اگر در مورد عملیات حرارتی آلومینیوم سوالی دارید؟ این مقاله جوابگوی تمام سوالات شما خواهد بود. در شرکت ریخته گری سامی کاستینگ قریب به 25 سال است که خطور علمیات حرارتی ایجینگ و عملیات حرارتی سولوشن راه اندازی شده است که به جرات می توان گفت از بهترین و کاملترین خطوط در کشور می باشد.
عملیات حرارتی آلومینیوم
همانطور که در مقاله آلومینیوم چیست توضیح داده شد، آلومینیوم فلزی است سفید و نقره ای رنگ که فراوان ترین فلز در پوسته زمین است، اما این فلز به صورت خالص وجود ندارد و از سنگ معدن به دست می آید. آلومینیوم ویژگی های بسیار زیادی دارد که باعث شده کاربرد زیادی در مهندسی و ساخت مصالح داشته باشد.
اگر بخواهیم کمی از خواص آلومینیوم بدانیم باید به استحکام بالا، جرم کم، مقاومت در برابر خوردگی، مقاوم در برابر زنگ خوردگی، نقطه ذوب پایین، شکل پذیری بالا و چکش خوار بودن اشاره کنیم. همچنین آلومینیوم سازگار با محیط زیست و قابل بازیافت است.
علی‌رغم خواص و ویژگی های بسیار زیاد آلومینیوم، این فلز به صورت خام و خالص فلز ضعیفی به شمار می‌آید. بنابراین با انجام فرآیند هایی روی این فلز، این ضعف آلومینیوم را از بین برده و آنرا تبدیل به فلزی محکم و کارآمد میکنند. یکی از این کارهای علمیات حرارتی است.
عملیات حرارتی آلومینیوم به معنی حرارت دادن و خنک کردن فلز برای تغییر و بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی فلز است.
روش های مختلفی برای انجام عملیات حرارتی روی آلومینیوم وجود دارد که در ادامه به آشنایی با آنها میپردازیم.
علت انجام عملیات حرارتی روی آلومینیوم ؟
همانطور که گفته شد، آلومینیوم هم از منظر کیفیت و هم از نظر ارزش و قیمت گرانبهاترین و پرکاربردترین فلز پس از آهن به حساب می آید. با توجه به اینکه این فلز بصورت خام و بدون هیچگونه آلیاژسازی و عملیات حرارتی فلز ضعیفی بشمار می‌رود باید به فکر آلیاژسازی و عملیات حرارتی بوده که نقص های فیزیکی آلومینیوم را به بهترین شکل برطرف سازد.
آلیاژسازی آلومینیوم در افزایش استحکام آلومینیوم بسیار موثر است ولی این فرایند به تنهایی نمی تواند استاندارد لازم برای حصول یک میزان قابل قبول از سختی را در آلومینیوم ایجاد نماید. به همین دلیل عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم امری اجتناب ناپذیر برای دستیابی به بالاترین استاندارد استحکام محسوب می‌گردد. بنابراین هدف از عملیات حرارتی آلومینیوم و آلیاژهای آن را می توان بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ عنوان کرد.
انواع عملیات حرارتی آلومینیوم و آلیاژ های آن
در بسیاری کارخانجات عملیات حرارتی آلومینیوم شامل دو بخش سولوشن و ایجینگ، می باشد که هر دو در افزایش استحکام آلومینیوم بسیار پر کاربرد هستند.
قبل از معرفی انواع عملیات حرارتی آلومینیوم به این موضوع اشاره کنیم که عملیات مستحکم سازی آلیاژهای آلومینیوم فقط بصورت حرارتی امکان پذیر نیست، چرا که این آلیاژ ها متاثیر از عملیات حرارتی نیستند. بنابراین در ادامه در مورد روش های حرارتی صحبت می کنیم.
پیرسختی
روش حراراتی پیرسختی یا همان Age Hardening متداول ترین و دقیق ترین روش بالابردن استحکام در آلیاژهای آلومینیوم حرارت پذیر مانند گروه های آلیاژی سری 2000، 6000 و 7000 است.
برای اطلاعات بیشتر می توانید مقاله آلیاژ آلومینیوم را نیز مطالعه کنید.
شرط اول برای استفاده از روش پیر سختی روی یک آلیاژ آلومینیوم، کم کردن میزان حلالیت آن با استفاده از ترفند کاهش دما است. این روش، تاثیر زیادی بر افزایش استحکام آلیاژهای آلومینیوم دارد، به طوری‌که در برخی مواقع آلیاژ میتواند جایگزین فولادهای ساده کربنی شود.
در روش پیر سختی سه مرحله اساسی باید طی شود تا عملیات حرارتی آلومینیوم به خروجی مطلوبی دست پیدا کند:
- مرحله اول حرارت دادن آلیاژ در ناحیه تک فاز تا دمایی بالاتر از یوتکتیک و نگه داشتن در این دما است. به طوری که عناصر آلیاژی در این فاز به طور کامل حل شدود به این مرحله آنیل محلولی نیز گفته می شود.
- مرحله دوم سرد کردن سریع آلیاژ است که به عملیات کوئنچ معروف است. در مرحله کوئنچ، آلومینیوم در یک بازه زمانی بسیار بسیار کوتاه در حد چندین ثانیه وارد محیطی با دمای محیطی می شود.
- مرحله سوم به پیر سازی یا همان Aging معروف است. در این محله قطعه در دمایی مشخص (زیر دمای استحاله یوتکتیک) طی مدت زمان مشخصی قرار می گیرد، تا عناصر آلیاژی اضافی از فاز اولیه خارج شده و به صورت رسوب در ساختار باقی بمانند. چنانچه این عملیات در دمای طبیعی محیط انجام شود، به آن پیر سازی طبیعی و چنانچه در دمای بالای ایجاد شده که عمدتا در کوره های Aging صورت می گیرد انجام شود، به آن پیرسازی مصنوعی گفته میشود.
نکته مهم در این فرانید این است که، اگر آلیاژ آلومینیوم بیشتر از زمان استاندارد در دمای بالا نگه داشته شود با پدیده ای به نام Over Aging روبرو می شود. این پدیده استحکام قطعه را کاهش می دهد.
حال سه فرایند حراراتی متداول را بررسی کنیم.
آنیل کردن
آنیل متداول ترین و مرسوم ترین روش برای تمام آلیاژ ها است. آنیل کردن بسته به نوع آلیاژ بین دمای ۳۰۰ تا ۴۱۰ سانتی گراد انجام میگیرد. همچنین مدت زمان گرم کردن آلیاژ ها هم با توجه به نوع آنها، به مدت نیم ساعت الی ۳ ساعت متغیرمی باشد. آنیل کردن برای نرم کردن فلز انجام میگیرد.
سلوشن
یکی از کاربردی ترین عملیات های آلیاژی آلومینیوم است. سلوشن برای آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر انجام میگیرد. در این روش فلز و آلیاژ مورد نظر را حرارت میدهیم و سپس فورا آنها را سرد میکنیم. در عملیات سلوشن آلیاژها را متناسب با نوع آنها حرارت میدهند. در عملیات سلوشن آلومینیوم را به یکباره پس از حرارت دادن داخل یک مخرن آب سرد میریزند تا عناصر داخل محلول به صورت فوق اشباع باقی بمانند. در این عملیات ممکن است بعضی فلز ها بعد از کوئنچ یا همان سرد سازی سریع، فرم خود را از دست بدهند که بعد از سلوشن میتوان با توجه به آلیاژ و ویژگی های آن، دوباره به آن حرارت و فرم داد. دما و زمان حرارت دادن به فلز با توجه به نوع آن نقش خیلی مهمی در انحلال عناصر آلیاژی و رسوب گذاری آنها دارند. حرارت بیش از اندازه میتواند باعث کم شدن خواص مکانیکی فلز بشود.
کوئنچ یا سرد کردن آنی
میتوان گفت کوئنچ مکمل عملیات سلوشن است که تاثیر بسیار زیادی بر نتیجه و استحکام نهایی فلز دارد. همچنین سرعت کوئنچ بسیار اهمیت دارد و به سطح مقطع قطعات بستگی دارد. برای قطعات با ضخامت ۴ تا ۱۲/۷ میلی متر مدت زمانی بین ۵ تا ۱۵ ثانیه کافی است. یک اصل مهم در عملیات حرارتی این است که آلیاژ نباید قبل از انجام عمل کوئنچ به دمای پایین تر از ۴۵۰ درجه برسد زیرا رسوب گذاری آلیاژهای آلومینیوم حدودا از این دما شروع میشود. معمولا برای انجام عملیات سرد کردن از آب استفاده میشود، اما در مواقعی که نیاز است آلیاژ با سرعت کم تری سرد شود میتوان از روش‌های دیگری مثل آب جوش، پاشش هوا یا آب گرم کرده با دمای ۶۵ تا ۸۰ درجه استفاده کرد.
در نشانه گذاری آلیاژ های آلومینیوم علامت ها و اعداد مختلفی به کار برده میشوند که نشان دهنده ی خواص آلیاژ و معرفی کننده ی آنها هستند.
برای مثال آلیاژ هایی که با حرف T نشان داده میشوند، آلیاژ هایی هستند که عملیات حرارتی پیرسختی یا کار سختی روی آنها انجام شده است. بعد از حرف T نیز اعدادی جلوی آن قرار میگیرند که نسان دهنده ی ترتیب عملیات هایی که روی آن آلیاژ انجام شده است میباشند.
T1 که که به صورت طبیعی پیرسازی شده است.
T2 که سرد شده از یک فرآیند شکل دهی با دمای بالا و کار سرد و پیر سازی طبیعی در شرایط پایدار روی آن انجام شده است.
T6 که عملیات حرارتی سلوشن و پیرسازی مصنوعی روی آن صورت گرفته است.
T11 که سرد شده از یک فرآیند شکل دهی با دمای بالا و کار سرد و پیر سازی مصنوعی است.
هر کدام از این آلیاژها که عملیات مختلفی روی آنها انجام شده است، خواص مختلفی دارند. برای مثال عملیات حرارتی آلومینیوم T6 باعث بهبود خواص سایشی میشود.
کار سختی آلومینیوم
در این روش آلیاژهای آلومینیوم را با این فلز ترکیب میکنند تا استحکام مکانیکی فلز را بالا ببرند. این روش موثر ترین روش برای استحکام بخشی به آلیاژ های عملیات حرارتی ناپذیر آلومینیوم است. از مهم ترین فلزاتی که در این عملیات با آلومینیوم ترکیب میشوند میتوان به مس و منیزیم اشاره کرد.
