رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم

رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم : براي افزايش استحكام و سختي يك آلياژ، تنها دو روش اصلي وجود دارد : كارسرد يا عمليات حرارتي.
عملیات حرارتی به صورت حرارت دادن و سردکردن با یک شیب حرارتی مشخص روی فلزات و آلیاژهای فلزی اعمال می شود به طوری که برای رسيدن به خواص مورد نظر ، اجرای عمليات حرارتی در چند سيکل مختلف صورت می پذيرد يعنی قطعه در چند مرحله با شرايط و برنامه زمان بندی متفاوت گرم و سرد می شود. این عملیات به منظور گرفتن تنش های داخلی (تنش زدایی)، افزایش مقدار مقاومت به ساییده شدن (سایش) ،افزايش سختی و استحکام ،نرم شدن و افزايش قابليت شکل پذيری و ... در قطعه صورت می گیرد و در مجموع موجب تغییر ساختار متالورژیکی و دستیابی به یک خاصیت یا مجموعه ای از خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی در قطعه می شود.

مهمترين فرآيند عمليات حرارتي براي آلياژهاي غير آهني پير سختي يا رسوب سختي است. براي استفاده از اين روش، بايد دياگرام تعادلي داراي حلاليت جزئي در حالت جامد باشد و شيب خط انحلال بصورتي باشد كه قابليت انحلال در درجه حرارتهاي بالاتر بيشتر از قابليت انحلال در درجه حرارت هاي پايين تر باشد.

عملیات حرارتی پیر سختی

پير سختي يكي از روش هاي استحكام بخشي به مواد فلزي با اضافه كردن ذره هاي سخت و كاملاً  پراكنده به آن است. با انتخاب مناسب عناصر آلياژي اضافه شونده و عمليات گرمايي، مي توان توزيع مناسبي از رسوب حالت جامد فاز دوم را در زمينه اي كه آن رسوبات را درخود حل كرده است پديد آورد. اگر با اين عمل فلز استحكام يافت آن را رسوب سختي مي نامند كه روشي قابل استفاده در سطحي وسيع براي استحكام بخشي مواد فلزی است.

 بطور كلي در عمليات حرارتي پير سختي (رسوب سختي) سه مرحله وجود دارد:

1- عمليات حرارتي انحلالي (محلول سازي) در دماي نسبتاً بالا در ناحيه تك فازي به منظور حل شدن عناصر آلياژی 

2- كوئنچ(آبدهی) تا دماي محيط برای بدست آوردن محلول جامد فوق اشباع از اين عناصر در آلومينيوم

3- پيرسازی (تجزيه كنترل شده محلول جامد فوق اشباع براي تشكيل رسوبات ريز و پراكنده در زمينه فلز)

آلياژ پس از اينكه در يك مدت مشخص تا يك دماي مشخص در منطقه تك فازي حرارت داده شد، در آب سريع سرد مي شود. حال آلياژ كوئنچ شده، يك محلول جامد فوق اشباع است و بنابراين در يك حالت ناپايدار قرار دارد، بطوري كه اتم محلول اضافي، تمايل دارد كه از محلول خارج شود. منظور از انجام عمليات حرارتي محلول سازي، حصول انحلال كامل عناصر آلياژي است. در مرحلة سوم از عمليات حرارتي پير سختي، به تجزیه كنترل شده محلول جامد فوق اشباع عناصر آلياژي اصلي در آلومينيوم براي تشكيل رسوبات ريز و پراكنده در زمينه آلومينيوم پرداخته مي شود . به عبارتي مرحله پير سازی، اجازه دادن به فاز استحكام دهنده جهت رسوب از محلول جامد فوق اشباع مي باشد اگر اين عمليات در دماي محيط و در حالت خود به خودی و به عبارتي بدون عمليات گرمايي انجام شود به آن عمليات پيرسازی طبيعي  گفته مي شود اما اگر اين عمليات با حرارت دادن قطعه در دماهاي پايين انجام شود به آن عمليات حرارتي پيرسازي مصنوعي  نسبت داده مي شود. در واژگان تخصصي عمليات حرارتي ، T6  و T4 به ترتيب به آلياژهاي عمليات حرارتي پذير پير سخت شده مصنوعي و طبيعي آلومينيوم اطلاق مي شود.

آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر آلومینیوم:

 در میان آلیاژهای کار شده آلومینیم، آلیاژهای سری 2xxx، 6xxx،7xxx  قابلیت انجام عملیات حرارتی را دارند.

آلیاژهای آلومینیوم - مس و آلومینیوم - مس - منیزیم

تغییراتی که در حین پیر کردن آلیاژهای آلومینیوم - مس رخ می دهد، بسیار بیشتر از سایر آلیاژ ها مورد توجه قرار گرفته است، اما تنها چند آلیاژ تجاری بر پایه این سیستم وجود دارد. آلیاژ 2011 قابلیت ماشین کاری خوبی دارد ولی امروزه آلیاژ 2219 به علت خواص مناسب تر، جای آلیاژ 2011 را گرفته است. آلیاژ 2219 دارای خواص کششی بالا، استحکام خزشی خوب و چقرمگی زیادی است.

آلیاژهای آلومینیم - مس - منیزیم در سال 1906، به طور اتفاقی در برلین ساخته شدند و تحقیقات انجام شده روی این آلیاژ منجر به پیدایش آلیاژ دورآلومین شد. معمولا این آلیاژها و سایر آلیاژهای گروه 2xxx به وسیله روش کار سرد با آلومینیم یا آلیاژ آلومینیم - روی پوشش داده می شوند تا مقاومت به خوردگی مطلوبی را ایجاد کنند. در یک استحکام کششی برابر، آلیاژهای گروه 2xxx از آلیاژ های گروه 7xxx چقرمگی شکست پایین تری را نشان می دهند. دلیل این مساله، اندازه بزرگ ترکیبات بین فلزی در آلیاژ های 2xxx است. با کاهش مقادیر آهن، سیلیسم و مس، چقرمگی شکست و انعطاف پذیری بهبود می یابد. این آلیاژ ها در هواپیما و صنایع اتومبیل سازی به کار می روند. 

آلیاژهای آلومینیم - منیزیم - سیلیسیم :

 آلیاژهای آلومینیم - منیزیم - سیلیسیم به عنوان آلیاژ های ساختمانی به کار می روند. این آلیاژ ها دارای خواص جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی تنشی هستند. این آلیاژ ها بیشتر به صورت اکسترودشده به کار می روند. آلیاژ های این گروه به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1- آلیاژهایی با مقدار منیزیم و سیلیسیم بین 0.8 تا 1.2 درصد که به آسانی اکسترود می شوند. محصول خروجی از اکستروژن قابلیت کوئنچ دارد و نیاز به عملیات محلول سازی جداگانه نیست.

2- آلیاژهای دو دسته دیگر حاوی مقادیر منیزیم و سیلیسم بیش از 1.4 درصد هستند. این آلیاژ ها پس از اکسترود شدن به عملیات محلول سازی و کوئنچ نیاز دارند.

3- آلیاژهای دسته سوم دارای مقدار سیلیسمی بیش از مقدار مورد نیاز برای تشکیل Mg₂Si هستند. افزایش مقدار سیلیسم منجر به ریز شدن اندازه ذرات Mg₂Si و رسوب سیلیسم می شود و به پیرسختی کمک زیادی می کند.

آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم  و  آلومینیم - روی - منیزیم - مس :

آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم در میان کلیه آلیاژ های آلومینیم بیشترین پتانسیل رسوبسختی را دارند. در آلیاژ های پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از 0.3 درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژ هایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژ ها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن ها وجود دارد. بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم در ابتدا برای ساخت پل های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیم - روی - منیزیم - مس بیشترین میزان پیرسختی را از خود نشان می دهند. نیاز صنایع نظامی به استفاده از آلیاژ های هواپیمایی که نسبت استحکام به وزن آن ها بالا باشد، در نهایت منجر به تولید آلیاژهای گروه Al-Zn-Mg-Cu شد. آلیاژ 7075 شناخته شده ترین آلیاژ این گروه است.