اثرات کلی آلیاژسازی آلومینیوم

آلیاژسازی

اگرچه دلیل اصلی آلیاژسازی افزایش استحکام است، اما آلیاژسازی اثرات مهمی بر سایر ویژگی های آلیاژهای آلومینیوم دارد. برخی از این اثرات در زیر مورد بحث قرار گرفته است. اثرات عناصر خاص در بخش “عناصر آلیاژی خاص و ناخالصی ها” در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است.

اثرات آلیاژ بر خواص فیزیکی بیشتر خواص فیزیکی – چگالی، محدوده دمای ذوب، محتوای گرما، ضریب انبساط حرارتی، و رسانایی الکتریکی و حرارتی – با افزودن یک یا چند عنصر آلیاژی تغییر می‌کنند. نرخ تغییر در این خواص با هر افزودن افزایشی برای هر عنصر خاص است و در بسیاری از موارد به شدت به تشکیل محلول جامد یا فاز دوم بستگی دارد.

در مواردی که ممکن است عنصر یا عناصر توسط عملیات حرارتی حل یا رسوب داده شوند، برخی از این خواص، به ویژه چگالی و رسانایی، می توانند به طور قابل ملاحظه ای با عملیات حرارتی تغییر داده شوند. چگالی و رسانایی چنین آلیاژهایی تفاوت های نسبتا زیادی را از یک مزاج به دیگری نشان می دهد.

خواص الکتروشیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی به شدت تحت تأثیر عناصر آلیاژی است که محلول های جامد یا فازهای اضافی یا هر دو را تشکیل می دهند. برای سیستم‌هایی که تغییرات قابل‌توجهی در حلالیت جامد با دما نشان می‌دهند، این ویژگی‌ها ممکن است به طور قابل‌توجهی با مزاج عملیات حرارتی تغییر کنند، و اگرچه به ندرت، حتی با پیری دمای اتاق (به عنوان مثال، مقاومت در برابر تنش در برابر خوردگی آلیاژهای با منیزیم بالا 5xxx در کرنش). – مزاج سخت).

قوی ترین اثرات الکتروشیمیایی از مس یا روی در محلول جامد است. افزودن مس در محلول جامد پتانسیل محلول الکتروشیمیایی محلول الکتروشیمیایی را در جهت کاتدی به میزان 0.047 V/wt% (0.112 V/at%) تغییر می‌دهد و افزودن روی آن را در جهت آندی با نرخ 0.063 V/wt تغییر می‌دهد. % (0.155 V/at%). این پتانسیل ها در محلول آبی 53 گرم NaCl + 3 گرم H2O2 در لیتر اندازه گیری می شوند.

منیزیم و سیلیکون که اساس آلیاژهای فرفورژه سری 4xxx، 5xxx و 6xxx و آلیاژهای ریخته گری سری 3xx.x، 4xx.x و 5xx.x هستند و در ترکیبات بسیاری از آلیاژهای دیگر برجسته هستند. اثرات نسبتا ملایمی بر پتانسیل محلول دارد و برای مقاومت در برابر خوردگی مضر نیست.

اگرچه آلومینیوم یک فلز واکنشگر ترمودینامیکی است، اما در اکثر محیط‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد، که ممکن است به انفعال ایجاد شده توسط یک لایه محافظ اکسید آلومینیوم نسبت داده شود. این فیلم به شدت به سطح فلز چسبیده است و در صورت آسیب تقریباً بلافاصله دوباره تشکیل می شود. تداوم فیلم تحت تأثیر ریزساختار فلز – به ویژه، حضور و کسر حجمی ذرات فاز دوم است. مقاومت در برابر خوردگی تحت تأثیر این عامل و روابط پتانسیل محلول بین ذرات یا اجزای فاز دوم و ماتریس محلول جامد که در آن رخ می‌دهند، قرار می‌گیرد. در بیشتر محیط ها، مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم بدون آلیاژ با افزایش خلوص افزایش می یابد.

مقاومت یک آلیاژ نه تنها به روابط ریزساختاری مربوط به انواع خاص، مقادیر و توزیع اجزای فاز دوم بستگی دارد، بلکه به شدت به ماهیت محلول‌های جامدی که در آن وجود دارند نیز بستگی دارد. مس مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد علیرغم این واقعیت که وقتی در محلول جامد قرار می گیرد آلیاژ را کاتدی تر می کند (از نظر ترمودینامیکی کمتر فعال می شود).

این امر با این واقعیت توضیح داده می‌شود که یون‌های مس که در محیط‌های آبی و خورده‌کننده وارد محلول می‌شوند، روی سطح آلیاژ آلومینیوم به‌عنوان ذرات ریز مس فلزی مجدداً قرار می‌گیرند و زوج‌های خوردگی فعال‌تری را تشکیل می‌دهند، زیرا مس فلزی نسبت به آلیاژ بسیار کاتدی است.

منگنز که در محلول جامد پتانسیل محلول را در جهت کاتدی به شدت تغییر می‌دهد مانند مس، مقاومت به خوردگی آلیاژهای تجاری حاوی آن را مختل نمی‌کند، زیرا این مقادیر در محلول جامد در محصولات تجاری باقی می‌ماند که تحت گرمایش شدید حالت جامد قرار می‌گیرند. فرآیند، بسیار کوچک هستند و منگنز مانند مس از محلول جدا نمی شود.

تفاوت در پتانسیل محلول در بین آلیاژهای ترکیبات مختلف در محصولات کامپوزیت آلکلاد به خوبی استفاده می شود. در این محصولات، جزء ساختاری کامپوزیت، که معمولاً یک آلیاژ قوی یا قابل عملیات حرارتی است، هسته محصول را تشکیل می‌دهد و توسط یک آلیاژ روکشی از ترکیبی پوشانده می‌شود که نه تنها در برابر خوردگی بسیار مقاوم است، بلکه پتانسیل حل‌پذیری نیز دارد. که آندی به هسته است.

مشابه حفاظت از فولاد زیرین که توسط روی بر روی سطوح محصولات فولادی گالوانیزه ایجاد می شود، هسته آلیاژ آلومینیوم به صورت الکترولیتی توسط روکش آندی بیشتر محافظت می شود.

ترکیب مواد روکش به طور خاص برای محافظت از آلیاژ هسته طراحی شده است، به طوری که برای آنهایی که حاوی مس به عنوان ماده آلیاژی اصلی هستند (نوع 2xxx)، آلومینیوم بدون آلیاژ آندی بیشتر (نوع 1xxx) برای محافظت از هسته به صورت الکترولیتی عمل می کند. در مورد آلیاژهای قوی حاوی روی همراه با منیزیم و مس (مانند 7049، 7050، 7075، و 7178)، یک آلیاژ آلومینیوم-روی (7072) یا یک آلیاژ آلومینیوم-روی منیزیم (7008 یا 7011) محافظت می کند. دومی استحکام بالاتری را ارائه می دهد.

اثرات ناخالصی اگرچه تفاوت‌های عمده در خواص و ویژگی‌ها معمولاً با افزودن‌های آلیاژی از یک تا چند درصد همراه است، بسیاری از عناصر آلیاژی هنگامی که در بخش‌های کوچک 1 درصد اضافه می‌شوند یا با چنین مقادیر کمی افزایش می‌یابند، اثرات بسیار مهمی ایجاد می‌کنند. با توجه به خواص مکانیکی، این به ویژه برای ترکیبی از عناصر خاص صادق است.

فعل و انفعالات کاملاً پیچیده هستند و یک عنصر معین ممکن است بسته به سایر عناصر درگیر و ویژگی یا ترکیبی از ویژگی‌های مورد نیاز، بسیار سودمند یا بسیار مضر باشد. وجود یا عدم وجود مقادیری در حدود یک هزارم درصد از ناخالصی‌های خاص – برای مثال سدیم و کلسیم – ممکن است بین موفقیت شکست کامل در ساخت شمش‌های آلیاژی 5xxx با منیزیم بالا در محصولات فرفورژه مفید تفاوت ایجاد کند.

نمونه های بسیار دیگری با اهمیت عملی یکسان وجود دارد. محدودیت های ناخالصی مشخص شده برای آلیاژهای تجاری برخی از این اثرات را منعکس می کند، اما تولیدکنندگان محصولات آسیاب باید در بسیاری از موارد محدودیت های محدودتر را رعایت کنند تا از بازیابی خوب محصول اطمینان حاصل کنند.

افزودنی های اصلاح کننده سیلیکون افزودن درصدهای مشابهی از مواد فلزی و غیرفلزی – برای مثال سدیم و فسفر – برای افزایش خواص مکانیکی و ماشینکاری آلیاژهای ریخته گری حاوی سیلیکون استفاده می شود.

افزودنی های تصفیه غلات. اکثر آلیاژهایی که به عنوان “شمش های ساخت” برای ساخت محصولات فرفورژه تولید می شوند، و همچنین آلیاژهایی که به شکل شمش ریخته گری تولید می شوند، دارای مقادیر کمی از تیتانیوم یا بور یا ترکیبی از این دو عنصر به نسبت های کنترل شده هستند.

هدف از این اضافات، کنترل اندازه و شکل دانه در شمش تولیدی به صورت ریخته گری یا در ریخته گری های تولید شده از شمش ریخته گری است. این افزودنی های پالایش دانه تأثیر کمی بر تغییرات اندازه دانه که در حین یا در نتیجه کار یا تبلور مجدد رخ می دهد، دارند. آلیاژهای پرکننده جوشکاری و آلیاژهای ریخته گری عموماً دارای محتویات بیشتری از عناصر پالایش دانه هستند تا از بالاترین مقاومت در برابر ترک در هنگام انجماد جوش ها و قطعات ریخته گری اطمینان حاصل شود.