رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم

تاريخچه: له ي بوس�1906فرآین�د رس�وب س�ختی )پیرس�ختی( در س�ال

Dr.A.Wilm.آلمانی کشف گردید

دكت�رWilm درص�د منیزی�م را 0/5 درص�د م�س و 4 ی�ک آلیاژ حرارت داده و پ�س از آ�ن ب�ه س�رعت س�رد نمود و س�پس س�ختی آلیاژ را اندازه گرفت. او متوج�ه ش�د ک�ه ب�ا گذش�ت زمان ب��ه مدت چن��د روز در درج��ه حرارت محی��ط س��ختی

نمونه ها به مقدار قابل مالحظه ای افزایش یافت.

: اصول رسوب سختی برای س���خت کردن ی���ک آلیاژ آلومینیوم از طری���ق فرآین���د

كنند. مي حرارتیيات عملرارسوب سختی ابتدا فلز درج�ه حرارت مورد اس�تفاده بس�تگی ب�ه ترکی�ب شیمیائ�ی

آلیاژ دارد. پ�س از حرارت دادن ب�ه درج�ه حرارت انحالل و نگ�ه داشت�ن

س�ریعاً س�رد م�ی را آلیاژ ،در آ�ن درج�ه حرارت ب�ه مدت الزمكنند.

محلول جام�د فوق اشباع حال�ت ای�ن در (ssss) تشكي�ل مي.شود

به فرآین�د رس�وب س�ختی، پی�ر کردن اس�ت ک�ه بعديقس�متمی گردد. دو صورت انجام

طبیع�یي پیراگ�ر در دماي محي�ط پي�ر ش�د ب�ه آ�ن(Natural Ageing ) مي.گويند

ي��ا درج��ه 93-260اگ��ر الزم باش��د آلیاژ را حرارت داد )معموالً در و س�انتی گراد ب�ه مدت چندی�ن س�اعت( ت�ا رس�وب گیری انجام گیرد در آ�ن

مينامند.( Artificial Ageing) پیر سختی مصنوعی صورت آن را

آلیاژهای آلومینیوم ک��ه قاب��ل س��خت شدن از طری��ق رس��وب س��ختیهستند را بنا به تعریف آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر می نامند.

: جهت رسوب سختيشرایط مورد نیاز

اول ای�ن ک�ه آلیاژ بای�د دارای حاللی�ت حال�ت جام�د قاب�ل توجه�یدر درجات حرارت باال و حاللی�ت حال�ت جام�د ناچی�ز در درجات

حرارت پائین باشند.

اس�ت ک�ه عنص�ر ی�ا ترکیب�ی ک�ه در محلول جام�د فوق ك�هدوم ای�ن اشباع نگ�ه داشت�ه م�ی شود بای�د رس�وب کرده و تولی�د تغیی�ر فرم

ها و اعوجاج شبکه ای در آلومینیوم بنماید. معموالً رس�وب ای�ن عناص�ر ی�ا ترکیبات بتدری�ج باع�ث س�خت ت�ر

شدن آلیاژ شده ت�ا ای�ن ک�ه س�ختی آ�ن ب�ه ی�ک مقدار حداکث�ر برس�د. ادام�ه عملیات رس�وب گیری پ�س از ای�ن نقط�ه باع�ث

کاهش سختی می گردد.

آلیاژهائ�ی ک�ه ب�ه مقدار کاف�ی پی�ر نشده و ب�ه س�ختی حداکث�رو آلیاژهائ��ی ک��ه از (underaged)نرس��یده باشن��د را ک��م پیری

س��ختی حداکث��ر رد شده باشندي��ا بمدت طوالن��ی ت��ر پی��ر شده .( می نامندoveragedباشند را پرپیری )

منحني پير شدن براي يك آلياژ الومينيوم

فرایند رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم را می توان :بصورت زیر خالصه نمود

.گرم کردن به درجه حرارت عملیات حرارتی انحالل )حل کردن(1(حرارت دادن در آن درجه حرارت برای مدت زمان کافی.2(سريع سرد كردن به درجه حرارت نسبتا پايين.3( :پیر کردن برای رسوب سختی از طریق4(

. پیرکردن طبیعی در درجه حرارت محیط :الف پیرکردن مصنوعی بوسیله حرارت دادن در یک درجه حرارت :ب

درجه سانتی گراد بمدت الزم.93-260پائین

(Solution Heat Treatment :)عمل حرارتی انحالل- 1

زمان الزم برای عملیات حرارت�ی انحالل بس�تگی ب�ه آلیاژ و نوعمحصول دارد.

بطور کل�ی قطعات کار شده احتیاج ب�ه زمان کمتری نس�بت ب�هقطعات ریختگ�ی داشت�ه و قطعات کار س�رد شده زمان کمتری

نسبت به قطعات کار گرم شده دارد. قطعات در ماس�ه ب�ه عل�ت درش�ت بودن اجزاء س�اختمانی آنه�ا

زمان بیشتری نس�بت ب�ه قطعات ریختگ�ی در قال�ب دائم�ی دارد. در مورد اغل�ب محص�والت ص�فحه ای ورق، نی�م س�اعت ت�ا دو

س��اعت زمان کاف��ی برای عملیات حرارت��ی انحالل اس��ت، از 12طرف دیگ��ر برخ��ی از قطعات ریختگ��ی ممک��ن اس��ت ت��ا

ساعت حرارت دادن نیاز داشته باشند.

(:Quenching- سریع سرد کردن )2

پ��س از ای��ن ک��ه اجزاء س��اختمانی وارد محلول جام��دگردیدن��د آلیاژ آلومینیوم ب��ه س��رعت ب��ه درج��ه حرارت پائین��ی س��رد م��ی شود ت��ا ای��ن اجزاء در محلول باق��ی

بمانند. معمول���ی تری���ن محی���ط های س���رد کردن آلیاژهای

. س�ریع س�رد کردن آلومینیوم آ�ب داغ و آ�ب س�رد اس�تدر آ���ب س���رد برای مواد نازک���ی چون ورق، قطعات فشار کاری شده، لول��ه و قطعات پتکاری شده کوچ��ک

بکار می رود. درج��ه س��انتی گراد نگ��ه 29 درج��ه حرارت آ��ب زی��ر

درج��ه 11داشت��ه م��ی شود و اجازه افزای��ش بی��ش از س��انتی گراد ب��ه آ��ن داده نم��ی شود. ای��ن س��رد شدن ناگهان�ی حداکث�ر مقاوم�ت در مقاب�ل خوردگ�ی را ب�ه آلیاژ

می دهد ولی ممکن است باعث اعوجاج قطعه گردد.

(:Ageing- پیرسازی )3

آلیاژهای آلومینیوم پ����س از عملیات حرارت����ی انحالل وسریع سرد کردن پیر می شوند تا رسوب دهند.

آلیاژهای آلومینیوم قاب�ل س�خت شدن از طری�ق رس�وبگیری در حالت سریع سرد شده ناپایدار هستند.

در اث�ر پی�ر شدن، ذرات بس�یار ری�ز میکروس�کوپی تشکی�لمی گردند ک�ه به عنوان مانع در دانه ها و مرزدانه ها عمل

می نمایند. آلیاژهای آلومینیوم قاب��ل پی��ر شدن طبیع��ی اس��تحکام

روز در درج�ه حرارت محی�ط 5 ت�ا 4کام�ل خود را پ�س از درص�د حداکث�ر اس�تحکام 90. در حدود بدس�ت م�ی آورند

س�اعت حاص�ل م�ی 24قاب�ل حص�ول در ای�ن آلیاژه�ا پ�س از گردد.

رسوب سختی آلیاژهای کار پذیر آلومینیوم: : Al-Cu- آلیاژهای 1 عمليات ح@@ل س@@ازي درمنطق@@ه محلول جامدآلف@@ا

:)c 515)حدود˙انجام شود

درج�ه س�انتي 515% م�س باي�د ت�ا حدود 4آلياژآلومينيوم ب�ا گراد گرم شود ت�ا اينك�ه ات�م هاي م�س و آلومينيوم ب�ه طور تص�ادفي ب�ه داخ�ل محلول جام�د همگ�ن آلف�ا نفوذ كند. آلياژ

در اين مرحله از محلول جامد آلفا تشكيل شده است.

:تا دماي اتاق يا كمتر به سرعت آبدهي شونداي����ن عمليات ي����ك محلول جام����د فوق اشباع م����س در

% م�س در اي�ن 4آلومينيوم ايجاد ميكند. آلياژآلومينيوم ب�ا شراي��ط پايدار نيس��ت و س��عي ميكن��د ب��ا س��اختن فازهاي نيم�ه پايدار انرژ�ي س�يستم را كاه�ش دهد.نيروي محرك�ه فازهاي نيم��ه پايدار،انرژ��ي زياد محلول جامد فوق اشباع

ناپايدار مس در آلومينيوم است. درج@ه س@انتي گراد ب@ه 190 ت@ا 130در گس@تره دماي@ي

طور مصنوعي پير شوند:اگ�ر چ�ه برخ�ي از آلياژ ه�ا در دماي اتاق ت�ا اس�تحكام مورد نظ�ر پي�ر س�خت م�ي شون�د، ول�ي اغل�ب آلياژه�ا باي�د در دماي

% م��س 4بيشت��ر پي��ر شوند. در مورد آلياژ آلومينيوم ب��ا درج�ه س�انتي 190 ت�ا 130دماي پي�ر س�ختي مص�نوعي بي�ن

.گراد است

% مس 4لومينيوم با نمايش پير سختي براي آلياژ آ

ساختار@ هايي كه به هنگام پيرشدن آلياژهاي آلومينيوم مي شوند عبار@تند از@ :مس تشكيل

. الف : محلول جامد فوق اشباع ب : مناطقGP1. : مناطق پGP2" يا فاز ( θ .) : فاز 'تθ. ث : فازθ.

كه در % مس4آلياژآلومينيوم با ارتباط بين ساختار و سختي . درجه سانتيگراد پير شده است190 تا 130

:GP1 مناطق

اي�ن مناط�ق در دم�ا هاي پايي�ن تشكي�ل م�ي شونديعن�ي كمتر ازدرج�ه س�انتي گراد ، و ب�ا جداي�ش اتمهاي م�س در محلول 130

آلومينيوم مس بوجود مي آيند. جامد فوق اشباع آلياژهاي مناط�ق GP1 آنگس�تروم و 6 ت�ا 4 شام�ل ديس�كهايي ب�ه ضخام�ت

آنگس��تروم اس��ت ك��ه بر س��طوح مكع��بي 100 ت��ا 80قط��ر { زمينه ساخته مي شوند.100}

طب�ق نظري�ه دالگري�ن مناط�ق GP1 درص�د كم�ي م�س دارد. اي�ن مناط��ق از حرك��ت نابجاييه��ا جلوگيري مكنن��د و باع��ث كاه��ش

داراي شك�ل پذيري و افزاي�ش اس�تحكام م�ي شوند.اي�ن مناطق مي باشد.تتراگونال ساختار

كه حل سازي 2024آلياژ شده ، آب داده شده

ساعت در 12 به مدت پير درجه سانتيگراد190

شده است.ساختار شامل و صفحات اليه اي GPمناطق مي باشد.θ'درشت

سازي 2024آلياژ ح�ل ك�ه و داده شده آب ، % 6شده

تح�ت نورد س�رد قرارگرفته و به

پير 190 س�اعت در 12مدت شامل س�اختار اس�ت. شده

و ص�فحات كوچك GPمناط�ق مي باشد.θ'درشت

(:θ ) يا فاز "GP2مناطق

مناط���ق مث���لGP1 مناط���ق ، GP2 ني���ز س���اختاري { زمين�ه آلومينيوم 100تتراگونال دارن�د و ب�ا ص�فحات }

% مس يا آلياژ هاي مشابه همدوس هستند. 4با در مراح�ل اولي�ه تشكي�ل مناط�قGP2 ب�ه نظ�ر م�ي رس�د

ك�ه مقدار م�س ك�م اس�ت ول�ي ب�ا افزاي�ش زمان پي�ر شدن ه�م مقدار م�س و ه�م اندازه رس�وب ه�ا افزاي�ش

مي يابد. درج�ه س�انتي 190 ت�ا 130قت�ي ك�ه پي�ر شدن در دماي

س�ختي آلياژ آلومينيوم ب�ا GP2گراد انجام شود مناط�ق % مس را بيشتر افزايش مي دهد .4

:θفاز '

م�س زمان�ي رخ م�ي دهدك�ه فاز 4فرا پيري آلياژ آلومينيوم ب�ا % به وجود آيد. θنا همدوس و نيمه پايدار ' كامال نامربوط،

اين فاز به صورت ناهمگن مخصوصا روي نابه جايي ه�ا جوانه مي به مدت زمان و دماي پيري بستگي دارد . θ'زند. اندازه فاز

.وقتي اين فاز به تنهايي ظاهر شود آلياژ در فرا پيري است

:θ فاز

درج�ه س�انتي گراد ي�ا بيشت�ر براي 190پي�ر كردن در دماي θمدت خيل�ي طوالن�ي فاز تعادل�ي ن�ا همدوس ' ، Cu Al2 را

.ايجاد مي كند اي�ن فاز داراي س�اختارBCT در آلياژ كه وقت�ي و بوده

شرايط فرا پيري شديد باشد بوجود مي آيد. فاز θ' با از بين رفتن فاز θ .بوجود مي آيد

Al-Mg-Si: آلیاژهای -2 همان گون�ه ک�ه قبالً گفت�ه ش�د جزء اص�لی س�خت کننده در

ای�ن آلیاژه�ا اس�ت ک�ه ب�ه مقدار ی�ک ت�ا دو درص�د موجود اس�ت. 1/85ح�د حاللی�ت جام�د در درج�ه حرارت یوتکتی�ک در حدود

درص�د بوده ب�ه تدری�ج ب�ا کاه�ش درج�ه حرارت ب�ه ت�ا درج�ه درصد کاهش می یابد. 0/1حرارت محیط به حدود

مکانیزم رس�وب گیری هنوز موردش�ک و تردی�د م�ی باش�دول�ی اعتقاد بر ای�ن اس�ت ک�ه رس�وبات بص�ورت رشت�ه های کوچک�ی رس�وب م�ی کنن�د ک�ه بعداً بص�ورت ورق�ه های کوچ�ک

رشد می نمایند. درج��ه س��انتی گراد عملیات 521ای��ن آلیاژه��ا عموماً در

حرارت�ی انحالل م�ی شون�د، ول�ی در واق�ع اس�تحکام آنه�ا ب�ا 522افزای�ش درج�ه حرارت عملیات حرارت�ی انحالل ب�ه ت�ا

درجه سانتی گراد افزایش می یابد.

Al-Mg-Siنمودار تعادلي

برای حص�ول حداکث�ر اس�تحکام، آلیاژهایAl-Mg-Si بای�د از درجه حرارت عملیات حرارتی انحالل سریعاً سرد شوند.

ای��ن آلیاژه��ا بص��ورت طبیع��ی پی��ر نم��ی شون��د زیرا درج��هحرارت محی�ط خیل�ی آهس�ته و بتدری�ج پی�ر س�خت م�ی گردند.

پی��ر کردن در درجات حرارت پائی��ن ت��ر و برای مدت زمانهای طوالن�ی ت�ر باالتری�ن اس�تحکام را ایجاد م�ی نماید. آلیاژ

معموالً از طری���ق عملیات حرارت���ی انحالل، س���ریع 6061سرد کردن و پیر سختی مصنوعی ساخته می شود.

:ترتيب عمومي رسوب در اين آلياژ بصورت زير است

← )سوزنها( GP مناط�ق ←محلول جام�د فوق اشباع MgSi2

( كه Al-1/3 Mg 2 Siآلياژ ) وآب شده س�ازي ح�ل عمليات

ساعت 24داده شده و ب�ه مدت پير 160در س��انتيگراد درج��ه

شامل س��اختار . اس��ت شده مي GPمناط�ق رس�وبات و

باشد.

( كه Al-1/3 Mg 2 Siآلياژ ) آب شده س�ازي ح�ل عمليات

ساعت 24داده شده و ب�ه مدت پير 160در س�انتيگراد درج�ه

15شده اس�ت. مجددا به مدت در درج�ه سانتيگراد 275دقيق�ه

گرم شده اس�ت. س�اختار سوزن هاي درش�ت رسوب هاي را

نشان مي دهد.

Al-Zn-Mg-Cu: آلیاژهای -3مهمتری��ن فازهای رس��وبی ک��ه باع��ث س��ختی م��ی شوند ذرات

Al3Zn3Mg3 وMgZn2 باشند.ذرات در ای�ن آلیاژه�ا ک�ه MgZn2م�ي حاوی روی بیشتری نس���بت ب���ه منیزی���م هس���تند موثرت���ر م���ی

Al-Zn-Mgباشن��د .بنظر م��ی رس��د ک��ه رسوب گیری در آلیاژهای بصورت زیر انجام می گیرد:

فاز واسطه ←مناطق←G.Pدر آلومینیم ب��ا افزای��ش م��س به آلیاژهایAl-Zn-MgفازهایCuAl2 وAl2CuMg

نج�ا نی�ز فاز اص�لی يتشکی�ل م�ی شود ول�ی ب�ه نظ�ر م�ی رس�دکه در اباشند. MgZn2سخت کننده رسوبات

چون ای�ن آلیاژه�ا دارای یوتکتیکهای نقط�ه ذوب پایین�ی هس�تند بای�ن درج��ه س��انتی گراد عملیات حرارت��ی 443-477جه��ت آنه��ا را در انحالل می نمایند.

پی���ر س���خت شدن طبیع���ی آلیاژهایAl-Zn-Mg-Cu گرچ���ه باع���ثافزای��ش اس��تحکام م��ی گردد ول��ی تولی��د فل��ز ناپایداری کرده وبن��ا برای�ن ای�ن آلیاژه�ا فق�ط ب�ه حال�ت پی�ر س�خت شدن مص�نوعی مورد

گردد.استفاده قرار می

منابع:

-آلياژ هاي مهندس�ي – دكت�ر اكرم�ي و دكت�ر س�يد ري�حاني- 1انتشارات دانشگاه شريف

- آلومينيوم – اردشير طهماسبي- انتشارات آزاده 2