نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم در استاندارد های اروپایی (آلمانی) و امریکایی

با درود فراوان به محضر تمامی مخاطبین محترم وبلاگ دانش روغنکاری

آنچه که در این پست قصد بررسی آن را داریم، مقدمه ای است بر سیستم کد بندی آلیاژ های آلومینیوم در استاندارد های ایالات متحده امریکا و جمهوری فدرال آلمان

گفتنی است محتوای این پست قبلا در قالب وبیناری با همین عنوان در سوپر گروه تلگرامی ایران مواد عرضه شده بود که طالبین در صورت تمایل می توانند فایل pdf همین پست را از طریق لینک زیر دریافت نمایند:

دانلود نسخه pdf این مقاله

در معرفی سیستم گرید بندی برای آلیاژ های آلومینیوم، ابتدا، به معرفی این فلز (آلومینیوم) و تاریخچه مختصری از پیدایش و منابع تولید آن خواهیم پرداخت. سپس، استاندارد های ایالات متحده بررسی شده و بعد از آن سیستم آلمانی (شامل کدگذاری آلیاژ ها و سیستم شماره گذاری DIN) معرفی خواهد شد. استاندارد هایی که در ارائه امشب مورد بررسی قرار خواهند گرفت، به ترتیب، عبارتند از

AA=Aluminum Association

و در انتها، استاندارد های آلمان، موسوم به

DIN=Deutsches Institüt fur Nörmung

به همراه معرفی سیستم شماره گذاری مواد معروف آن.

الف) مقدمه و ملاحظات کلی

بوکسیت مهمترین منبع برای استخراج آلومینیوم به شمار می رود و مقدار آن در طبیعت چیزی حدود 140 میلیارد تن تخمین زده می شود. بوکسیت سرشار از آلومینا Al₂O₃  است که میزان آلومینیوم موجود در آن بین 52 تا 65 درصد در نوسان است. رگه های بوکسیت در فرانسه، مجارستان، رومانی، یوگوسلاوی سابق، یونان، هند، گویان، ایالات متحده امریکا، برزیل و روسیه کشف شده است. البته آلومینیوم در خاک رس و کائولن (خاک چینی) هم موجود است. اما بدلیل عدم توجیه اقتصادی، قابل استحصال نیست. چراکه بیشتر این مواد از  SiO₂ تشکیل شده و سهم آلومینیوم از ساختار آنها تنها 1 تا 8 درصد است. حدود 8 درصد از پوسته کره زمین از آلومینیوم تشکیل شده است و به همین دلیل، پس از سیلیس و قبل از آهن، آلومینیوم در میان فلزات دومین جایگاه فراوانی در منابع زمین را داراست. میزان ذخایر رسمی و کشف شده آلومینیوم در سراسر جهان به 30 میلیارد تن می رسد. به علت میل ترکیبی زیاد با اکسیژن، آلومینیوم از خواص ضد خوردگی خوبی برخوردار است و معمولا روی سطح آلومینیوم پایه را لایه ای نازک از آلومینا پوشانده است که از نظر الکتریکی رسانا محسوب نمی شود. در هوای مرطوب، این لایه نازک با لایه اکسیده دیگری پوشیده می شود. این لایه اکسیده به سختی به سطح آلومینیوم پایه چسبیده و در صورت بروز هرگونه صدمه مکانیکی به آن (اعم از شکاف، خراش، بریدگی و...) خود را ترمیم می کند. این پدیده را اثر خود درمانی می نامند. بدین ترتیب، فرآیند اکسیداسیون آلومینیوم، حتی در محیط های خورنده، بصورت طبیعی به تاخیر افتاده و عملا متوقف می گردد.

با توجه به تنوع منابع تامین، آلومینیوم موجود در بازار به دو سطح کیفی آلومینیوم دست اول و آلومینیوم دست دوم تقسیم بندی می شود. آلومینیوم دست دوم از بازیافت نخاله های صنعتی و آلومینیوم دست اول از روش هال و هِرو  و با استفاده از راهکار بایر  در بکارگیری الکترولیز خشک استحصال می شود. در این راهکار، بوکسیت اتصال زمین بوده و در اتوکلاو و در دمای 170 درجه سلسیوس در سود سوزآور  حل می شود. با انجام عمل تلقیح  حین فرآیند سرد کردن نمونه در آب یا روغن (کوئنچ)، Al(H3) ته نشین شده و با حرارت دهی در کوره خشک کن، با تولید آب بعنوان محصول فرعی فرآیند، به آلومینا  تبدیل می شود. در روش الکترولیز خشک، اکسید آلومینیوم در یک پیل الکترولیز، در بازه دمایی 950 تا 980 درجه سلسیوس، و با استفاده از کریولیت  تجزیه می شود. در این پیل، از واکنش اکسیژن با کربن آنود گاز های CO2  و CO تشکیل می شوند. آلومینیوم، با توجه به دانسیته بالاتر، در زیر حجم مذاب کاتودی قرار گرفته و از آنجا در فواصل زمانی منظم استخراج می گردد. با این روش، برای تولید هر تن آلومینیوم، به حدود دو تن اکسید آلومینیوم استحصال شده از چهار تن بوکسیت، نیم تن کربن آنودی، 50 کیلوگرم کریولیت، و صرف 18 مگاوات-ساعت انرژی نیاز است. حال آنکه فرآوری آلومینیوم دست دوم تنها به 5 درصد انرژی مورد نیاز برای تهیه آلومینیوم دست اول نیازمند است. خلوص آلومینیوم دست اولی که به روش فوق استحصال می شود 99.7 تا 99.9 درصد است که پس از استخراج به کارگاه ریخته گری ارسال می شود تا در آنجا پالایش و تصفیه شده و عناصر آلیاژساز به مذاب آن افزوده شوند. در فرآیند پالایش، آلومینیوم مذاب تحت گاززدایی قرار می گیرد؛ بدین ترتیب که با توزیع حباب های آرگون در مذاب (با استفاده از روشی بنام SNIF) و یا با استفاده از کلرین، بعنوان کاهش دهنده تخلخل در ساختار مذاب داخل قالب با توجه به طبیعت قلیایی و زمینی بودن آن، حباب های هیدروژن محبوس در مذاب آلومینیوم از پاتیل خارج می شود. پس از صاف کردن مذاب، با عبور دادن آن از آجر های متخلخل، آلومینیوم با استفاده از روش قالب گیری مداوم ریخته شده و به شکل شمش هایی با طول 9، عرض 2.2 و ارتفاع 0.6 متر در می آید.

ب) آلیاژ های آلومینیوم

در مقایسه با آلومینیوم خالص، تمامی آلیاژ های آلومینیوم از استحکام کششی، تنش تسلیم و سختی بالاتری برخوردارند. چراکه عناصر آلیاژساز تاثیرات شگرفی بر خواص فیزیکی مواد، اعم از ضریب انبساط حرارتی، رسانایی الکتریکی، پایداری فیزیکی و قابلیت شکل دهی، خواهند داشت.

طی اعمال مکانیکی و حرارتی مراحل پس از تولید اولیه است که بین آلیاژ های نرم و غیر ریختنی و آلیاژ های مناسب برای ریخته گری یا بین آلیاژ های عمل آورده و آلیاژ های نامقاوم در برابر خوردگی فرق ایجاد می شود. بعنوان مثال، با افزودن مس و منگنز به آلومینیوم، محلول های جامدی تشکیل می شوند که موجب بروز کشیدگی هایی در شبکه بلورین آلومینیوم شده و در نتیجه جلوی لغزش صفحات فلزی روی یکدیگر گرفته می شود.

از رایجترین عناصر آلیاژساز در ترکیب با آلومینیوم خالص (99.9 درصد) می توان به مس، سیلیسیم، منیزیم، روی و منگنز اشاره کرد. آلیاژ هایی که در ساخت پانل های خارجی خودرو مورد استفاده قرار می گیرند، بدلیل الزاماتی چون قابلیت حفظ کیفیت سطح و کیفیت مشخصات ظاهری پس از فرآیند کشش عمیق، از تقاضای بالایی برخوردارند. در این زمینه، به آلیاژ هایی نیاز است که سطح آنها عاری از الگو های شعله ای شکل (که از گسترش کرنش های سطحی یا خطوط لودرز  کلاس ای ناشی می شوند) یا نوار های نازک (که از گسترش کرنش های سطحی یا خطوط لودرز کلاس بی نشات می گیرند) باشند. از این نظر، آلیاژ های سخت شونده  AlMgSi پاسخی دقیق به نیاز فوق به شمار می روند. در اروپا، براساس تصویب نامه موسسه آلومینیوم اروپا و استاندارد DIN EN 573-1:2005 آلیاژ کلاس AA6016 بهترین انتخاب است، حال آنکه در امریکای شمالی، بازار در اختیار آلیاژ های پر استحکامی چون AA6111 & AA6022 است.

از دیر باز، آلومینیوم بعنوان انتخابی کلاسیک در ساخت سازه های سبک مطرح بوده است. دانسیته آلومینیوم تنها یک سوم دانسیته فولاد است. همین داستان در مورد مدول الاستیسیته آن نیز صدق می کند، مقداری که تنها به 70 گیگاپاسکال محدود می شود. از دیگر محسنات آلومینیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- بازه وسیع استحکامی؛

- ویسکوزیته بالا؛

- قابلیت شکل دهی و ریخته گری مناسب؛

- جوش پذیری خوب (البته برای جلوگیری از اکسیداسیون در سطح پانل های آلومینیومی، نقاط جوش باید با استفاده از روش های پوشش دهی سازگار با طبیعت فیزیکی منطقه هز پوشش داده شوند)؛ و

- مقاومت عالی در برابر خوردگی

با استفاده از آلومینیوم، امکان اجرای طراحی های مهندسی با قابلیت های دینامیکی بیشتر در عین ظرفیت حمل بالاتر نسبت به طرح های معمول و متعارف فراهم خواهد شد.

آلومینیوم در اوایل قرن نوزدهم کشف شد، ولی پیدا کردن راهکاری برای تولید انبوه آن تا 1824 طول کشید. استفاده از آلومینیوم در صنعت خودرو، با هدف کاهش وزن، قدمتی به درازای خود این صنعت دارد. در سال 1899، طی نمایشگاه بین المللی دستاورد های صنعت خودرو در برلین، قطعات کوچکی از خودرو به نمایش گذاشته شده بود که بدنه ای از آلومینیوم داشتند. با این حال، استفاده گسترده از این ماده توسط خودروسازان به شکل ورق (شیت یا رول)، و قطعات ریخته شده تا قبل از قرن بیستم عملی نشد.

می توان اولین نشانه های استفاده از این فلز در خودروسازی را در مدل های 1908 بوگاتی مشاهده کرد. استفاده از قطعات آلومینیومی در این سری از محصولات بوگاتی که با هدف کاهش وزن خودرو های تولیدی این کمپانی انجام شد، بیشتر شامل پانل های از پیش شکل داده شده آلومینیومی بود که به روش ریخته گری در قالب ماسه ای تولید شده و با طرح اتصال سر به سر به یکدیگر جوش  OFW= Oxy-Fuel gas Welding داده شده بودند. پولیش نهایی بدنه حاصله نیز با دست انجام می شد.

اما در سال 1912 بود که پیِرس اَروز  اقدام به ساخت قطعات بزرگی از بدنه خودرو، مانند درب ها، پانل پشت، و سقف، از آلومینیوم ریخته شده در قالب ماسه ای و سپس اتصال آنها با جوش OFW نمود که نظر های زیادی را به خود جلب کرد. تکنیکی که تا سال 1918 ادامه یافت. پانل های بدنه ای که بدین ترتیب بدست می آمدند 3 تا 6.5 میلیمتر ضخامت داشته و از خواص بارز آنها در آن زمان می توان به صیقلی بودن سطح، استحکام مطلوب، و قابلیت مونتاژ سریع و آسان آنها اشاره کرد. ولی با این وجود، با افزایش قدرت موتور ها، معرفی مفهوم تولید انبوه، و تجارب کسب شده و پیشرفت های بوجود آمده در زمینه افزایش ایمنی فرآیند های بکارگیری مواد فولادی، از اهمیت و نقش آلومینیوم در صنعت خودرو کاسته شد. اما هنوز بودند بخش هایی از این صنعت که عرصه ای برای تاخت و تاز برای آلومینیوم داشته باشند، بخصوص خودروسازان اروپایی که علاقه ویژه ای به آلومینیوم داشتند و در سایه همین ارادت بود که محصولات خاصی در میانه دهه های 20 و 30 میلادی پا به جاده های اروپا باز کردند و از آن میان می توان به خودرو های لیموزین، اسپرت، و گران قیمتی نظیر «پیکان نقره ای» ساخت مرسدس بنز و 8C2300 ساخت آلفارومئو اشاره کرد.

البته علت ماندن آلومینیوم در سبد مواد اولیه چنین خودروسازانی چیزی نبود جز شکل پذیری بهتر آن نسبت به فولاد و ارزان تمام شدن فرآیند ساخت قطعات بدنه و شاسی. آلیاژ هایی که در آن دوران بیش از بقیه مشتری داشتند را می توان سری های

A1100 & AA3003

 دانست. چراکه بیش از سایر همتایان خود در برابر خوردگی مقاومت نشان می دادند. پس از جنگ جهانی دوم و طی دهه های 50 و 60 قرن بیستم بود که بدلیل افزایش سطح الزامات زیست محیطی آلومینیوم دوباره جایگاه خود را در صنعت خودرو بازیافت. درب موتور، پوسته سقف و مجموعه درب های عقب قطعاتی از بدنه خودرو ها بودند که از آلومینیوم ساخته شدند و آلومینیوم به ماده اصلی تشکیل دهنده خودرو هایی چون لندروور و آئودی تبدیل شد. در زمینه خودرو های اسپرت و مسابقه ای، نیمه دوم قرن بیستم دوران طلایی این صنعت محسوب می شود، دورانی که کمپانی هایی نظیر فِرّاری، آستون مارتین، کُبرا، و پورشه افسانه ای ترین محصولات خود را راهی میادین مسابقات اتوموبیلرانی نمودند. اما، بنا به عقیده قاطبه کارشناسان صنعت خودرو، استفاده از آلومینیوم ریخته گری شده بمنظور ساخت سپر های بکار رفته در مدل های 501، 502، و 503 کمپانی بی ام و، در کنار چهارچوب درب ساخته شده از آلومینیوم ریخته گری شده در مرسدس بنز مدل اس ال 300 رودستِر (SL300 Roadster) در اوایل دهه 50 را می توان نقطه شروعی دوباره برای استفاده گسترده از آلومینیوم در خودروسازی دانست. علاوه بر این، توسعه شاسی توخالی آئودی نقطه شروعی برای بدنه های آلومینیومی محسوب می شود. در زمینه ساخت بدنه های آلومینیومی، بخصوص در طرز کار با ورق های آلومینیوم، تجربیات صنعتی بسیاری اندوخته شد که نتیجه آن چیزی نبود جز جایگزینی ورق های فولادی با انواع آلومینیومی سبکتر. در این زمان، دو روند برای جایگزین سازی فولاد با آلومینیوم تعریف شد: جایگزین سازی موضعی (شامل جایگزینی بخشی از سازه خودرو با آلومینیوم بمنظور دستیابی به مزایای سبکی وزن و استحکام بالاتر در بدنه خودرو) و جایگزین سازی کلی (شامل انجام تمامی مراحل طراحی  ساخت بدنه براساس آلومینیوم).

در روش جایگزین سازی موضعی، در کنار مزایای ریز و درشت استفاده از آلومینیوم، صرفه جویی در وزن شاسی نقش اساسی را بازی می کند؛ از جمله، فرمان پذیری بهتر و مرکز ثقل پایینتر پوسته های آلومینیومی سقف، توزیع وزن بهتر در درب موتور های آلومینیومی، و در عین حال مکانیزم باز و بسته شدن روانتر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی در مجموعه های درب آلومینیومی. با تغییر در مواد تشکیل دهنده قطعات الحاقی به بدنه خودرو، امکان بهره مندی از مزایای این تغییر در سطح قطعات زیر مجموعه، بدون نیاز به اعمال تغییر در طراحی عمومی، فراهم می شود. در اینجا، قطعات فولادی که ماده تشکیل دهنده آنها به آلومینیوم تغییر می کند، اغلب در یکپارچه سازی با مجموعه های فولادی مادر دچار مشکلاتی در مونتاژ خواهند شد. از لحاظ تاریخی، طی 40 سال اول استفاده از آلومینیوم بعنوان یکی از مواد اولیه حاضر و در دسترس برای خودروسازان، روش های مونتاژ چندان متنوع نبوده و بیشتر شامل OFW  می شدند. پس از این دوره و در سال های طلایی دهه 60 قرن بیستم به بعد بود که روش های بهتری چون اتصالات چسبی، یا روش های مختلف جوشکاری، اعم از جوشکاری ذوبی تحت گاز محافظ، جوشکاری مقاومتی نقطه ای  و... به صنعت خودرو معرفی شدند. البته، ناگفته نماند که جوشکاری ذوبی تحت پوشش گاز هلیم-آرگون در سال 1942 و در کالیفرنیا اختراع شده بود. اما، در آن برهه زمانی، اضطرار جنگ موجب سایه اندازی صنایع هوایی بر مصرف آلومینیوم در ساخت سازه های مهندسی شده بود. بنابراین، صنعت خودرو برای استفاده از آلومینیوم مجبور بود تا پایان جنگ صبر کند!

در دهه 50، با ظهور فناوری هواپیما های فراصوتی ، نیاز تکنولوژیک جدیدی در زمینه اتصال سازه های آلومینیومی مطرح شد و راه حل آن چیزی نبود جز GTAW بارزترین ویژگی این روش اتصالی آن بود که هم می شد آن را در هواپیماسازی بکار گرفت و هم در خودروسازی و همین خصیصه بود که در سال های بعد پای روش های جوشکاری و برشکاری را به صنعت خودرو باز کرد که قبلا در صنایع هوایی امتحان خود را پس داده بودند و از نمونه های آن می توان به GMAW، پلاسما، لیزر، و... اشاره کرد. اما، علی رغم میل شدید اروپایی ها به استفاده از آلومینیوم در خودروسازی، صنعت خودروی ایالات متحده تا اوایل دهه 60 قرن بیستم هنوز تمایلی به استفاده از آلومینیوم در محصولات خود نشان نمی داد. تا این زمان، تکنیک های رایج در شکل دهی و اتصال بیشتر بر پایه فولاد بودند. بطوریکه می شد کارگران فلزکار بسیاری را پیدا کرد که علاوه بر مهارت کار با پانل های آلومینیومی، کار با فولاد را نیز بلد بودند. بنابراین، تا دهه 60 میلادی، استفاده از آلومینیوم در ساخت سازه های مهندسی در امریکا بیشتر به صنایع هوایی و برخی از خودرو های مسابقه ای محدود می شد.

اما امروزه، آلومینیوم، با توجه به ظرفیت بسیار بالاتر در جذب انرژی نسبت به فولاد، به انتخابی بی بدیل در عرصه طراحی مدیریت خسارات ناشی از تصادفات رانندگی، اعم از سپر ها یا کل ماجول های جلو بندی شاسی، برای مهندسین خودرو، چه در اروپا و چه در امریکا، تبدیل شده است. در سال 2009، علی رغم کاهش تولید جهانی خودرو، تقریبا تمامی خودروسازان مطرح دنیا، نسبت به سه سال قبل از آن، از آلومینیوم و آلیاژ های آن در ساخت محصولات خود بیشتر استفاده کرده اند

امروزه در اروپا، ضخامت پانل های آلومینیومی خارجی بدنه به تقریبا 1 میلیمتر می رسد، حال آنکه در ایالات متحده، بدلیل استفاده از آلیاژ مستحکم تری چون AA6111، میزان ضخامت ورق های آلومینیومی مصرفی از 0.7 تا 0.8 میلیمتر تجاوز نخواهد کرد. از ویژگی های بارز چنین پانل هایی می توان به برخورداری از چقرمگی لازم در برابر کمانش، مقاومت در برابر ضربه ناشی از برخورد سنگریزه، تگرگ و نظایر آن اشاره کرد. از جمله عوامل تاثیرگذار بر مقاومت چنین پانل هایی در برابر کمانش عبارتند از شکل هندسی قطعه، تنش تسلیم، و ضخامت ورق مصرفی. مقاومت پانل های آلومینیومی در برابر تغییر شکل های الاستیک ناشی از ضربات وارده به سطح آنها نیز ناشی از چقرمگی آنها است که خود تابعی از شکل هندسی، مدول الاستیسیته، و ضخامت ورق است. بمنظور بهره مندی کامل از مزیت بارز آلومینیوم در سبکی وزن در مقایسه با فولاد، بدلیل افزایش ضخامت در پانل های آلومینیومی نسبت به انواع فولادی، طراحان همیشه بدنبال راه هایی هستند که، بعنوان مثال، اجازه عمق های بیشتری در کشش را بدهد و لذا، بتوان قطعات یک تکه ای را تولید کرد که از ضخامت کمتری برخوردار باشند.

البته، استفاده از آلومینیوم تنها به خودرو های سواری محدود نمی شود. روند رشد استفاده از آلومینیوم و آلیاژ های آن در ساخت خودرو های تجاری را می توان به عینه در رونمایی از پروژه «اتوبوس آسیایی» که توسط چینی ها و برای تامین نیاز های بازار حمل و نقل داخل شهری کشور های عضو قاره کهن مشاهده کرد. این پروژه که با همکاری یکی از بزرگترین OEM های جهان به مرحله اجرا درآمده است، شامل ساخت و تامین پانل ها و قطعات فورج شده برای بدنه، رینگ و طوقه چرخ ها، و حتی اتصالات مکانیکی معمول در شاسی های تجاری می شود که همه آلومینیومی هستند. بدین ترتیب، اتوبوسی تولید شد که بدنه آن 46 درصد سبکتر از نمونه فولادی و وزن کل آن 12 درصد کمتر  بوده و علی رغم این سبکی و صرفه جویی در وزن، اثری از مشکلات ایمنی سفر با این اتوبوس در تست 12000 کیلومتری جاده در آن دیده نشد. این کاهش وزن، موجب کاهش 6 درصدی مصرف سوخت این کلاس از اتوبوس شد که مفهوم آن را می توان با صرفه جویی 5000 گالن گازوییل و جلوگیری از انتشار 50 تن دی اکسید کربن در طول عمر مفید این وسیله نقلیه در اتمسفر زمین بیان کرد. علاوه بر این تاثیرات مستقیم، کاهش وزن این اتوبوس می تواند مزایای غیر مستقیم دیگری نیز داشته باشد که از آن جمله می توان به کاهش فرسایش سطح جاده، فرسودگی دیرهنگام تایر ها، کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری بدنه، شاسی، ترمز ها، و سیستم تعلیق (و مسلما هزینه های ناشی از آن) اشاره کرد. با این اوصاف، می توان این انتظار را داشت که هزینه های سرمایه ای این پروژه طی 2 تا 3 سال پس از راه اندازی آن برگشت داده خواهد شد.

در زمان استفاده از آلومینیوم در قطعات بدنه، دیگر پارامتر هایی چون رفتار قطعه در زمان خستگی مکانیکی و پایداری ابعادی دراز مدت باعث نگرانی طراحان نخواهند شد. حداقل تاکنون، هیچ آثار منفی در رفتار مکانیکی مجموعه های آلومینیومی بدنه مشاهده نشده است. ولی با این وجود، مقاومت در برابر خوردگی بخش مهمی از مشخصات یک بدنه آلومینیومی را به خود اختصاص می دهد. با یک طراحی خوب می توان انتظار عدم ایجاد فاصله و لقی بین صفحات و لذا عدم نیاز به استفاده از ورق های گالوانیک را داشت. در چنین طرحی، لایه رنگ حرف آخر را خواهد زد و رنگدانه های آن می توانند بخوبی از نقش ضد خوردگی خود برآیند. در زمان بکار گیری فلزات نجیب یا غیر فعال ، قطعه مونتاژی که باید از فلز نجیبتری تشکیل شده باشد (یعنی از پتانسیل احیا و اکسیداسیون  بالاتری برخوردار باشد) توسط لایه عایق کننده ای پوشیده خواهد شد تا از خوردگی آن جلوگیری شود. آینده استفاده از آلومینیوم در صنعت خودرو بعنوان ماده اصلی تشکیل دهنده بدنه و شاسی کاملا وابسته به معرفی آلیاژ های نوین و روش های جدید در کنترل دمای عملیات حرارتی، و در عین حال، در ارتباط با روش های تازه در ساخت و فرآوری آلومینیوم، بمنظور بهبود هر چه بیشتر خواص مکانیکی عمده این ماده، اعم از استحکام مکانیکی رفتار مکانیکی ماده حین شکست، شکل پذیری، اتصال، و مقاومت به خوردگی، دیده می شود.

شکل 1: نمایی از شاسی و بدنه آلومینیومی برای پروژه «اتوبوس آسیایی

ج) انواع آلیاژ های آلومینیوم

به نمودار مندرج در شکل 2 نگاه کنید. این نمودار آلیاژ های آلومینیوم را براساس عناصر آلیاژسازی که ممکن است در هر کلاس بکار گرفته شود، با در نظر گرفتن روش تولید (کار شده یا ریختگی)، به دو دسته با قابلیت گرماکاری (عملیات حرارتی) و بدون این قابلیت، تقسیم کرده است. گرید های کار شده آلومینیوم را می توان در هر فاز دمایی (سرد یا گرم) شکل داد. اما، گرید های ریختگی آلومینیوم نیز هستند که برخی از منابع (بیشتر اروپایی!) آنها را محصولات پایه ای آلومینیوم می نامند. این «محصولات پایه» بیشتر شامل شمش های آلومینیوم با آلیاژ های مختلف می شوند که بعد از عملیات مختلف حرارتی (شامل ذوب حتی!)، نورد، و کار مکانیکی به شکل های مختلف (نوار، تسمه، ورق، پروفیل، و...) قابل تولید هستند (برخی دیگر از منابع، این بخش را «محصولات نیمه آماده» نام نهاده اند). در این نمودار، آلیاژ هایی که با حرف جی لاتین مشخص شده اند، آلیاژ های ریختگی می باشند.

شکل 2: نمودار تقسیم بندی آلیاژ های آلومینیوم

د) نامگذاری آلیاژ های آلومینیوم

همانطور که پیشتر گفته شد، در این پست دو سیستم را بررسی خواهیم کرد: استاندارد آلمانی (یا به نوعی: اروپایی)، و استاندارد ایالات متحده (بنیاد امریکایی آلومینیوم)

1- سیستم تقسیم بنده آلیاژ های آلومینیوم در استاندارد های آلمانی:

سیستم تقسیم بندی آلیاژ های آلومینیوم در استاندارد های آلمانی از دو فرمت بهره می برد:

- کد رقومی (نومریک)؛ و

- کد حروفی-رقومی (آلفانومِریک).

سیستم رقومی در استاندارد DIN EN 573-1 و سیستم آلفانومریک در استاندارد DIN EN 573-2 تعریف شده است. به شکل های 3 و 4 نگاه کنید.

شکل 3: نمایه ای از سیستم رقومی تقسیم بندی آلومینیوم

شکل 4: نمایه ای از سیستم حروفی-رقومی تقسیم بندی آلومینیوم

این توضیح لازم است که در شکل های 3 و 4، حرف ای نشانه آلومینیوم، حرف W نشانه آلیاژ کار شده یا Wrought Alloy و حرف G نشانه آلیاژ های ریختگی یا Cast Alloy است. برای نشان دادن اینکه در آلیاژ مزبور از چه عناصر آلیاژسازی (و به چه میزان) استفاده شده است، از نشانه های شیمیایی عناصر (به ترتیب اهمیت آنها) به همراه عددی که مشخص کننده کلاس حضور نامی آنها (بر حسب درصد وزنی) باشد، استفاده می شود. این سیستم سال های سال مورد استفاده بوده است تا اینکه در سال 2005 دو بنیاد اروپایی و امریکایی آلومینیوم کد های شناسایی آلیاژ های آلومینیوم را با یکدیگر ادغام کرده و بدین ترتیب، کد چهار رقمی جایگزین کد فوق شد. البته، کد حروفی-رقومی قدیمی همچنان معتبر است، منتهای مراتب، آدرس دهی به آن تنها در مدارک برخی کشور ها (مانند آلمان که هنوز بر استفاده از آن اصرار دارد) صورت می گیرد.

سیستم کد گذاری چهار رقمی (به همراه تفکیک آلیاژ های گرماکاری پذیر آلومینیوم از گرید های غیر قابل عملیات حرارتی) در شکل 5 نشان داده شده است. توجه شود که این سیستم از سال 2005 یونیورسال است. شایان ذکر است که قدمت سیستم چهار رقمی به 1955 می رسد. جهت اطلاعات بیشتر، مراجعه به استاندارد ANSI H35.1 توصیه می شود. توضیح اینکه ANSI=American National Standard Institute

شکل 5: نمایه ای از سیستم چهار رقمی تقسیم بندی آلومینیوم

سیستم شماره گذاری آلمانی مواد (DIN)

سیستم شماره بندی آلیاژ های مهندسی موسسه DIN در سال 1942 و با ابلاغ وزارت جنگ رایش سوم به موسسه استاندارد های آلمانی کلید خورد. همانطور که قبلتر در مقدمه عنوان شد، در زمان جنگ جهانی دوم، آلومینیوم و آلیاژ های آن هنوز جایگاه چندانی در صنعت نداشتند و مصرف آنها بیشتر به صنایع هوایی (و بخش های بسیار محدودی از خودروسازی و صنایع دریایی) محدود بود. با این اوصاف، توسعه سیستم شماره بندی آلیاژ های آلومینیوم در 1943 آغاز شد و با شکست آلمان در جنگ جهانی دوم (1945) و مهاجرت بسیاری از کارشناسان اداره تدوین استاندارد های آلمان به ایالات متحده و دیگر کشور ها، روند این توسعه متوقف شد. اوایل دهه 50 قرن بیستم فعالیت در این زمینه دوباره از سر گرفته شد و با آخرین اصلاحات در این حوزه در سال 1958 خاتمه یافت. این سیستم، برای کد بندی آلیاژ های آلومینیوم از سر کُد 3 استفاده می کند. ساختار این کد در شکل 6 نشان داده شده است. برای اطلاعات بیشتر درباره جزییات شماره مواد آلیاژ های آلومینیوم، مراجعه به استاندارد DIN 17007-4 توصیه می شود.

شکل 6: نمایه ای از سیستم شماره گذاری دین برای تقسیم بندی آلیاژ های آلومینیوم

2- سیستم کد بندی چهار رقمی (استاندارد امریکایی)

این سیستم که اندکی پس از تاسیس بنیاد آلومینیوم ایالات متحده یا AA=Aluminum Association در سال 1955 معرفی شد، شامل چهار رقم برای گرید های کارشده و ریختگی آلومینیوم است. ساختار کد گرید های کار شده را می توان در شکل 7 دید.

شکل 7: نمایه ای از سیستم کد بندی چهار رقمی آلیاژ های آلومینیوم

اما، بمنظور آدرس دهی به عملیات حرارتی انجام شده روی آلیاژ کار شده مربوطه، بسته به اینکه آن آلیاژ قابلیت عملیات حرارتی را داشته باشد یا نه، از کد های متفاوتی استفاده می شود. این کد ها در شکل های 8 و 9 معرفی شده اند.

شکل 8: معرفی کد های معرف نوع عملیات حرارتی انجام شده روی آلیاژ های گرماکاری ناپذیر

شکل 9: معرفی کد های معرف نوع عملیات حرارتی انجام شده روی آلیاژ های گرماکاری پذیر

این سیستم برای آدرس دهی به آلیاژ های ریختگی از همان مقیاس چهار رقمی استفاده می کند. منتها با یکسری تغییرات ظریف! شکل 10 را ببینید.

شکل 10: نمایه ای از سیستم کد گذاری آلیاژ های ریختگی آلومینیوم در استاندارد های امریکایی

در پایان، در مورد تکنیک ها و پارامتر های فرایندی به یکی از دو منبع زیر مراجعه بفرمایید:

Aluminum handbook, vol.1

Aluminum & Aluminum alloys, ASM specialty handbook

گرید هایی از الومینیوم که قابلیت فورج گرم را داشته باشند، معمولا عملیات حرارتی پذیر هستند. کلیه گرید ها قابلیت فورج سرد را دارند؛ مخصوصا الومینیوم سری AA1000.

سوال: اگه ترکیب شیمیایی نمونه الومینیومی داشتیم از چه کتابی می تونیم نامگذاریش کنیم؟

پاسخ: بسته به این دارد که از کدام استاندارد بخواهید پیروی کنید.  اگر ترکیب شیمیایی با خطای زیر 20 درصد در دسترس باشد، می توان به استاندارد DIN 17007 مراجعه کرد و شماره مواد DIN را بدست آورد. البته، از طریق هندبوک AA هم امکان پذیر است...منتها زمان سرچ را بالا می برد! راه دیگر هم اینست که مثل بنده به وبسایت Totalmateria.com مراجعه کنید و در پایگاه داده ای سرچ کنید. البته این وبسایت خدماتش رایگان نیست!

سوال: منظور از آلومینیم خشک و نرم و آتشی در بازار چی هست ؟؟ ممنون میشم راهنمایی بفرمایید.

پاسخ: آلومینیوم خشک: قطعات رینگ و پیستون، کارتل روغن، و...

آلومینیوم نرم: در و پنجره، ظروف آلومینیومی آشپزخانه، و انواع قوطی های نوشابه و...

آلومینیوم آتشی: همان آلوماک است که بین 3 تا 15 درصد منیزیم دارد و انواع سرسیلندر خودرویی از آن ساخته می شود.

سوال: ممنونم , نکته مهم برای بنده این است که این قطعات (الومینیم خشک و اتیشی  و نرم) به چه گریدی از الیاژهای الومینیم مربوط میشوند (ترکیب شیمیایی قطعات مدنظر هست)؟

پاسخ: اساسا سوال شما غلط است!

وقتی راجع به ضایعات و بازیافت صحبت می کنید، دیگر گرید و آلیاژ مهم نیست! بلکه گروه آلیاژی است که مهم است...سوال شما زمانی صحیح است که راجع به محصول نیمه ساخته نو مطرح شود یا حتی یک محصول نهایی.

و اما، پاسخ سوال شما:

آلومینیوم خشک: گروه 3000، 5000، و 6000 (اکثریت گروه با 6000 است...مهم سیلیس دار بودن آلومینیوم است)؛

آلومینیوم نرم: گروه 1000 و 2000؛ و

آلومینیوم آتشی: گروه 7000 (مهم منیزیم دار بودن آلومینیوم است).