Með vexti áls innan suðuframleiðsluiðnaðarins og viðurkenningu þess sem frábær valkostur við stál í mörgum notkunarsviðum eru auknar kröfur til þeirra sem koma að þróun álverkefna til að kynnast þessum hópi efna betur. Til að skilja ál til fulls er ráðlegt að byrja á því að kynnast álkennslu- / merkingarkerfinu, mörgum álblöndur sem til eru og eiginleikar þeirra.

Herða- og tilnefningarkerfið úr áli- Í Norður-Ameríku er The Aluminum Association Inc. ábyrgt fyrir úthlutun og skráningu álblöndur. Nú eru yfir 400 unnu ál- og álblöndur og yfir 200 álblöndur í formi steypu og hleifa skráðar hjá Álsamtökunum. Efnasamsetningarmörk efnasamsetningar málmblendi fyrir allar þessar skráðar málmblöndur eru í ÁlsambandinuTeal bóksem ber yfirskriftina „Alþjóðlegar álfelgur og efnasamsetningarmörk fyrir unnu ál og unnu álblöndur“ og í þeirraBleik bóksem ber yfirskriftina „Tilnefningar og efnasamsetningarmörk fyrir álblöndur í formi steypu og hleifa. Þessi rit geta verið afar gagnleg fyrir suðuverkfræðinginn þegar hann þróar suðuaðferðir og þegar tillit er tekið til efnafræði og tengsl hennar við sprungunæmi.

Hægt er að flokka álblöndur í fjölda hópa út frá eiginleikum tiltekins efnis eins og getu þess til að bregðast við hitauppstreymi og vélrænni meðhöndlun og aðalblendiefninu sem bætt er við álblönduna. Þegar við lítum á númera- / auðkenningarkerfið sem notað er fyrir álblöndur eru ofangreind einkenni auðkennd. Unna og steypta álið hefur mismunandi auðkenningarkerfi. Smíðakerfið er 4 stafa kerfi og steypurnar með 3 stafa og 1 aukastafa kerfi.

Tilnefningarkerfi úr álblöndu- Við munum fyrst íhuga 4-stafa auðkenningarkerfi úr álblöndu. Fyrsti stafurinn (Xxxx) gefur til kynna aðalblendiefnið, sem hefur verið bætt við álblönduna og er oft notað til að lýsa álblönduröðinni, þ.e. 1000 röð, 2000 röð, 3000 röð, allt að 8000 röð (sjá töflu 1).

Annar stakur tölustafur (xXxx), ef annað en 0, gefur til kynna breytingu á tilteknu málmblöndunni, og þriðji og fjórði stafurinn (xxXX) eru handahófskenndar tölur gefnar til að auðkenna tiltekna málmblöndu í röðinni. Dæmi: Í álfelgur 5183 gefur talan 5 til kynna að hún sé af magnesíumblendiröðinni, 1 gefur til kynna að hún sé 1^stbreyting á upprunalegu málmblöndunni 5083, og 83 auðkennir það í 5xxx röðinni.

Eina undantekningin frá þessu málmblendinúmerakerfi er með 1xxx röð álblöndur (hreint ál) en þá gefa síðustu 2 tölustafirnir upp lágmarkshlutfall ál yfir 99%, þ.e. Alloy 13(50)(99,50% lágmarks ál).

UNNAÐAR ÁLÁLVIRKNINGARKERFI

Tafla 1

Steypt álfelgur- Tilnefningarkerfið úr steyptu álfelgur er byggt á þriggja stafa plús aukastafamerkingu xxx.x (þ.e. 356.0). Fyrsti stafurinn (Xxx.x) gefur til kynna helstu málmblöndunarefni, sem hefur verið bætt við álblönduna (sjá töflu 2).

HÖNNUNARKERFI STEYPTU ÁLÁLÍ

Tafla 2

Annar og þriðji stafurinn (xXX.x) eru handahófskenndar tölur sem gefnar eru til að auðkenna tiltekna málmblöndu í röðinni. Talan á eftir aukastafnum gefur til kynna hvort álfelgur er steypa (.0) eða hleifur (.1 eða .2). Forskeyti með stórum staf gefur til kynna breytingu á tiltekinni málmblöndu.
Dæmi: Alloy – A356.0 höfuðborg A (Axxx.x) gefur til kynna breytingu á álfelgur 356.0. Talan 3 (A3xx.x) gefur til kynna að það sé af sílikon plús kopar og/eða magnesíum röðinni. The 56 in (Ax56.0) auðkennir málmblönduna í 3xx.x röðinni og .0 (Axxx.0) gefur til kynna að um endanlega formsteypu sé að ræða en ekki hleif.

Áli tempra tilnefningarkerfi -Ef við skoðum mismunandi röð álblöndur, munum við sjá að það er töluverður munur á eiginleikum þeirra og þar af leiðandi notkun. Fyrsta atriðið sem þarf að viðurkenna, eftir að hafa skilið auðkenningarkerfið, er að það eru tvær greinilega mismunandi tegundir af áli í röðinni sem nefnd er hér að ofan. Þetta eru hitameðhöndlaðar álblöndur (þau sem geta styrkst með því að bæta við hita) og álblöndur sem ekki er hitameðhöndlaðar. Þessi greinarmunur er sérstaklega mikilvægur þegar hugað er að áhrifum bogsuðu á þessar tvær tegundir efna.

1xxx, 3xxx og 5xxx röð unnu álblöndurnar eru ekki hitameðhöndlaðar og eru aðeins þynnanlegar. 2xxx, 6xxx og 7xxx röð unnu álblöndurnar eru hitameðhöndlaðar og 4xxx röðin samanstanda af bæði hitameðhöndluðum og óhitameðhöndluðum málmblöndur. Steypublöndurnar úr 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x og 7xx.x röðinni eru hitameðhöndlaðar. Álagsherðing er almennt ekki notuð á steypu.

Hitameðhöndluðu málmblöndurnar öðlast bestu vélrænni eiginleika sína með hitameðferðarferli, algengustu varmameðferðirnar eru lausnarhitameðferð og gerviöldrun. Lausnahitameðferð er ferlið við að hita málmblönduna upp í hærra hitastig (um 990 gráður F) til að leysa málmblönduna eða efnasamböndin. Þessu er fylgt eftir með því að slökkva, venjulega í vatni, til að framleiða yfirmetta lausn við stofuhita. Hitameðferð með lausn er venjulega fylgt eftir með öldrun. Öldrun er útfelling hluta frumefna eða efnasambanda úr yfirmettuðum lausn til að gefa eftirsóknarverða eiginleika.

Óhitameðhöndluðu málmblöndurnar öðlast bestu vélrænni eiginleika sína með álagsherðingu. Álagsherðing er aðferðin til að auka styrk með því að beita kaldvinnslu.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

GRUNNLEGNINGAR HEIMILDAR

Tafla 3

Í viðbót við grunnheitaheitið eru tveir undirflokkar, annar sem fjallar um „H“ skapi – álagsherðingu, og hinn tekur á „T“ skapi – hitameðhöndlaða tilnefningu.

Undirdeildir H Temper – Strain Hardened

Fyrsti stafurinn á eftir H gefur til kynna grunnaðgerð:
H1– Aðeins hert á álagi.
H2– Stofn harðnað og að hluta til glæðað.
H3– Stofn harðnað og stöðugt.
H4– Síghert og lakkað eða málað.

Annar stafurinn á eftir H gefur til kynna hversu álagsherðingin er:
HX2– Quarter Hard HX4– Hálfharður HX6– Þriggja fjórðu erfiðleikar
HX8– Full Hard HX9- Extra erfitt

Undirdeildir T Temper – hitameðhöndlaðar

T1- Náttúrulega öldruð eftir kælingu frá mótunarferli með hækkuðu hitastigi, svo sem útpressun.
T2- Kalt unnið eftir kælingu úr mótunarferli með hækkuðu hitastigi og síðan náttúrulega eldað.
T3- Lausn hitameðhöndluð, kaldvinnsla og náttúrulega öldruð.
T4- Lausn hitameðhöndluð og náttúrulega öldruð.
T5- Tilbúnar öldrun eftir kælingu frá hækkuðu hitastigi mótunarferli.
T6- Lausn hitameðhöndluð og tilbúnar öldruð.
T7- Lausn hitameðhöndluð og stöðug (ofhleypt).
T8- Lausn hitameðhöndluð, kaldunnin og tilbúnar öldruð.
T9- Lausn hitameðhöndluð, tilbúnar öldrun og kaldvinnsla.
T10- Kalt unnið eftir kælingu frá mótunarferli með hækkuðu hitastigi og síðan tilbúnar öldrun.

Viðbótarstafir gefa til kynna streitulosun.
Dæmi:
TX51eða TXX51- Létt á streitu með því að teygja.
TX52eða TXX52- Létt á streitu með því að þjappa saman.

Álblöndur og eiginleikar þeirra- Ef við lítum á sjö röð unnu álblöndur, munum við meta muninn á þeim og skilja notkun þeirra og eiginleika.

1xxx Series málmblöndur– (ekki hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 10 til 27 ksi) er þessi röð oft kölluð hreina ál röð vegna þess að það þarf að hafa 99,0% lágmarks ál. Þau eru suðuhæf. Hins vegar, vegna þröngs bræðslusviðs þeirra, þurfa þeir ákveðnar íhuganir til að framleiða viðunandi suðuaðferðir. Þegar litið er á þær til framleiðslu, eru þessar málmblöndur fyrst og fremst valdar vegna yfirburða tæringarþols eins og í sérhæfðum efnageymum og leiðslum, eða fyrir framúrskarandi rafleiðni eins og í samgöngustöngum. Þessar málmblöndur hafa tiltölulega lélega vélræna eiginleika og koma sjaldan til greina fyrir almenna burðarvirki. Þessar grunnblöndur eru oft soðnar með samsvarandi fylliefni eða með 4xxx fylliefni, háð notkunar- og frammistöðukröfum.

2xxx röð málmblöndur– (hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 27 til 62 ksi) þetta eru ál / kopar málmblöndur (koparuppbót á bilinu 0,7 til 6,8%), og eru hástyrktar og afkastamikil málmblöndur sem eru oft notaðar í geimferðum og flugvélum. Þeir hafa framúrskarandi styrk yfir breitt hitastig. Sumar af þessum málmblöndur eru taldar ósuðuhæfar með ljósboga suðuferlunum vegna næmis þeirra fyrir heitsprungu og streitutæringarsprungum; Hins vegar eru önnur ljósbogasoðin mjög vel með réttum suðuaðferðum. Þessi grunnefni eru oft soðin með hástyrktum 2xxx röð fylliefnisblendi sem eru hönnuð til að passa við frammistöðu þeirra, en stundum er hægt að soða með 4xxx röð fylliefnum sem innihalda sílikon eða sílikon og kopar, allt eftir notkunar- og þjónustukröfum.

3xxx Series málmblöndur– (ekki hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 16 til 41 ksi) Þetta eru ál / mangan málmblöndur (mangan viðbætur á bilinu 0,05 til 1,8%) og eru í meðallagi styrkleika, hafa góða tæringarþol, góða mótunarhæfni og henta vel. til notkunar við hátt hitastig. Ein af fyrstu notkun þeirra voru pottar og pönnur og eru þau aðalhlutinn í dag fyrir varmaskipti í farartækjum og orkuverum. Hóflegur styrkur þeirra kemur hins vegar oft í veg fyrir að þeir hugi að burðarvirkjum. Þessar grunn málmblöndur eru soðnar með 1xxx, 4xxx og 5xxx röð fylliblöndur, háð sérstökum efnafræði þeirra og sérstökum kröfum um notkun og þjónustu.

4xxx röð málmblöndur– (hitameðhöndlaðar og ekki hitameðhöndlaðar – með endanlegum togstyrk upp á 25 til 55 ksi) Þetta eru ál / kísil málmblöndur (kísilbæti á bilinu 0,6 til 21,5%) og eru einu seríurnar sem innihalda bæði hitameðhöndlaðar og ó- hitameðhöndlaðar málmblöndur. Kísill, þegar hann er bætt við ál, lækkar bræðslumark þess og bætir vökva þess þegar það er bráðið. Þessir eiginleikar eru æskilegir fyrir fylliefni sem notuð eru bæði við samrunasuðu og lóða. Þess vegna er þessi röð af málmblöndur aðallega að finna sem fylliefni. Kísill, sjálfstætt í áli, er ekki hitameðhöndlaður; Hins vegar hefur fjöldi þessara kísilblendis verið hannaður til að innihalda magnesíum eða kopar, sem veitir þeim getu til að bregðast vel við hitameðferð í lausn. Venjulega eru þessar hitameðhöndlaðar fylliefnisblöndur aðeins notaðar þegar soðið íhluti á að gangast undir hitameðferð eftir suðu.

5xxx Series málmblöndur– (ekki hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 18 til 51 ksi) Þetta eru ál / magnesíum málmblöndur (magnesíum viðbætur á bilinu 0,2 til 6,2%) og hafa hæsta styrkleika þeirra sem ekki eru hitameðhöndlaðar. Að auki er auðvelt að soða þessa málmblönduröð og af þessum ástæðum eru þær notaðar í margs konar notkun eins og skipasmíði, flutninga, þrýstihylki, brýr og byggingar. Magnesíum grunn málmblöndur eru oft soðnar með fylliefni málmblöndur, sem eru valdar með hliðsjón af magnesíuminnihaldi grunnefnisins og notkunar- og þjónustuskilyrði soðnu íhlutans. Ekki er mælt með málmblöndur í þessari röð með meira en 3,0% magnesíum til notkunar með hærra hitastig yfir 150 gráður F vegna möguleika þeirra á næmni og í kjölfarið næmni fyrir tæringarsprungum. Grunn málmblöndur með minna en um það bil 2,5% magnesíum eru oft soðnar með góðum árangri með 5xxx eða 4xxx röð fylliefni málmblöndur. Grunnblendi 5052 er almennt viðurkennt sem hámarks magnesíuminnihald grunnblendi sem hægt er að soða með 4xxx röð fylliefnisblendi. Vegna vandamála í tengslum við bráðnunarbræðslu og tengda lélega vélrænni eiginleika við soðið, er ekki mælt með því að suða efni í þessari málmblönduröð, sem inniheldur meira magn af magnesíum með 4xxx röð fylliefnum. Hærra magnesíum grunnefnin eru aðeins soðin með 5xxx fylliefnisblendi, sem venjulega passa við grunnblendisamsetninguna.

6XXX röð málmblöndur– (hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 18 til 58 ksi) Þetta eru ál / magnesíum – kísilblendi (magnesíum og kísill viðbætur um 1,0%) og finnast víða í suðuframleiðsluiðnaðinum, aðallega notaðar í formi extrusions, og felld inn í marga burðarhluta. Með því að bæta magnesíum og kísli við ál myndast efnasamband af magnesíum-kísilsíði, sem veitir þessu efni getu þess til að verða hitameðhöndlað í lausn til að auka styrkleika. Þessar málmblöndur eru náttúrulega viðkvæmar fyrir storknunarsprungum og af þessum sökum ætti ekki að bogasjóða þær sjálfvirkt (án fylliefnis). Það er nauðsynlegt að bæta við nægilegu magni af fylliefni á meðan á bogsuðuferlinu stendur til að þynna grunnefnið og koma þannig í veg fyrir hitasprunguvandamálið. Þau eru soðin með bæði 4xxx og 5xxx fylliefni, allt eftir notkun og þjónustukröfum.

7XXX röð málmblöndur– (hitameðhöndlað – með endanlegum togstyrk upp á 32 til 88 ksi) Þetta eru ál / sink málmblöndur (sink viðbætur á bilinu 0,8 til 12,0%) og samanstanda af nokkrum af sterkustu álblöndunum. Þessar málmblöndur eru oft notaðar í afkastamikilli notkun eins og flugvélum, geimferðum og samkeppnisíþróttabúnaði. Eins og 2xxx röð málmblöndur, inniheldur þessi röð málmblöndur sem eru taldar óhentugar til bogsuðu, og aðrar sem oft eru ljósbogasoðnar með góðum árangri. Algengt soðnar málmblöndur í þessari röð, eins og 7005, eru aðallega soðnar með 5xxx röð fylliefnisblöndur.

Samantekt- Álblöndur nútímans, ásamt ýmsum skapgerðum þeirra, samanstanda af breitt og fjölhæft úrval af framleiðsluefnum. Fyrir bestu vöruhönnun og árangursríka þróun suðuaðferða er mikilvægt að skilja muninn á hinum mörgu málmblöndur sem til eru og mismunandi frammistöðu og suðueiginleika þeirra. Þegar búið er að þróa bogsuðuaðferðir fyrir þessar mismunandi málmblöndur verður að taka tillit til tiltekins málmblöndu sem verið er að soða. Oft er sagt að bogsuðu á áli sé ekki erfið, „það er bara öðruvísi“. Ég tel að mikilvægur hluti af skilningi á þessum mun sé að kynnast hinum ýmsu málmblöndur, eiginleikum þeirra og auðkenningarkerfi þeirra.