Alumiinin käytön kasvun myötä hitsausteollisuuden alalla ja sen hyväksynnän myötä erinomaisena vaihtoehtona teräkselle monissa sovelluksissa alumiiniprojektien kehittäjien on yhä enemmän perehdyttävä tähän materiaaliryhmään. Alumiinin täydelliseksi ymmärtämiseksi on suositeltavaa aloittaa tutustumalla alumiinin tunnistus-/nimitysjärjestelmään, moniin saatavilla oleviin alumiiniseoksiin ja niiden ominaisuuksiin.

Alumiiniseoksen lämpötila- ja merkintäjärjestelmä- Pohjois-Amerikassa alumiiniseosten jakamisesta ja rekisteröinnistä vastaa The Aluminum Association Inc. Tällä hetkellä Aluminum Associationissa on rekisteröity yli 400 taottua alumiinia ja taottua alumiiniseosta sekä yli 200 alumiiniseosta valukappaleiden ja harkkojen muodossa. Kaikkien näiden rekisteröityjen seosten kemiallisen koostumuksen raja-arvot löytyvät Aluminum Associationin rekisteristä.Sinivihreä kirjaotsikolla ”Taotun alumiinin ja taottujen alumiiniseosten kansainväliset seosnimitykset ja kemiallisen koostumuksen raja-arvot” ja niidenVaaleanpunainen kirjaotsikolla ”Alumiiniseosten nimitykset ja kemiallisen koostumuksen raja-arvot valukappaleiden ja harkkojen muodossa”. Nämä julkaisut voivat olla erittäin hyödyllisiä hitsausinsinöörille hitsausmenetelmiä kehitettäessä ja silloin, kun kemian ja sen yhteyden huomioon ottaminen halkeamisherkkyyteen on tärkeää.

Alumiiniseokset voidaan luokitella useisiin ryhmiin materiaalin ominaisuuksien, kuten lämpö- ja mekaanisen käsittelyn kestävyyden sekä alumiiniseokseen lisätyn ensisijaisen seosaineen, perusteella. Kun tarkastellaan alumiiniseosten numerointi-/tunnistusjärjestelmää, edellä mainitut ominaisuudet tunnistetaan. Taotuilla ja valetuilla alumiinilla on erilaiset tunnistusjärjestelmät. Taottu järjestelmä on nelinumeroinen ja valukappaleilla kolminumeroinen ja yhden desimaalin järjestelmä.

Taottujen seosten nimitysjärjestelmä- Tarkastelemme ensin nelinumeroista taottua alumiiniseosta tunnistavaa järjestelmää. Ensimmäinen numero (Xxxx) osoittaa alumiiniseokseen lisätyn pääasiallisen seosaineen, jota käytetään usein kuvaamaan alumiiniseossarjaa, eli 1000-sarja, 2000-sarja, 3000-sarja ja jopa 8000-sarja (katso taulukko 1).

Toinen yksittäinen numero (xXxx), jos se on eri kuin 0, osoittaa tietyn seoksen muunnelmaa, ja kolmas ja neljäs numero (xxXX) ovat mielivaltaisia ​​numeroita, jotka on annettu tietyn seoksen tunnistamiseksi sarjassa. Esimerkki: Seoksessa 5183 numero 5 osoittaa, että se kuuluu magnesiumseossarjaan, ja 1 osoittaa, että se on sarjasta 1.^stalkuperäisen seoksen 5083 muunnelma, ja numero 83 tunnistaa sen 5xxx-sarjasta.

Ainoa poikkeus tästä seosnumerointijärjestelmästä on 1xxx-sarjan alumiiniseokset (puhtaat alumiinit), joissa kaksi viimeistä numeroa osoittavat alumiinin vähimmäispitoisuuden yli 99 %:ssa, eli seos 13.(50)(Vähintään 99,50 % alumiinia).

MUOKATTUJEN ALUMIINISEOSTEN NIMIJÄRJESTELMÄ

Taulukko 1

Valettu seos Nimitys- Valemetalliseosten merkintäjärjestelmä perustuu kolminumeroiseen ja desimaalimuotoiseen merkintään xxx.x (eli 356,0). Ensimmäinen numero (Xxx.x) osoittaa alumiiniseokseen lisätyn pääasiallisen seosaineen (katso taulukko 2).

VALETUN ALUMIINISEOSTEN NIMIJÄRJESTELMÄ

Taulukko 2

Toinen ja kolmas numero (xXX.x) ovat mielivaltaisia ​​lukuja, jotka on annettu tietyn seoksen yksilöimiseksi sarjassa. Desimaalipilkun jälkeinen luku osoittaa, onko seos valu (.0) vai harkko (.1 tai .2). Iso kirjain etuliite osoittaa tietyn seoksen modifikaatiota.
Esimerkki: Seos – A356.0 isolla A:lla (Axxx.x) osoittaa seoksen 356.0 muunnelmaa. Numero 3 (A3xx.x) osoittaa, että se on pii-, kupari- ja/tai magnesium-sarjaa. 56 tuumaa (Ax56.0) yksilöi seoksen 3xx.x-sarjassa ja .0 (Axxx.0) osoittaa, että kyseessä on lopullisen muotoinen valukappale eikä harkko.

Alumiinin lämpötilan merkintäjärjestelmä -Jos tarkastelemme eri alumiiniseosten sarjoja, huomaamme, että niiden ominaisuuksissa ja niistä johtuvissa sovelluksissa on huomattavia eroja. Ensimmäinen asia, joka on ymmärrettävä tunnistejärjestelmän ymmärtämisen jälkeen, on se, että edellä mainituissa sarjoissa on kaksi selvästi erilaista alumiinityyppiä. Nämä ovat lämpökäsiteltävät alumiiniseokset (ne, jotka voivat saada lujuutta lämmön lisäämisen avulla) ja ei-lämpökäsiteltävät alumiiniseokset. Tämä ero on erityisen tärkeä, kun tarkastellaan kaarihitsauksen vaikutuksia näihin kahteen materiaalityyppiin.

1xxx-, 3xxx- ja 5xxx-sarjojen taotut alumiiniseokset eivät ole lämpökäsiteltäviä, ja ne ovat vain muokkauslujitettavia. 2xxx-, 6xxx- ja 7xxx-sarjojen taotut alumiiniseokset ovat lämpökäsiteltäviä, ja 4xxx-sarja koostuu sekä lämpökäsiteltävistä että ei-lämpökäsiteltävistä seoksista. 2xx.x-, 3xx.x-, 4xx.x- ja 7xx.x-sarjojen valetut seokset ovat lämpökäsiteltäviä. Murtolujitusta ei yleensä sovelleta valuihin.

Lämpökäsiteltävät seokset saavuttavat optimaaliset mekaaniset ominaisuutensa lämpökäsittelyn avulla. Yleisimpiä lämpökäsittelyjä ovat liuoslämpökäsittely ja keinotekoinen vanhentaminen. Liuotuslämpökäsittely on prosessi, jossa seos kuumennetaan korotettuun lämpötilaan (noin 990 °F) seosaineiden tai yhdisteiden liuottamiseksi. Tätä seuraa sammutus, yleensä vedessä, ylikyllästyneen liuoksen tuottamiseksi huoneenlämmössä. Liuotuslämpökäsittelyä seuraa yleensä vanhentaminen. Vanhentaminen on osan alkuaineista tai yhdisteistä saostumista ylikyllästyneestä liuoksesta haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

Lämpökäsittelykelvottomat seokset saavuttavat optimaaliset mekaaniset ominaisuutensa venytyslujituksella. Venytyslujittaminen on menetelmä lujuuden lisäämiseksi kylmämuokkauksen avulla. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

PERUSLUONNEN NIMITYKSET

Taulukko 3

Peruslujuusluokan lisäksi on kaksi alajakoluokkaa, joista toinen koskee "H"-lujuusluokkaa – venymälujittumista – ja toinen "T"-lujuusluokkaa – lämpökäsiteltyä.

H-lujuuden alajaot – muokkauskarkaistu

H-kirjaimen jälkeinen ensimmäinen numero osoittaa perusoperaation:
H1– Vain venymäkarkaistu.
H2– Syötökarkaistu ja osittain hehkutettu.
H3– Venytyksessä karkaistu ja stabiloitu.
H4– Karkaistu ja lakattu tai maalattu.

Toinen numero H-kirjaimen jälkeen osoittaa venytyslujittumisasteen:
HX2– Neljänneskova HX4– Puolikova HX6– Kolme neljäsosaa kovaa
HX8– Täysin kova HX9– Erittäin kova

T-lämpötilan alajaot – lämpökäsitelty

T1- Luonnollisesti vanhennettu jäähdytyksen jälkeen korotetussa lämpötilassa tapahtuvan muovausprosessin, kuten ekstruusion, tuloksena.
T2- Kylmämuokattu korotetussa lämpötilassa tapahtuvan muovausprosessin jälkeen jäähdytettynä ja sen jälkeen luonnollisesti vanhennettu.
T3- Liuoslämpökäsitelty, kylmämuokattu ja luonnollisesti vanhennettu.
T4- Liuoslämpökäsitelty ja luonnollisesti vanhennettu.
T5- Keinotekoisesti vanhennettu jäähdytyksen jälkeen korotetussa lämpötilassa tapahtuvan muovausprosessin avulla.
T6- Liuoslämpökäsitelty ja keinotekoisesti vanhennettu.
T7- Liuoslämpökäsitelty ja stabiloitu (ylikypsytetty).
T8- Liuoslämpökäsitelty, kylmämuokattu ja keinotekoisesti vanhennettu.
T9- Liuoslämpökäsitelty, keinotekoisesti vanhennettu ja kylmämuokattu.
T10- Kylmämuokattu korotetussa lämpötilassa tapahtuvan muovausprosessin jälkeen jäähdytettynä ja sitten keinotekoisesti vanhennettu.

Lisänumerot osoittavat stressin lievittymistä.
Esimerkkejä:
TX51tai TXX51– Stressi lievittyy venyttelemällä.
TX52tai TXX52– Jännitys helpottuu puristamalla.

Alumiiniseokset ja niiden ominaisuudet- Jos tarkastelemme seitsemää taottujen alumiiniseosten sarjaa, arvostamme niiden eroja ja ymmärrämme niiden sovellukset ja ominaisuudet.

1xxx-sarjan seokset– (ei lämpökäsiteltävä – vetolujuus 10–27 ksi) tätä sarjaa kutsutaan usein puhtaaksi alumiinisarjaksi, koska sen on sisällettävä vähintään 99,0 % alumiinia. Ne ovat hitsattavia. Kapean sulamisalueensa vuoksi niiden hitsausmenetelmien hyväksyttävyyden varmistamiseksi on kuitenkin otettava huomioon tiettyjä seoksia. Valmistuksessa nämä seokset valitaan ensisijaisesti niiden erinomaisen korroosionkestävyyden vuoksi, kuten erikoiskemikaalisäiliöissä ja -putkistoissa, tai niiden erinomaisen sähkönjohtavuuden vuoksi, kuten virtakiskoissa. Näillä seoksilla on suhteellisen heikot mekaaniset ominaisuudet, ja niitä harvoin harkitaan yleisiin rakennesovelluksiin. Nämä perusseokset hitsataan usein sopivalla lisäaineella tai 4xxx-lisäaineseoksilla sovelluksesta ja suorituskykyvaatimuksista riippuen.

2xxx-sarjan seokset– (lämpökäsiteltävät – vetolujuus 27–62 ksi) Nämä ovat alumiini/kupariseoksia (kuparilisäykset 0,7–6,8 %) ja erittäin lujia ja suorituskykyisiä seoksia, joita käytetään usein ilmailu- ja lentokoneteollisuudessa. Niillä on erinomainen lujuus laajalla lämpötila-alueella. Joitakin näistä seoksista pidetään hitsamattomina kaarihitsausprosesseissa niiden alttiuden vuoksi kuumahalkeilulle ja jännityskorroosiohalkeilulle. Toiset kuitenkin kaarihitsataan erittäin onnistuneesti oikeilla hitsausmenetelmillä. Nämä perusmateriaalit hitsataan usein niiden suorituskykyä vastaavilla erittäin lujilla 2xxx-sarjan lisäaineseoksilla, mutta joskus ne voidaan hitsata myös piitä tai piitä ja kuparia sisältävillä 4xxx-sarjan lisäaineilla sovelluksesta ja käyttövaatimuksista riippuen.

3xxx-sarjan seokset– (ei lämpökäsiteltävä – vetolujuus 16–41 ksi) Nämä ovat alumiini/mangaaniseoksia (mangaanilisäykset 0,05–1,8 %), ja niillä on kohtalainen lujuus, hyvä korroosionkestävyys, hyvä muovattavuus ja ne soveltuvat käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa. Yksi niiden ensimmäisistä käyttökohteista oli kattilat ja pannut, ja nykyään ne ovat tärkein komponentti ajoneuvojen ja voimalaitosten lämmönvaihtimissa. Niiden kohtalainen lujuus kuitenkin usein estää niiden käytön rakennesovelluksissa. Näitä perusseoksia hitsataan 1xxx-, 4xxx- ja 5xxx-sarjan lisäaineseoksilla niiden erityiskemiasta ja erityisistä sovellus- ja käyttövaatimuksista riippuen.

4xxx-sarjan seokset– (lämpökäsiteltävät ja ei-lämpökäsiteltävät – vetolujuus 25–55 ksi) Nämä ovat alumiini/piiseoksia (piilisäykset 0,6–21,5 %) ja ne ovat ainoat sarjat, jotka sisältävät sekä lämpökäsiteltäviä että ei-lämpökäsiteltäviä seoksia. Alumiiniin lisätty pii alentaa sen sulamispistettä ja parantaa sen juoksevuutta sulassa tilassa. Nämä ominaisuudet ovat toivottavia sekä sulahitsauksessa että juottamisessa käytettäville lisäaineille. Näin ollen tätä seossarjaa käytetään pääasiassa lisäaineena. Pii, itsenäisesti alumiinissa, ei ole lämpökäsiteltävä; useita näistä piiseoksista on kuitenkin suunniteltu siten, että niihin on lisätty magnesiumia tai kuparia, mikä antaa niille kyvyn reagoida suotuisasti liuoslämpökäsittelyyn. Tyypillisesti näitä lämpökäsiteltäviä lisäaineseoksia käytetään vain silloin, kun hitsatulle komponentille tehdään hitsauksen jälkeisiä lämpökäsittelyjä.

5xxx-sarjan seokset– (ei-lämpökäsiteltävä – vetolujuus 18–51 ksi) Nämä ovat alumiini-/magnesiumseoksia (magnesiumlisäykset 0,2–6,2 %) ja niillä on lämpökäsittelemättömistä seoksista korkein lujuus. Lisäksi tämä seossarja on helposti hitsattavissa, ja näistä syistä niitä käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten laivanrakennuksessa, kuljetuksessa, paineastioissa, silloissa ja rakennuksissa. Magnesiumpohjaiset seokset hitsataan usein lisäaineseoksilla, jotka valitaan ottaen huomioon perusmateriaalin magnesiumpitoisuus sekä hitsattavan komponentin käyttöolosuhteet. Tämän sarjan seoksia, joissa on yli 3,0 % magnesiumia, ei suositella käytettäväksi yli 72 °C:n lämpötiloissa niiden herkistymispotentiaalin ja sitä seuraavan jännityskorroosiohalkeilun alttiuden vuoksi. Perusseokset, joissa on alle noin 2,5 % magnesiumia, hitsataan usein onnistuneesti 5xxx- tai 4xxx-sarjan lisäaineseoksilla. Perusseos 5052 on yleisesti tunnustettu korkeimman magnesiumpitoisuuden omaavaksi perusseokseksi, jota voidaan hitsata 4xxx-sarjan lisäaineseoksella. Eutektiseen sulamiseen liittyvien ongelmien ja niihin liittyvien heikkojen hitsauksen jälkeisten mekaanisten ominaisuuksien vuoksi tämän seossarjan materiaalien hitsausta, koska ne sisältävät enemmän magnesiumia, ei suositella 4xxx-sarjan täyteaineilla. Suurempaa magnesiumia sisältäviä perusmateriaaleja hitsataan vain 5xxx-lisäaineseoksilla, joiden koostumus yleensä vastaa perusseoksen koostumusta.

6XXX-sarjan seokset– (lämpökäsiteltävä – vetolujuus 18–58 ksi) Nämä ovat alumiini/magnesium-piiseoksia (magnesium- ja piiliseoksia noin 1,0 %), ja niitä käytetään laajalti hitsausmateriaaliteollisuudessa pääasiassa suulakepuristusten muodossa ja monissa rakenneosissa. Magnesiumin ja piin lisääminen alumiiniin tuottaa magnesium-silisidiyhdisteen, joka antaa materiaalille kyvyn lämpökäsitellä liuoslujuuden parantamiseksi. Nämä seokset ovat luonnostaan ​​herkkiä jähmettymishalkeilulle, eikä niitä siksi tule kaarihitsata autogeenisesti (ilman lisäainetta). Riittävän määrän lisäainetta lisääminen kaarihitsausprosessin aikana on välttämätöntä perusaineen laimentamiseksi ja siten kuumahalkeiluongelman estämiseksi. Niitä hitsataan sekä 4xxx- että 5xxx-lisäaineilla sovelluksesta ja käyttövaatimuksista riippuen.

7XXX-sarjan seokset– (lämpökäsiteltävä – vetolujuus 32–88 ksi) Nämä ovat alumiini/sinkkiseoksia (sinkkilisäykset 0,8–12,0 %) ja muodostavat eräitä lujimmista alumiiniseoksista. Näitä seoksia käytetään usein korkean suorituskyvyn sovelluksissa, kuten lentokoneissa, ilmailu- ja avaruustekniikassa sekä kilpaurheiluvälineissä. Kuten 2xxx-sarjan seokset, tämä sarja sisältää seoksia, joita pidetään sopimattomina kaarihitsaukseen, ja muita, jotka usein kaarihitsataan onnistuneesti. Tämän sarjan yleisesti hitsatut seokset, kuten 7005, hitsataan pääasiassa 5xxx-sarjan lisäaineseoksilla.

Yhteenveto- Nykypäivän alumiiniseokset ja niiden erilaiset kovuudet muodostavat laajan ja monipuolisen valikoiman valmistusmateriaaleja. Optimaalisen tuotesuunnittelun ja onnistuneen hitsausmenetelmän kehittämisen kannalta on tärkeää ymmärtää saatavilla olevien monien seosten väliset erot sekä niiden erilaiset suorituskyky- ja hitsattavuusominaisuudet. Näiden eri seosten kaarihitsausmenetelmiä kehitettäessä on otettava huomioon hitsattava seos. Usein sanotaan, että alumiinin kaarihitsaus ei ole vaikeaa, "se on vain erilainen". Uskon, että tärkeä osa näiden erojen ymmärtämistä on tutustua eri seoksiin, niiden ominaisuuksiin ja tunnistusjärjestelmään.