تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص آلیاژهای آلومینیوم

تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص آلیاژهای آلومینیوم : خواص مختلف و پرکاربرد این فلز سبب شده است که براي نیازهاي مختلف بتوان از آلومینیوم استفاده کرد. تنوع بسیار بالاي آلیاژهاي آلومینیوم (بیش از 450 نوع) دلیل کاربرد و تنوع مصرف آلومینیوم می باشد. اگر چه این آلیاژها داراي ویژگی هاي خاصی هستند، لیکن کلیه آلیاژهاي داراي خواص مشترکی نظیر وزن مخصوص کم، هدایت الکتریکی زیاد، هدایت حرارتی زیاد، قابلیت انعکاس، خاصیت جرقه نزدن و غیر مغناطیسی بودن، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی، افزایش استحکام در دماهاي پائین، نسبت استحکام به وزن بالا، شکل پذیري بالا، غیر سمی بودن، زیبایی و قابلیت بازیافت آسان اشاره کرد. 

تاثیر عناصر مختلف بر ساختار آلیاژهای آلومینیوم

عناصر آلیاژي بکار رفته در ساختار آلیاژهاي آلومینیوم به تنهایی یا در حضور سایر عناصر، خواص ویژه اي را به آلومینیوم می دهند. تاثیر هر یک از این عناصر به صورت زیر بیان شده است:
مس (Cu) : حداکثر استفاده از این عنصر 4 - 10 درصد می باشد. وجود مس باعث بهبود استحکام و سختی در حالت ریختگی و عملیات حرارتی شده، مقاومت به خوردگی و  حساسیت به خوردگی در اثر تنش را کاهش می دهد.

سیلیسم (Si) : سیلیسیم باعث بهبود خواص ریخته گري می شود و شدیدا سیالیت، مقاومت به ترك گرم و خاصیت مواد رسانی مذاب را بهبود می بخشد. خانواده آلیاژهاي آلومینیوم-سیلیسیم مصرف فراوانی در صنعت داشته و بصورت آلیاژهاي یوتکتیک، هیپویوتکتیک یا هایپر یوتکتیک تا 25 درصد سیلیسیم مصرف می شوند.

منیزیم (Mg) : سبب بهبود استحکام و سختی آلیاژهاي عملیات حرارتی پذیر می شود. نسبت استفاده از این فلز در آلیاژها 0.7 - 0.4 می باشد. منیزیم در آلیاژ سبب روشن شدن سطح، مقاومت به خوردگی و ترکیبی از استحکام و شکل پذیري می گردد.

روی (Zn) : روي به تنهایی اثري بر آلومینیوم ندارد، لیکن به همراه عناصري نظیر مس یا منیزیم سبب ایجاد خواص عملیات حرارتی پذیري و پیر سختی طبیعی می شود. روي بیشتر در ترکیبات شیمیایی آلیاژهایی که از طریق دایکاست و ریخته گري ثقلی تهیه می شوند، استفاده می شود.

قلع (Sn) : این عنصر به طور موثر خاصیت ضد اصطکاکی را بهبود می بخشد، بنابراین در کاربردهاي یاتاقانی مفید می باشد. آلیاژهاي ریختگی ممکن است تا 25 درصد قلع داشته باشند. افزایش میزان قلع سبب بهبود خواص ماشینکاري شده و عمل رسوب سختی را در بعضی از آلیاژها مورد تاثیر قرار دهد.

سرب (Pb) : وجود سرب در مقادیر بیش از 0.1 درصد باعث بهبود خواص ماشینکاري می گردد.

آهن (Fe) : این عنصر مقاومت به ترك گرم را بهبود داده و چسبیدن قطعه به قالب را در ریخته گري تزریقی کاهش می دهد. افزایش درصد آن سبب کاهش خاصیت فرم پذیري می شود. ضمنا این عنصر ممکن است با سایر عناصر افزوده شده به مذاب واکنش داده و ترکیبات بین فلزي پیچیده یا لجن تولید کند.

منگنز (Mn) : این عنصر در مقادیر کم براي کنترل اثر تخریبی آهن بصورت فازهاي ترد و شکننده بکار می رود. مقدار آن در حدود نصف درصد آهن است. منگنز به عنوان عنصر آلیاژي در ترکیبات آلیاژي کارپذیر بکار می رود.

کروم (Cr) : افزودن کروم سبب ایجاد ترکیبات بین فلزي شده و چون این ترکیبات حلالیت بسیار کمی در حالت جامد دارند، از رشد دانه جلوگیري می کنند. کروم در برخی آلیاژها مقاومت به خوردگی را بهبود داده و در مقادیر بالاتر حساسیت به سریع سرد شدن را افزایش می دهد. 

نیکل (Ni) : این عنصر همراه با مس مقاومت در درجه حرارت بالا را افزایش داده و همچنین ضریب انبساط حرارتی را کاهش می دهد.

فسفر (P) : این عنصر باعث جوانه زنی و تصفیه (ریز شدن) فاز سیلیسیم اولیه در آلیاژهاي هایپریوتکتیک آلومینیوم-سیلیسیم می شود. 

تیتانیوم (Ti) : براي ریز کردن ساختار در آلیاژهاي ریختگی آلومینیوم از این عنصر استفاده می شود. تیتانیوم معمولا به همراه مقادیر کمی بور به کار می رود.

استرانسیوم (Sr) : این عنصر جهت اصلاح و بهسازي آلیاژهاي یوتکتیک آلومینیوم-سیلیسیم استفاده میشود.

آنتیموان (Sb) و سدیم (Na) : هر دوي این عناصر در مقادیر کم ( در حدود 0.05 درصد ) جهت اصلاح و بهسازي سیلیسیم بکار می روند. 

انواع آلیاژهای آلومینیوم

معمولا محصولات ساخته شده از آلیاژهاي آلومینیومی، از نقطه نظر روش تولید به دو گروه اصلی تقسیم می شوند، این دو گروه آلیاژ که از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی با هم فرق دارند عبارتند از:

آلیاژهاي کارپذیر: آلیاژهای کارپذیر یا نوردی بیش از 80 درصد حجم کل آلیاژهای آلومینیوم را در بر می گیرد. این آلیاژها با استفاده از فرآیندهاي شکل دهی (به حالتهاي سرد و گرم) به محصول نهایی تبدیل می شوند.
آلیاژهاي ریختگی: این آلیاژها با استفاده از روشهاي ذوب و ریخته گري به محصول نهایی تبدیل می شوند.

هر یک از این دو گروه فوق نیز به دو دسته متمایز تقسیم می گردند که عبارتند از:
آلیاژهاي عملیات حرارتی پذیر : آلیاژهایی هستند که بتوان با عملیات حرارتی خاص موسوم به رسوب سختی سبب افزایش استحکام آلیاژ شد. این آلیاژها عموما داراي عناصري نظیر (Cu ، Cu+Mg ، Mg+Si(Mg2Si) ، Mg+Zn(Mg2Zn  می باشند، که خاصیت سختی پذیري را به آلیاژ می دهند.

آلیاژهاي عملیات حرارتی ناپذیر : آلیاژهایی که از طریق روش هاي فوق الذکر استحکام آنها قابل افزایش نباشد، آلیاژهاي عملیات حرارتی ناپذیر می نامند. 

کاربرد آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیوم و آلیاژهای مختلف آن به علت ویژگی های مطلوبی که دارند در صنایع مختلف به شرح زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

اتومبیل سازی ، ساختمان سازی، خودروسازی، اسکلت سازی، صنایع حمل و نقل ریلی، صنایع پتروشیمی، صنایع هوایی و...