Az alumínium hegesztőiparban való térnyerésével, valamint az acél kiváló alternatívájaként való elfogadásával számos alkalmazásban egyre nagyobb az igény az alumíniumprojektek fejlesztésében részt vevőkkel szemben, hogy jobban megismerkedjenek ezzel az anyagcsoporttal. Az alumínium teljes megértéséhez tanácsos az alumínium azonosítási/jelölési rendszerével, a számos elérhető alumíniumötvözettel és azok jellemzőivel megismerkedni.

Az alumíniumötvözet hőmérsékleti és jelölési rendszere- Észak-Amerikában az Aluminum Association Inc. felelős az alumíniumötvözetek kiosztásáért és regisztrációjáért. Jelenleg több mint 400 alakítható alumínium és alakítható alumíniumötvözet, valamint több mint 200 alumíniumötvözet van regisztrálva az Aluminum Associationnél öntvények és tuskók formájában. Az ötvözetek kémiai összetételére vonatkozó határértékeket az Aluminum Association összes...Teal könyv„Nemzetközi ötvözetmegnevezések és kémiai összetételi határértékek kovácsolt alumínium és kovácsolt alumíniumötvözetek esetében” című dokumentumban és azokRózsaszín könyv„Öntvények és bugák formájában lévő alumíniumötvözetek megnevezése és kémiai összetételi határértékei” című kiadvány. Ezek a kiadványok rendkívül hasznosak lehetnek a hegesztőmérnökök számára hegesztési eljárások kidolgozásakor, valamint akkor, amikor a kémia és annak a repedésérzékenységgel való összefüggésének figyelembevétele fontos.

Az alumíniumötvözetek számos csoportba sorolhatók az adott anyag jellemzői alapján, mint például a hő- és mechanikai kezelésre való képességük, valamint az alumíniumötvözethez hozzáadott elsődleges ötvözőelem. Ha figyelembe vesszük az alumíniumötvözetekhez használt számozási/azonosító rendszert, a fenti jellemzők azonosíthatók. A kovácsolt és öntött alumíniumok eltérő azonosító rendszerekkel rendelkeznek. A kovácsolt rendszer egy 4 számjegyű rendszer, míg az öntvények 3 számjegyű és 1 tizedesjegyből álló rendszerrel rendelkeznek.

Kovácsolt ötvözet jelölőrendszer- Először a 4 számjegyű kovácsolt alumíniumötvözet azonosító rendszert vizsgáljuk meg. Az első számjegy (Xxxx) az alumíniumötvözethez hozzáadott fő ötvözőelemet jelöli, és gyakran használják az alumíniumötvözet-sorozatok leírására, azaz 1000-es sorozat, 2000-es sorozat, 3000-es sorozat, egészen a 8000-es sorozatig (lásd az 1. táblázatot).

A második egyjegyű számjegy (xXxx), ha 0-tól eltér, az adott ötvözet módosítását jelzi, a harmadik és negyedik számjegy (xxXX) tetszőleges számok, amelyek a sorozat egy adott ötvözetének azonosítására szolgálnak. Példa: Az 5183 ötvözetben az 5-ös szám azt jelzi, hogy a magnéziumötvözet-sorozatba tartozik, az 1-es pedig azt, hogy az 1-es.^staz eredeti 5083 ötvözet módosítása, és a 83 az 5xxx sorozatban azonosítja.

Az ötvözetszámozási rendszer alól az egyetlen kivétel az 1xxx sorozatú alumíniumötvözetek (tiszta alumíniumok), amelyek esetében az utolsó 2 számjegy a 99% feletti minimális alumíniumszázalékot jelöli, azaz a 13-as ötvözetet.(50)(Legalább 99,50% alumínium).

KÉPESÍTETT ALUMÍNIUM ÖTVÖZET JELÖLÉSI RENDSZER

1. táblázat

Öntött ötvözet megnevezése- Az öntöttötvözetek jelölési rendszere egy 3 számjegyű plusz decimális xxx.x (azaz 356,0) jelölésen alapul. Az első számjegy (Xxx.x) az alumíniumötvözethez hozzáadott fő ötvözőelemet jelöli (lásd a 2. táblázatot).

ÖNTÖTT ALUMÍNIUM ÖTVÖZET JELÖLÉSI RENDSZER

2. táblázat

A második és harmadik számjegy (xXXAz .x) számok tetszőleges számok, amelyek a sorozat egy adott ötvözetét azonosítják. A tizedesvesszőt követő szám jelzi, hogy az ötvözet öntvény (.0) vagy rúd (.1 vagy .2). A nagybetűs előtag egy adott ötvözet módosítását jelzi.
Példa: Ötvözet – A356.0, nagybetűs A (Axxx.x) a 356.0 ötvözet egy módosulatát jelöli. A 3-as szám (A3xx.x) azt jelzi, hogy a szilícium plusz réz és/vagy magnézium sorozatból származik. Az 56 hüvelykes (Ax56A .0) a 3xx.x sorozaton belüli ötvözetet, az Axxx. pedig a .0-t jelöli.0) azt jelzi, hogy végleges formájú öntvényről van szó, és nem rúdról.

Az alumínium hőmérséklet-jelölési rendszer -Ha figyelembe vesszük az alumíniumötvözetek különböző sorozatait, látni fogjuk, hogy jelentős különbségek vannak jellemzőikben és ebből következő alkalmazásukban. Az azonosítási rendszer megértése után az első felismerendő pont az, hogy a fent említett sorozaton belül két egyértelműen eltérő típusú alumínium létezik. Ezek a hőkezelhető alumíniumötvözetek (amelyek hő hatására szilárdságot nyerhetnek) és a nem hőkezelhető alumíniumötvözetek. Ez a megkülönböztetés különösen fontos, ha figyelembe vesszük az ívhegesztés hatását e két típusú anyagra.

Az 1xxx, 3xxx és 5xxx sorozatú alakítható alumíniumötvözetek nem hőkezelhetők, csak alakváltozással edzhetők. A 2xxx, 6xxx és 7xxx sorozatú alakítható alumíniumötvözetek hőkezelhetők, a 4xxx sorozat pedig hőkezelhető és nem hőkezelhető ötvözeteket is tartalmaz. A 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x és 7xx.x sorozatú öntött ötvözetek hőkezelhetők. Az alakváltozással történő keményedést általában nem alkalmazzák öntvényeknél.

A hőkezelhető ötvözetek optimális mechanikai tulajdonságaikat hőkezeléssel érik el. A leggyakoribb hőkezelések az oldatos hőkezelés és a mesterséges öregítés. Az oldatos hőkezelés az ötvözet magas hőmérsékletre (kb. 990 °F) történő melegítése, amelynek során az ötvözőelemek vagy vegyületek oldatba kerülnek. Ezt követi a lehűtés, általában vízben, hogy szobahőmérsékleten túltelített oldatot kapjunk. Az oldatos hőkezelést általában öregítés követi. Az öregítés az elemek vagy vegyületek egy részének kicsapása a túltelített oldatból a kívánt tulajdonságok elérése érdekében.

A nem hőkezelhető ötvözetek optimális mechanikai tulajdonságaikat alakítási keményítéssel érik el. A alakítási keményítés a szilárdság növelésének módja hidegalakítás alkalmazásával. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

AZ ALAPVETŐ HANGULATJELÖLÉSEK

3. táblázat

Az alapvető edzési megnevezésen túlmenően két felosztási kategória létezik, az egyik a „H” edzés – nyúlási keményedés, a másik pedig a „T” edzés – hőkezelt megnevezéssel foglalkozik.

H-edzés alcsoportjai – Keményedés

A H utáni első számjegy egy alapvető műveletet jelöl:
H1– Csak húzóedzett.
H2– Alakváltozással edzett és részben lágyított.
H3– Húzóedzett és stabilizált.
H4– Keményített és lakkozott vagy festett.

A H utáni második számjegy a feszültségkeményedés mértékét jelzi:
HX2– Negyedkemény HX4– Félig kemény HX6– Háromnegyed kemény
HX8– Teljesen kemény HX9– Extra kemény

A T-hőmérséklet felosztása – Hőkezelt

T1- Természetes érlelés magas hőmérsékletű alakítási folyamat, például extrudálás utáni lehűlés után.
T2- Hidegen alakított, magas hőmérsékletű alakítási folyamatból származó lehűtés után, majd természetes érlelés után.
T3- Oldószeres hőkezelés, hidegalakítás és természetes öregítés.
T4- Oldószeres hőkezelés és természetes érlelés.
T5- Mesterségesen érlelt, magas hőmérsékletű alakítási folyamatból származó hűtés után.
T6- Oldattal hőkezelt és mesterségesen érlelt.
T7- Oldatban hőkezelt és stabilizált (túlérlelt).
T8- Oldószeres hőkezelés, hidegalakítás és mesterséges öregítés.
T9- Oldószeres hőkezelés, mesterséges öregítés és hidegalakítás.
T10- Hidegen alakított, magas hőmérsékletű alakítási eljárásból származó lehűtés után, majd mesterségesen öregített.

A további számjegyek a stressz enyhítését jelzik.
Példák:
TX51vagy TXX51– Stresszoldás nyújtással.
TX52vagy TXX52– Stresszcsökkentés tömörítéssel.

Alumíniumötvözetek és jellemzőik- Ha figyelembe vesszük a formázott alumíniumötvözetek hét sorozatát, értékelni fogjuk a különbségeiket, és megértjük alkalmazásukat és jellemzőiket.

1xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 10–27 ksi szakítószilárdsággal) ezt a sorozatot gyakran tiszta alumínium sorozatnak nevezik, mivel legalább 99,0% alumíniumot kell tartalmaznia. Hegeszthetők. Szűk olvadási tartományuk miatt azonban bizonyos szempontokat kell figyelembe venni az elfogadható hegesztési eljárások előállításához. Gyártási célra ezeket az ötvözeteket elsősorban kiváló korrózióállóságuk miatt választják ki, például speciális vegyipari tartályokban és csővezetékekben, vagy kiváló elektromos vezetőképességük miatt, például gyűjtősín-alkalmazásokban. Ezeknek az ötvözeteknek viszonylag gyenge mechanikai tulajdonságaik vannak, és ritkán jöhet szóba általános szerkezeti alkalmazásokban. Ezeket az alapötvözeteket gyakran megfelelő hozaganyaggal vagy 4xxx hozaganyaggal hegesztik, az alkalmazástól és a teljesítménykövetelményektől függően.

2xxx sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 27–62 ksi szakítószilárdsággal) ezek alumínium/réz ötvözetek (0,7–6,8%-os réztartalommal), nagy szilárdságú, nagy teljesítményű ötvözetek, amelyeket gyakran használnak repülőgépipari és repülőgépipari alkalmazásokban. Kiváló szilárdsággal rendelkeznek széles hőmérsékleti tartományban. Ezen ötvözetek némelyikét ívhegesztéssel nem hegeszthetőnek tekintik, mivel hajlamosak a melegrepedésre és a feszültségkorróziós repedésekre; másokat azonban a megfelelő hegesztési eljárásokkal nagyon sikeresen ívhegesztenek. Ezeket az alapanyagokat gyakran nagy szilárdságú 2xxx sorozatú töltőanyagokkal hegesztik, amelyeket a teljesítményüknek megfelelően terveztek, de néha hegeszthetők szilíciumot vagy szilíciumot és rezet tartalmazó 4xxx sorozatú töltőanyagokkal is, az alkalmazástól és a szolgáltatási követelményektől függően.

3xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 16–41 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/mangán ötvözetek (0,05–1,8%-os mangántartalommal), közepes szilárdságúak, jó korrózióállósággal, jó alakíthatósággal rendelkeznek, és alkalmasak magas hőmérsékleten való használatra. Első felhasználási területük az edények és serpenyők voltak, és ma is a járművek és erőművek hőcserélőinek fő alkotóelemei. Mérsékelt szilárdságuk azonban gyakran kizárja, hogy szerkezeti alkalmazásokban is figyelembe vegyék őket. Ezeket az alapötvözeteket 1xxx, 4xxx és 5xxx sorozatú hozaganyagötvözetekkel hegesztik, az adott kémiai összetételüktől, valamint az alkalmazási és szolgáltatási követelményektől függően.

4xxx sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető és nem hőkezelhető – 25–55 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/szilícium ötvözetek (a szilícium adalékok 0,6–21,5%-ban tartalmaznak), és ez az egyetlen sorozat, amely hőkezelhető és nem hőkezelhető ötvözeteket is tartalmaz. A szilícium az alumíniumhoz adagolva csökkenti az olvadáspontját és javítja a folyékonyságát olvadt állapotban. Ezek a tulajdonságok kívánatosak mind a fúziós hegesztéshez, mind a forrasztáshoz használt hozaganyagok esetében. Következésképpen ez az ötvözetsorozat túlnyomórészt hozaganyagként található meg. A szilícium, függetlenül az alumíniumtól, nem hőkezelhető; azonban számos ilyen szilíciumötvözetet úgy terveztek, hogy magnézium- vagy rézadalékokkal rendelkezzen, ami lehetővé teszi számukra, hogy kedvezően reagáljanak az oldatos hőkezelésre. Ezeket a hőkezelhető hozaganyagötvözeteket jellemzően csak akkor használják, ha egy hegesztett alkatrészt hegesztés utáni hőkezelésnek kell alávetni.

5xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 18–51 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/magnéziumötvözetek (a magnézium-adalékok 0,2–6,2%-osak), és a nem hőkezelhető ötvözetek közül a legnagyobb szilárdsággal rendelkeznek. Ezenkívül ez az ötvözetsorozat könnyen hegeszthető, és ezért széles körben használják, például hajóépítésben, szállításban, nyomástartó edényekben, hidaknál és épületeknél. A magnéziumötvözeteket gyakran hozaganyaggal hegesztik, amelyeket az alapanyag magnéziumtartalmának, valamint a hegesztett alkatrész alkalmazási és üzemeltetési körülményeinek figyelembevételével választanak ki. Az ebben a sorozatban található, 3,0%-nál több magnéziumot tartalmazó ötvözetek nem ajánlottak 75 °C feletti magas hőmérsékleten történő üzembe helyezés céljából, mivel szenzibilizálódhatnak, és ezt követően hajlamosak a feszültségkorróziós repedésekre. A körülbelül 2,5%-nál kevesebb magnéziumot tartalmazó ötvözeteket gyakran sikeresen hegesztik az 5xxx vagy 4xxx sorozatú hozaganyagú ötvözetekkel. Az 5052-es alapötvözetet általában a maximális magnéziumtartalmú alapötvözetként ismerik el, amely 4xxx sorozatú hozaganyaggal hegeszthető. Az eutektikus olvadással és az ezzel járó gyenge hegesztett mechanikai tulajdonságokkal kapcsolatos problémák miatt nem ajánlott az ilyen ötvözetsorozatú anyagok hegesztése, amelyek nagyobb mennyiségű magnéziumot tartalmaznak a 4xxx sorozatú töltőanyagokkal. A magasabb magnéziumtartalmú alapú anyagokat csak 5xxx töltőanyagú ötvözetekkel hegesztik, amelyek összetétele általában megegyezik az alapötvözet összetételével.

6XXX sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 18–58 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/magnézium-szilícium ötvözetek (kb. 1,0% magnézium- és szilícium-adalékok), és széles körben megtalálhatók a hegesztőiparban, főként extrudált termékek formájában használják, és számos szerkezeti elembe beépítik. A magnézium és a szilícium alumíniumhoz való hozzáadása magnézium-szilicid vegyületet eredményez, amely lehetővé teszi az anyag számára, hogy oldatban hőkezelt legyen a nagyobb szilárdság érdekében. Ezek az ötvözetek természetes módon érzékenyek a dermedés utáni repedésekre, ezért nem szabad autogén módon (hozzáadott anyag nélkül) ívhegeszteni őket. Az ívhegesztési folyamat során megfelelő mennyiségű hozzáadott anyag hozzáadása elengedhetetlen az alapanyag hígításához, ezáltal megakadályozva a melegrepedési problémát. 4xxx és 5xxx hozagazóanyagokkal is hegeszthetők, az alkalmazástól és a szolgáltatási követelményektől függően.

7XXX sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 32–88 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/cink ötvözetek (cinkkal való adalékolás 0,8–12,0%), és a legnagyobb szilárdságú alumíniumötvözetek közé tartoznak. Ezeket az ötvözeteket gyakran használják nagy teljesítményű alkalmazásokban, például repülőgépekben, repülőgépiparban és versenysport-felszerelésekben. A 2xxx ötvözetsorozathoz hasonlóan ez a sorozat is tartalmaz olyan ötvözeteket, amelyeket alkalmatlannak tartanak ívhegesztésre, és olyanokat is, amelyeket gyakran sikeresen ívhegesztenek. Az ebben a sorozatban gyakran hegesztett ötvözeteket, például a 7005-öt, túlnyomórészt az 5xxx sorozatú hozageltávolító ötvözetekkel hegesztik.

Összefoglalás- A mai alumíniumötvözetek a különböző hőmérsékleteikkel együtt a gyártási anyagok széles és sokoldalú skáláját alkotják. Az optimális terméktervezés és a sikeres hegesztési eljárás kidolgozása érdekében fontos megérteni a számos elérhető ötvözet közötti különbségeket, valamint azok eltérő teljesítmény- és hegeszthetőségi jellemzőit. Ezen különböző ötvözetek ívhegesztési eljárásainak kidolgozásakor figyelembe kell venni a hegesztendő konkrét ötvözetet. Gyakran mondják, hogy az alumínium ívhegesztése nem nehéz, „csak más”. Úgy vélem, hogy ezen különbségek megértésének fontos része a különböző ötvözetek, azok jellemzőinek és azonosítási rendszerének megismerése.