انواع عملیات حرارتی آلومینیوم

عملیات حرارتی آلومینیوم، جزء عملیات هایی است که در صنعت آلومینیوم سازی به وفور از آن استفاده می کنند. فلز آلومینیوم یکی از پرکاربردترین فلزات بعد از آهن است که در صنایع مختلف از آن بهره می برند. اما استحکام پایین این فلز نسبت به فولاد باعث می شود که نتوان از آن به صورت خالص استفاده کرد. بنابراین آلومینیوم با عناصر دیگری ترکیب شده و آلیاژهای مختلف آن تحت عملیات های مختلفی قرار می گیرند.

البته شایان ذکر است که تمامی آلیاژهای این فلز زیر عملیات حرارتی قرار نمی گیرند. این عملیات به روش های مختلفی انجام می شود. در ادامه می خواهیم به معرفی عملیات حرارتی آلومینیوم و انواع آن بپردازیم.

دلایل انجام عملیات حرارتی آلومینیوم

عملیات حرارتی آلومینیوم، به گرمایش و سرمایشی گفته می شود که طی آن خواص مکانیکی و خواص متالورژیکی آلومینیوم تغییر می کند. در این عملیات، گرمایش و سرمایش شدید باعث می شود که خواص مکانیکی فلز مربوطه تغییر کنند.

هدف از انجام این عملیات، رسیدن فلز به خواص مکانیکی مطلوب و مورد نظر در صنعت مربوطه است. فلز آلومینیوم به صورت خالص دارای استحکام بسیار کمی است. بنابراین آلیاژهای مختلفی را از آن می سازند. اما گاهی اواقت این آلیاژها نیز نمی توانند خواص مکانیکی مورد نظر ما را از خود نشان دهند.

عملیات حرارتی آلومینیوم جهت افزایش استحکام و مقاومت این فلز انجام می شود. افزایش انعطاف پذیری و نرم شدن فلز آلومینیوم از دیگر اهداف انجام عملیات حرارتی روی آن است. گاهی اوقات ممکن است نورد کاری و جوشکاری موجب تغییر شکل این فلز شود. در این شرایط نیز از عملیات حرارتی جهت رفع نواقص آن بهره می برند.

انواع عملیات حرارتی آلومینیوم

همان طور که قبلا اشاره کردیم، عملیات حرارتی آلومینیوم به روش های مختلفی انجام می شود. دلیل انجام این عملیات به روش های مختلفی، وجود تفاوت در انواع آلیاژهای این فلز است. برای هر آلیاژی با ویژگی ها و مشخصات معین، روش خاصی از عملیات حرارتی را به کار می برند. در ادامه می خواهیم به معرفی انواع عملیات حرارتی فلز آلومینیوم بپردازیم.

آنیل (Anneal)

آنیل کردن یکی از پرکاربردترین روش های عملیات حرارتی آلومینیوم است. این روش جهت افزایش انعطاف پذیری و چکش خواری این فلز انجام می شود. آلومینیوم در کل فلزی است که انعطاف پذیری و شکل پذیری بسیار خوبی دارد. اما با استفاده از آنیل کردن می توان میزان این انعطاف پذیری را چندین برابر کرد.

عملیات حرارتی آلومینیوم به روش آنیل کردن برای تمامی آلیاژهای فلز آلومینیوم به جزء برخی از آلیاژهای سری ۵۰۰۰ قابل انجام است. در این روش گسترده دما می تواند بین ۳۰۰ تا ۴۱۰ درجه سانتی گراد متفاوت باشد. همچنین زمان حرارت دهی بسته به حجم قطعه و نوع آلیاژ بین نیم ساعت الی ۳ ساعت متغیر است. عملیات سرد کردن در این روش نباید به بیش از ۲۰ درجه سانتی گراد در ساعت برسد. در سرد کردن دمای فلز به زیر ۲۹۰ درجه سانتی گراد خواهد رسید.

آنیل کامل (Full Annealing)

آنیل کامل یکی دیگر از روش های حرارت دادن آلومینیوم است که بیشترین میزان نرمی و شکل پذیری در آن ایجاد می شود. در واقع انعطاف پذیری و شکل پذیری آلیاژهای مختلف را با این روش می توان به حداکثر میزان خود رساند. کریستال سازی مجدد آلیاژ در آنیل کامل با استفاده از عملیات تمپر و به صورت نرمال انجام می شود.

آنیل تنش زدایی (Stress Relief Annealing)

در عملیات حرارتی آلومینیوم به روش آنیل تنش زایی، تاثیراتی که منجر به ایجاد منحنی کشش می شوند، حذف خواهند شد. بنابراین همواره بر انجام آنیل تنش زایی تاکید می شود. برای اجرای این روش حرارت هایی به دمای ۳۴۵ درجه سانتی گراد را در نظر می گیرند. این عملیات باعث اصلاح و بهبود نتیجه کریستال های جزئی و کامل در فلز آلومینیوم می شود.

آنیل مربوط به ریخته گری (Annealing of Casting)

در عملیات حرارتی آلومینیوم به روش آنیل ریخته گری، فلز برای ۲ الی ۴ ساعت در دماهای ۵۱۳ تا ۵۴۳ سانتی گراد قرار می گیرد. دماهای بالا می توانند استحکام و مقاومت فلز آلومینیوم را در برابر فشارهای فیزیکی افزایش دهند.

پیرسازی رسوبی (Precipitation Hardening)

حرارت دادن آلومینیوم به روش پیرسازی رسوبی برای آلیاژهایی ریخته گری شده و کار شده با مکانیزم سخت سازی رسوبی استفاده می شود. این عملیات می توان سختی و استحکام این آلیاژها را به صورت چشمگیری افزایش دهد. آلیاژهایی از فلز آلومینیوم که با این روش تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند، می توانند جایگزین فولاد کربنی در صنایع مختلف شوند. زیرا این آلیاژها به اندازه فلز فولاد محکم خواهند شد.

پیر سختی (Age Hardening)

پیر سختی یکی از متداول ترین روش های حرارت دادن آلومینیوم می باشد. این روش می تواند میزان استحکام آلیاژهای حرارت پذیر آلومینیوم را افزایش دهد. در این روش ابتدا باید میزان حلالیت آلیاژ با استفاده از ترفند کاهش دما، کم شود. این روش برای عملیات حرارتی آلیاژهای سری ۲۰۰۰، ۶۰۰۰ و ۷۰۰۰ بسیار رایج است.

عملیات حرارتی آلومینیوم به روش انحلال (Solutionizing)

روش انحلال را می توان یکی از بهترین روش های عملیات حرارتی آلومینیوم دانست. این روش تنها برای آلیاژهایی اجرا می شود که قابلیت حراردهی بالایی دارند. برای انجام این عملیات ابتدا آلیاژ مربوطه با توجه به مشخصات و ویژگی هاییش حرارت داده می شود. این گونه عناصر فلزی آلیاژی و ترکیبات بین فلزی آن به صورت فاز جامد در می آیند.

سپس این قطعات آلومینیوم پس از نگهداری شدن در درجه حرارت مربوطه، به صورت آنی سرد می شود. یعنی قطعه مربوطه به صورت ناگهانی درون یک مخزن آب سرد قرار داده خواهد شد. این گونه ترکیبات بین فلزی آن به صورت فوق اشباع باقی می مانند. سرد سازی تا زمانی که دمای قطعه مورد نظر به دمای اتاق نرسد، ادامه پیدا می کند. بعد از انجام سردسازی ممکن است قطعه مورد نظر دفرمه شود. یعنی فرم مورد نظر خود را از دست بدهد. به همین دلیل بعد از انجام عملیات سرد سازی، قطعه مورد نظر مجددا فرم داده می شود. دمای حرارت و زمان حرارت دهی در انجام عملیات حرارتی آلومینیوم به روش انحلال بسیار مهم است.