عملیات گرمایی آلیاژهای تجاری آلومینیم - مس - منیزیم

[سیندخت 18,785]

یکی از پر مصرفترین آلیاژهای تجاری در سیستم سه تایی Al-Cu-Mg- آلیاژ2024 است که عملیات گرمایی آن به تفصیل توضیح داده می شود . ترکیب شیمیایی این آلیاژ در گسترۀ زیر است:9/4-8/3 % , Cu

قرییستمهای دوتاییاری آلومینیوم یعنی آلیاژ20248/1 -2/1 % , Mg 9/0-4/0%Mn حداکثر50/0%Siوحداکثر 50/0%Feوحداکثر 10/0%Crوحداکثر25/0%Zn.

 

ابتدا فرض می کنیم آلیاژحاوی فقط Al وCu و Mg باترکیب میانگین 5/4% Cu و 5/1% Mg باشد.چنین آلیاژ سه تایی خط انجمادی در حدود 560درجه سانتیگراد و حد نحلالی در حدود520درجه سانتیگراد دارد .برای عملیات گرمایی آلیاژ2024 گستره دمایی499-488درجه سانتیگراد توصیه می شود . این گستره دمایی تا حدودی پایین به نظر می –رسد ولی در تعیین گستره دمایی عملیات گرمایی باید گستره ترکیب شیمیایی را در نظر گرفت.گستره مقادیرCuوMg را برای خط انجماد وحد انحلال نشان می دهد . اگر CuوMg هر دو در قسمت پایین قرار گیرند خط انجماد در حدود 560 درجه سانتیگراد و حد انحلال در حدود 500 درجه سانتیگراد خواهد بود در هر حال هم Cu وهم Mgهر دو در قسمت بالا قرار گیرند وضعیت متفاوت خواهد بود.

 

قسمت غنی از آلومینیم در نمودار فازی در 510 درجه سانتیگراد می باشد در آن محدوده ترکیب شیمیایی MgوCu در مربع مشخص شده است .توجه کنید که برای CuوMg زیاد همراه با a مقداری مذاب و نیز فاز جامد CuMgAl2 ممکن است وجود داشته باشد.دمای اوتکتیک سه تایی برای تعادل بین مذاب a, وCuMgAl2 وCuAl2 معادل 508 درجه سانتیگراد است.منطقه مذاب به نقطه ای که نشان دهنده اوتکتیک سه تایی است تبدیل شده است . اگردما به کمتر از 508 درجه سانتیگراد افت پیدا کند این فاز مذاب نا پدید می شود . بنابراین در 508 درجه سانتیگراد در این گستره کلی ترکیب شیمیایی خط انجماد و حد انحلال یکی می شود .

 

برای مقادیر زیاد CuوMg در 508 درجه سانتیگراد آلیاژدر منطقه فازی حاوی a , CuAl2وCuMgAl و مذاب قرارمی گیرد.از این تحلیل در مورد آلیاژ2024 دو نکته مهم حاصل می- شود . ااول اینکه برای پرهیز از احتمال ذوب موضعی آلیاژاگر CuوMg در قسمت بالای گستره ترکیب شیمیایی باشند دمای عملیات گرمایی محلول کمتر از 508 درجه سانتیگراد است واگر مقادیر CuوMg در قسمت بالای گستره مجاز باشد در آن صورت آلیاژ در منطقه تک فاز نبوده بلکه در منطقه جامد چند فازی خواهد بود .

 

اگر مقادیر CuوMg بالا باشد آلیاژ بسته به ترکیب شیمیایی آن در منطقه CuAl2 -a یا منطقه CuMgAl2 – CuAl2 -a خواهد بود .بنابراین عملیات گرمایی محلولی آلیاژدر گستره 508 درجه سانتیگراد و 430درجه سانتیگراد موجب وجود برخی فازهای جامد همراه با a خواهد شد . یعنی در نتیجه عملیات گرمایی محلولی ممکن است مقداری CuAl2 یا CuMgAl2 همراه با a تشکیل شود .(در حالت پیر شده نیز ممکن است هر دو این فازهای جامد تشکیل شو ند.)اکنون تاثیر وجود Siو Mnو Feرا بررسی می کنیم. افزایش Si به تشکیل ترکیب چهار تایی Al2 – Cu2Mg8Si5 کمک می کند.بسته به مقدار Mg و Si فاز a می تواند در تعادل باMg2Si-CuMgAl2-CuAl2 –Cu2Mg8Si5Al4 باشد . بنابراین افزودن Siتشکیل دو فاز جامد دیگر را که در سیستم سه تایی Al-Cu-Mg وجود ندارند یعنی Mg2Si وCu2Mg8Si5Al4 ممکن است.حضور MnوFe نیز تشکیل ترکیبهای بین فلزی اضافی را ممکن می کند .افزایش Mn به تشکیل Cu3Mn2Al20کمک می کند و افزایش Feسبب تشکیل Cu2FeAl7 می شود .افزایشMn وFe به تشکیل فازی کمک می کند که محلول جامدی مبتنی بر Al6 (CuFe) وMnAl6 است .این فاز را معمولا به صورت Al6 (MnوFeوCu) مشخص می کنند .

 

بنابراین مشاهده می شود که در آلیاژ تجاری 2024 ممکن است تعداد زیادی فاز بین فلزی وجود داشته باشد که به ترکیب شیمیایی و عملیات گرمایی آلیاژ بستگی دارند . همچنین این امر به چگونگی ریخته گری آلیاژ به شدت بستگی دارد زیرا آهنگ سرد کردن از حالت مایع بر فازهایی که در واکنش او تکتیکتشکیل می شوند تاثیر می گذارد . برای تعیین کران بالای دمای عملیات گرمایی محلولی احتمال یک واکنش اوتکتیک بینa و برخی دیگر از فازها نیز باید در نظر گرفته شود. در هر حال مشخص مشخص شده است که پایینترین دمای اوتکتیک 505درجه سنتیگراد است (که فازهای CuAl2وCuMgAl2 وCu2FeAl7وa درآن شرکت می کنند.) و بنابراین کران بالای دمایی عملیات گرمایی یعنی 499درجه سانتیگراد هنوز قابل استفاده است.ساختار میکروسکوپی آلیاژ2024 تابکاری شده (به آهستگی از دمای عملیات گرمایی محلولی سرد شده) ذرات درشت سیاهرنگ CuMgAl2 است که در دمای عملیات گرمایی محلولی وجود دارد . در این حالت ذرات درشت خاکستری Al6 (MnوFeوCu) نیزکه ناشی از وجود FeوMnاست دیده می شود . اما قسمت اعظم ذرات CuMgAl2 است . ذرات ریز سیاهرنگ نیز CuMgAl2 است ولی این ذرات در خلال سرد شدن آهسته از دمای عملیات گرمای محلولی تولید شده انده.

 

ساختار میکروسکوپی در شرایط عملیات گرمایی محلولی شده . محلول حکاکی مورد استفاده در این حالت علاوه بر مرزدانه هایa برخی ذرات موجود در دمای عملیات گرمایی محولی را نیز وجود دارد . این ذرات CuMgAl2 با مقداری Cu2Mg3Al30وCu2FeAl7 همراه اند .توجه کنید که دانه ها کشیده شده اند و از لحاظ ظاهری شبیه دانه های ساختاری کار سرد شده اند . علت این امر توزیع نایکنواخت فازهای حل نشده ای است که در دمای انحلال و در خلال تابکاری آلیاژکاری سرد شده دیده می شوند پس ازکمیل تبلور مجدد دانه ها شروع به رشد می کنند ولی حرکت مرز دانه ها توسط ذرات موجود متوقف می شود و چون این ذرات به صورت یکنواخت توزیع می شوند لذا ساختار دانه های تابکاری شده هنوز هم به صورت کشیده می باشند.

 

ساختار نمونه در خلال رسوبگذاری خیلی ریز بوده با میکروسکوپ نوری قابل تشخیص نیست . میکروسکوپ الکترونی می تواند که فرایند رسوبگذاری را توضیح داد .جزییات این فرایند بستگی به ترکیب شیمیایی دقیق آلیاژ دارد . در همه موارد مناطق Gp وفازهای واسطه تشکیل می شوند که عامل سخت شدن آلیاژند و سرانجام نیز فازهای تعادلی ظاهر می شوند .