به طور کلی لغت آلیاژ به معنی افزودن یک یا چند عنصر یا ترکیبی از آنها به فلز پایه برای دستیابی به یکسری خواص خاص می باشد. تغییر خواص ناشی از افزودن این عناصر بسته به نوع عنصر پایه و نیز عناصر آلیاژی اضافه شده، می تواند منحصرا وابسته به یک عنصر یا ترکیبی از عناصر اضافه شده باشد.

از آنجا که استحکام و سختی فلز خالص همیشه کمتر از آلیاژهای آن فلز است، عموما از فلزات بصورت آلیاژی استفاده می شود و از فلز خالص معمولا در کاربردهای ویژه استفاده می شود. آلومینیوم با دارا بودن آلیاژهای مختلف با ترکیب و خواص متفاوت در محدوده کاربردی فراوانی توانسته است ایفای نقش کند.

معمولا هرچه فلز خالص تر باشد استحکام آن کمتر، ولی نرمی و پایداری شیمیایی آن زیادتر است. اگرچه آلیاژهای آلومینیوم دارای استحکامی بیشتر از آلومینیوم خالص هستند، اما این استحکام برای کاربردهایی که تحت تنش های بالا هستند کافی نیست و لذا این آلیاژها نیز نیاز به افزایش استحکام بیشتری دارند و به همین دلیل از طریق روشهای مختلف، استحکام آنرا افزایش می دهند. این روشها عبارتند از :

✅ کرنش سختی (کار سختی) : کار سختی اصطلاحی است که برای بیان مفهوم سخت شدن و افزایش استحکام فلز در اثر فرآیندهای کار سرد مثل : نورد، کشش، پرس و… عنوان می گردد.

✅ عملیات حرارتی انحلال – پیرسختی : یک نوع عملیات حرارتی است که بر روی آلیاژهای آلومینیوم انجام می پذیرد و باعث افزایش استحکام و سختی قطعه می شود. مکانیزم افزایش استحکام آلومینیوم از این طریق در فصل سوم ذکر می گردد.

هریک از این روشها از طریق مکانیزم خاص خود استحکام فلز را افزایش می دهند. ترکیبی از عملیات حرارتی پیرسختی و آلیاژسازی توانسته است استحکام

آلومینیوم

را به حدی برساند که حتی در بعضی موارد جایگزین فولاد گردد. قبل از بررسی مشخصات

آلیاژهای آلومینیوم

لازم است تا تأثیر هر عنصر بصورت منفرد بر خواص فلز پایه

آلومینیوم
بررسی گردد.

✅ مس (Cu)

بیشترین مقدار مس که در آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده قرار گرفته است حدود ۴ تا ۱۰ درصد می باشد. مس باعث بهبود استحکام و سختی در حالت ریختگی و عملیات حرارتی شده می گردد. آلیاژهای حاوی ۴ تا ۶ درصد مس، بسیار عملیات حرارتی پذیرند. مس عموما مقاومت به خوردگی و در برخی ترکیبات شیمیایی، حساسیت به خوردگی ناشی از تنش را کاهش می دهد. افزودن مس مقاومت به ترک گرم و قابلیت ریخته گری را کاهش می دهد.

✅ سیلیسیم (Si)

سیلیسیم باعث بهبود قابلیت ریخته گری می شود و شدیدا سیالیت، مقاومت به ترک گرم و خاصیت مذاب رسانی آلومینیوم را بهبود می بخشد. خانواده آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیم کاربرد بسیار زیادی در صنعت دارند و بصورت آلیاژ یوتکتیک و یا هیپویوتکتیک و هایپریوتکتیک تا ۲۵ درصد سیلیسیم مصرف می شوند.

بطور کلی مطلوب ترین مقدار سیلیسیم برای قطعات ریختگی در فرآیندهای توأم با سرعت سرد شدن آهسته نظیر ریخته گری در ماسه، ریخته گری دقیق و نیز ریخته گری گچی، بین ۷-۵ درصد، در قالب های دائمی بین ۹-۷ درصد و در ریخته گری تزریقی بین ۱۲-۸ درصد می باشد.

هریک از عناصر آلیاژی به تنهایی یا در حضور سایر عناصر، خواص ویژه ای را به آلومینیوم می دهد. تأثیر هریک از عناصر در حالتی که به تنهایی به فلز پایه آلومینیوم افزوده گردد را بصورت زیر می توان دسته بندی کرد :

✅منیزیم  Mg

این عنصر اساس بهبود استحکام و سختی در آلیاژهای آلومینیوم-سیلیسیم عملیات حرارتی پذیر می باشد و عموما در آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیم به همراه سایر عناصر نظیر مس و نیکل به همین منظور مورد استفاده قرار می گیرد.

آلیاژآلومینیوم-سیلیسیم دارای منیزیمی بین ۰٫۰۷ تا ۰٫۴ درصد هستند.آلیاژهای ۲ تایی آلومینیوم منیزیم به طور گسترده در کاربرد هایی که نیاز به سطح تمام شده روشن و مقاومت خوردگی و همچنین ترکیبی از استحکام و شکل پذیری دارند مورد استفاده قرار می گیرد.

✅روی  Zn

روی به تنهایی اثر چندان مفیدی بر آلومینیوم ندارد.ولی همراه با مس و یا منیزیم باعث ایجاد خواص جالب عملیات حرارتی و پیر سختی طبیعی می گردد.روی بیشتر در ترکیبات شیمیایی آلیاژهایی که از طریق دایکست و ریخته گری ثقلی تهیه می شوند،یافت می شود.

✅سرب Pb

وجود سرب در آلیاژهای ریختگی آلومینیوم در مقادیر بیش از ۰٫۱ درصد باعث بهبود خاصیت ماشین کاری می شود.

✅ آهن Fe

این عنصر مقاومت به ترک گرم را بهبود داده و چسبیدن قطعه به قالب یا به عبارتی جوش خوردن قطعه به قالب در ریخته گری تزریقی را کاهش می دهد.افزایش زیاد آهن باعث کاهش فرم پذیری می شود.آهن با سایر عناصر در مذاب واکنش داده و باعث ایجاد ترکیبات بین فلزی و یا فازهای غیر محلول در مذاب آلومینیوم میشود که وجود این فازها استحکام در دماهای کاربردی بالا را بهبود می بخشند.افزایش آهن که باعث فازهای غیر محلولی می گردد موجب کاهش خاصیت سیالیت و مذاب رسانی می شود.آهن همراه با سایر عناصر نظیر منگنز و کروم ترکیبات بین فلزی پیچیده و یا لجن تولید می کند.

✅ منگنز  Mn

عنصر منگنز در مقادیر کم برای کنترل اثر تخریبی آهن به صورت فازهای شکننده و ترد به کار می رود.مقدار منگنز در حدود نصف درصد آهن می باشد.منگنز به عنوان عنصر آلیاژی در ترکیبات آلیاژهای کار پذیر به کار می رود.شواهدی وجود دارد مبنی بر اینکه کسر حجمی زیاد MnAl6 در آلیاژهای حاوی بیش از ۵۰% منگنز به طور موثری بر سلامت قطعات ریختگی تاثیر می گذارد            .

✅کروم (Cr)

افزودن کروم باعث ایجاد ترکیبات بین فلزی 〖CrAl〗_۷ می شود و چون این ترکیبات حلالیت بسیار کمی در حالت جامد دارند، از رشد دانه جلوگیری می کنند. کروم در برخی از 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)

فسفر بصورت AIP (AIP_3) باعث جوانه زنی و تصفیه (ریز شدن) فاز سیلیسیم اولیه در آلیاژهای هایپریوتکتیک آلومینیوم – سیلیسیم می شود. فسفر اثر اصلاح سازی سدیم و استرانسیم را از بین می برد.

✅تیتانیم (Ti)

این عنصر برای ریز کردن ساختار در آلیاژهای ریختگی آلومینیوم بکار می رود و معمولا همراه با مقادیر کمی از بُر استفاده می شود.

✅استرانسیم (Sr)

این عناصر جهت اصلاح و بهسازی آلیاژهای یوتکتیک آلومینیوم – سیلیسیم استفاده می شود. این عنصر در مقادیر بسیار کم حدود ۰۲/۰ تا ۰۴/۰ درصد برای اصلاح و بهسازی مورد استفاده قرار می گیرد. مقادیر زیادتر استرانسیم باعث ایجاد تخلخل بخصوص در قطعات ضخیم که سرعت انجماد آن آهسته است، می شود.

✅آنتیموان (Sb)، سدیم (Na)

هر دوی این عناصر در مقادیر کم (در حدود ۰۵/۰ درصد)، جهت اصلاح و بهسازی سیلیسیم، در آلیاژهای آلومینیوم – سیلیسیم بکار می روند.

ترجمه و تألیف توسط:

گروه صنعتی آنودایزینگ آلومینیوم آریا