Az alumínium hegesztési gyártási iparon belüli növekedésével és az acél kiváló alternatívájaként való elfogadásával számos alkalmazásban, egyre nagyobb követelményeket támasztanak az alumíniumprojektek fejlesztésében résztvevők számára, hogy jobban megismerjék ezt az anyagcsoportot. Az alumínium teljes megértéséhez tanácsos az alumínium azonosítási/jelölési rendszerének, a számos elérhető alumíniumötvözetnek és azok jellemzőinek megismerésével kezdeni.

Az alumíniumötvözet hőmérséklet- és jelölési rendszere- Észak-Amerikában az Aluminium Association Inc. felelős az alumíniumötvözetek kiosztásáért és regisztrációjáért. Jelenleg több mint 400 kovácsolt alumínium és kovácsolt alumíniumötvözet, valamint több mint 200 alumíniumötvözet öntvény és tuskó formájában van regisztrálva az Alumínium Szövetségnél. Az ötvözetek kémiai összetételének határértékeit az összes regisztrált ötvözet esetében az Alumínium Szövetség tartalmazzaKékeszöld könyv„A kovácsolt alumínium és a kovácsolt alumíniumötvözetek nemzetközi ötvözetmegnevezései és kémiai összetételi határértékei” címmel, valamint azokbanRózsaszín könyv„Az öntvény és öntvény formájában lévő alumíniumötvözetek megnevezései és kémiai összetételi határértékei. Ezek a kiadványok rendkívül hasznosak lehetnek a hegesztőmérnök számára a hegesztési eljárások kidolgozása során, illetve amikor fontos a kémia figyelembevétele és a repedésérzékenységgel való összefüggése.

Az alumíniumötvözetek számos csoportba sorolhatók az adott anyag jellemzői alapján, például a hő- és mechanikai kezelésre való reagálási képessége és az alumíniumötvözethez hozzáadott elsődleges ötvözőelem alapján. Ha figyelembe vesszük az alumíniumötvözetek számozási/azonosító rendszerét, a fenti jellemzőket azonosítjuk. A kovácsolt és öntött alumíniumok különböző azonosítási rendszerekkel rendelkeznek. A kovácsolt rendszer 4 számjegyű, az öntvények pedig 3 számjegyű és 1 tizedesjegyű rendszerűek.

Kovácsolt ötvözet jelölési rendszer- Először a 4 számjegyű kovácsolt alumíniumötvözet azonosítási rendszert vesszük figyelembe. Az első számjegy (Xxxx) a fő ötvözőelemet jelöli, amelyet az alumíniumötvözethez adtak, és gyakran használják az alumíniumötvözet-sorozat leírására, azaz 1000-es sorozat, 2000-es sorozat, 3000-es sorozat, 8000-es sorozatig (lásd az 1. táblázatot).

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

Az egyetlen kivétel ez alól az ötvözetszámozási rendszer alól az 1xxx sorozatú alumíniumötvözetek (tiszta alumíniumok), amely esetben az utolsó 2 számjegy a 99% feletti minimális alumínium százalékot jelenti, azaz a 13. ötvözet(50)(99,50% minimum alumínium).

KÉSZÍTETT ALUMÍNIUMÖTVÖZMÉNY JELÖLŐ RENDSZER

1. táblázat

Öntött ötvözet megnevezése- Az öntöttötvözet-jelölési rendszer egy 3 számjegyből és tizedesjegyből álló xxx.x (azaz 356.0) jelölésen alapul. Az első számjegy (Xxx.x) a fő ötvözőelemet jelöli, amelyet az alumíniumötvözethez adtak (lásd a 2. táblázatot).

ÖNTÖTT ALUMÍNIUMÖVETSÉGEK JELÖLŐ RENDSZER

2. táblázat

A második és harmadik számjegy (xXX.x) tetszőleges számok a sorozat egy adott ötvözetének azonosítására. A tizedesvesszőt követő szám azt jelzi, hogy az ötvözet öntvény (.0) vagy öntvény (.1 vagy .2). A nagybetűs előtag egy adott ötvözet módosítását jelzi.
Példa: Ötvözet – A356.0 a nagy A (Axxx.x) a 356.0 ötvözet módosítását jelzi. A 3-as szám (A3xx.x) azt jelzi, hogy a szilícium plusz réz és/vagy magnézium sorozatba tartozik. Az 56 hüvelykes (Ax56.0) azonosítja az ötvözetet a 3xx.x sorozaton belül, és a .0 (Axxx.0) azt jelzi, hogy végleges alakos öntvényről van szó, nem pedig öntvényről.

Az alumínium hőmérséklet-megjelölési rendszere -Ha figyelembe vesszük az alumíniumötvözetek különböző sorozatait, látni fogjuk, hogy jelentős különbségek vannak a jellemzőikben és az ebből következő alkalmazásukban. Az azonosítási rendszer megértése után az első dolog, amit fel kell ismerni, az az, hogy a fent említett sorozaton belül két egyértelműen eltérő típusú alumínium található. Ezek a hőkezelhető alumíniumötvözetek (amelyek hő hozzáadásával erősödhetnek) és a nem hőkezelhető alumíniumötvözetek. Ez a megkülönböztetés különösen fontos, ha figyelembe vesszük az ívhegesztés e két anyagtípusra gyakorolt ​​hatását.

Az 1xxx, 3xxx és 5xxx sorozatú kovácsolt alumíniumötvözetek nem hőkezelhetők, és csak húzással edzhetők. A 2xxx, 6xxx és 7xxx sorozatú kovácsolt alumíniumötvözetek hőkezelhetők, a 4xxx sorozat pedig hőkezelhető és nem hőkezelhető ötvözetekből is áll. A 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x és 7xx.x sorozatú öntött ötvözetek hőkezelhetők. A húzószilárdítást általában nem alkalmazzák az öntvényeken.

A hőkezelhető ötvözetek optimális mechanikai tulajdonságaikat hőkezelési eljárással nyerik el, a leggyakoribb hőkezelések a megoldásos hőkezelés és a mesterséges öregedés. A megoldási hőkezelés az ötvözet emelt hőmérsékletre (körülbelül 990 °F) melegítésének folyamata annak érdekében, hogy az ötvöző elemeket vagy vegyületeket oldatba hozzuk. Ezt követi a kioltás, általában vízben, hogy szobahőmérsékleten túltelített oldatot kapjunk. Az oldatos hőkezelést általában öregítés követi. Az öregítés az elemek vagy vegyületek egy részének kicsapása túltelített oldatból a kívánt tulajdonságok elérése érdekében.

A nem hőkezelhető ötvözetek a Strain Hardening révén nyerik el optimális mechanikai tulajdonságaikat. A húzóedzés a szilárdság növelésének módszere hideg megmunkálással.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

AZ ALAPVETŐ MEGJELÖLÉSEK

3. táblázat

Az alaphőmérséklet-megjelölésen túlmenően két felosztási kategória létezik, az egyik a „H” temper – húzószilárdulás, a másik pedig a „T” temper – termikusan kezelt megjelölés.

A H Temper alosztályai – Strain Hardened

A H utáni első számjegy egy alapműveletet jelöl:
H1– Csak edzett törzs.
H2– Szűréssel edzett és részben lágyított.
H3– Szűrés edzett és stabilizált.
H4– Szűrés edzett és lakkozott vagy festett.

A H utáni második számjegy a deformációs keményedés mértékét jelzi:
HX2– Quarter Hard HX4– Félkemény HX6– Háromnegyed kemény
HX8– Full Hard HX9– Extra kemény

A T Temper alosztályai – termikusan kezelt

T1- Természetes érlelés magas hőmérsékletű formázási folyamatból, például extrudálásból származó hűtés után.
T2- Hűtés után hidegen megmunkálva, emelt hőmérsékletű formázási eljárásból, majd természetesen érlelve.
T3- Oldatos hőkezelt, hidegen megmunkált és természetesen érlelt.
T4- Oldatos hőkezelt és természetesen öregített.
T5- Hűtés után mesterségesen érlelt, emelt hőmérsékletű formázási eljárásból.
T6- Oldatos hőkezelt és mesterségesen öregített.
T7- Oldatos hőkezelt és stabilizált (túlérlelt).
T8- Oldatos hőkezelt, hidegen megmunkált és mesterségesen érlelt.
T9- Oldatos hőkezelt, mesterségesen öregített és hidegen megmunkált.
T10- Hűtés után hidegen megmunkálva emelt hőmérsékletű formázási eljárásból, majd mesterségesen érlelve.

A további számjegyek a stresszoldást jelzik.
Példák:
TX51vagy TXX51– Stresszoldás nyújtással.
TX52vagy TXX52– A stresszoldás tömörítéssel.

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

1xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 10-27 ksi szakítószilárdsággal) ezt a sorozatot gyakran tiszta alumínium sorozatnak nevezik, mert minimum 99,0%-os alumíniumtartalommal kell rendelkeznie. Hegeszthetőek. Szűk olvadási tartományuk miatt azonban bizonyos megfontolásokat igényelnek az elfogadható hegesztési eljárások előállítása érdekében. A gyártás során ezeket az ötvözeteket elsősorban kiváló korrózióállóságuk miatt választják ki, például speciális vegyszertartályokban és csővezetékekben, vagy kiváló elektromos vezetőképességük miatt, mint például a gyűjtősín-alkalmazásokban. Ezek az ötvözetek viszonylag gyenge mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és ritkán jöhetnek szóba általános szerkezeti alkalmazásokhoz. Ezeket az alapötvözeteket gyakran hozzáillő töltőanyaggal vagy 4xxx töltőötvözetekkel hegesztik, az alkalmazástól és a teljesítménykövetelményektől függően.

2xxx sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 27-62 ksi szakítószilárdsággal) ezek alumínium/rézötvözetek (0,7-6,8%-os rézadalékok), és nagy szilárdságú, nagy teljesítményű ötvözetek, amelyeket gyakran használnak repülőgép- és repülőgépipari alkalmazásokhoz. Széles hőmérséklet-tartományban kiváló szilárdsággal rendelkeznek. Ezen ötvözetek némelyikét az ívhegesztési eljárások nem hegeszthetők, mivel érzékenyek a melegrepedésre és a feszültségkorróziós repedésekre; másokat azonban nagyon sikeresen ívhegesztenek a megfelelő hegesztési eljárásokkal. Ezeket az alapanyagokat gyakran nagy szilárdságú 2xxx sorozatú töltőötvözetekkel hegesztik, amelyeket teljesítményüknek megfelelően terveztek, de esetenként szilíciumot vagy szilíciumot és rezet tartalmazó 4xxx sorozatú töltőanyagokkal is hegeszthetők, az alkalmazási és szolgáltatási követelményektől függően.

3xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 16-41 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/mangán ötvözetek (0,05-1,8%-os mangán adalékok), közepes szilárdságúak, jó korrózióállósággal, jó alakíthatósággal és alkalmasak emelt hőmérsékleten való használatra. Egyik első felhasználási területük az edények és serpenyők voltak, és manapság a járművek és erőművek hőcserélőinek fő alkatrészei. Mérsékelt szilárdságuk azonban gyakran kizárja a szerkezeti alkalmazások megfontolását. Ezek az alapötvözetek 1xxx, 4xxx és 5xxx sorozatú töltőötvözetekkel vannak hegesztve, egyedi kémiájuktól, valamint az alkalmazási és szolgáltatási követelményektől függően.

4xxx sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető és nem hőkezelhető – 25-55 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/szilícium ötvözetek (0,6-21,5%-os szilícium-adalékok), és az egyetlen sorozat, amely hőkezelhető és nem hőkezelhető anyagot is tartalmaz. hőkezelhető ötvözetek. Az alumíniumhoz hozzáadott szilícium csökkenti az olvadáspontját, és olvadáskor javítja a folyékonyságát. Ezek a jellemzők kívánatosak az ömlesztett hegesztéshez és keményforrasztáshoz egyaránt használt töltőanyagok esetében. Következésképpen ez az ötvözetsorozat túlnyomórészt töltőanyagként található. A szilícium, függetlenül az alumíniumban, nem hőkezelhető; azonban számos ilyen szilíciumötvözetet úgy terveztek, hogy magnézium- vagy réz-adalékot tartalmazzon, ami lehetővé teszi számukra, hogy kedvezően reagáljanak az oldatos hőkezelésre. Általában ezeket a hőkezelhető töltőötvözeteket csak akkor használják, ha egy hegesztett alkatrészt hegesztés utáni hőkezelésnek kell alávetni.

5xxx sorozatú ötvözetek– (nem hőkezelhető – 18-51 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/magnézium ötvözetek (magnézium-adalékok 0,2-6,2%), és a nem hőkezelhető ötvözetek közül a legnagyobb szilárdsággal rendelkeznek. Ezen túlmenően ez az ötvözetsorozat könnyen hegeszthető, és ezen okok miatt a legkülönfélébb alkalmazásokhoz használják, mint például hajóépítés, szállítás, nyomástartó edények, hidak és épületek. A magnézium alapú ötvözeteket gyakran töltőötvözetekkel hegesztik, amelyeket az alapanyag magnéziumtartalmának, valamint a hegesztett alkatrész alkalmazási és használati körülményeinek figyelembevételével választanak ki. Az ebbe a sorozatba tartozó, több mint 3,0%-os magnéziumot tartalmazó ötvözetek nem ajánlottak 150 °F feletti hőmérsékleten történő üzemelésre, mivel érzékenységet okozhatnak, és ezt követően hajlamosak a feszültségkorróziós repedésekre. A körülbelül 2,5%-nál kevesebb magnéziumot tartalmazó alapötvözetek gyakran sikeresen hegeszthetők az 5xxx vagy 4xxx sorozatú töltőötvözetekkel. Az 5052-es alapötvözetet általában a 4xxx sorozatú töltőötvözettel hegeszthető maximális magnéziumtartalmú alapötvözetként ismerik el. Az eutektikus olvadással kapcsolatos problémák és az ezzel járó rossz hegesztési mechanikai tulajdonságok miatt nem javasolt a 4xxx sorozatú töltőanyagokkal nagyobb mennyiségű magnéziumot tartalmazó ötvözetsorozat anyagainak hegesztése. A magasabb magnéziumtartalmú alapanyagokat csak 5xxx töltőötvözetekkel hegesztik, amelyek általában megegyeznek az alapötvözet összetételével.

6XXX sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 18-58 ksi végső szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/magnézium-szilícium ötvözetek (magnézium és szilícium adalékok kb. 1,0%), és széles körben megtalálhatók a hegesztési gyártási iparban, túlnyomórészt extrudálások, és számos szerkezeti elembe beépítve. A magnézium és a szilícium alumíniumhoz való hozzáadása egy magnézium-szilicid vegyületet eredményez, amely biztosítja az anyagnak azt a képességét, hogy oldatos hőkezeltté váljon a nagyobb szilárdság érdekében. Ezek az ötvözetek természetesen érzékenyek a megszilárdulásra, ezért nem szabad autogénen (töltőanyag nélkül) ívhegeszteni őket. A megfelelő mennyiségű töltőanyag hozzáadása az ívhegesztési folyamat során elengedhetetlen az alapanyag hígítása érdekében, ezáltal megelőzve a forró repedés problémáját. 4xxx és 5xxx töltőanyagokkal is hegeszthetők, az alkalmazástól és a szolgáltatási követelményektől függően.

7XXX sorozatú ötvözetek– (hőkezelhető – 32-88 ksi szakítószilárdsággal) Ezek az alumínium/cink ötvözetek (0,8-12,0%-os cink-adalékok), és a legnagyobb szilárdságú alumíniumötvözetek közé tartoznak. Ezeket az ötvözeteket gyakran használják nagy teljesítményű alkalmazásokban, például repülőgépekben, űrrepülésben és versenysportfelszerelésekben. A 2xxx ötvözetsorozathoz hasonlóan ez a sorozat is olyan ötvözeteket tartalmaz, amelyek ívhegesztésre alkalmatlannak minősülnek, és olyan ötvözeteket, amelyeket gyakran sikeresen ívhegesztéssel végeznek. Az ebben a sorozatban általában hegesztett ötvözetek, mint például a 7005, túlnyomórészt az 5xxx sorozatú töltőötvözetekkel vannak hegesztve.

Összegzés- A mai alumíniumötvözetek különféle temperációikkal együtt a gyártási anyagok széles és sokoldalú skáláját alkotják. Az optimális terméktervezés és a hegesztési eljárás sikeres kidolgozása érdekében fontos megérteni a rendelkezésre álló számos ötvözet közötti különbségeket, valamint azok különböző teljesítmény- és hegeszthetőségi jellemzőit. A különböző ötvözetek ívhegesztési eljárásainak kidolgozásakor figyelembe kell venni a hegesztendő ötvözetet. Sokszor mondják, hogy az alumínium ívhegesztése nem nehéz, „csak más”. Úgy gondolom, hogy e különbségek megértésének fontos része a különböző ötvözetek, jellemzőik és azonosítási rendszerük megismerése.