازم را برای تحمل بارهای سنگین فراهم میکند. بنابراین، آلیاژها با تغییر خواص مواد، امکان ساخت محصولاتی با عملکرد بهتر را فراهم میکنند.
آلیاژ آلومینیوم، ترکیبی از آلومینیوم خالص با عناصر آلیاژی دیگر است. این عناصر، مانند مس، منیزیم، منگنز، سیلیسیم، قلع، نیکل و روی، برای بهبود خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی به آن اضافه میشوند. آلومینیوم بهصورت خالص، فلزی نرم و چکشخوار است و استحکام کافی برای بسیاری از کاربردهای مهندسی را ندارد. اما با تشکیل آلیاژ، این فلز سبک، به مادهای مستحکم و مقاوم تبدیل میشود.
فرآیند ساخت آلیاژ آلومینیوم، شامل ذوب آلومینیوم و سپس افزودن عناصر آلیاژی به آن در دما و شرایط کنترل شده است. نسبت هر عنصر در آلیاژ، تاثیر مستقیمی بر خواص آن دارد. برای مثال، افزودن مس به آلومینیوم، استحکام و سختی آن را افزایش میدهد. در حالیکه افزودن منیزیم، مقاومت در برابر خوردگی را بهبود میبخشد. پس از ترکیب عناصر، مذاب حاصل، به شکل شمش یا بیلت ریختهگری میشود و سپس برای تولید محصولات مختلف، تحت عملیات شکلدهی مانند نورد، اکستروژن یا فورج قرار میگیرد.
آلیاژ آلومینیوم، نسبت استحکام به وزن بالایی دارد. یعنی در عین سبکی، بسیار مقاوم بوده و برای همین، گزینهای مناسب برای ساخت هواپیما و قطعات خودرو است. قابلیت جوشکاری و شکلپذیری عالی نیز از دیگر خصوصیات این آلیاژها است. بهراحتی میتوان آنها را به اشکال مختلف درآورد و به یکدیگر متصل کرد.
مقاومت در برابر خوردگی، یکی دیگر از ویژگیهای مهم آلیاژهای آلومینیوم است. این آلیاژها در محیطهای مرطوب و خورنده، به خوبی مقاومت میکنند. هدایت الکتریکی و گرمایی خوب و همچنین قابلیت انعکاس نور و گرما، از دیگر خواص آلیاژهای آلومینیوم هستند. علاوهبرآن، آلومینیوم غیرسمی است و برای سلامتی انسان خطری ندارد. بنابراین، آلیاژهای آلومینیوم، موادی ارزشمند با کاربردهای مختلف در صنایع مختلف هستند.
آلیاژهای آلومینیوم، مثل هر مادهی دیگری، در کنار مزایای فراوان، معایبی نیز دارند که عبارتند از:

این آلیاژها به دو دستهی اصلی کارشده (Wrought) و ریختگی (Cast) تقسیمبندی میشوند. هر دسته نیز شامل سریهای مختلفی است که هر کدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند.
این آلیاژها قابلیت شکلپذیری از طریق فرآیندهایی مانند نورد و اکستروژن را دارند. برای شناسایی آنها، از یک سیستم چهار رقمی استفاده میشود.
این سری شامل آلیاژهایی با حداقل 99% آلومینیوم است. بهدلیل خلوص بالا، رسانایی الکتریکی و انعکاس نوری بسیار خوبی دارند. نرم و چکشخوار بوده و بهراحتی شکل میگیرند. از کاربردهای آنها میتوان به ساخت لولههای ظریف، قطعات الکتریکی و ورقهای منعکسکننده اشاره کرد. مثالهایی از این سری عبارتند از: 1050، 1060 و 1100.
عنصر اصلی آلیاژی در این سری، مس است. افزودن مس به آلومینیوم، استحکام، سختی و قابلیت جوشکاری آن را افزایش میدهد. قابلیت ماشینکاری خوبی داشته و برای ساخت قطعات ظریف مانند پیچهای مهندسی مناسب هستند. آلیاژهای 2011، 2025، 2219 و 2419 از جمله اعضای این سری هستند. همچنین قابلیت عملیات حرارتی دارند که امکان تنظیم خواص مکانیکی را فراهم میکند.
در این سری، منگنز عنصر اصلی آلیاژی است. افزودن منگنز، استحکام آلومینیوم را افزایش میدهد. این آلیاژها برای کاربردهای عمومی که استحکام متوسطی نیاز است، مناسب هستند. از معروفترین آلیاژهای این گروه میتوان به 3003، 3004 و 3005 اشاره کرد که برای ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار میگیرند.
این سری، با افزودن سیلیسیم به آلومینیوم تولید میشود. کاربرد این سری نسبت به سایر سریها کمتر است. معمولاً در صورت نیاز به حضور سیلیسیم، از سری 6000 که شامل منیزیم و سیلیسیم است، استفاده میشود.
منیزیم، عنصر اصلی آلیاژی در این سری است. افزودن منیزیم، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم را افزایش میدهد. این آلیاژها قابلیت جوشکاری خوبی دارند و بسیاری از آنها بهعنوان آلیاژهای تزئینی استفاده میشوند. آلیاژهای 5052، 5083 و 5086 از جمله اعضای این سری هستند.
این سری، از معروفترین و پرکاربردترین آلیاژ آلومینیوم کارشده است. ترکیب منیزیم و سیلیسیم، استحکام و شکلپذیری خوبی به این آلیاژها میدهد. آلیاژهای 6061 و 6063، که برای ساخت پروفیلهای درب و پنجره استفاده میشوند، از جمله اعضای معروف این سری هستند.
این سری شامل آلیاژهای با استحکام بسیار بالا است. روی، عنصر اصلی آلیاژی در این سری است و باعث افزایش استحکام میشود. آلیاژهای 7075 و 7050، که در صنایع هوافضا کاربرد دارند، از جمله اعضای این سری هستند.
این آلیاژها برای ریختهگری در قالب طراحی شدهاند و خواصی مانند سیالیت و تغذیهپذیری خوبی دارند. برای شناسایی آنها از یک سیستم سه یا چهار رقمی استفاده میشود.
سیلیسیم، بهدلیل بهبود خواص ریختهگری، در تمامی این آلیاژها وجود دارد. سریهای اصلی آلیاژهای ریختگی عبارتند از: ۲۰۰، ۳۰۰، ۴۰۰، ۵۰۰، ۷۰۰ و ۸۰۰ و… . هر کدام از این سریها با عناصر آلیاژی مختلفی مانند مس، سیلیسیم، منیزیم، روی و قلع تولید میشوند و کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، سری 400 که حاوی سیلیسیم است، برای ریختهگری قطعات با هندسهی پیچیده استفاده میشود. سری 300 نیز که حاوی سیلیسیم و مس یا منیزیم است، از پرکاربردترین آلیاژهای ریختگی محسوب میشود.
آلیاژ آلومینیوم، بهدلیل خواص عالی خود، در بخش وسیعی از صنایع کاربرد دارد که شامل:
در صنعت هوافضا، آلومینیوم برای ساخت بدنه و بالهای هواپیما مورد استفاده قرار میگیرند. در صنعت خودروسازی نیز، این آلیاژها در ساخت قطعات موتور، شاسی و بدنه خودرو بهکار میروند و باعث کاهش وزن و افزایش راندمان سوخت میشوند. در صنعت ریلی نیز برای ساخت واگنهای قطار استفاده میشود. کشتیسازی نیز از دیگر صنایعی است که از این آلیاژها استفاده میکند.
در صنعت ساختمان، آلیاژ آلومینیوم برای ساخت درب، پنجره، نمای ساختمان و سازههای سبک مورد استفاده قرار میگیرد. مقاومت در برابر خوردگی، از جمله مزیتهای استفاده از این آلیاژها در ساختمانسازی است.
در صنعت بستهبندی، از آلومینیوم برای تولید قوطیهای نوشیدنی، فویلهای آلومینیومی و بستهبندیهای غذایی استفاده میشود. این آلیاژها از مواد غذایی در برابر رطوبت، نور و اکسیژن محافظت میکنند.
بهدلیل هدایت الکتریکی بالا، آلیاژ آلومینیوم در ساخت سیمهای برق و قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین در ساخت مبدلهای حرارتی نیز کاربرد دارد.
برای سهولت در دسترسی و پیدا کردن گریدهای مختلف در صنعت، هر آلیاژی طبق یک سیستم نامگذاری نامی مشخص دارد. رایجترین آن هم استاندارد انجمن آلومینیوم (Aluminum Association) است. این سیستم به ما میگوید که با چه فلزی طرف هستیم و عنصر اصلی آن چیست. آلیاژهای آلومینیوم معمولا به دو دسته بزرگ تقسیم میشوند: کارپذیر یا کارشده (Wrought Alloys) که با نورد و کشش شکل میگیرند و ریختگی (Casting Alloys) که در قالب ریخته میشوند.
مثلا وقتی میگوییم 6061، بلافاصله میدانیم که با یک آلیاژ آلومینیوم-منیزیم-سیلیکون طرف هستیم که قابلیت عملیات حرارتی (قوی شدن با حرارت) دارد و یک انتخاب عالی برای سازههای ساختمانی است.
گفتیم که آلیاژ آلومینیوم شامل دو دسته ریختگی و کارپذیر است؛ اما این دو چه تفاوتهایی با هم دارند؟
این آلیاژها با کوبیدن، کشیدن یا عبور دادن از غلتکهای نورد شکل میگیرند. این فرآیندها ساختار داخلی فلز را فشرده و منظم میکنند. برای همین، آلیاژهای کارپذیر بسیار قویتر و چقرمهتر (مقاوم در برابر شکست) هستند. بیشترین کاربرد آنها هم در ورقها، میلهها، پروفیلها و قطعات مهم سازهای (مثل 6061 و 7075) است.
این آلیاژها به شکل مایع درآمده و در قالبهای مختلف (مثل دایکاست) ریخته میشوند تا قطعاتی با شکلهای خیلی پیچیده (مانند سرسیلندر موتور) بسازند. در این آلیاژها معمولا سیلیکون زیادی وجود دارد که باعث میشود فلز مذاب مثل آب در قالب جاری شود و تمام گوشهها را پر کند. همچنین، از سیستم سه رقمی با نقطه (A356.0) استفاده میکنند.
|
سری |
عنصر اصلی |
ویژگی |
مثال کاربرد |
|
2xxx (مثل 2024) |
مس (Cu) |
استحکام حداکثری، اما کمی حساس به زنگزدگی. |
بدنه و بال هواپیماهایی که باید فشار زیادی را تحمل کنند. |
|
5xxx (مثل 5083) |
منیزیم (Mg) |
عاشق دریا! بهترین مقاومت در برابر زنگزدگی در آب شور و جوشکاری عالی. |
ساخت کشتی، قایقهای تندرو و مخازن $\text{LNG}$. |
|
6xxx (مثل 6061) |
منیزیم و سیلیکون (Mg & Si) |
متعادل و محبوب، قابلیت عملیات حرارتی، اکستروژن آسان و جوشکاری خوب. |
فریم دوچرخه، چارچوب پنجره و در، سازههای ساختمانی. |
|
7xxx (مثل 7075) |
روی (Zn) |
قویترین در کل خانواده. سبکی آلومینیوم با استحکامی نزدیک به فولادهای خاص. |
قطعات حیاتی در هوافضا، ابزارآلات نظامی. |
آلیاژهای آلومینیوم (مثل سری 2xxx، 6xxx و 7xxx) را میتوان با حرارت دادن، بسیار بهتر و قویتر کرد که به این کار به عملیات حرارتی میگویند.
قطعه تا دمای بسیار بالا (حدود 500C) گرم میشود. در این دما، تمام اتمهای اضافی (مثل مس یا روی) کاملا در ساختار آلومینیوم، درست مثل حل شدن شکر در آب داغ حل میشوند. بعد ناگهان قطعه را در آب سرد فرو میبرند (کوئنچ). این کار باعث میشود اتمهای حل شده فرصت جدا شدن نداشته باشند و در ساختار حبس شوند.
حالا قطعه را در دمایی پایینتر و کنترلشده (مثلا 150C) برای مدت طولانی (چند ساعت) گرم میکنیم. در این مرحله، اتمهای حبس شده شروع به جدا شدن و تشکیل ذرات بسیار ریز و سخت میکنند. این ذرات مثل موانعی در مسیر حرکت عیوب داخلی فلز عمل میکنند و اجازه نمیدهند که فلز به راحتی تغییر شکل دهد. برای همین، استحکام تسلیم و سختی فلزی افزایش مییابد.
مشخصات فنی پرکاربردترین آلیاژها به شرح زیر است:
|
آلیاژ و وضعیت (تمپر) |
ترکیب اصلی |
استحکام تسلیم (MPa) |
استحکام نهایی (MPa) |
ویژگی |
|
6061-T6 |
Si, Mg |
276 |
310 |
پرکاربردترین، جوشکاری خوب، سبک و قوی. |
|
7075-T6 |
Mg, Zn |
503 |
572 |
فوقالعاده قوی، مناسب برای فشارهای بالا. |
|
5083-H116 |
Mg |
276 |
345 |
بهترین انتخاب برای محیطهای دریایی و جوشکاری عالی. |
نکته: استحکام تسلیم یعنی حداکثر فشاری که فلز تحمل میکند قبل از اینکه برای همیشه تغییر شکل دهد. استحکام نهایی یعنی حداکثر فشاری که قبل از شکستن تحمل میکند.
برخی از خواص آلیاژ آلومینیوم عبارتند از:
اگر یک تکه مفتول را بارها و بارها خم کنید، حتی اگر با نیروی کم این کار را بکنید، بالاخره میشکند. این شکست بهخاطر خستگی است. در قطعات متحرک (مثل شفتها یا بال هواپیما)، آلومینیوم مقاومت خوبی در برابر این تنشهای چرخهای دارد، اما برخلاف فولاد، حد مشخصی برای ابدی بودن ندارد.
چقرمگی یعنی اینکه یک ماده چقدر میتواند در برابر گسترش یک ترک کوچک مقاومت کند. اگر قطعه شما یک ترک ریز داشته باشد، یک ماده چقرمه به راحتی نمیگذارد آن ترک بزرگ شود. متأسفانه، هرچه آلیاژ را قویتر کنیم (مثلاً 7075 را به T6 تبدیل کنیم)، چقرمگی آن کمی کاهش مییابد. گاهی مجبوریم کمی از استحکام صرفنظر کنیم تا ایمنی و چقرمگی افزایش یابد (مثل تمپ T73 در 7075).
وقتی آلیاژی را میبینید که با یک حرف T و یک عدد مشخص شده، یعنی تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است:
آلومینیوم به صورت کلی تراشیدن راحتی دارد، اما:
در آخر، علاوهبر کاربردهای ذکر شده، آلومینیوم در صنایع مختلف دیگری مانند تولید وسایل آشپزخانه، مبلمان، تجهیزات ورزشی و… نیز مورد استفاده قرار میگیرند. آلومینیوم با خواص فوقالعاده خود، بسیاری از چالشهای صنایع را برطرف میکند. همچنین، شما میتوانید برای دریافت مشاوره تخصصی درمورد انواع فولاد و یا استعلام قیمت فولاد آلیاژی با کارشناسان ما تماس بگیرید.
۲نظر ارسال شده است
نظر خود را در مورد مطلب آلیاژ آلومینیوم چیست؟ | انواع آلیاژ آلومینیوم + کاربردها بنویسید
محمد احمدی
۱۵ مهر ۱۴۰۴
پاسخ
خیلی خوب توضیح دادید که آلومینیوم چیست و چرا آلومینیوم چکش خوار و نرمه و اینکه بعد از آلیاژسازی آلومینیوم قوی میشه. حالا یه سوال دارم. ما تو بازار با انواع آلومینیوم و انواع آلیاژ آلومینیوم خیلی زیادی روبرو هستیم. ممکنه توضیح بدین که بین انواع الیاژ و آلیاژهای معروف مثل سری ۲۰۰۰ یا ۷۰۰۰، چطور بفهمیم که محکمترین آلیاژ آلومینیوم برای ساخت قطعات حساس که نیاز به تحمل وزن بالا دارن (مثلا یه میلگرد آلیاژی آلومینیوم)، کدومه؟ این آلیاژها ربطی به آلومینا دارن؟ اگر متفاوته، اصلا آلومینا چیست؟
کیمیا حسینی
۱۵ مهر ۱۴۰۴
پاسخ
بله، ما آلیاژهای آلومینیوم زیادی داریم. برای پیدا کردن محکمترین نوع در کاربرد آلیاژهای آلومینیوم، باید سراغ سری ۷۰۰۰ بریم (که عنصر اصلیش روی هست). آلیاژهایی مثل ۷۰۷۵ جزو قویترینها هستن و در صنایع هوافضا استفاده میشن و استحکام فوقالعادهای دارن. در مورد سوال آلومینا چیست، آلومینا (اکسید آلومینیوم) ماده اولیه هست که آلومینیوم از آن استخراج میشه، اما خود آلومینا بخش مهمی از خواص مکانیکی آلیاژ نیست و عناصری مثل مس، منیزیم و روی هستن که استحکام رو در پروسه آلیاژسازی آلومینیوم بالا میبرن و این انواع آلیاژ با هم فرق دارند. پس برای قطعهای مثل میلگرد آلیاژی آلومینیوم که باید محکم باشه، سری ۷۰۰۰ انتخاب درستیه.
کلیه حقوق این وب سایت متعلق به گروه میهن فولاد است