Með vaxandi notkun áls innan suðuiðnaðarins og viðurkenningu þess sem frábærs valkosts við stál í mörgum tilgangi, eru vaxandi kröfur um að þeir sem koma að þróun álverkefna kynni sér þennan efnisflokk betur. Til að skilja ál til fulls er ráðlegt að byrja á að kynna sér auðkenningar-/merkingarkerfi áls, hina mörgu álblöndur sem eru í boði og eiginleika þeirra.

Hitastig og tilnefningarkerfi álfelgunnar- Í Norður-Ameríku ber Aluminum Association Inc. ábyrgð á úthlutun og skráningu álblöndu. Eins og er eru yfir 400 tegundir af smíðuðu áli og smíðuðu álblöndum og yfir 200 tegundir af steyptum álblöndum og álstöngum skráðar hjá Aluminum Association. Efnasamsetningarmörk allra þessara skráðu málmblöndu eru að finna í leiðbeiningum Aluminum Association.Blágræn bóksem ber yfirskriftina „Alþjóðleg heiti á málmblöndum og efnasamsetningarmörk fyrir smíðað ál og smíðað álmálmblöndur“ og í þeirraBleika bókinber yfirskriftina „Heitanir og efnasamsetningarmörk fyrir álblöndur í formi steypu og ingots“. Þessar rit geta verið afar gagnleg fyrir suðuverkfræðinga við þróun suðuaðferða og þegar mikilvægt er að hafa í huga efnafræði og tengsl hennar við sprungunæmi.

Álblöndur má flokka í nokkra flokka út frá eiginleikum efnisins, svo sem getu þess til að þola hita- og vélræna meðferð og aðalblönduþáttinn sem bætt er við álblönduna. Þegar við skoðum númera-/auðkenningarkerfið sem notað er fyrir álblöndur, eru ofangreindir eiginleikar greindir. Smíðað og steypt ál hafa mismunandi auðkenningarkerfi. Smíðaða kerfið er fjögurra stafa kerfi en steypt ál hefur þriggja stafa og eins aukastafs kerfi.

Kerfi fyrir tilnefningar á smíðuðum málmblöndum- Við skulum fyrst skoða fjögurra stafa auðkenningarkerfið fyrir smíðað álfelgur. Fyrsti stafinn (Xxxx) gefur til kynna aðalblönduþáttinn sem hefur verið bætt við álblönduna og er oft notaður til að lýsa álblönduröðinni, þ.e. 1000 sería, 2000 sería, 3000 sería, allt upp í 8000 sería (sjá töflu 1).

Önnur eintölustafurinn (xXxx), ef það er frábrugðið 0, gefur það til kynna breytingu á tiltekinni málmblöndu, og þriðji og fjórði tölustafurinn (xxXX) eru handahófskenndar tölur sem gefnar eru til að bera kennsl á tiltekna málmblöndu í röðinni. Dæmi: Í málmblöndu 5183 gefur talan 5 til kynna að hún sé af magnesíummálmblönduröðinni, talan 1 gefur til kynna að hún sé sú 1.^stbreyting á upprunalegu málmblöndunni 5083, og 83 auðkennir hana í 5xxx seríunni.

Eina undantekningin frá þessu númerakerfi fyrir málmblöndur er með 1xxx seríunni af álblöndum (hreint ál) en í þeim tilfellum gefa síðustu tveir tölustafirnir lágmarkshlutfall áls yfir 99%, þ.e. ál 13.(50)(99,50% að lágmarki ál).

TILGREINDARKERFI FYRIR SMÍÐAÐ ÁLBLÖNDUR

Tafla 1

Tilnefning steypu álfelgis- Kerfið fyrir steypta málmblöndu byggir á þriggja stafa tölu + tugabroti xxx.x (þ.e. 356.0). Fyrsti tölustafurinn (Xxx.x) gefur til kynna aðalblönduþáttinn sem hefur verið bætt við álblönduna (sjá töflu 2).

TILGREINDARKERFI FYRIR STEYPT ÁLBLÖNDUR

Tafla 2

Annar og þriðji tölustafurinn (xXX.x) eru handahófskenndar tölur sem gefnar eru til að bera kennsl á tiltekna málmblöndu í röðinni. Talan á eftir kommu gefur til kynna hvort málmblöndunni er steypa (.0) eða stálstafur (.1 eða .2). Stór stafsforskeyt gefur til kynna breytingu á tiltekinni málmblöndu.
Dæmi: Málmblöndu – A356.0 stóra A-ið (Axxx.x) gefur til kynna breytingu á málmblöndu 356.0. Talan 3 (A3xx.x) gefur til kynna að það sé af röðinni kísill ásamt kopar og/eða magnesíum. 56 tommur (Ax56.0) auðkennir málmblönduna innan 3xx.x seríunnar og .0 (Axxx.0) gefur til kynna að þetta sé steypa með endanlegri lögun en ekki stálstaur.

Kerfið fyrir álhitamerkingu -Ef við skoðum mismunandi gerðir áls, sjáum við að það er töluverður munur á eiginleikum þeirra og notkun þeirra. Það fyrsta sem þarf að átta sig á, eftir að hafa skilið auðkenningarkerfið, er að það eru tvær greinilega ólíkar gerðir af áli innan þeirrar gerðar sem nefndar eru hér að ofan. Þetta eru hitameðhöndlaðar álmálmblöndur (þær sem geta fengið styrk með því að bæta við hita) og óhitameðhöndlaðar álmálmblöndur. Þessi greinarmunur er sérstaklega mikilvægur þegar áhrif bogasuðu á þessar tvær gerðir efna eru skoðuð.

Smíðaðar álblöndur í 1xxx, 3xxx og 5xxx seríur eru ekki hitameðhöndlaðar og aðeins álagsherðanlegar. Smíðaðar álblöndur í 2xxx, 6xxx og 7xxx seríur eru hitameðhöndlaðar og 4xxx serían samanstendur af bæði hitameðhöndluðum og óhitameðhöndluðum málmblöndum. Steyptar málmblöndum í 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x og 7xx.x seríur eru hitameðhöndlaðar. Álagsherðing er almennt ekki beitt á steypur.

Hitameðferðarhæfar málmblöndur öðlast bestu mögulegu vélrænu eiginleika sína með hitameðferð, en algengustu hitameðferðirnar eru lausnarhitameðferð og gerviöldrun. Lausnarhitameðferð er ferlið þar sem málmblöndunni er hitað upp í hækkað hitastig (um 990°F) til að setja málmblönduþættina eða efnasamböndin í lausn. Þessu er fylgt eftir með kælingu, venjulega í vatni, til að framleiða ofmettaða lausn við stofuhita. Hitameðferð í lausn er venjulega fylgt eftir með öldrun. Öldrun er útfelling hluta af frumefnunum eða efnasamböndunum úr ofmettaðri lausn til að fá fram æskilega eiginleika.

Málmblöndur sem ekki er hægt að hitameðhöndla öðlast bestu mögulegu vélrænu eiginleika sína með álagsherðingu. Álagsherðing er aðferð til að auka styrk með því að beita köldvinnslu. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

GRUNNLEGAR SKAPSNEFNINGAR

Tafla 3

Auk grunnhitunarflokkunar eru tveir undirflokkar, annar fjallar um „H“ hitun - álagsherðingu og hinn um „T“ hitun - hitameðhöndluð.

Undirdeildir H-hitunar - álagsherðingar

Fyrsti stafurinn á eftir H-inu gefur til kynna grunnaðgerð:
H1– Aðeins hert við álag.
H2– Álagsherðað og að hluta til glóðað.
H3– Álagsherjað og stöðugt.
H4– Álagsherðið og lakkað eða málað.

Önnur talan á eftir H-inu gefur til kynna hversu hörð álagið hefur verið:
HX2– Fjórðungs harður HX4– Hálf harður HX6– Þrír fjórðungar harðir
HX8– Fullur harður HX9– Mjög erfitt

Undirdeildir T Temper - Hitameðferð

T1- Náttúrulega þroskað eftir kælingu úr mótun við hækkað hitastig, svo sem pressun.
T2- Kalt unnið eftir kælingu úr mótun við hækkað hitastig og síðan náttúrulega þroska.
T3- Hitameðhöndlað í lausn, kalt unnið og náttúrulega þroskað.
T4- Hitameðhöndlað í lausn og náttúrulega þroskað.
T5- Gerviþroskað eftir kælingu frá mótun við hækkað hitastig.
T6- Hitameðhöndlað í lausn og tilbúið þroskað.
T7- Hitameðhöndluð í lausn og stöðguð (ofölduð).
T8- Hitameðhöndlað í lausn, kalt unnið og tilbúið þroskað.
T9- Hitameðhöndlað í lausn, gerviþroskað og kaltunnið.
T10- Kalt unnið eftir kælingu úr mótun við hækkað hitastig og síðan gerviþroskað.

Viðbótartölur gefa til kynna streitulosun.
Dæmi:
TX51eða TXX51– Léttir streitu með teygjum.
TX52eða TXX52– Léttir streitu með þjöppun.

Álblöndur og einkenni þeirra- Ef við skoðum sjö raðir smíðaðra álfelgja, munum við meta muninn á þeim og skilja notkun þeirra og eiginleika.

1xxx serían málmblöndur– (ekki hitameðhöndlanleg – með hámarks togstyrk upp á 10 til 27 ksi) Þessi sería er oft kölluð hrein álsería því hún þarf að innihalda að lágmarki 99,0% ál. Þær eru suðuhæfar. Hins vegar, vegna þröngs bræðslumarks þeirra, þarf að hafa ákveðin atriði í huga til að framleiða ásættanlegar suðuaðferðir. Þegar þessar málmblöndur eru skoðaðar til framleiðslu eru þær fyrst og fremst valdar vegna framúrskarandi tæringarþols, svo sem í sérhæfðum efnatönkum og pípum, eða vegna framúrskarandi rafleiðni eins og í straumleiðaraforritum. Þessar málmblöndur hafa tiltölulega lélega vélræna eiginleika og yrðu sjaldan til skoðunar fyrir almennar byggingarnotkunir. Þessar grunnmálmblöndur eru oft soðnar með samsvarandi fylliefni eða með 4xxx fylliefni, allt eftir notkun og afköstum.

2xxx serían af málmblöndum– (hitaþolið – með hámarks togstyrk upp á 27 til 62 ksi) Þetta eru ál-/koparmálmblöndur (koparviðbætur á bilinu 0,7 til 6,8%) og eru mjög sterkar og afkastamiklar málmblöndur sem eru oft notaðar í geimferða- og flugvélaiðnaði. Þær hafa framúrskarandi styrk yfir breitt hitastigsbil. Sumar þessara málmblöndu eru taldar ósoðanlegar með bogasuðuferlum vegna viðkvæmni þeirra fyrir heitsprungum og spennutæringu; aðrar eru hins vegar bogasuðuðar með mjög góðum árangri með réttum suðuaðferðum. Þessi grunnefni eru oft soðin með hástyrktar 2xxx seríu fylliefnum sem eru hönnuð til að passa við afköst þeirra, en stundum er hægt að suða þær með 4xxx seríu fylliefnum sem innihalda sílikon eða sílikon og kopar, allt eftir notkun og þjónustukröfum.

3xxx serían af málmblöndum– (ekki hitameðhöndlanleg – með hámarks togstyrk upp á 16 til 41 ksi) Þetta eru ál-/manganmálmblöndur (manganviðbætur á bilinu 0,05 til 1,8%) og eru með miðlungsstyrk, hafa góða tæringarþol, góða mótunarhæfni og henta til notkunar við hátt hitastig. Ein af fyrstu notkunarmöguleikum þeirra voru pottar og pönnur og þau eru aðalíhlutinn í dag fyrir varmaskipta í ökutækjum og virkjunum. Miðlungsstyrkur þeirra útilokar þó oft að þær komi til greina í burðarvirkjum. Þessar grunnmálmblöndur eru soðnar með 1xxx, 4xxx og 5xxx fylliefnum, allt eftir efnasamsetningu þeirra og sérstökum notkunar- og þjónustukröfum.

4xxx serían af málmblöndum– (hitameðhöndlunarhæf og ekki hitameðhöndlunarhæf – með hámarks togstyrk upp á 25 til 55 ksi) Þetta eru ál-/kísillmálmblöndum (kísillviðbætur á bilinu 0,6 til 21,5%) og eru einu seríurnar sem innihalda bæði hitameðhöndlunarhæfar og ekki hitameðhöndlunarhæfar málmblöndur. Þegar kísill er bætt við ál lækkar það bræðslumark þess og bætir flæði þess þegar það er bráðið. Þessir eiginleikar eru æskilegir fyrir fylliefni sem notuð eru bæði til samsuðu og lóðunar. Þar af leiðandi er þessi sería málmblanda aðallega að finna sem fylliefni. Kísill, sjálfstætt í áli, er ekki hitameðhöndlunarhæft; þó hefur fjöldi þessara kísillmálmblanda verið hannaður með viðbættum magnesíum eða kopar, sem gerir þeim kleift að bregðast vel við hitameðferð í lausn. Venjulega eru þessar hitameðhöndlunarhæfu fylliefni aðeins notaðar þegar soðinn hluti á að gangast undir hitameðferð eftir suðu.

5xxx serían af málmblöndum– (ekki hitameðhöndlanleg – með hámarks togstyrk upp á 18 til 51 ksi) Þetta eru ál/magnesíum málmblöndur (magnesíumviðbætur á bilinu 0,2 til 6,2%) og hafa mesta styrk þeirra málmblöndur sem ekki eru hitameðhöndlaðar. Að auki er þessi málmblönduröð auðsuðunleg og af þessum ástæðum eru þær notaðar í fjölbreyttum tilgangi, svo sem í skipasmíði, flutningum, þrýstihylkjum, brúm og byggingum. Magnesíummálmblöndur eru oft soðnar með fylliefnum, sem eru valdar eftir að magnesíuminnihald grunnefnisins og notkunar- og notkunarskilyrði suðuhlutarins hafa verið metin. Málmblöndur í þessari röð með meira en 3,0% magnesíum eru ekki ráðlagðar fyrir notkun við hátt hitastig yfir 71°C vegna möguleika á næmingu og síðari næmi fyrir spennutæringu. Grunnmálmblöndur með minna en um það bil 2,5% magnesíum eru oft soðnar með góðum árangri með fylliefnum af 5xxx eða 4xxx röðinni. Grunnmálmblandan 5052 er almennt viðurkennd sem sú grunnmálmblanda með mesta magnesíuminnihaldi sem hægt er að suða með fylliefnum í 4xxx seríunni. Vegna vandamála sem tengjast bráðnun í evtektískri efnasamsetningu og lélegra vélrænna eiginleika við suðu er ekki mælt með því að suða efni í þessari málmblönduröð, sem inniheldur meira magn af magnesíum, með fylliefnum í 4xxx seríunni. Grunnefni með hærra magnesíuminnihald eru aðeins soðin með 5xxx fylliefnum, sem almennt passa við samsetningu grunnmálmblöndunnar.

6XXX serían af málmblöndum– (hitameðhöndlunarhæf – með hámarks togstyrk upp á 18 til 58 ksi) Þetta eru ál/magnesíum-kísill málmblöndur (magnesíum og kísill bæta við um 1,0%) og finnast víða í suðuiðnaðinum, aðallega notaðar í formi útdráttar og felld inn í marga burðarhluta. Viðbót magnesíums og kísils við ál framleiðir efnasamband af magnesíum-kísíði, sem gerir þessu efni kleift að vera hitameðhöndlað í lausn til að auka styrk. Þessar málmblöndur eru náttúrulega viðkvæmar fyrir sprungum í storknun og þess vegna ætti ekki að bogasuðu þær sjálfsuðu (án fyllingarefnis). Viðbót nægilegs magns af fyllingarefni við bogasuðuferlið er nauðsynleg til að þynna grunnefnið og koma í veg fyrir vandamál með heita sprungumyndun. Þær eru soðnar með bæði 4xxx og 5xxx fyllingarefnum, allt eftir notkun og þjónustuþörfum.

7XXX serían af málmblöndum– (hitameðhöndlanleg – með hámarks togstyrk upp á 32 til 88 ksi) Þetta eru ál-/sinkmálmblöndur (sinkviðbætur á bilinu 0,8 til 12,0%) og samanstanda af nokkrum af þeim álmálmblöndum sem hafa hæsta styrk. Þessar málmblöndur eru oft notaðar í afkastamiklum búnaði eins og flugvélum, geimferðum og keppnisíþróttabúnaði. Eins og 2xxx serían af málmblöndum inniheldur þessi sería málmblöndur sem eru taldar óhentugar til bogasuðu og aðrar sem oft eru bogasuðuðar með góðum árangri. Algengustu málmblöndurnar í þessari seríu, eins og 7005, eru aðallega soðnar með fylliefnum úr 5xxx seríunni.

Yfirlit- Álblöndur nútímans, ásamt mismunandi styrkleikastigum sínum, samanstanda af fjölbreyttu úrvali framleiðsluefna. Til að hámarka vöruhönnun og þróa suðuaðferðir með góðum árangri er mikilvægt að skilja muninn á þeim fjölmörgu málmblöndum sem eru í boði og mismunandi eiginleika þeirra og suðuhæfni. Þegar bogasuðuaðferðir eru þróaðar fyrir þessar mismunandi málmblöndur verður að taka tillit til þeirrar tilteknu málmblöndu sem verið er að suða. Oft er sagt að bogasuðu á áli sé ekki erfið, „hún er bara öðruvísi“. Ég tel að mikilvægur þáttur í að skilja þennan mun sé að kynnast hinum ýmsu málmblöndum, eiginleikum þeirra og auðkenningarkerfi.