در این راهنما، به بررسی برخی از عوامل کلیدی و مشخصات فنی پروفیل های آلومینیوم که هنگام انتخاب آلیاژ اکستروژن آلومینیوم مناسب برای محصولتان باید در نظر بگیرید، خواهیم پرداخت. اکستروژن آلومینیوم، فرآیندی محبوب در ساخت و ساز است که امکان شکل دهی آلیاژهای آلومینیوم به مقاطع و اشکال مختلف را فراهم می کند. تطبیق پذیری و دوام آلومینیوم، آن را به گزینه ای ایده آل برای طیف وسیعی از محصولات از قطعات خودرو تا مصالح ساختمانی تبدیل کرده است. با این حال، تمامی آلیاژهای آلومینیوم مشابه نیستند و انتخاب آلیاژ و طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم مناسب برای محصول شما می تواند کاری چالش برانگیز باشد.

خواص شیمیایی – طبقه بندی آلیاژی

 رایج ترین عناصر آلیاژی برای آلومینیوم مس، روی، منیزیم، سیلیسیم، منگنز و لیتیوم هستند. مقادیر کمی کروم، تیتانیوم، زیرکونیوم، سرب، بیسموت و نیکل نیز اضافه می شوند و آهن به طور غیرقابل اجتنابی در مقادیر کمی وجود دارد.

بیش از 300 آلیاژ آهنگری وجود دارد که 50 مورد از آنها رایج هستند. آنها معمولاً توسط یک سیستم چهار رقمی شناسایی می شوند که در ایالات متحده آمریکا به وجود آمده و اکنون به طور جهانی پذیرفته شده است. جدول 1 سیستم آلیاژهای کار شده را تشریح می کند. آلیاژهای ریخته گری طبقه بندی مشابهی دارند و از سیستم پنج رقمی استفاده می کنند.

کد آلیاژهای آلومینیوم یک سیستم چهار رقمی هست که برای شناسایی و تمایز آلیاژهای مختلف آلومینیوم از هم استفاده میشود. هر رقم از این کد یک معنی خاص دارد:

رقم اول

• سری 1000: آلومینیوم خالص با حداقل 99% آلومینیوم
• سری 2000: آلیاژهای آلومینیوم-مس
• سری 3000: آلیاژهای آلومینیوم-منگنز
• سری 4000: آلیاژهای آلومینیوم-سیلیکون
• سری 5000: آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم
• سری 6000: آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم-سیلیکون
• سری 7000: آلیاژهای آلومینیوم-روی
• سری 8000: آلیاژهای آلومینیوم-لیتیوم

رقم دوم

• 0: آلیاژ بدون عناصر آلیاژی اصلی: این آلیاژها فقط شامل آلومینیوم و حداکثر ناخالصی های مجاز هستند.
• 1: آلیاژ با عناصر آلیاژی اصلی: این آلیاژها علاوه بر آلومینیوم، شامل عناصر آلیاژی اصلی مثل مس، منگنز، سیلیکون، منیزیم و … هستند که به طور قابل توجهی خواص آلیاژ را تغییر می دهند.
• 2: آلیاژ با عناصر آلیاژی اصلاح شده: این آلیاژها علاوه بر عناصر آلیاژی اصلی، شامل عناصر آلیاژی اصلاح کننده مثل سرب، قلع و غیره هستند که در مقادیر کم اضافه می شوند و خواص خاصی را به آلیاژ اضافه می کنند.

رقم سوم

• 0: آلیاژ بدون عملیات حرارتی: این آلیاژها بعد از ریخته گری یا نورد، هیچ عملیات حرارتی خاصی را تجربه نمی کنند.
• 1: آلیاژ با عملیات حرارتی محلول جامد: در این عملیات، آلیاژ در دمای بالا گرم می شود تا تمام عناصر آلیاژی در آلومینیوم حل شوند و سپس به سرعت سرد می شود تا ساختار کریستالی جدیدی ایجاد شود. این عملیات باعث افزایش استحکام و سختی آلیاژ می شود.
• 2: آلیاژ با عملیات حرارتی کار سرد: در این عملیات، آلیاژ در دمای اتاق یا کمی بالاتر به طور مکانیکی تغییر شکل داده می شود. این عملیات باعث افزایش استحکام و سختی آلیاژ، اما کاهش انعطاف پذیری آن می شود.
• 3: آلیاژ با عملیات حرارتی بازپخت: در این عملیات، آلیاژ در دمای بالا گرم می شود و سپس به آرامی سرد می شود. این عملیات باعث افزایش انعطاف پذیری و شکل پذیری آلیاژ، اما کاهش استحکام و سختی آن می شود.
• 4: آلیاژ با عملیات حرارتی محلول جامد و کار سرد: این آلیاژها ابتدا عملیات حرارتی محلول جامد و سپس عملیات حرارتی کار سرد را تجربه می کنند. این عملیات باعث ایجاد ترکیبی از استحکام بالا، سختی بالا و انعطاف پذیری مناسب در آلیاژ می شود.
• 5: آلیاژ با عملیات حرارتی محلول جامد و بازپخت: این آلیاژها ابتدا عملیات حرارتی محلول جامد و سپس عملیات حرارتی بازپخت را تجربه می کنند. این عملیات باعث ایجاد ترکیبی از استحکام بالا، سختی مناسب و انعطاف پذیری بالا در آلیاژ می شود.
• 6: آلیاژ با عملیات حرارتی کار سرد و بازپخت: این آلیاژها ابتدا عملیات حرارتی کار سرد و سپس عملیات حرارتی بازپخت را تجربه می کنند. این عملیات باعث ایجاد ترکیبی از استحکام مناسب، سختی مناسب و انعطاف پذیری بالا در آلیاژ می شود.
• 7: آلیاژ با عملیات حرارتی محلول جامد، کار سرد و بازپخت: این آلیاژها هر سه عملیات حرارتی محلول جامد، کار سرد و بازپخت را تجربه می کنند. این عملیات باعث ایجاد ترکیبی از استحکام بالا، سختی بالا و انعطاف پذیری مناسب در آلیاژ می شود.

رقم چهارم

• 0: آلیاژ بدون عناصر آلیاژی جزئی
• 1: آلیاژ با عناصر آلیاژی جزئی

مثال:

آلیاژ 6061 یه آلیاژ آلومینیوم از سری 6000 هست که شامل منیزیم و سیلیکون به عنوان عناصر آلیاژی اصلی هست. این آلیاژ با عملیات حرارتی محلول جامد (T6) ساخته شده و هیچ عنصر آلیاژی جزئی ندارد.

نکات:

• ممکن است یک حرف بعد از کد چهار رقمی قرار بگیرد که اطلاعات بیشتری در مورد آلیاژ ارائه میدهد.
• برخی از آلیاژهای آلومینیوم یه کد پنج رقمی دارند که رقم پنجم به طور خاص برای آن آلیاژ تعریف شده است.

در ادامه به سایر مشخصات فنی پروفیل های آلومینیوم می پردازیم.

خواص فیزیکی آلومینیوم

از جمله مشخصات فنی پروفیل های آلومینیوم می توان به خواص فیزیکی اشاره کرد. این خواص به ویژگی های ذاتی آلومینیوم مربوط می شوند که بدون تغییر شکل یا ترکیب شیمیایی آن قابل اندازه گیری هستند.

چگالی آلومینیوم

خواص مکانیکی آلومینیوم

دسته ی دیگر مشخصات فنی پروفیل های آلومینیوم خواص مکانیکی آن هاست که به رفتار آلومینیوم تحت بار و تنش مربوط می شوند. خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم به طور جدایی ناپذیری به هم مرتبط هستند. به عنوان مثال، چگالی پایین آلومینیوم به آن استحکام به وزن بالا می دهد.

مقاومت کششی

حداکثر بار یا تنشی که ماده قبل از کشیده شدن و پاره شدن می‌تواند تحمل کند. این خاصیت نشان‌دهنده ظرفیت مقاومت ماده در برابر کشش ناشی از بارهای مکانیکی است. برای تولیدکنندگان مقاطع اکستروژن آلومینیوم، مقاومت کششی بالا در برابر تنش‌های کششی حین کشش یا خم شدن، از اهمیت بالایی برخوردار است. مقاومت کششی آلومینیوم خالص حدود 90 مگاپاسکال است، اما این مقدار برای برخی آلیاژهای قابل عملیات حرارتی تا بیش از 690 مگاپاسکال افزایش می‌یابد.

مقاومت تسلیم

حداکثر تنشی که ماده بدون تغییر شکل دائمی می‌تواند تحمل کند. این نقطه، حد الاستیک واقعی ماده را نشان می‌دهد و برای محاسبه حداکثر بار مجاز در قطعات مکانیکی به کار می‌رود. هرگونه تغییر شکلی که ناشی از تنشی بیش از تنش تسلیم باشد، غیرقابل برگشت است. مقاومت تسلیم بر حسب N/m2 یا پاسکال بیان می‌شود و معیار مهمی برای کنترل تکنیک‌های تولید در صنعت آلومینیوم است.

مدول الاستیک

نسبت تنش در یک جسم به کرنش متناظر آن. تنش و کرنش رابطه متناسبی دارند. هنگامی که نیرو به فلز اعمال می‌شود، فلز کشیده می‌شود و در جهت نیرو افزایش طول می‌دهد. با این حال، پس از حذف نیرو، به طول اولیه خود باز می‌گردد. این خاصیت، کشسانی نامیده می‌شود. اگر مقدار نیرو بیش از حد مجاز باشد، ماده پس از حذف نیرو، به طول اولیه خود باز نمی‌گردد. مدول الاستیک، نشان‌دهنده سختی فلز است و بر حسب GPa اندازه‌گیری می‌شود.

مقاومت خستگی

حداکثر سطح تنش که می‌توان بدون ایجاد خستگی و خرابی، تعداد نامحدودی چرخه بارگذاری را به ماده اعمال کرد. اگر تنش‌های اعمال شده به ماده به اندازه کافی کم باشند، در بارگذاری‌های چرخه‌ای مکرر دچار خستگی نخواهد شد. برخلاف فلزات آهنی، آلومینیوم حد خستگی مشخصی ندارد و در صورت گذراندن تعداد کافی چرخه تنشی، از کار می‌افتد. با این حال، بسته به بار یا چرخه‌های اعمال شده، ممکن است هزاران یا حتی میلیون‌ها چرخه قبل از خرابی آلومینیوم طول بکشد.

کشیدگی در زمان شکست

نسبت طول تغییر یافته به طول اولیه نمونه پس از شکستگی. این مقدار برای ورق‌های نازک، صفحات و مقاطع اکستروژن آلومینیوم متفاوت است و نشان‌دهنده توانایی ماده در مقاومت در برابر تغییر شکل بدون ترک خوردگی است. مقدار کشیدگی به ابعاد مقطع نمونه مورد استفاده بستگی دارد.

سختی

آلومینیوم خالص نرم است و برای افزایش استحکام آن، باید عناصر معدنی به آن اضافه کرد. این عناصر علاوه بر افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی فلز آلومینیوم را نیز بهبود می‌بخشند.