آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۰۰۰

آلیاژهای آلومینیوم سری ۲۰۰۰

عنصر مس در آلیاژ های سری 2000 مهم ترین عنصر مرکب بوده که معمولاً به همراه منیزیم به عنوان مرکب دوم با آلومینیوم ترکیب می شوند.این گروه از آلیاژ های آلومینیوم خواص متضاد سری ۱۰۰۰ را دارا هستند. این گروه از آلیاژ های آلومینیوم اولین نوع آلومینیوم عملیات حرارتی پذیری با استحکام بالای ساخته شده در تاریخ است. دورآلومین در سال ۱۹۱۹ ساخته شد و متعاقباً در آمریکا به عنوان آلیاژ ۲۰۱۷ تولید شد. بسیاری از آنها به صورت آلکلاد تولید می شوند. هر چند ورقه های ضخیم تر و بقیه ی محصولات برای بسیاری از کاربرد ها نیاز به پوشش محافظ ندارند.این سری دارای آلیاژ های عملیات حرارتی پذیر بوده و برخی از آنها به درجه ای از استحکام می رسند که قابل مقایسه با مقاومت آلیاژ های فولاد می باشد. این سری در بین آلیاژ های آلومینیوم دارای کمترین مقاومت در برابر خوردگی بوده و به همین دلیل معمولاً آنها را با آلومینیوم خالص یا یکی از آلیاژ های سری ۶۰۰۰ می پوشانند. حتی در برابر خوردگی های جوی نیز بر خلاف دیگر آلیاژ های آلومینیوم مقاوم نبوده و در صورت نیاز به استفاده های در معرض هوا آنها را رنگ می کنند.معمولاً این آلومینیوم ها به فرم ورقه هایی هستند که به دلیل مقاومت پایین در برابر خوردگی با آلومینیوم با خلوص بالا و یا یک آلیاژ منیزیم سیلیکون از گروه ۶۰۰۰ یا آلیاژی که دارای ۱ درصد روی می باشند پوشیده می شوند.این پوشش معمولاً ضخامت دو و نیم تا پنج درصد ضخامت هر طرف است که یک لایه محافظ گالوانیک برای ماده ی هسته می شوند که موجب افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود. با عملیات حرارتی تطویل و کاهش یافته واستحکام تسلیم آن ها بیشتر می شود؛ هر چند استحکام کششی آنها چندان تغییر نمی‌کند. این سری از آلیاژ های آلومینیوم دارای قابلیت ماشین کاری نسبتاً خوب و بالایی هستند. این گروه از آلیاژ های آلومینیوم نسبت به مقاومت بالایی که دارند داری وزن کمی هستند. آلیاژ های ۲۰۱۴ و ۲۰۲۴ از معروف ترین و پر کاربردترین های این سری از آلیاژ های آلومینیوم هستند. شاید بتوان گفت آلیاژ ۲۰۲۴ بیشترین کاربرد خود را در صنایع هوایی دارد که البته به خاطر مقاومت پائین در برابر خوردگی تنشی به طور فزاینده در حال جایگزین شدن با برخی آلیاژ های سری ۷۰۰۰ می باشد.آلیاژ ۲۰۱۱ قابلیت ماشین کاری خوبی دارد ولی امروزه آلیاژ ۲۲۱۹ به علت خواص مناسب تر، جای آلیاژ ۲۰۱۱ را گرفته است. آلیاژ ۲۲۱۹ دارای خواص کششی بالا، استحکام خزشی خوب و چقرمگی زیادی است.معمولاً آلیاژهای گروه ۲xxx به وسیله روش نوردی با آلومینیم یا آلیاژ آلومینیم- روی پوشش داده می شوند تا مقاومت به خوردگی مطلوبی را ایجاد کنند. در یک استحکام کششی برابر، آلیاژهای گروه ۲xxx از آلیاژ های گروه ۷xxx چقرمگی شکست پایین تری را نشان می دهند. دلیل این مسئله، اندازه بزرگ ترکیبات بین فلزی در آلیاژهای ۲xxx است. با کاهش مقادیر آهن، سیلیسم و مس، چقرمگی شکست و انعطاف پذیری بهبود می یابد. این آلیاژها در هواپیما و صنایع اتومبیل سازی به کار می روند.

مقاومت و چقرمگی شکست

سختی برینل معروف ترین آلیاژ های سری ۲۰۰۰

سختی برینل در آلیاژ ۲۰۱۱T3 برابر ۹۵ در آلیاژ ۲۰۱۱T8 برابر ۱۰۰ و در ۲۰۱۴O برابر ۴۵ هم چنین در ۲۰۱۴T4 برابر ۱۰۵ و در ۲۰۱۴T6 برابر ۱۳۵ می باشد.در آلیاژ ۲۰۱۷O این میزان برابر ۴۵ و در ۲۰۱۷T4 برابر ۱۰۵ می باشد. در آلیاژ ۲۰۲۴O سختی برینل ۴۷ و در ۲۰۲۴T3 و ۲۰۲۴T4 برابر ۱۲۰ می باشد.

رسانایی معروف ترین آلیاژ های سری ۲۰۰۰

رسانایی در آلیاژ ۲۰۱۱T3 برابر ۳۹ درصد IACS و در ۲۰۱۱T8 برابر ۴۵ درصد می باشد.در ۲۰۱۴O این عدد به ۵۰ تغییر یافته و ۲۰۱۴T4 برابر ۳۴ می شود.همچنین رسانایی ۲۰۱۷O پنجاه درصد و رسانایی ۲۰۱۷T4 برابر ۳۴ درصد می باشد.و نهایتاً این مقدار در ۲۰۲۴O برابر ۵۰ درصد و در ۲۰۲۴T3 و ۲۰۲۴T4 برابر ۳۰ درصد می باشد.

کاربرد

مقاومت بالای این سری باعث شده از آنها به طور گسترده ای در صنایع هوایی استفاده گردد (این مسأله بالاخص در مورد ۲۰۲۴ صدق می کند).همچنین از آنها برای تولید اجزای مختلف کامیونها استفاده می گردد (بیشتر ۲۰۱۴ این کابرد را به خود اختصاص داده است). برخی عناصر خاص این سری مانند ۲۲۱۹ و همچنین ۲۰۴۸ به سادگی توسط جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) و یا جوشکاری تیگ (جوشکاری تنگستن تحت پوشش گاز محافظ GTAW ) با یکدیگر جوش داده شده و در صنایع هوایی که در آن متد های جوش دادنی مطرح و مد نظر است مورد استفاده قرار می گیرد. آلیاژ ۲۲۱۹ یک آلیاژ با قابلیت جوش خوری بالا و دارای مقاومت در برابر خوردگی تنشی بالا است. به همین دلیل در صنایع هوایی فرا صوتی از آن بهره می گیرند. آلیاژ ۲۱۹۵، یک آلیاژ آلومینیوم – لیتیم با مدول یانگ بالا بوده که دارای مقاومت بالاتر و جوش خوری بهتری نسبت به ۲۲۱۹ به منظور کاربرد های فضائی می باشد. برای کاربرد هایی که نیاز به مقاومت بالا و همچنین چقرمگی شکست بالا هستند نمونه های مختلفی از این آلیاژ مانند ۲۱۲۴ و یا ۲۳۲۴ و ۲۴۱۹ که کنترل دقیقی بر روی میزان ناخالصی هایی که موجب کاهش مقاومت در برابر شکست می شوند انجام شده استفاده می گردد.از این دست کاربرد ها می توان باز هم به صنایع هوایی اشاره نمود. از آلیاژ های ۲۰۱۱ ، ۲۰۱۷ و ۲۰۱۷ به طور گسترده ای برای تولید اتصال دهنده ها و مته ی دریل بهره برده می شود. به دلیل مناسب بودن خواص بالستیکی ۲۵۱۹ که معادل با خواص بالستیکی ۷۰۳۹ می باشد در تولید سپر های دفاعی در صنایع هوایی از این آلیاژ کمک گرفته می شود.همچنین ۲۵۱۹T87 با استفاده از فیلتر ۲۳۱۹ توانایی جوش خوری نسبتاً خوبی را از خود نشان می دهد. هم چنین برای تولید میله های ساختمانی تانکر کامیون ها و یا تریلر آنها و نیز راکت های بالا برنده شاتل ها و … از این سری آلیاژ های بهره می گیرند.

آنودایزینگ آلیاژ های سری ۲۰۰۰

به دلیل وجود مس در این سری از آلیاژ های آلومینیوم مقاومت در برابر خوردگی این سری نسبتاً پایین بوده و همین مساله موجب می‌شود که آنودایزینگ آلومینیوم های گروه ۲۰۰۰ کمی سخت و دشوار باشد. به دلیل حضور مس، رنگ آنودایز طبیعی آن به زیتونی متمایل می‌شود و همین مساله باعث می‌شود که این سری برای استفاده های دکوری به کار برده نشوند. (چراکه آنودایز آنها کدر خواهد شد) همچنین در آنودایز سخت آن باید توجه داشت که به دلیل حضور مس در این آلیاژ ها، خوردگی و در نهایت از دست دادن قطعه حین آنودایز کردن بسیار محتمل می باشد. جهت بررسی و مقایسه نمونه های آندایز شده تعداد پنج نمونه از هر گروه از آلیاژ های آلومینیوم بر اساس استاندارد ASTM B 117 تحت عملیات پاشش نمک قرار گرفتند و نتایج به دست آمده در جدول ۳ آورده شده است. با بررسی نتایج مشخص می‌شود که نمونه های آلیاژی ۲۰۲۴ و ۷۰۷۵ به هیچ عنوان شرایط مطلوبی از لحاظ مقاومت به خوردگی ندارند و اگر در محیط قرار بگیرند باید پوشش مناسب بر روی آنها ایجاد شود. نتایج تحقیقات انجام شده توسط شانگینک سان و همکاران اش در مورد خوردگی اتمسفری آلیاژ های ۲۰۲۴ و ۷۰۷۵ در محیط های صنعتی، شهری و دریایی نیز حاکی از مقاومت به خوردگی پائین این آلیاژ ها است.

آندایزینگ ۲۰۲۴

خلاصه ی نتایج تست پاشش نمک بر روی نمونه های آندایزینگ آلیاژ ۲۰۲۴ در جدول زیر آورده شده. همانگونه که مشخص است تمام نمونه های آب بندی نشده در ۲۵ ساعت بیش از ۳ حفره در آنها دیده شد، بنابراین از نظر استاندارد مقاومت به خوردگی مناسبی ندارند و در واقع آب بندی کردن یک مسأله بحرانی و ضروری در مورد پوشش های آندایز آلیاژ های ۲۰۲۴ می باشد.در مواردی که نمونه ها آب بندی شده اند مقاومت به خوردگی آنها افزایش یافته و تمامی نمونه ها و تحت هر دو شرایط انجام آندایزینگ به مدت زمان ۳۳۶ ساعت مشکلی نداشتتند. نمونه هایی که تحت دانسیته جریان ۱/۶ آندایز و آب بندی شده بودند، پس از مدت ۱۳۳۰ ساعت از نظر استاندارد مردود بودند، در حالی که نمونه های آندایز شده تحت شرایط ۱ یعنی با دانسیته جریان ۲/۶ تا مدت زمان ۲۲۳۰ ساعت نیز هیچ گونه مشکلی نداشتند. آلیاژ با درصد بالای مس ۲۰۲۴، یکی از آلیاژ هایی است که آندایز آن بسیار مشکل است. در آندایز این آلیاژ در ضخامت های بالا،اکسیژن یکی از عوامل ایجاد ترک خوردگی لایه آندایز و پایین آمدن مقاومت به خوردگی آن می باشد. ممکن است آندایزینگ تحت دانسیته جریان پایین، سبب ایجاد ترک در پوشش شده و مقاومت به خوردگی آنرا کاهش داده باشد. بنابراین بهترین شرایط انجام آندایزینگ آلیاژ ۲۰۲۴، عملیات آندایزینگ آب بندی شده تحت دانسیته ی جریان ۲/۶ می باشد.

منبع:wikipedia