راهنمای جامع عملیات حرارتی آلومینیوم (انواع روش‌ها و کاربردها)
عملیات حرارتی آلومینیوم به مجموعه‌ای از فرآیندها اطلاق میشود که در آن، با استفاده از گرمایش و سرمایش کنترل‌شده، خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم بهبود می‌یابد. هدف اصلی این فرایند، افزایش استحکام آلیاژهای آلومینیوم برای کاربرد در صنایعی مانند هوافضا، خودروسازی و غیره است.
در این مقاله، ابتدا به بررسی دلایل انجام عملیات حرارتی بر روی آلومینیوم خواهیم پرداخت. سپس به انواع روش‌های آن مانند آنیل، رسوب سختی و انحلال می‌پردازیم و مراحل اجرای هرکدام را توضیح می‌دهیم. در نهایت، نشانه‌گذاری آلیاژهای آلومینیوم و استانداردهای مربوطه را نیز بررسی خواهیم کرد.
فهرست
عملیات حرارتی آلومینیوم چیست؟
عملیات حرارتی آلومینیوم که به آن ایجینگ یا Aging هم گفته میشود، فرایندی است که برای تغییر ویژگی‌های مکانیکی و ساختار متالورژیکی آلیاژهای آلومینیوم انجام میشود. این فرایند باعث افزایش استحکام و سختی در آلیاژهای خاصی از آلومینیوم مانند سری‌های 2000، 6000، 7000 و 8000 میشود.
این عملیات شامل چندین مرحله است که از پیش‌گرمایش شروع شده و با گرمایش، نگهداری در دمای معین و سرد کردن ادامه می‌یابد.
هدف از این عملیات بهبود استحکام، سختی، شکل‌پذیری و مقاومت به خوردگی آلیاژهاست تا پروفیلها، ورق‌ها و سایر قطعات آلومینیومی برای محیط‌های سخت آماده‌تر شوند. عملیات حرارتی آلومینیوم در صنایع مختلفی از جمله هوافضا، خودروسازی و ساخت و ساز کاربرد و اهمیت ویژه دارد.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره پروفیلهای آلومینیوم و آلیاژهای به کار رفته در آنها، مقاله انواع پروفیل آلومینیوم را مطالعه کنید.
دلیل اهمیت عملیات حرارتی آلومینیوم چیست؟
عملیات حرارتی آلومینیوم یکی از مهمترین فرایندهای متالورژیکی است که باعث بهبود چشمگیر خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم میشود. این فرایند با ایجاد تغییرات کنترل شده در ساختار میکروسکوپی فلز، استحکام و سختی آن را افزایش میدهد. همچنین باعث حذف تنشهای داخلی میشود که در حین فرایندهای تولید، مانند اکستروژن یا نورد در فلز ایجاد شدهاند.
اهمیت دیگر آن در افزایش مقاومت آلیاژهای آلومینیوم در برابر خوردگی و خستگی (شکست تحت بار متناوب) است که برای کاربردهای صنعتی بسیار حیاتی می‌باشد. این فرایند با ایجاد ساختار یکنواخت در فلز، عمر مفید قطعات را افزایش میدهد و هزینههای تعمیر و نگهداری را کاهش میدهد. همچنین عملیات حرارتی مناسب، باعث بهبود قابلیت جوشکاری و ماشینکاری آلومینیوم میشود و به این ترتیب امکان تولید قطعات پیچیده با کیفیت بالا را فراهم میکند.
با خواندن مقاله معرفی خواص آلومینیوم، با دنیای شگفت‌انگیز این فلز آشنا شوید و ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن را کشف کنید.
انواع عملیات حرارتی آلومینیوم
عملیات حرارتی آلومینیوم شامل سه روش اصلی آنیل (تابکاری)، محلول‌سازی و پیرسازی است، که هر کدام با کنترل دقیق دما و زمان، به صورت مجزا یا ترکیبی، برای دستیابی به خواص مورد نظر به کار گرفته میشود. در ادامه انواع آن را بررسی می‌کنیم.
عملیات حرارتی آنیل (Annealing)
عملیات حرارتی آنیل (تابکاری) فرایندی است که در آن آلیاژ آلومینیوم تا دمای 300 تا 410 درجه سانتیگراد گرم شده و در این دما برای مدت مشخصی نگهداشته میشود. هدف از این عملیات، نرم کردن فلز، کاهش تنشهای داخلی، افزایش شکل‌پذیری و بهبود قابلیت ماشینکاری است که با سرد کردن آهسته و کنترل شده در هوا یا کوره انجام میشود.
مراحل اصلی عملیات حرارتی آنیل آلومینیوم را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.
عملیات حرارتی رسوب سختی (Hardening Precipitation)
در این فرآیند، آلیاژ آلومینیوم ابتدا تا دمای بالا گرم شده، سپس سریعاً سرد میشود و در نهایت در دمای پایین‌تر نگهداری میشود تا رسوبات ریز در ساختار آن تشکیل شوند. این فرایند باعث افزایش قابل توجه استحکام و سختی آلیاژ میشود؛ زیرا رسوبات تشکیل شده مانع حرکت نابجایی‌ها در ساختار کریستالی میشوند.
عملیات حرارتی رسوب سختی (پیرسازی) یک فرایند سه مرحله‌ای است که برای افزایش استحکام و سختی آلیاژهای آلومینیوم انجام میشود. این مراحل را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.
عملیات حرارتی کار سختی (Work Hardening)
کارسختی در آلومینیوم فرایندی است که در آن استحکام و سختی فلز از طریق تغییر شکل پلاستیک در دمای اتاق افزایش می‌یابد. این فرایند زمانی رخ میدهد که آلومینیوم تحت نیروهای مکانیکی مانند نورد، آهنگری یا کشش قرار می‌گیرد و باعث تغییرات دائمی در ساختار کریستالی آن میشود.
تغییر شکل پلاستیک یا Plastic Deformation، به معنای تغییر شکل دائمی و برگشت‌ناپذیر در یک ماده است که پس از برداشتن نیرو، قطعه به شکل اولیه خود باز نمی‌گردد. این نوع تغییر شکل در مقابل تغییر شکل الاستیک قرار دارد که در آن ماده پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه برمی‌گردد.
این فرایند نابجایی‌هایی را در ساختار کریستالی آلومینیوم ایجاد میکند که با تجمع بیشتر، مانع حرکت یکدیگر میشوند.
در نتیجه، مقاومت فلز در برابر تغییر شکل بیشتر میشود که منجر به افزایش استحکام و کاهش شکل‌پذیری خواهد شد.
عملیات حرارتی انحلال (Solutionizing)
عملیات حرارتی انحلال در آلیاژهای آلومینیوم فرایندی است که در آن آلیاژ تا دمای نزدیک به نقطه ذوب (معمولاً 460 تا 565 درجه سانتیگراد) حرارت داده میشود تا عناصر آلیاژی مانند مس، منیزیم و روی در شبکه کریستالی آلومینیوم حل شوند و یک محلول جامد همگن تشکیل دهند.
در این دما، رسوبات و ترکیبات بین فلزی موجود در ساختار حل شده و برای جلوگیری از تشکیل مجدد رسوبات، آلیاژ باید سریعاً سرد شود (کوئنچ) تا به دمای محیط برسد و یک محلول جامد فوق اشباع تشکیل شود. این فرایند، مرحله اول و حیاتی در عملیات رسوب‌سختی است و هدف آن ایجاد ساختاری است که در مرحله پیرسازی بتواند رسوبات ریز و یکنواخت تشکیل دهد و منجربه استحکام بخشی آلیاژهای آلومینیوم شود.
عملیات حرارتی طبیعی
پیرسازی طبیعی یک فرایند خودبخودی است که در دمای اتاق رخ میدهد و باعث افزایش استحکام و سختی آلیاژهای آلومینیوم میشود. این فرایند پس از عملیات حرارتی محلول‌سازی و کوئنچ آغاز میشود و حدود ۹۰٪ سخت‌شدگی در ۲۴ ساعت اول اتفاق می‌افتد و پس از ۴ تا ۵ روز به حداکثر اثربخشی خود می‌رسد. در طی این فرایند، عناصر آلیاژی محلول شروع به رسوب می‌کنند و ساختار میکروسکوپی در موقعیت نهایی خود قفل میشود که این امر منجر به استحکام بخشی آلیاژهای آلومینیوم میشود.
عملیات حرارتی مصنوعی
عملیات حرارتی مصنوعی (پیرسازی مصنوعی) در آلیاژهای آلومینیوم در محدوده دمایی ۲۲۵ تا ۳۷۵ درجه فارنهایت (۱۰۷ تا ۱۹۱ درجه سانتیگراد) انجام میشود و باید در محدوده دمایی بسیار دقیق (±۵ درجه فارنهایت) کنترل شود.
رسوبات تشکیل شده در پیرسازی مصنوعی نسبت به پیرسازی طبیعی، کنترل‌شده‌تر و قوی‌تر هستند که منجر به خواص مکانیکی بالاتری میشود. زمان عملیات بسته به دما، خواص مورد نظر و نوع آلیاژ بین ۴ تا ۲۴ ساعت متغیر است. این فرایند با ایجاد آرایش‌های منظم اتمی در ساختار آلیاژ باعث استحکام بخشی آلیاژهای آلومینیوم میشود و معمولاً در خلاء یا در حضور گاز های خنثی انجام میشود تا از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری شود.
اگر می‌خواهید بیشتر با آلومینیوم آشنا شوید، پیشنهاد می‌کنیم مقاله «آلومینیوم چیست؟» را مطالعه کنید.
نشانه گذاری آلیاژهای آلومینیوم
نشانه‌گذاری آلیاژهای آلومینیوم یک سیستم استاندارد بین‌المللی است که برای شناسایی و طبقه‌بندی انواع مختلف آلیاژهای آلومینیوم استفاده میشود. این سیستم به مهندسان و متخصصان کمک میکند تا به سرعت ترکیب شیمیایی و خواص آلیاژ را تشخیص دهند.
در این سیستم، هر آلیاژ با یک عدد چهاررقمی مشخص میشود که رقم اول آن نشان‌دهنده گروه و عنصر آلیاژی اصلی است. برای مثال، عدد ۲ در ابتدای کد نشان‌دهنده آلیاژ آلومینیوم-مس است.
پس از کد چهار رقمی، حروفی مانند T یا H می‌آید که نشان‌دهنده نوع عملیات حرارتی یا مکانیکی انجام شده روی آلیاژ است. برای مثال، T6 نشان میدهد که آلیاژ تحت عملیات محلول‌سازی و پیرسازی مصنوعی قرار گرفته است.
در جدول زیر نشانه‌گذاری آلیاژهای آلومینیومی را برای شما ذکر می‌کنیم سپس در ادامه به سراغ جداول مربوط به آلیاژهای پیرسخت شده و آلیاژهای کار سخت شده می‌رویم:
|
سری آلیاژ |
عنصر اصلی آلیاژساز |
توضیحات |
|
1xxx |
آلومینیوم خالص |
حداقل خلوص ۹۹٪ آلومینیوم |
|
2xxx |
مس |
برای کاربردهای با استحکام بالا |
|
3xxx |
منگنز |
برای کاربردهای عمومی |
|
4xxx |
سیلیسیم |
مناسب برای جوشکاری |
|
5xxx |
منیزیم |
مقاوم به خوردگی |
|
6xxx |
منیزیم و سیلیسیم |
قابلیت شکل‌پذیری خوب |
|
7xxx |
روی |
بالاترین استحکام در بین آلیاژها |
|
8xxx |
سایر عناصر |
شامل آهن و دیگر عناصر |
نشانه گذاری آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر یا آلیاژهای پیرسخت شده
عملیات حرارتی با نشانه T در آلیاژهای آلومینیوم نشان‌دهنده فرایندهای محلول‌سازی و پیرسازی است که برای بهبود خواص مکانیکی انجام میشود. هر کد T با یک عدد همراه است که نشان‌دهنده توالی خاصی از عملیات‌های پایه است:
|
کد T |
عملیات حرارتی |
توضیحات |
|
T1 |
سرد شدن از دمای شکل‌دهی + پیرسازی طبیعی |
برای محصولات ریختگی |
|
T2 |
سرد شدن از دمای شکل‌دهی + کار سرد + پیرسازی طبیعی |
بهبود خواص مکانیکی |
|
T3 |
محلول‌سازی + کار سرد + پیرسازی طبیعی |
استحکام بالا |
|
T4 |
محلول‌سازی + پیرسازی طبیعی |
شکل‌پذیری خوب |
|
T5 |
سرد شدن از دمای شکل‌دهی + پیرسازی مصنوعی |
برای قطعات اکستروژن |
|
T6 |
محلول‌سازی + پیرسازی مصنوعی |
بیشترین استحکام |
|
T7 |
محلول‌سازی + پایدارسازی |
مقاومت به خوردگی |
|
T8 |
محلول‌سازی + کار سرد + پیرسازی مصنوعی |
استحکام و سختی بالا |
|
T9 |
محلول‌سازی + پیرسازی مصنوعی + کار سرد |
خواص ویژه |
|
T10 |
سرد شدن از دمای شکل‌دهی + کار سرد + پیرسازی مصنوعی |
کاربردهای خاص |
نشانه گذاری آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر یا آلیاژهای کارسخت شده
نشانه‌گذاری H در آلیاژهای آلومینیوم برای آلیاژهایی استفاده میشود که قابلیت عملیات حرارتی ندارند و استحکام آنها از طریق کار مکانیکی (کار سرد) افزایش می‌یابد. این نشانه‌گذاری شامل سه دسته اصلی است:
- H1: فقط کار سرد شده
- H2: کار سرد شده + بازپخت جزئی
- H3: کار سرد شده + پایدارسازی
عدد دوم بعد از این کدها نشان‌دهنده میزان کار سرد و سختی نهایی است. جدول زیر جزئیات این نشانه‌گذاری را نشان میدهد:
|
کد H |
توضیحات |
مثال کاربرد |
|
H1 |
فقط کار سرد |
کارسختی پایه |
|
H12 |
کار سرد با سختی 4/1 |
محصولات نیمه سخت |
|
H14 |
کار سرد با سختی 2/1 |
ورق‌های نیمه سخت |
|
H16 |
کار سرد با سختی 4/3 |
مفتول‌های سخت |
|
H18 |
کار سرد کامل |
محصولات فوق سخت |
|
H19 |
کار سرد فوق سخت |
کاربردهای ویژه |
|
H2 |
کار سرد و بازپخت جزئی |
بهبود شکل‌پذیری |
|
H22 |
کار سرد 4/1 + بازپخت |
محصولات نیمه نرم |
|
H24 |
کار سرد 2/1 + بازپخت |
ورق‌های متوسط |
|
H26 |
کار سرد 4/3+ بازپخت |
مفتول‌های سخت |
|
H28 |
کار سرد کامل + بازپخت |
محصولات سخت |
|
H3 |
کار سرد + پایدارسازی |
پایداری ابعادی |
|
H32 |
کار سرد 4/1 + پایدارسازی |
محصولات پایدار |
|
H34 |
کار سرد 2/1 + پایدارسازی |
ورق‌های پایدار |
|
H36 |
کار سرد 4/3 + پایدارسازی |
کاربردهای دقیق |
|
H38 |
کار سرد کامل + پایدارسازی |
قطعات دقیق |
اگر تمایل دارید درباره چیستی آلیاژ آلومینیوم اطلاعات کسب کنید، پیشنهاد می‌کنیم مقاله معرفی انواع آلیاژهای آلومینیوم را مطالعه کنید.
جمع بندی مقاله عملیات حرارتی آلومینیوم
عملیات حرارتی آلومینیوم یکی از فرایندهای متالورژیکی است که برای بهبود خواص آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرایند شامل مراحل مختلفی از گرم کردن و سرد کردن کنترل‌شده در دماهای مشخص است که می‌توانند استحکام بخشی آلیاژهای آلومینیوم را برای پروفیلها و ورق‌ها، بهبود دهند. درک صحیح این فرایندها به شما کمک میکند تا بتوانید خواص مورد نیاز خود را در قطعات آلومینیومی ایجاد کرده و عمر مفید و کارایی آنها را به طور قابل توجهی افزایش دهید.
پیش از انتخاب ورق آلومینیوم برای پروژه خود، کلیک کنید و از قیمت روز انواع ورق آلومینیوم با آلیاژها و ضخامت‌های مختلف مطلع شوید. کارشناسان ما در پیوان آماده‌اند تا با راهنمایی‌های تخصصی، به شما در انتخاب بهترین گزینه متناسب با نیاز پروژه‌تان کمک کنند. برای دریافت مشاوره، نام و شماره تماس خود را در فرم زیر وارد کنید تا در اسرع وقت با شما تماس بگیریم و بهترین محصول را متناسب با نیازهای فنی و کیفی پروژه شما پیشنهاد دهیم.
برای استعلام قیمت و دریافت مشاوره رایگان توسط مهندسین فروش پیوان شماره خود را ثبت کنید.
نظر شما