رسوب-سختی-آلیاژهای
Download
Report
Transcript رسوب-سختی-آلیاژهای
رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم
تاريخچه:
فرآیند رسوب سختی (پیرسختی) در سال 1906بوسيله Dr.A.Wilmآلمانی کشف گردید.
دك تر Wilmیک آلیاژ 4درصد مس و 0/5درصد منیزیم رآ حرآرت دآده و پس آز آن به سرعت سرد
نمود و سپس سختی آلیاژ رآ آندآزه گرفت .آو متوجه شد که با گذشت زمان به مدت چند روز در درجه
حرآرت محیط سختی نمونه ها به مقدآر قابل مالحظه آی آفزآیش یافت.
آصول رسوب سختی :
برآی سخت کردن یک آلیاژ آلومینیوم آز طریق فرآیند رسوب سختی آبتدآ فلز رآ عمليات حرآرتی مي كنند.
درجه حرآرت مورد آستفاده بستگی به ترکیب شیمیائی آلیاژ دآرد.
پس آز حرآرت دآدن به درجه حرآرت آنحالل و نگه دآشتن در آن درجه حرآرت به مدت الزم ،آلیاژ رآ
سریعاً سرد می كنند.
در آین حالت محلول جامد فوق آشباع ) (ssssتشكيل مي شود.
قسمت بعدي فرآیند رسوب سختی ،پیر کردن آست که به دو صورت آنجام می گردد.
آگر در دماي محيط پير شد به آن پی ًريً طبیعی )(Natural Ageingمي گويند.
و يا آگر الزم باشد آلیاژ رآ حرآرت دآد (معموالً در 93-260درجه سانتی گرآد به مدت چندین ساعت) تا رسوب
گیریً آنجام گیرد در آن صورت آن رآ پیر سختی مصنوعی ) (Artificial Ageingمينامند.
آلیاژهای آلومینیوم که قابل سخت شدن آز طریق رسوب سختی هستند رآ بنا به تعریف آلیاژهای عملیات
حرآرتی پذیر می نامند.
شرآیط مورد نیاز جهت رسوب سختي :
آول آین که آلیاژ باید دآرآی حاللیت حالت جامد قابل توجهی در درجات حرآرت باال و حاللیت حالت جامد
ناچیز در درجات حرآرت پائین باشند.
دوم آین كه آست که عنصر یا ترکیبی که در محلول جامد فوق آشباع نگه دآشته می شود باید رسوب کرده و
تولید تغییر فرم ها و آعوجاج شبکه آی در آلومینیوم بنماید.
معموالً رسوب آین عناصر یا ترکیبات بتدریج باعث سخت تر شدن آلیاژ شده تا آین که سختی آن به یک مقدآر
حدآک ثر برسد .آدآمه عملیات رسوب گیر ًی پس آز آین نقطه باعث کاهش سختی می گردد.
آلیاژهائی که به مقدآر کافی پیر نشده و به سختی حدآک ثر نرسیده باشند رآ کم پیریً ()underagedو
آلیاژهائی که آز سختی حدآک ثر رد شده باشنديا بمدت طوالنی تر پیر شده باشند رآ پرپی ًریً )(overaged
می نامند.
منحني پير شدن برآي يك آلياژ آلومينيوم
فرآیند رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم رآ می توآن بصورت زیر خالصه نمود :
(1
گرمًکردنًبهًدرجهًحرآرتًعملیاتًحرآرتیًآنحاللً(حلًکردن).
(2
حرآرتًدآدنًدرًآنًدرجهًحرآرتًبرآیًمدتًزمانًکافی.
(3
سريعًسردًكردنًبهًدرجهًحرآرتًنسبتاًپايين.
(4
پیرًکردنًبرآیًرسوبًسختیًآزًطریق :
آلف :پیرکردنًطبیعیًدرًدرجهًحرآرتًمحیط.
ب :پیرکردنًمصنوعیًبوسیلهًحرآرتًدآدنًدرًیکًدرجهًحرآرتًپائین 93-260درجهًسانتیًگرآدًبمدتًالزم.
-1عمل حرآرتی آنحالل):(Solution Heat Treatment
زمان الزم برآی عملیات حرآرتی آنحالل بستگی به آلیاژ و نوع محصول دآرد.
بطورً کلی قطعات کار شده آحتیاج به زمان کمتریً نسبت به قطعات ریختگی دآشته و قطعات کار سرد شده
زمان کمتریً نسبت به قطعات کار گرم شده دآرد.
قطعات در ماسه به علت درشت بودن آجزآء ساختمانی آنها زمان بیشتریً نسبت به قطعات ریختگی در
قالب دآئمی دآرد.
در مورد آغلب محصوالت صفحه آی ورق ،نیم ساعت تا دو ساعت زمان کافی برآی عملیات حرآرتی آنحالل
آست ،آز طرف دیگر برخی آز قطعات ریختگی ممکن آست تا 12ساعت حرآرت دآدن نیاز دآشته باشند.
-2سریع سرد کردن (:)Quenching
پس آز آین که آجزآء ساختمانی وآرد محلول جامد گردیدند آلیاژ آلومینیوم به سرعت به درجه
حرآرت پائینی سرد می شود تا آین آجزآء در محلول باقی بمانند.
معمولی ترین محیط های سرد کردن آلیاژهای آلومینیوم آب دآغ و آب سرد آست .سریع سرد
کردن در آب سرد برآی موآد نازکی چون ورق ،قطعات فشار کاریً شده ،لوله و قطعات پتکاریً
شده کوچک بکار می رود.
درجه حرآرت آب زیر 29درجه سانتی گرآد نگه دآشته می شود و آجازه آفزآیش بیش آز 11درجه
سانتی گرآد به آن دآده نمی شود .آین سرد شدن ناگهانی حدآک ثر مقاومت در مقابل خوردگی رآ
به آلیاژ می دهد ولی ممکن آست باعث آعوجاج قطعه گردد.
-3پیرسازی (:) Ageing
آلیاژهای آلومینیوم پس آز عملیات حرآرتی آنحالل و سریع سرد کردن پیر می شوند تا رسوب دهند.
آلیاژهای آلومینیوم قابل سخت شدن آز طریق رسوب گیر ًی در حالت سریع سرد شده ناپایدآر
هستند.
در آثر پیر شدن ،ذرآت بسیار ریز میکروسکوپ ی تشکیل می گردند که به عنوآن مانع در دآنه ها و
مرزدآنه ها عمل می نمایند.
آلیاژهای آلومینیوم قابل پیر شدن طبیعی آستحکام کامل خود رآ پس آز 4تا 5روز در درجه حرآرت
محیط بدست می آورند .در حدود 90درصد حدآک ثر آستحکام قابل حصول در آین آلیاژها پس آز 24
ساعت حاصل می گردد.
رسوب سختی آلیاژهای کار پذیر آلومینیوم:
-1آلیاژهای : Al-Cu
عمليات حل سازي درمنطقه محلول جامدآلفا آنجام شود(حدود :(515˙c
آلياژآلومينيوم با %4مس بايد تا حدود 515درجه سانتي گرآد گرم شود تا آينكه آتم هاي مس و
آلومينيوم به طورً تصادفي به دآخل محلول جامد همگن آلفا نفوذ كند .آلياژ در آين م ًرحله آز محلول
جامد آلفا تشكيل شده آست.
تا دماي آتاق يا كمتر به سرعت آبدهي شوند:
آين عمليات يك محلول جامد فوق آشباع مس در آلومينيوم آيجاد ميكند .آلياژآلومينيوم با %4مس
در آين شرآيط پايدآر نيست و سعي ميكند با ساختن فازهاي نيمه پايدآر آنرژيً سيستم رآ كاهش
دهد.نيروي محركه فازهاي نيمه پايدآر،آنرژيً زياد محلول جامد فوق آشباع ناپايدآر مس در آلومينيوم
آست.
در گستره دماي ي 130تا 190درجه سانتي گرآد به طور مصنوعي پير شوند:
آگرًچهًبرخيًآزًآلياژًهاًدرًدمايًآتاقًت اًآس تحكامًم وردًنظ رًپي رًس ختًم يًش وندً،ول يًآغل بًآلياژه اً
باي دًدرًدم ايًبيش ترًپي رًش وند .درًم وردًآلي اژًآلوميني ومًب اً %4م سًدم ايًپي رًس ختيًمص نوعيًب ينً
130تاً 190درجهًسانتيًگرآدًآست.
نمايشًپيرًسختيًبرآيًآلياژًآًلومينيومًباً %4مسً
ساختار هاي ي كه به هنگام پيرشدن آلياژهاي آلومينيوم مس تشكيل مي شوند عبارتند آز :
آلفً :محلولًجامدًفوقًآشباعً.
بً :مناطقً . GP1
پً :مناطقً ( GP2ياًفازً".)θ
تً :فازً'.θ
ثً :فازً.θ
آرتباطًبينًساختارًوًسختيًآلياژآلومينيومًباً %4مس كهًدرً 130تاً 190درجهًسانتيگرآدًپيرًشدهًآست.
مناطق : GP1
آين مناطق در دما هاي پايين تشكيل مي شونديعني كمتر آز 130درجه سانتي گرآد ،و با
جدآيش آتمهاي مس در محلول جامد فوق آشباع آلياژهاي آلومينيوم مس بوجود مي آيند.
مناطق GP1شامل ديسكهاي ي به ضخامت 4تا 6آنگستروم و قطر 80تا 100آنگستروم
آست كه بر سطوح مكعبي { }100زمينه ساخته مي شوند.
طبق نظريه دآلگرين مناطق GP1درصد كمي مس دآرد .آين مناطق آز حركت نابجاييها
جلوگيريً مكنند و باعث كاهش شكل پذيريً و آفزآيش آستحكام مي شوند.آين مناطق دآرآي
ساختار تترآگونال مي باشد.
آلياژً 2024كهًحلًسازيًشدهًً،آبًدآدهًشدهً
بهًمدتً 12ساعتًدرً190درجهًسانتيگرآد پيرً
شدهًآست.ساختارًشاملًمناطقً GPوًصفحاتًاليهً
آيًدرشتً' θميًباشد.
آلياژ 2024كه حل ساز ًي شده ،آب دآده شده و
%6تحت نورد سرد قرآرگرفته و به
مدت 12ساعت در 190پير شده آست .ساختار
شامل مناطق GPو صفحات كوچك درشت 'θ
مي باشد.
مناطق ( GP2يا فاز ":)θ
مثل مناطق ، GP1مناطق GP2نيز ساختاريً تترآگونال دآرند و با صفحات { }100زمينه
آلومينيوم با %4مس يا آلياژ هاي مشابه همدوس هستند.
در مرآحل آوليه تشكيل مناطق GP2به نظر مي رسد كه مقدآر مس كم آست ولي با آفزآيش
زمان پير شدن هم مقدآر مس و هم آندآزه رسوب ها آفزآيش مي يابد.
قتي كه پير شدن در دماي 130تا 190درجه سانتي گرآد آنجام شود مناطق GP2سختي
آلياژ آلومينيوم با %4مس رآ بيشتر آفزآيش مي دهد .
فاز ': θ
فرآ پيريً آلياژ آلومينيوم با %4مس زماني رخ مي دهدكه فاز كامال نامربوط ،نا همدوس و نيمه پايدآر
' θبه وجود آيد.
آين فاز به صورت ناهمگن مخصوصا روي نابه جاي ي ها جوآنه مي زند .آندآزه فاز ' θبه مدت زمان و
دماي پيريً بستگي دآرد .
وقتي آين فاز به تنهاي ي ظاهر شود آلياژ در فرآ پيريً آست.
فاز : θ
پير كردن در دماي 190درجه سانتي گرآد يا بيشتر برآي مدت خيلي طوالني فاز تعادلي نا همدوس
'Cu Al2 ،θرآ آيجاد مي كند.
آين فاز دآرآي ساختار BCTبوده و وقتي كه آلياژ در شرآيط فرآ پيريً شديد باشد بوجود مي آيد.
فاز θبا آز بين رفتن فاز ' θبوجود مي آيد.
-2آلیاژهای : Al-Mg-Si
همانًگونهًکهًقبالًگ فتهًشدًجزءًآصلیًسختًکنن دهًدرًآی نًآلیاژه اًآس تًک هًب هًمق دآرًی کً
تاًدوًدرصدًموجودًآست .حدًحاللیتًجامدًدرًدرجهًحرآرتًیوتک تیکًدرًح دودً 1/85درص دً
بودهًبهًتدریجًباًکاهشًدرجهًحرآرتًبهًتاًدرجهًحرآرتًمح یطًب هًح دودً0/1درص دًک اهشًم یً
یابد.
مکانیزمًرسوبًگیریًهنوزًموردشکًوًتردی دًم یًباش دًول یًآعتق ادًب رًآی نًآس تًک هًرس وباتً
بصورتًرشتهًهایًکوچکیًرسوبًمیًکنندًکهًبعدآًبصورتًورقهًهایًکوچکًرشدًمیًنمایند .
آینًآلیاژهاًعموماًدرً 521درجهًسانتیًگرآدًعملیاتًحرآرتیًآنح اللًم یًش وندً،ول یًدر وآق عً
آس تحکامًآنه اًب اًآف زآیشًدرج هًح رآرتًعملی اتًحرآرت یًآنح اللًب هًت اً 522درج هًس انتیًگ رآدً
آفزآیشًمیًیابد.
نمودآرًتعادلي Al-Mg-Si
برآی حصول حدآک ثر آستحکام ،آلیاژهای Al-Mg-Siباید آز درجه حرآرت عملیات
حرآرتی آنحالل سریعاً سرد شوند.
آین آلیاژها بصورت طبیعی پیر نمی شوند زیرآ درجه حرآرت محیط خیلی آهسته و بتدریج پیر
سخت می گردند.
پیر کردن در درجات حرآرت پائین تر و برآی مدت زمان های طوالنی تر باالترین آستحکام رآ
آیجاد می نماید .آلیاژ 6061معموالً آز طریق عملیات حرآرتی آنحالل ،سریع سرد کردن و پیر
سختی مصنوعی ساخته می شود.
ترتيب عمومي رسوب در آين آلياژ بصورت زير آست:
محلول جامد فوق آشباع ← مناطق ( GPسوزنها) ←
MgSi2
آلياژ ( )Al-1/3 Mg 2 Siكه عمليات حل سازيً
شده وآب دآده شده و به مدت 24ساعت در 160درجه
سانتيگرآد پير شده آست .ساختار شامل مناطق GPو
رسوبات مي باشد.
آلياژ ( )Al-1/3 Mg 2 Siكه عمليات حل ساز ًي
شده آب دآده شده و به مدت 24ساعت در 160درجه
سانتيگرآد پير شده آست .مجددآ به مدت 15دقيقه در
275درجه سانتيگرآد گرم شده آست .ساختار سو ًز ًن هاي
درشت رسوب هاي رآ نشان مي دهد.
-3آلیاژهای : Al-Zn-Mg-Cu
مهمترین فازهای رسوبی که باعث سختی می شوند ذرآت Al3Zn3Mg3و MgZn2
مي باشند.ذرآت MgZn2در آین آلیاژها که حاوی روی بیشتریً نسبت به منیزیم هستند
موثرتر می باشند .بنظر می رسد که رسوب گیریً در آلیاژهای Al-Zn-Mgبصورت زیر
آنجام می گیرد:
← فاز وآسطه ←مناطق G.Pدر آلومینیم
با آفزآیش مس به آلیاژهای Al-Zn-Mgفازهای CuAl2و Al2CuMgتشکیل
می شود ولی به نظر می رسدکه در آينجا نیز فاز آصلی سخت کننده رسوبات MgZn2
باشند.
چون آین آلیاژها دآرآی یوتک تیکهای نقطه ذوب پایینی هستند باین جهت آنها رآ در 443-477
درجه سانتی گرآد عملیات حرآرتی آنحالل می نمایند.
پیر سخت شدن طبیعی آلیاژهای Al-Zn-Mg-Cuگرچه باعث آفزآیش آستحکام می
گردد ولی تولید فلز ناپایدآریً کرده وبنا برآین آین آلیاژها فقط به حالت پیر سخت شدن
مصنوعی مورد آستفاده قرآر میگردد.
منابع:
-1آلياژ هاي مهندسي – دك تر آكرمي و دك تر سيد ريحاني -آنتشارآت دآنشگاه شريف
-2آلومينيوم – آردشير طهماسبي -آنتشارآت آزآده