انواع آلیاژهای آلومینیوم: ویژگی ها و کاربردها

اگر در حال طراحی یک محصول فلزی هستید، احتمالاً استفاده از آلومینیوم را به عنوان ماده اصلی در نظر گرفته اید. آلومینیوم دارای نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب، شکل پذیری خوب و زیبایی است. این عوامل باعث افزایش محبوبیت آن در سال های اخیر شده است.

آلومینیوم خالص کاربردهای محدودی دارد، بنابراین اغلب با عناصر دیگر مانند سیلیکون، منیزیم و منگنز ترکیب می شود تا آلیاژها را تشکیل دهد. آلیاژهای آلومینیوم بسیار متنوع هستند و تقریباً در تمام جنبه های زندگی بشر مورد استفاده قرار می گیرند.

عناصر و مقادیر مختلف منجر به خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب و متنوعی می شوند. انجمن آلومینیوم (AA) مستقر در آمریکای شمالی، مشخصاتی را برای تنظیم ترکیب، خواص و نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم ایجاد کرده است.

دو نوع آلیاژ آلومینیوم وجود دارد – آلیاژهای فشرده و ریخته گری(wrought and cast). کارگران ریخته گری این دو نوع آلیاژ را به روش های مختلفی شکل می دهند که به طور قابل توجهی بر ویژگی های آنها تأثیر می گذارد. این مقاله به شما کمک می کند تا نحوه نامگذاری آلیاژهای مختلف آلومینیوم، خواص فیزیکی و کاربردهای رایج آنها را درک کنید.

بررسی آلیاژهای ریخته گری (cast) آلومینیوم

آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم با ذوب کردن آلومینیوم خالص و ترکیب آن با سایر فلزات در حالت مایع ساخته می شوند. سپس مخلوط را در قالب ماسه، قالب یا قالب دائمی می ریزند. پس از انجماد، فلز از قالب خود خارج می شود. در این مرحله، آن یا در شکل نهایی خود است یا به صورت بیلت یا شمش برای پردازش بیشتر است.

آلیاژها بر اساس مقدار و نوع فلزات آلیاژی طبقه بندی و نامگذاری می شوند. سیستم نامگذاری AA برای این آلیاژها به صورت چهار رقمی است که رقم سوم و چهارم با یک نقطه اعشار جدا شده اند، مانند این (XXX.X).

رقم اول، فلزات آلیاژی اصلی را برای هر آلیاژ آلومینیوم به شما می گوید و مهمترین رقم است. می توانید از آن برای تمایز بین “سری” یا “درجه” مختلف آلیاژ استفاده کنید.

به عنوان مثال، همه آلیاژهای آلومینیومی که با عدد 2 شروع می شوند، به عنوان سری 2xx.x یا درجه 2xx.x شناخته می شوند. این رقم می تواند هر عددی از 1 تا 8 را به خود بگیرد، به جز 6 که برای آلیاژهای ریخته گری استفاده نمی شود.

جدول زیر نشان می دهد که عناصر اصلی آلیاژی برای هر سری ریخته گری کدام هستند، و همچنین ویژگی های اصلی که هر سری را برجسته می کند و برخی از کاربردهای نمونه را نشان می دهد:

سری	عناصر اصلی آلیاژی	ویژگی های اصلی	مثال های کاربردی
1xx.x	99٪ آلومینیوم خالص	هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، مقاومت عالی در برابر خوردگی	روتورهای الکتریکی بزرگ
2xx.x	مس و مقادیر کمی منیزیم	استحکام بالا اما مقاومت کم در برابر خوردگی	سرسیلندر و پیستون، محفظه و یاتاقان
3xx.x	سیلیکون، مس و/یا منیزیم	استحکام و مقاومت در برابر سایش بالا. مقاومت در برابر خوردگی خوب	قطعات موتور، قطعات سازه ای، ریخته گری های دریایی و هواپیما
4xx.x	سیلیکون	استحکام متوسط، چقرمگی بالا و مقاومت ضربه خوب	ریخته گری های پشتیبانی نرده پل، تجهیزات دندانپزشکی، ظروف پخت
5xx.x	منیزیم	استحکام متوسط تا بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا، ماشین کاری خوب و ظاهر جذاب	ریخته گری های معماری و تزئینی، مجموعه های جوشکاری شده
7xx.x	روی	پرداخت خوب، مقاومت در برابر خوردگی خوب، استحکام بالا از طریق عملیات حرارتی	قطعات خودرو، تجهیزات معدن، ریخته گری برای لحیم کاری
8xx.x	قلع	اصطکاک کم	کاربردهای یاتاقان و بوش

رقم دوم و سوم در سیستم نامگذاری AA به طور دلخواه برای شناسایی آلیاژهای مختلف در هر سری اختصاص داده می شود. استثنا سری 1xx.x است که درصد اعشار آلومینیوم را نشان می دهد. برای مثال، 160.0 نشان دهنده ریخته گری با حداقل 99.60٪ آلومینیوم است.

رقم چهارم که بعد از نقطه اعشار می آید، مشخص می کند که آلیاژ ریخته گری (xxx.0) یا شمش (xxx.1) است.

بررسی آلیاژهای فشرده (wrought ) آلومینیوم

آلیاژهای فشرده آلومینیوم نیز با ترکیب آلومینیوم مذاب با سایر فلزات شروع می شوند. با این حال، بر خلاف آلیاژهای ریخته گری، آنها پس از اینکه فلز به بیلت یا شمش جامد تبدیلشد، از طریق فرآیندهایی مانند اکستروژن، نورد و خم شدن به شکل نهایی خود در می آیند.

سیستم طبقه بندی و نامگذاری آنها نیز شبیه به آلیاژهای ریخته گری است. آنها بر اساس عناصر اصلی آلیاژی در سری طبقه بندی می شوند. سیستم نامگذاری آنها از چهار رقم استفاده می کند (اما بدون نقطه اعشار)، و رقم اول عناصر اصلی آلیاژی را نشان می دهد.

جدول زیر عناصر اصلی آلیاژ را برای هر سری آلیاژ فشرده آلومینیوم، و همچنین ویژگی های اصلی که هر سری را برجسته می کند و برخی از کاربردهای نمونه نشان می دهد:

سری	عناصر اصلی آلیاژی	ویژگی های اصلی	مثال های کاربردی
1xxx	99٪ آلومینیوم خالص	هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، مقاومت عالی در برابر خوردگی	هادی های الکتریکی و تجهیزات پردازش شیمیایی
2xxx	مس	نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت کم در برابر خوردگی	چرخ و سیستم تعلیق کامیون، بدنه و بال هواپیما
3xxx	منگنز	استحکام متوسط و کارایی خوب	کار ورق عمومی، وسایل نقلیه تفریحی، الکترونیک
4xxx	سیلیکون	نقطه ذوب و انبساط حرارتی پایین، مقاومت در برابر سایش بالا	سیم جوش و آلیاژ لحیم کاری، کاربردهای معماری، پیستون های موتور فورج شده
5xxx	منیزیم	استحکام متوسط تا بالا، قابلیت جوشکاری خوب، مقاومت در برابر خوردگی خوب	لوازم خانگی، قطعات خودرو، قطعات دریایی
6xxx	سیلیکون و منیزیم	استحکام متوسط با شکل پذیری، قابلیت جوشکاری، ماشینکاری و مقاومت در برابر خوردگی خوب	کاربردهای سازه ای، اکستروژن های معماری، تجهیزات تفریحی
7xxx	روی	استحکام متوسط تا بسیار بالا	سازه های بدنه هواپیما، تجهیزات متحرک، قطعات با استرس بالا

رقم دوم در نامگذاری آلیاژهای فشرده، اگر 0 نباشد، به شما می گوید که آیا آلیاژ یک نوع از آلیاژ اصلی است یا خیر، یعنی آلیاژ 6160 اولین نوع از آلیاژ 6060 است. رقم سوم و چهارم به طور دلخواه برای شناسایی آلیاژها در سری های مربوطه اختصاص داده می شوند، باز هم به جز آلیاژهای سری 1xxx که دو رقم آخر خلوص آلومینیوم را در آلیاژ توصیف می کنند.

تفاوت آلیاژهای فشرده و ریخته گری آلومینیوم چیست؟

تفاوت های جزئی زیادی بین آلیاژهای آلومینیوم فشرده و ریخته گری وجود دارد، به عنوان مثال آلیاژهای ریخته گری می توانند مقادیر قابل توجه تری از سایر فلزات را نسبت به آلیاژهای فشرده در خود جای دهند. اما قابل توجه ترین تفاوت بین این آلیاژها فرآیند ساخت است که برای ارائه محصول نهایی طی می کنند.

به غیر از برخی از عملیات سطحی، آلیاژهای ریخته گری تقریباً در همان شکل جامد مورد نظر از قالب خارج می شوند، در حالی که آلیاژهای فشرده در حالت جامد خود تغییرات متعددی را متحمل می شوند. این تفاوت تأثیر قابل توجهی بر اشکال و خواص فیزیکی محصولات نهایی خواهد داشت.

نتیجه گیری

آلومینیوم به دلیل خواص متنوع و فراوان بودنش، یکی از پرمصرف ترین فلزات روی زمین است. درک انواع مختلف آلیاژهای آلومینیوم و نحوه عملکرد آنها در شرایط مختلف، به طراحان و تولیدکنندگان محصول کمک می کند تا محصولاتی با عملکرد بالا و ایمن برای صنایع مختلف ایجاد کنند.

منبع+ ترجمه توسط الکامهرکیمیا