انتخاب مواد: مطالعه موردی برای انتخاب بین دو آلیاژ آلومینیوم براساس واکنش به حرارت

#سوال

با سلام و احترام خدمت مخاطبین گرامی این وبلاگ مهندسی

موضوع این پست، پاسخ به سوال مطرح شده از طرف یکی از مخاطبین این وبلاگ در خصوص انتخاب گرید آلیاژ آلومینیوم مناسب برای یک فرآیند پخت کاغذ است.

شرح سوال: برای تولید لوله ایی بدون درز که در شرایطی باید کار کنه که انتقال حرارت بالایی داشته باشه، تا 200°C تغییر شکل نداشته باشه، مقاومت به سایش نسبتا خوبی داشته باشه، خیلی سنگین نباشه و البته خیلی هم گرون نباشه به نظر شما دو گرید 1100 و 6063 از آلیاژهای آلومینیوم میتونه انتخاب خوبی باشه؟ 

گرید 1100،یک درصد آهن و سیلیسم داره و 0.12 درصد مس در حالت H14.

گرید 6063 هم 0.7 درصد منیزیم و 0.4 درصد سیلیسم داره.

ضخامت لوله نیم میلیمتره و درون لوله فقط قراره چراغی روشن باشه تا دمای لازم را تامین کنه.

کاغذ قراره از بین دو رول حرکت بکنه، جز شرایط دمایی که عرض کردم,و بحث سایش مورد دیگه ایی مد نظر نیست.

پاسخ: از آنجایی که گرید گرماکاری مربوط به 6063 را نفرموده بودید، لذا، مجبور شدم از جدول 1، صفحه 329، کتاب

ASM Specialty Handbook of Aluminum & Aluminum Alloys

به مقایسه میزان سختی حاصل از لوله های 6063 بپردازم که نتیجه مقایسه به شرح زیر است:

گرید O (25 برینل)، گرید T1 (42 برینل)، و گرید های T5 و T6 (60 برینل) که در مقایسه با سختی 32 برینلی لوله 1100 و در عین حال، دسترس پذیری (Accessibility)، گرید زیر برای مقایسه با 1100 انتخاب شد:

AA6063-T6

حال، در این مرحله، به مقایسه واکنش این دو لوله به حرارت می پردازیم. با مراجعه به نمودار شماره 1 که تغییرات استحکام کششی را در درجه حرارت های مختلف از صفر درجه تا 260 درجه سلسیوس برای این دو لوله آلومینیومی نشان می دهد، می توان مشاهده کرد که علی رغم بالاتر بودن درجه استحکامی گرید 6063 نسبت به 1100، واکنش آن به گرما شدیدتر است.

تحلیل عددی نمودار 1 نشان دهنده آن است که 6063 با شتابی کاهشی به اندازه 0.016 استحکام خود را به گرما می بازد. حال آنکه مقدار این شتاب در مورد 1100 به 0.001 می رسد و این یعنی آلیاژ 6063 باندازه 16 برابر بیشتر از 1100 در برابر حرارت استحکام خود را از دست می دهد! اما، از سوی دیگر، باید در نظر داشت که هر دو آلیاژ در نهایت و در 260 درجه سلسیوس به یک order از استحکام دست می یابند.

نمودار 1: واکنش دو گرید 1100-H14 و 6063-T6 به حرارت (معیار: Sut)

در مرحله دوم، نمودار شماره 2 را داریم که تغییرات ازدیاد طول دو آلیاژ 1100 و 6063 را نسبت به افزایش حرارت نشان می دهد.

نمودار 2: واکنش دو گرید 1100-H14 و 6063-T6 به حرارت (معیار: Elongation)

تحلیل عددی این نمودار نشان دهنده آن است که 6063 با شتاب کمتری به سمت ازدیاد طول 75 درصدی در 260°C می رود تا آلیاژ 1100 و این بدان معنی است که آلیاژ 6063 از واکنش خزشی آرامتری در برابر حرارت برخوردار است.

بعنوان مرحله سوم، مقایسه خواص حرارتی را داریم که هر دو آلیاژ از نظر ظرفیت گرمایی و دانسیته در یک order قرار دارند. تنها ضریب هدایت حرارتی می ماند که در مورد 6063 باندازه 20 درصد نسبت به 1100 کمتر است و این بدان معنی است که انتقال حرارتی که با توسل به مکانیزم تابشی در فضای درونی لوله 6063 تولید می شود باندازه 20 درصد دیرتر نسبت به 1100 منتشر شده و به سطح خارجی آن می رسد که این موضوع از نظر مهندسی فرایند قابل اغماض است.

نتیجه گیری: با توجه به آنچه که در مورد سختی، کاهش دو خاصیت استحکام کششی و ازدیاد طول در اثر گرما، و خواص حرارتی بیان شد، انتخاب آلیاژ AA6063-T6 منطقی تر به نظر می رسد.

امیدوارم پاسخ خود را گرفته باشید.