نحوه کد گذاری آلیاژهای آلومینیوم و عملیات حرارتی آنها

امروزه می‌توان رد پای آلومینیوم را در هر قطعه فلزی و غیرفلزی و صنایع مختلف یافت. اما این مواردی که ما آن‌ها را تحت عنوان آلومینیوم می‌شناسیم درواقع آلومینیوم خالص نیستند. بلکه آلیاژ آلومینیوم هستند و نام‌های متفاوتی دارند و به روش‌های مختلفی هم تولید و پردازش می‌شوند. برای اینکه بتوان آلیاژهای مختلف از این فلز را از یکدیگر متمایز کرد، سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم تدوین شده است. حتماً تابه‌حال نام آلیاژهایی مانند آلومینیوم 6061، آلومینیوم 7075 و یا آلومینیوم 356 را شنیده‌اید. تمامی این شماره‌گذاری‌ها بر مبنای یک سیستم نامگذاری بنا نهاده شدند که در ادامه به بررسی نحوه خواندن و فهمیدن اسرار این اعداد می‌پردازیم.

انواع آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف از خودروسازی گرفته تا ساخت هواپیما و استفاده در ساختمان‌سازی دارند. اما نمی‌توان در تمام موارد، یک نوع و حالت خاص از آن‌ها را به کار برد. مثلاً اگر نیاز باشد تا از آلومینیوم برای ساخت سیلندر خودرو استفاده شود، کدام آلیاژ آن باید انتخاب شود؟ چگونه این آلیاژ را شناسایی کنیم؟ برای استفاده از آلومینیوم در ساخت قطعات هواپیما چطور؟ زمینه‌های کاربردی دیگری نیز برای آلومینیوم وجود دارد و آن‌قدر هم زیاد است که اگر بخواهیم تک‌تک آن‌ها را نام ببریم از حوصله شما و حتی بنده خارج است!

آلومینیوم به‌خودی‌خود یک فلز نرم و سبک محسوب می‌شود و تنها مقاومت مناسبی در برابر خوردگی دارد. اما استفاده در صنایع یادشده الزاماتی فراتر از مقاومت به خوردگی و وزن سبک را می‌طلبد که مهم‌ترین آن‌ها استحکام و سختی بالا است. برای اینکه آلومینیوم بتواند پاسخگوی نیاز صنایع مختلف در تمام ابعاد باشد، عناصر آلیاژی مختلفی با آن ترکیب شده و آلیاژهای آلومینیوم را ایجاد کرده‌اند تا ازنظر مقاومت و سختی بسیار کارآمدتر از آلومینیوم خالص باشند.

این آلیاژها در دو گروه شامل آلیاژهای آلومینیوم ریختگی و آلیاژهای آلومینیوم نوردی جای می‌گیرند. دلیل این تقسیم‌بندی به این امر مربوط می‌شود که آلیاژهای ریختگی تنها به‌منظور ساخت قطعات آلومینیومی از طریق ذوب و ریخته‌گری مورداستفاده قرار می‌گیرند و آلیاژهای نوردی به‌منظور ساخت قطعات به‌وسیله انجام عملیات نورد کاربرد دارند. به همین دلیل، سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم به میان آمده تا این دو گروه بهتر از یکدیگر متمایز شوند.

نوع دیگری از تقسیم‌بندی این آلیاژها وجود دارد که بر اساس انجام و یا عدم انجام عملیات حرارتی بر روی آن‌هاست. ازنظر عملیات حرارتی، آلیاژهای آلومینیوم به دو گروه عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم می‌شوند. سختی پذیری این آلیاژها نیز به همین عملیات حرارتی پذیر بودن آن‌ها بستگی دارد. در ادامه بیشتر در مورد این دسته از آلیاژها صحبت خواهیم کرد.

سیستم شماره گذاری آلومینیوم چیست؟

همان‌طور که گفته شد، عناصر مختلفی با آلومینیوم ترکیب شده و آلیاژهای آلومینیوم را می‌سازند. اما چطور می‌توان آن‌ها را از یکدیگر متمایز کرد؟ مثلاً آلیاژ آلومینیوم و مس چگونه قابل تشخیص است؟ برای اینکه بتوان هر آلیاژ آلومینیوم را به‌راحتی شناخت، انجمن آلومینیوم (Aluminum Association) یا به‌اختصار AA، اقدام به معرفی سیستم نامگذاری آلومینیوم کرده است. این سیستم برای هر دو گروه الیاژهای آلومینیوم نوردی و ریختگی تدوین شده و شامل یک سری کدها به‌صورت حروف و اعداد است که از روی آن‌ها می‌توان نوع عناصر آلیاژی اصلی به‌کاررفته در ترکیب شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم را تشخیص داد. ضمن اینکه، برای انجام فرآیندهایی نظیر عملیات حرارتی و کار سرد هم یک سری نشانه‌گذاری انجام شده است که به آن‌ها سیستم عملیات حرارتی و تمپر آلومینیوم گفته می‌شود. در بخش‌های بعدی به‌طور مفصل به نحوه خواندن کد الیاژهای آلومینیوم چه از نوع نوردی و چه ریختگی اشاره خواهیم کرد.

نحوه شماره گذاری آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم به دو گروه ریختگی و نوردی تقسیم می‌شوند که هر یک به شیوه‌ای خاص نام‌گذاری می‌شوند. این تفاوت در نحوه نام‌گذاری آن‌ها به دلیل استفاده از عناصر آلیاژی یکسان در آلیاژهای ریختگی و نوردی است. مثلاً آلیاژ آلومینیوم و مس هم در حالت نوردی موجود است و هم در حالت ریختگی. چطور باید آن‌ها را از یکدیگر متمایز کرد؟

سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم ریختگی

سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم ریختگی شامل استفاده از 4 کد به‌صورت XXX.X است که در اکثر اوقات به‌صورت XXX نمایش داده می‌شود. در این کدگذاری، اولین کد از سمت چپ گروه آلیاژی را مشخص می‌کند. مثلاً اگر کد به‌صورت 2xx باشد بیانگر آلیاژ آلومینیوم و مس است. عددهای دوم و سوم نیز تنها همانند یک پلاک شناسایی، انواع مختلف از آلیاژ همان گروه را شماره‌گذاری می‌کنند.

اما یک استثنا در اینجا وجود دارد و آن اعداد دوم و سوم مربوط به سری اول آلومینیوم ریختگی یعنی سری 1xx است. در سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم ریختگی سری اول، اعداد دوم و سوم بیانگر میزان خلوص آلومینیوم هستند. مثلاً عبارت A195 بر آلومینیوم ریختگی خالص با میزان خلوص 95 درصد اشاره دارد. مجدداً تأکید می‌شود که این قاعده فقط برای سری اول صحت دارد و نمی‌توان گفت که مثلاً آلیاژ A220 هم 20 درصد آلومینیوم دارد.

آخرین کد که پس از اعشار آورده می‌شود نیز به حالت یا شکل آلیاژ اشاره دارد. اگر این عدد صفر باشد یعنی آلیاژ به همان صورتی است که ریخته‌گری شده است و اگر این عدد 1 باشد، یعنی به‌صورت شمش است. در جدول زیر می‌توانید تمام سری‌های آلیاژهای ریختگی آلومینیوم را مشاهده نمایید.

به‌عنوان‌مثال، عبارت A356.1 به آلیاژ آلومینیوم ریختگی سری سوم یعنی آلومینیوم- سیلیسیم- مس اشاره دارد که به‌صورت شمش است. عددهای 5 و 6 هیچ اطلاعات خاصی را در اختیار ما قرار نمی‌دهند و تنها اسم آلیاژ را مشخص می‌کنند.

سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم نوردی

نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم نوردی مشابه با آلیاژهای ریختگی با چهار رقم انجام می‌شود اما شامل اعشار در بین ارقام آن نیست. این نمادگذاری به‌صورت XXXX است که در آن اولین رقم سمت چپ به گروه آلیاژی اشاره دارد. دومین رقم از سمت چپ به انجام اصلاحات مختلف بر روی آلیاژ اشاره دارد. سومین و چهارمین رقم‌ها نیز به‌جز در سری اول که حداقل خلوص آلومینیوم را مشخص می‌کنند، هیچ نشانه خاصی را شامل نشده و تنها به‌صورت یک اسم مشخصه برای آلیاژ هستند.

به‌عنوان‌مثال، عبارت A6061 فقط مشخص می‌کند که آلیاژ از نوع نوردی بوده و شامل عناصر آلیاژی منیزیم و سیلیسیم است. هم‌چنین، عبارت A1095 بیانگر آلیاژ نوردی آلومینیوم خالص با میزان خلوص 95 درصد است. جدول زیر آلیاژهای نوردی آلومینیوم در تمامی گروه‌ها را نشان می‌دهد. این نوع نامگذاری در انواع گرید ورق آلومینیوم قابل مشاهده است.

انواع کد گذاری عملیات حرارتی آلومینیوم

تا اینجا با نحوه نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم آشنا شدیم. اما این آلیاژها ممکن است یک سری کدهای اضافی دیگر هم به همراه داشته باشند. مثلاً شاید در جایی ببینید که یک آلیاژ آلومینیوم به‌صورت A6061-T6 معرفی‌شده است. طبق اطلاعاتی که تا به اینجا به دست آورده‌ایم، می‌دانیم که این آلیاژ از نوع نوردی و مربوط به سری ششم یعنی حاوی عناصر آلیاژی منیزیم و سیلیسیم است. پس عبارت T6 به چه معناست؟ همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، یکی دیگر از تقسیم‌بندی‌های آلیاژهای آلومینیوم، بر مبنای عملیات حرارتی پذیر بودن آن‌هاست. بر این اساس، آلیاژهای آلومینیوم به دو گروه عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم می‌شوند. تفاوت این دو گروه چیست؟ چه لزومی دارد که این مواد را بر اساس چنین مبنایی طبقه‌بندی کنیم؟

اگر یادتان باشد، گفتیم که چون آلومینیوم نرم است، برای مصارف صنعتی که نیاز به استحکام و سختی بالا دارند باید تقویت شود. این تقویت شدن از طریق آلیاژسازی و انجام عملیات حرارتی و شکل‌دهی با کار سرد امکان‌پذیر است. آلیاژهایی از آلومینیوم که قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی را دارند، عملیات حرارتی پذیر هستند. اما گروه دوم که امکان سخت کردن آن‌ها با عملیات حرارتی وجود ندارد، باید از طریق کار سرد مستحکم شوند که به آن‌ها عملیات حرارتی ناپذیر گفته می‌شود.

برای انجام عملیات حرارتی و یا نورد و یا هر دو آن‌ها باهم، باید که ترتیب خاصی را رعایت کنیم. اینکه در ابتدا عملیات حرارتی انجام‌شده یا اینکه آلیاژ نورد شده است، توسط سیستم تمپرینگ و عملیات حرارتی آلومینیوم مشخص می‌شود. جابجایی این ترتیب عملیات منجر به تغییر خواص آلیاژ می‌شود و به همین دلیل هر عملیات مستقل و یا ترتیب انجام یک سری عملیات تلفیقی را با نمادهایی مشخص کرده‌اند.

در مثال بالا، عبارت T6 که پس از عبارت 6061 آمده است، بیانگر انجام عملیات محلول سازی و پس‌ازآن کوئنچ کردن یا سردسازی سریع است که در انتها هم آلیاژ به‌صورت مصنوعی پیرسازی شده است (Artificially Aging). پیرسازی به معنای زمان دادن به آلیاژ به‌منظور تثبیت شدن عملیات انجام‌شده بر روی آن است که با افزایش دما انجام می‌شود. ازجمله نتایج پیرسازی می‌توان به افزایش سختی و استحکام اشاره کرد. اگر پیرسازی بیش‌ازحد انجام شود، اصطلاحاً به آن فراپیری یا Overaging گفته می‌شود که افت سختی و رشد دانه‌های ریزساختار را به دنبال دارد. نوع دیگری از پیرسازی وجود دارد که به آن پیرسازی طبیعی یا Naturally Aging گفته می‌شود. شکل زیر نمادها و کدگذاری عملیات حرارتی و تمپرینگ آلیاژهای آلومینیوم را به‌طور کامل نشان می‌دهد.

جمع‌بندی

آلیاژهای آلومینیوم بر اساس اینکه مناسب ساخت قطعات ریخته‌گری هستند یا قطعات نورد شده، به انواع ریختگی و نوردی تقسیم می‌شوند. برای تمایز بین آن‌ها، سیستم نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم تدوین شده است که برای آلیاژهای ریختگی کدهای مشخصه‌ای به‌صورت XXX.X و برای آلیاژهای نوردی کدهایی به‌صورت XXXX تعریف کرده است. هر یک از این اعداد بیانگر اطلاعاتی در مورد آلیاژ موردنظر هستند و نحوه پردازش یا عناصر آلیاژی به‌کاررفته در آن‌ها را مشخص می‌کنند.

سؤالات متداول

1- آلیاژهای آلومینیوم به چند دسته تقسیم می‌شوند؟

این آلیاژها بر اساس نحوه تولید به دو گروه ریختگی و نوردی و بر اساس عملیات حرارتی به دو گروه عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم می‌شوند.

2- تفاوت نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم به روش نوردی و ریختگی چیست؟

آلیاژهای ریختگی با سه رقم به‌صورت XXX و آلیاژهای ریختگی با چهار رقم به‌صورت XXXX مشخص می‌شوند.