اثرات ترکیب، ساختار بر خواص آلیاژهای غیر آهنی

خواص آلیاژهای غیر آهنی

طیف وسیعی از خواص آلیاژهای غیر آهنی تجاری وجود دارد.این مقاله روابط بین ریز ساختار و ویژگی های خاصی را که باید در دسترس طراحان قرار گیرد برای کاربردهای خاص، توصیف می کند. در نهایت یک نمای کلی از آلیاژ هارا ارائه می دهد.

کنترل ریزساختار در حین فرآوری به همان اندازه که برای ایجاد خواص مهندسی مطلوب در محصول نهایی اهمیت دارد، در هنگام پروسه تولید نیز مهم است. ساخت اجزای آلیاژی با خواص ساختاری مطلوب مستلزم اعمال انتخاب روش مناسب پروسه برای ترکیب آلیاژی است که قادر به ارائه آن خواص مورد نظر باشد.

توسعه آلیاژ و فرآیند به دنبال بهبود خواص موجود برای فلزات با تنظیم مواد افزودنی آلیاژ برای برآوردن نیازهای فناوری جدید می باشد. این فرآیند امروزه با آلیاژهای پایه در دسترس برای قرن ها (آهن، مس، قلع) و همچنین با آلیاژهای پایه جدیدتر که در حال حاضر برای رفع نیازهای مدرن با الزامات خاصیت منحصر به فرد (تیتانیوم، تنگستن، نیوبیم) به کار گرفته شده اند، ادامه دارد. هنگامی که آلیاژهای موجود در حال حاضر از برآوردن جدیدترین نیازهای طرح‌های سازه کوتاهی می‌کنند، راه‌حل آن مانند گذشته نیاز به طراحی های خاص که ویژگی‌های نزدیک به آن را دارد، پیدا می‌شود.

هیچ فلز یا آلیاژی کاملا منحصر به فرد نیست. شباهت‌هایی در ویژگی‌های فرآیند در میان طیف گسترده‌ای از آلیاژهای غیرآهنی تجاری موجود وجود دارد. با این حال، هر فلز و آلیاژ ترکیبات منحصر به فردی از خواص فیزیکی، شیمیایی و ساختاری مفید را ارائه می دهد که با ترکیب خاص آن و انتخاب مناسب روش پردازش در دسترس است. این مقاله بر روی شکل یکپارچه آلیاژهای غیر آهنی تمرکز دارد.

با این حال، باید اذعان داشت که این آلیاژها همچنین در ترکیبات ساختاری، چه به عنوان کامپوزیت های ساده یا پیچیده، و چه با پوشش ها به منظور ارائه ترکیبات منحصر به فرد و اقتصادی تر از خواص مفید نیز استفاده می شوند. اهمیت در دسترس بودن و هزینه به طور کلی در بحث زیر نادیده گرفته می شود، مگر در مواردی که این ویژگی ها مهم هستند.

آلیاژهای آلومینیوم پس از فولاد به عنوان فلزات ساختاری در رتبه دوم قرار دارند. بیش از 500 آلیاژ در انجمن آلومینیوم ثبت شده است.

استحکام کششی معمول محصولات آلیاژ آلومینیوم از 45 MPa (6.5 ksi) برای ورق 1199-O تا تقریباً 700 MPa (100 ksi) برای محصولات اکسترود شده 7055-T77511 متغیر است. چگالی کم همراه با استحکام بالا، آلیاژهای آلومینیوم را به موادی استاندارد برای کاربردهایی مانند هواپیما تبدیل کرده است، نسبت استحکام به وزن در آلومینیوم به گونه ای است که با وجود وزن پایین استحکام خوبی را داراست و این یکی از ویژگی های خاص این آلیاژ می باشد. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، استحکام متوسط و شکل پذیری خوب، آنها همچنین برای کاربردهای متنوعی از جمله قوطی های نوشیدنی، ساختمان و ساخت و ساز، حمل و نقل دریایی، ریلی، کامیون و خودرو، و صفحه ابزار و ….

آهن: تقریباً همه آلیاژهای آلومینیوم حاوی مقداری آهن هستند که ناخالصی پس از پالایش بوکسیت و ذوب باقی مانده است. نمودار فاز پیش‌بینی می‌کند که در طول انجماد یک آلیاژ آلومینیوم-آهن حاوی چند دهم درصد آهن، بیشتر آهن در فاز مایع باقی می‌ماند تا زمانی که یوتکتیکی از محلول جامد به‌علاوه ذرات تشکیل‌دهنده بین‌فلزی Al3Fe با ساختار بلوری تک‌کلینیک منجمد شود. بسته به سرعت انجماد و وجود عناصر دیگر مانند منگنز، ذرات تشکیل دهنده فاز متعامد Al6Fe متقابل می توانند به جای Al3Fe تعادلی تشکیل شوند. حداکثر حلالیت جامد آهن در آلومینیوم 0.05٪ است، اما حلالیت در اکثر آلیاژهای ساختاری بسیار کمتر است.

فلز مس: سیستم آلومینیوم-مس اساس آلیاژهای 2xxx و ریخته گری 2xx.x است و بسیاری از آلیاژهای قابل عملیات حرارتی دیگر حاوی مس هستند. در آلیاژهای آلومینیوم-مس تجاری، مقداری از مس از نظر شیمیایی با آلومینیوم و آهن ترکیب می‌شود و در طول انجماد، ذرات چهارضلعی Al7Cu2Fe یا متعامد (Al, Cu, Fe) را تشکیل می‌دهد. این ترکیبات نمی توانند در طی عملیات حرارتی بعدی حل شوند، اما می توانند در طی عملیات حرارتی شمش ها یا ریخته گری به دیگری تبدیل شوند. در طول عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم-مس حاوی منیزیم کمی، Al2Cu به عنوان فاز تقویت کننده رسوب می کند.

افزودن منیزیم به آلیاژهای آلومینیوم- مس غنی از آلومینیوم منجر به تشکیل فاز Al2CuMg با تجزیه یوتکتیک می شود. پیش سازهای فراپایدار رسوبات Al2CuMg ارتورومبیک روبه‌مرکز برای تقویت چندین آلیاژ ساختاری مورد استفاده در صنعت هوافضا استفاده می‌شوند زیرا ترکیب مطلوبی از استحکام، چقرمگی شکست و مقاومت در برابر رشد ترک‌های خستگی ایجاد می‌کنند.