مرحبا بكم في مواقعنا!

فهم سبائك الألومنيوم

مع نمو الألومنيوم في صناعة تصنيع اللحام ، وقبوله كبديل ممتاز للصلب للعديد من التطبيقات ، هناك متطلبات متزايدة لأولئك المشاركين في تطوير مشاريع الألمنيوم ليصبحوا أكثر دراية بهذه المجموعة من المواد. لفهم الألومنيوم تمامًا ، يُنصح بالبدء بالتعرف على نظام تحديد / تعيين الألومنيوم والعديد من سبائك الألومنيوم المتاحة وخصائصها.

 

نظام التصفية والتخصيص من سبائك الألومنيوم - في أمريكا الشمالية ، تعتبر مؤسسة Aluminium Association Inc. مسؤولة عن تخصيص وتسجيل سبائك الألومنيوم. يوجد حاليًا أكثر من 400 من الألمنيوم المشغول وسبائك الألمنيوم المطاوع وأكثر من 200 من سبائك الألومنيوم على شكل مصبوبات وسبائك مسجلة لدى جمعية الألمنيوم. حدود التركيب الكيميائي للسبيكة لجميع هذه السبائك المسجلة واردة في اتحاد الألومنيوم كتاب البط البري بعنوان "تسميات السبائك الدولية وحدود التركيب الكيميائي للألمنيوم المشغول وسبائك الألومنيوم المشغولة" وفيها الكتاب الوردي بعنوان "التعيينات وحدود التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم في شكل مصبوبات وسبائك. يمكن أن تكون هذه المنشورات مفيدة للغاية لمهندس اللحام عند تطوير إجراءات اللحام ، وعندما يكون النظر في الكيمياء وارتباطها بحساسية الكراك أمرًا مهمًا.

يمكن تصنيف سبائك الألومنيوم إلى عدد من المجموعات بناءً على خصائص مادة معينة مثل قدرتها على الاستجابة للمعالجة الحرارية والميكانيكية وعنصر السبائك الأساسي المضاف إلى سبيكة الألومنيوم. عندما نفكر في نظام الترقيم / التعريف المستخدم لسبائك الألومنيوم ، يتم تحديد الخصائص المذكورة أعلاه. تمتلك الألومينات المشغولة والمسبوكة أنظمة مختلفة لتحديد الهوية. النظام المطاوع هو نظام مكون من 4 أرقام والمسبوكات بها نظام مكاني مكون من 3 أرقام و 1 عشرية.

نظام تعيين السبائك المشغولة - سننظر أولاً في نظام تحديد سبائك الألومنيوم المطاوع المكون من 4 أرقام. الرقم الأول (Xxxx) يشير إلى عنصر السبائك الرئيسي ، الذي تمت إضافته إلى سبائك الألومنيوم وغالبًا ما يستخدم لوصف سلسلة سبائك الألومنيوم ، على سبيل المثال ، سلسلة 1000 ، سلسلة 2000 ، سلسلة 3000 ، حتى 8000 سلسلة (انظر الجدول 1).

الرقم الثاني المفرد (xXxx) ، إذا كان مختلفًا عن 0 ، يشير إلى تعديل السبيكة المحددة ، والرقمين الثالث والرابع (xxXX) هي أرقام تعسفية تُعطى لتحديد سبيكة معينة في السلسلة. مثال: في السبيكة 5183 ، الرقم 5 يشير إلى أنها من سلسلة سبائك المغنيسيوم ، الرقم 1 يشير إلى أنه 1شارع التعديل على السبيكة الأصلية 5083 ، ويحددها 83 في سلسلة 5xxx.

الاستثناء الوحيد لنظام ترقيم السبائك هذا هو مع سبائك الألومنيوم سلسلة 1xxx (الألمنيوم النقي) وفي هذه الحالة ، يوفر الرقمان الأخيران الحد الأدنى من نسبة الألمنيوم التي تزيد عن 99٪ ، أي سبيكة 13(50) (الحد الأدنى من الألمنيوم 99.50٪).

مجففة نظام تعيين سبائك الألومنيوم

سلسلة سبيكة عنصر السبائك الرئيسي

1xxx

99.000٪ الحد الأدنى من الألومنيوم

2xxx

نحاس

3xxx

المنغنيز

4xxx

السيليكون

5xxx

المغنيسيوم

6 ××××

المغنيسيوم والسيليكون

7xxx

الزنك

8xxx

عناصر أخرى

الجدول 1

تعيين سبائك الصب - يعتمد نظام تعيين السبائك المصبوبة على تعيين عشري مكون من 3 أرقام زائد xxx.x (أي 356.0). الرقم الأول (Xxx.x) يشير إلى عنصر السبائك الرئيسي الذي تمت إضافته إلى سبيكة الألومنيوم (انظر الجدول 2).

نظام تعيين سبائك الألمنيوم المصبوب

سلسلة سبيكة

عنصر السبائك الرئيسي

1xx.x

99.000٪ حد أدنى من الألومنيوم

2xx.x

نحاس

3xx.x

السيليكون بالإضافة إلى النحاس و / أو المغنيسيوم

4xx.x

السيليكون

5xx.x

المغنيسيوم

6xx.x

سلسلة غير مستخدمة

7xx.x

الزنك

8xx.x

تين

9xx.x

عناصر أخرى

الجدول 2

الرقمان الثاني والثالث (xXX.x) هي أرقام تعسفية تُعطى لتحديد سبيكة معينة في السلسلة. يشير الرقم الذي يلي العلامة العشرية إلى ما إذا كانت السبيكة عبارة عن صب (.0) أو سبيكة (.1 أو .2). تشير بادئة الحرف الكبير إلى تعديل في سبيكة معينة.
مثال: سبيكة - A356.0 رأس المال أ (Axxx.x) إلى تعديل السبيكة 356.0. العدد 3 (أ3xx.x) يشير إلى أنه من سلسلة السيليكون بالإضافة إلى النحاس و / أو المغنيسيوم. 56 في (Ax56.0) السبيكة ضمن سلسلة 3xx.x ، و .0 (Axxx.0) يشير إلى أنه شكل صب نهائي وليس سبيكة.

نظام تصنيف الألمنيوم - إذا أخذنا في الاعتبار السلسلة المختلفة لسبائك الألومنيوم ، فسنرى أن هناك اختلافات كبيرة في خصائصها والتطبيق المترتب عليها. النقطة الأولى التي يجب التعرف عليها ، بعد فهم نظام التعريف ، هي أن هناك نوعين مختلفين بوضوح من الألمنيوم ضمن السلسلة المذكورة أعلاه. هذه هي سبائك الألومنيوم المعالجة حرارياً (تلك التي يمكن أن تكتسب القوة من خلال إضافة الحرارة) وسبائك الألومنيوم غير المعالجة بالحرارة. هذا التمييز مهم بشكل خاص عند النظر في تأثيرات اللحام القوسي على هذين النوعين من المواد.

سبائك الألومنيوم المطاوع من سلسلة 1xxx و 3xxx و 5xxx غير قابلة للمعالجة بالحرارة ويمكن تصليبها بالضغط فقط. سبائك الألومنيوم المطاوع من سلسلة 2xxx و 6xxx و 7xxx قابلة للمعالجة بالحرارة وتتكون سلسلة 4xxx من سبائك قابلة للمعالجة بالحرارة وغير قابلة للمعالجة بالحرارة. سبائك الصب من سلسلة 2xx.x و 3xx.x و 4xx.x و 7xx.x قابلة للمعالجة بالحرارة. لا يتم تطبيق تصلب الإجهاد بشكل عام على المسبوكات.

تكتسب السبائك القابلة للمعالجة بالحرارة خواصها الميكانيكية المثلى من خلال عملية المعالجة الحرارية ، والمعالجات الحرارية الأكثر شيوعًا هي المعالجة الحرارية للحل والشيخوخة الاصطناعية. المعالجة الحرارية للمحلول هي عملية تسخين السبيكة إلى درجة حرارة مرتفعة (حوالي 990 درجة فهرنهايت) من أجل وضع عناصر السبائك أو المركبات في المحلول. يتبع ذلك التبريد ، عادة في الماء ، لإنتاج محلول مفرط التشبع في درجة حرارة الغرفة. عادة ما يتبع المعالجة الحرارية للمحلول الشيخوخة. الشيخوخة هي ترسيب جزء من العناصر أو المركبات من محلول مفرط التشبع من أجل الحصول على خصائص مرغوبة.

تكتسب السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة خواصها الميكانيكية المثلى من خلال التصلب بالانفعال. تصلب الإجهاد هو طريقة لزيادة القوة من خلال تطبيق العمل على البارد T6، 6063-T4، 5052-H32، 5083-H112.

تعيينات الدرجة الأساسية

رسالة

المعنى

F

كملفقة - تنطبق على منتجات عملية التشكيل التي لا يتم فيها استخدام تحكم خاص في ظروف التصلب الحرارية أو الإجهاد

O

صلب - ينطبق على المنتج الذي تم تسخينه لإنتاج أقل حالة قوة لتحسين الليونة وثبات الأبعاد

H

تصلب الإجهاد - ينطبق على المنتجات التي يتم تعزيزها من خلال العمل البارد. يمكن أن يتبع تصلب الإجهاد معالجة حرارية تكميلية ، مما ينتج عنه بعض الانخفاض في القوة. دائمًا ما يتبع الحرف "H" برقمين أو أكثر (انظر التقسيمات الفرعية لـ H درجة أدناه)

W

محلول معالج بالحرارة - مزاج غير مستقر ينطبق فقط على السبائك التي تتقدم في العمر تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة بعد المعالجة الحرارية للمحلول

T

معالج حراريًا - لإنتاج درجات حرارة ثابتة بخلاف F أو O أو H. ينطبق على المنتج الذي تمت معالجته بالحرارة ، وأحيانًا باستخدام مقوي إجهاد إضافي ، لإنتاج مزاج مستقر. دائمًا ما يتبع الحرف "T" رقم واحد أو أكثر (انظر التقسيمات الفرعية لـ T درجة أدناه)
الجدول 3

بالإضافة إلى التعيين الأساسي لدرجة الحرارة ، هناك فئتان من التقسيم الفرعي ، أحدهما يعالج درجة الحرارة "H" - تصلب الإجهاد ، والآخر يعالج درجة الحرارة "T" - المعالجة الحرارية.

التقسيمات الفرعية من درجة حرارة H - صلابة الإجهاد

يشير الرقم الأول بعد H إلى عملية أساسية:
H1 - سلالة تصلب فقط.
H2 - سلالة صلبة ومصلدة جزئياً.
H3 - سلالة تصلب وتثبت.
H- سلالة تصلب وطلاء أو مطلية.

يشير الرقم الثاني بعد H إلى درجة تصلب الإجهاد:
HX2 - ربع الصعب HX4 - نصف الصعب HX6 - ثلاثة أرباع الصعب
HX8 - كامل الصعب HX9 - صعب جدا

التقسيمات الفرعية من درجة الحرارة - المعالجة حرارياً

T1 - يتقدم في العمر بشكل طبيعي بعد التبريد من عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة ، مثل البثق.
T2 - عمل باردًا بعد التبريد من عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة ثم تقدم العمر بشكل طبيعي.
T3 - محلول معالج حرارياً ويعمل بالبرودة ويتقدم في العمر طبيعياً.
T4 - محلول معالج بالحرارة وعمر السن طبيعياً.
T5 - تقدم العمر صناعياً بعد التبريد من عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة.
T6 - محلول معالج حرارياً وعمر صناعى.
T7 - محلول معالج حرارياً ومثبت (زائد الحجم).
T8 - محلول معالج حرارياً ويعمل بالبرودة وعمر صناعى.
T9 - محلول معالج حرارياً وعمر صناعى وعمل بارد.
T10 - عمل بارد بعد التبريد من عملية تشكيل درجة حرارة مرتفعة ثم تقدم العمر صناعياً.

تشير الأرقام الإضافية إلى تخفيف التوتر.
أمثلة:
TX51 أو TXX51 - تخفيف التوتر عن طريق التمدد.
TX52 أو TXX52 - يخفف الضغط عن طريق الضغط.

سبائك الألمنيوم وخصائصها - إذا أخذنا في الاعتبار السلاسل السبع من سبائك الألومنيوم المشغولة ، فسوف نقدر الاختلافات بينها ونفهم تطبيقاتها وخصائصها.

سبائك سلسلة 1xxx - (غير قابل للمعالجة بالحرارة - مع مقاومة شد نهائية تتراوح من 10 إلى 27 كيلو بايت) غالبًا ما يشار إلى هذه السلسلة باسم سلسلة الألمنيوم النقي لأنها تتطلب الحد الأدنى من الألمنيوم بنسبة 99.0٪. هم قابلون للحام. ومع ذلك ، بسبب نطاق ذوبانها الضيق ، فإنها تتطلب اعتبارات معينة من أجل إنتاج إجراءات لحام مقبولة. عند النظر في التصنيع ، يتم اختيار هذه السبائك في المقام الأول لمقاومتها الفائقة للتآكل مثل الخزانات والأنابيب الكيميائية المتخصصة ، أو لموصلية الكهرباء الممتازة كما هو الحال في تطبيقات قضبان التوصيل. تتمتع هذه السبائك بخصائص ميكانيكية ضعيفة نسبيًا ونادرًا ما يتم أخذها في الاعتبار للتطبيقات الهيكلية العامة. غالبًا ما يتم لحام هذه السبائك الأساسية بمواد حشو مطابقة أو مع سبائك حشو 4xxx تعتمد على متطلبات التطبيق والأداء.

سبائك سلسلة 2xxx - (قابلة للمعالجة بالحرارة - مع قوة شد نهائية من 27 إلى 62 ksi) وهي سبائك الألومنيوم / النحاس (إضافات نحاسية تتراوح من 0.7 إلى 6.8٪) ، وهي سبائك عالية القوة وعالية الأداء تُستخدم غالبًا في تطبيقات الفضاء والطائرات. لديهم قوة ممتازة على نطاق واسع من درجات الحرارة. تعتبر بعض هذه السبائك غير قابلة للحام من خلال عمليات اللحام بالقوس الكهربائي بسبب قابليتها للتشقق الساخن والتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي ؛ ومع ذلك ، فإن البعض الآخر يتم لحامه بالقوس بنجاح باستخدام إجراءات اللحام الصحيحة. غالبًا ما تكون هذه المواد الأساسية ملحومة بسبائك حشو من سلسلة 2xxx عالية القوة مصممة لتتناسب مع أدائها ، ولكن يمكن أحيانًا لحامها بحشوات سلسلة 4xxx التي تحتوي على السيليكون أو السيليكون والنحاس ، اعتمادًا على متطلبات التطبيق والخدمة.

سبائك سلسلة 3xxx - (غير قابل للمعالجة بالحرارة - مع قوة شد قصوى من 16 إلى 41 ksi) هذه هي سبائك الألمنيوم / المنغنيز (إضافات منجنيز تتراوح من 0.05 إلى 1.8٪) وذات قوة معتدلة ، ومقاومة جيدة للتآكل ، وقابلية جيدة للتشكيل ومناسبة للاستخدام في درجات حرارة مرتفعة. كان أحد استخداماتها الأولى هو الأواني والمقالي ، وهي المكون الرئيسي اليوم للمبادلات الحرارية في المركبات ومحطات الطاقة. ومع ذلك ، فإن قوتها المعتدلة غالبًا ما تحول دون اعتبارها للتطبيقات الهيكلية. يتم لحام هذه السبائك الأساسية بسبائك حشو من سلسلة 1xxx و 4xxx و 5xxx ، اعتمادًا على الكيمياء الخاصة بها ومتطلبات التطبيق والخدمة الخاصة.

سبائك سلسلة 4xxx - (قابل للمعالجة بالحرارة وغير قابل للمعالجة بالحرارة - مع قوة شد قصوى من 25 إلى 55 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / السيليكون (إضافات السيليكون تتراوح من 0.6 إلى 21.5٪) وهي السلسلة الوحيدة التي تحتوي على كلاً من المعالجة الحرارية وغير القابلة للمعالجة السبائك المعالجة بالحرارة. عندما يضاف السيليكون إلى الألومنيوم ، فإنه يقلل من درجة انصهاره ويحسن سيولة عند الذوبان. هذه الخصائص مرغوبة لمواد الحشو المستخدمة في كل من اللحام اللحام والنحاس. وبالتالي ، تم العثور على هذه السلسلة من السبائك في الغالب كمواد حشو. السيليكون ، بشكل مستقل في الألومنيوم ، غير قابل للمعالجة بالحرارة ؛ ومع ذلك ، فقد تم تصميم عدد من سبائك السيليكون هذه بحيث تحتوي على إضافات من المغنيسيوم أو النحاس ، مما يوفر لها القدرة على الاستجابة بشكل إيجابي للمعالجة الحرارية للمحلول. عادةً ، يتم استخدام سبائك الحشو القابلة للمعالجة بالحرارة فقط عندما يتعرض أحد المكونات الملحومة للمعالجة الحرارية بعد اللحام.

سبائك سلسلة 5xxx - (غير قابل للمعالجة بالحرارة - مع قوة شد قصوى من 18 إلى 51 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / المغنيسيوم (إضافات المغنيسيوم تتراوح من 0.2 إلى 6.2٪) ولها أعلى قوة للسبائك غير المعالجة بالحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن سلسلة السبائك هذه قابلة للحام بسهولة ، ولهذه الأسباب يتم استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل بناء السفن ، والنقل ، وأوعية الضغط ، والجسور والمباني. غالبًا ما يتم لحام سبائك المغنيسيوم الأساسية بسبائك الحشو ، والتي يتم اختيارها بعد النظر في محتوى المغنيسيوم للمادة الأساسية ، وظروف التطبيق والخدمة للمكون الملحوم. لا يُنصح باستخدام السبائك في هذه السلسلة التي تحتوي على أكثر من 3.0٪ من المغنيسيوم لخدمة درجة حرارة مرتفعة أعلى من 150 درجة فهرنهايت نظرًا لإمكانية تحسسها وقابليتها لاحقًا للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي. غالبًا ما يتم لحام السبائك الأساسية التي تحتوي على أقل من 2.5٪ من المغنيسيوم تقريبًا بنجاح باستخدام سبائك حشو سلسلة 5xxx أو 4xxx. تُعرف السبيكة الأساسية 5052 عمومًا بأنها أقصى سبيكة أساسية لمحتوى المغنيسيوم والتي يمكن لحامها بسبيكة حشو من سلسلة 4xxx. بسبب المشاكل المرتبطة بالذوبان الانصهار والخواص الميكانيكية السيئة المرتبطة باللحام ، لا يوصى بلحام المواد في سلسلة السبائك هذه ، والتي تحتوي على كميات أعلى من المغنيسيوم مع حشوات سلسلة 4xxx. المواد الأساسية المغنيسيوم الأعلى ملحومة فقط بسبائك حشو 5xxx ، والتي تتوافق بشكل عام مع تركيبة السبائك الأساسية.

سبائك سلسلة 6XXX - (قابل للمعالجة بالحرارة - مع قوة شد مطلقة من 18 إلى 58 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / المغنيسيوم - السيليكون (إضافات المغنيسيوم والسيليكون بحوالي 1.0٪) وتوجد على نطاق واسع في جميع أنحاء صناعة اللحام ، وتستخدم في الغالب في شكل البثق ، ودمجها في العديد من المكونات الهيكلية. ينتج عن إضافة المغنيسيوم والسيليكون إلى الألومنيوم مركب من المغنيسيوم-سيليسيد ، والذي يوفر لهذه المادة قدرتها على أن تصبح محلولًا معالجًا حرارياً لتحسين القوة. هذه السبائك حساسة للتصدع بشكل طبيعي ، ولهذا السبب ، لا ينبغي أن تكون ملحومة بالقوس تلقائيًا (بدون مادة حشو). تعد إضافة كميات كافية من مادة الحشو أثناء عملية اللحام بالقوس الكهربائي أمرًا ضروريًا لتوفير تخفيف للمادة الأساسية ، وبالتالي منع مشكلة التكسير الساخن. يتم لحامها بمواد حشو 4xxx و 5xxx ، وفقًا لمتطلبات التطبيق والخدمة.

سبائك سلسلة 7XXX - (قابل للمعالجة بالحرارة - بمقاومة شد قصوى من 32 إلى 88 ksi) هذه هي سبائك الألومنيوم / الزنك (إضافات الزنك تتراوح من 0.8 إلى 12.0٪) وتشتمل على بعض سبائك الألومنيوم ذات القوة العالية. غالبًا ما تستخدم هذه السبائك في تطبيقات عالية الأداء مثل الطائرات والفضاء والمعدات الرياضية التنافسية. مثل سلسلة السبائك 2xxx ، تشتمل هذه السلسلة على سبائك تعتبر غير مناسبة للحام القوسي ، وغيرها ، والتي غالبًا ما يتم لحامها بالقوس بنجاح. السبائك الملحومة الشائعة في هذه السلسلة ، مثل 7005 ، ملحومة في الغالب بسبائك حشو سلسلة 5xxx.

ملخص - تشتمل سبائك الألومنيوم اليوم ، جنبًا إلى جنب مع مختلف درجات الحرارة الخاصة بها ، على مجموعة واسعة ومتعددة الاستخدامات من مواد التصنيع. من أجل التصميم الأمثل للمنتج وتطوير إجراءات اللحام الناجحة ، من المهم فهم الاختلافات بين العديد من السبائك المتاحة وخصائص أدائها وقابلية اللحام المختلفة. عند تطوير إجراءات اللحام القوسي لهذه السبائك المختلفة ، يجب مراعاة السبيكة المحددة التي يتم لحامها. غالبًا ما يقال إن اللحام القوسي للألمنيوم ليس بالأمر الصعب ، "إنه مختلف تمامًا". أعتقد أن جزءًا مهمًا من فهم هذه الاختلافات هو التعرف على السبائك المختلفة وخصائصها ونظام تحديدها.


الوقت ما بعد: 16 يونيو - 2021