Odată cu creșterea utilizării aluminiului în industria de fabricație a materialelor sudate și acceptarea sa ca o alternativă excelentă la oțel pentru multe aplicații, există cerințe tot mai mari pentru cei implicați în dezvoltarea de proiecte din aluminiu de a se familiariza mai mult cu acest grup de materiale. Pentru a înțelege pe deplin aluminiul, este recomandabil să începeți prin a vă familiariza cu sistemul de identificare/desemnare a aluminiului, cu numeroasele aliaje de aluminiu disponibile și cu caracteristicile acestora.

Sistemul de temperare și desemnare a aliajului de aluminiu- În America de Nord, Asociația Aluminiului Inc. este responsabilă pentru alocarea și înregistrarea aliajelor de aluminiu. În prezent, există peste 400 de tipuri de aluminiu forjat și aliaje de aluminiu forjat și peste 200 de aliaje de aluminiu sub formă de piese turnate și lingouri înregistrate la Asociația Aluminiului. Limitele compoziției chimice a aliajelor pentru toate aceste aliaje înregistrate sunt incluse în regulamentul Asociației Aluminiului.Cartea Tealintitulat „Denumiri internaționale ale aliajelor și limite de compoziție chimică pentru aluminiu forjat și aliaje de aluminiu forjat” și înCartea rozintitulată „Denumiri și limite de compoziție chimică pentru aliajele de aluminiu sub formă de piese turnate și lingouri”. Aceste publicații pot fi extrem de utile inginerului de sudură atunci când dezvoltă proceduri de sudare și când este importantă luarea în considerare a chimiei și a asocierii acesteia cu sensibilitatea la fisuri.”

Aliajele de aluminiu pot fi clasificate într-o serie de grupe pe baza caracteristicilor specifice ale materialului, cum ar fi capacitatea sa de a răspunde la tratament termic și mecanic și elementul principal de aliere adăugat aliajului de aluminiu. Atunci când luăm în considerare sistemul de numerotare/identificare utilizat pentru aliajele de aluminiu, se identifică caracteristicile de mai sus. Aluminiile forjate și turnate au sisteme de identificare diferite. Sistemul forjat este un sistem cu 4 cifre, iar piesele turnate au un sistem cu 3 cifre și 1 zecimală.

Sistem de denumire a aliajelor forjate- Vom lua în considerare mai întâi sistemul de identificare al aliajului de aluminiu forjat, format din 4 cifre. Prima cifră (Xxxx) indică principalul element de aliere, care a fost adăugat aliajului de aluminiu și este adesea utilizat pentru a descrie seria de aliaje de aluminiu, de exemplu, seria 1000, seria 2000, seria 3000, până la seria 8000 (a se vedea tabelul 1).

A doua cifră unică (xXxx), dacă este diferit de 0, indică o modificare a aliajului specific, iar a treia și a patra cifră (xxXX) sunt numere arbitrare date pentru a identifica un anumit aliaj din serie. Exemplu: În aliajul 5183, numărul 5 indică faptul că face parte din seria aliajelor de magneziu, iar 1 indică faptul că este din seria 1.^stmodificare la aliajul original 5083, iar 83 îl identifică în seria 5xxx.

Singura excepție de la acest sistem de numerotare a aliajelor o reprezintă aliajele de aluminiu din seria 1xxx (aluminiu pur), caz în care ultimele 2 cifre indică procentul minim de aluminiu peste 99%, adică Aliajul 13.(50)(minim 99,50% aluminiu).

SISTEM DE DENUMIRE A ALIAJULUI DE ALUMINIU FORJAT

Tabelul 1

Denumirea aliajului turnat- Sistemul de denumire a aliajelor turnate se bazează pe o denumire zecimală de 3 cifre plus xxx.x (adică 356.0). Prima cifră (Xxx.x) indică principalul element de aliere, care a fost adăugat aliajului de aluminiu (vezi tabelul 2).

SISTEM DE DENUMIRE A ALIAJULUI DE ALUMINIU TURNAT

Tabelul 2

A doua și a treia cifră (xXX.x) sunt numere arbitrare date pentru a identifica un anumit aliaj din serie. Numărul care urmează virgula indică dacă aliajul este o turnare (.0) sau un lingou (.1 sau .2). Un prefix cu majusculă indică o modificare a unui anumit aliaj.
Exemplu: Aliaj – A356.0 majusculă A (Axxx.x) indică o modificare a aliajului 356.0. Numărul 3 (A3xx.x) indică faptul că este din seria siliciu plus cupru și/sau magneziu. Cei 56 in (Ax56.0) identifică aliajul din seria 3xx.x, iar .0 (Axxx.0) indică faptul că este o turnare cu formă finală și nu un lingou.

Sistemul de denumire a temperamentului aluminiului -Dacă luăm în considerare diferitele serii de aliaje de aluminiu, vom observa că există diferențe considerabile în ceea ce privește caracteristicile și aplicațiile lor. Primul aspect de recunoscut, după înțelegerea sistemului de identificare, este că există două tipuri distincte de aluminiu în cadrul seriei menționate mai sus. Acestea sunt aliajele de aluminiu tratabile termic (cele care pot câștiga rezistență prin adăugarea de căldură) și aliajele de aluminiu netratabile termic. Această distincție este deosebit de importantă atunci când se iau în considerare efectele sudării cu arc asupra acestor două tipuri de materiale.

Aliajele de aluminiu forjat din seriile 1xxx, 3xxx și 5xxx nu sunt tratabile termic și sunt doar ecruisabile. Aliajele de aluminiu forjat din seriile 2xxx, 6xxx și 7xxx sunt tratabile termic, iar seria 4xxx constă atât din aliaje tratabile termic, cât și din aliaje netratabile termic. Aliajele turnate din seriile 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x și 7xx.x sunt tratabile termic. Ecruisarea nu se aplică, în general, pieselor turnate.

Aliajele tratabile termic își dobândesc proprietățile mecanice optime printr-un proces de tratament termic, cele mai comune tratamente termice fiind tratamentul termic în soluție și îmbătrânirea artificială. Tratamentul termic în soluție este procesul de încălzire a aliajului la o temperatură ridicată (în jur de 990 grade F) pentru a pune elementele sau compușii de aliere în soluție. Aceasta este urmată de călire, de obicei în apă, pentru a produce o soluție suprasaturată la temperatura camerei. Tratamentul termic în soluție este de obicei urmat de îmbătrânire. Îmbătrânirea este precipitarea unei porțiuni din elementele sau compușii dintr-o soluție suprasaturată pentru a obține proprietățile dorite.

Aliajele netratabile termic își dobândesc proprietățile mecanice optime prin ecruisare. Ecruisarea este metoda de creștere a rezistenței prin aplicarea prelucrării la rece. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

DENUMIRILE DE BAZĂ ALE TEMPERATURII

Tabelul 3

Pe lângă denumirea de bază a stării de rezistență, există două subdiviziuni, una care se referă la stările de rezistență „H” – Ecruisare la deformare, iar cealaltă care se referă la stările de rezistență „T” – Tratat termic.

Subdiviziuni ale stării H – Durificare prin deformare

Prima cifră după H indică o operație de bază:
H1– Numai călit prin deformare.
H2– Călit prin deformare și parțial recopt.
H3– Călit și stabilizat prin deformare.
H4– Călit prin deformare și lăcuit sau vopsit.

A doua cifră după H indică gradul de ecruisare:
HX2– Quarter Hard HX4– HX pe jumătate greu6– Trei sferturi tare
HX8– HX complet dur9– Extra Dur

Subdiviziuni ale stării T – Tratate termic

T1- Îmbătrânit natural după răcire printr-un proces de modelare la temperatură ridicată, cum ar fi extrudarea.
T2- Prelucrat la rece după răcire printr-un proces de modelare la temperatură ridicată și apoi învechit natural.
T3- Tratat termic în soluție, prelucrat la rece și învechit natural.
T4- Soluție tratată termic și învechită natural.
T5- Îmbătrânit artificial după răcire printr-un proces de modelare la temperatură ridicată.
T6- Soluție tratată termic și îmbătrânită artificial.
T7- Soluție tratată termic și stabilizată (supraînvechită).
T8- Soluție tratată termic, prelucrată la rece și învechită artificial.
T9- Tratat termic în soluție, îmbătrânit artificial și prelucrat la rece.
T10- Prelucrat la rece după răcire printr-un proces de modelare la temperatură ridicată și apoi învechit artificial.

Cifrele suplimentare indică ameliorarea stresului.
Exemple:
TX51sau TXX51– Ameliorarea stresului prin întindere.
TX52sau TXX52– Ameliorarea tensiunii prin comprimare.

Aliajele de aluminiu și caracteristicile lor- Dacă luăm în considerare cele șapte serii de aliaje de aluminiu forjat, vom aprecia diferențele dintre ele și vom înțelege aplicațiile și caracteristicile lor.

Aliaje din seria 1xxx– (netratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 10 până la 27 ksi) această serie este adesea denumită seria de aluminiu pur, deoarece este necesar să aibă un conținut minim de aluminiu de 99,0%. Sunt sudabile. Cu toate acestea, din cauza intervalului lor de topire îngust, acestea necesită anumite considerații pentru a produce proceduri de sudare acceptabile. Atunci când sunt luate în considerare pentru fabricare, aceste aliaje sunt selectate în principal pentru rezistența lor superioară la coroziune, cum ar fi în rezervoarele și conductele chimice specializate, sau pentru conductivitatea lor electrică excelentă, cum ar fi în aplicațiile cu bare colectoare. Aceste aliaje au proprietăți mecanice relativ slabe și ar fi rareori luate în considerare pentru aplicații structurale generale. Aceste aliaje de bază sunt adesea sudate cu material de adaos corespunzător sau cu aliaje de adaos 4xxx, în funcție de aplicație și cerințele de performanță.

Aliaje din seria 2xxx– (tratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 27 până la 62 ksi) acestea sunt aliaje de aluminiu/cupru (adăugiri de cupru cuprinse între 0,7 și 6,8%) și sunt aliaje de înaltă rezistență și performanță, adesea utilizate în aplicații aerospațiale și aeronautice. Au o rezistență excelentă pe o gamă largă de temperatură. Unele dintre aceste aliaje sunt considerate nesudabile prin procesele de sudare cu arc din cauza susceptibilității lor la fisuri la cald și fisuri la coroziune sub stres; cu toate acestea, altele sunt sudate cu arc cu mare succes prin procedurile de sudare corecte. Aceste materiale de bază sunt adesea sudate cu aliaje de adaos de înaltă rezistență din seria 2xxx, concepute pentru a se potrivi performanței lor, dar uneori pot fi sudate cu adaosuri din seria 4xxx care conțin siliciu sau siliciu și cupru, în funcție de aplicație și cerințele de service.

Aliaje din seria 3xxx– (netratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 16 până la 41 ksi) Acestea sunt aliaje de aluminiu/mangan (adăugiri de mangan cuprinse între 0,05 și 1,8%) și au o rezistență moderată, o bună rezistență la coroziune, o bună formabilitate și sunt potrivite pentru utilizare la temperaturi ridicate. Una dintre primele lor utilizări a fost fabricarea oalelor și tigăilor, iar astăzi sunt principala componentă pentru schimbătoarele de căldură din vehicule și centrale electrice. Cu toate acestea, rezistența lor moderată împiedică adesea luarea în considerare a acestora pentru aplicații structurale. Aceste aliaje de bază sunt sudate cu aliaje de umplutură din seriile 1xxx, 4xxx și 5xxx, în funcție de chimia lor specifică și de cerințele particulare de aplicare și service.

Aliaje din seria 4xxx– (tratabile termic și netratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 25 până la 55 ksi) Acestea sunt aliajele de aluminiu/siliciu (adăugiri de siliciu cuprinse între 0,6 și 21,5%) și sunt singurele serii care conțin atât aliaje tratabile termic, cât și netratabile termic. Siliconul, atunci când este adăugat la aluminiu, îi reduce punctul de topire și îi îmbunătățește fluiditatea la topire. Aceste caracteristici sunt de dorit pentru materialele de adaos utilizate atât pentru sudarea prin fuziune, cât și pentru lipire. În consecință, această serie de aliaje se găsește predominant ca material de adaos. Siliconul, independent în aluminiu, nu este tratabil termic; cu toate acestea, o serie dintre aceste aliaje de siliciu au fost proiectate pentru a avea adaosuri de magneziu sau cupru, ceea ce le conferă capacitatea de a răspunde favorabil la tratamentul termic în soluție. De obicei, aceste aliaje de adaos tratabile termic sunt utilizate numai atunci când o componentă sudată urmează să fie supusă unor tratamente termice post-sudură.

Aliaje din seria 5xxx– (netratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 18 până la 51 ksi) Acestea sunt aliaje de aluminiu/magneziu (adăugiri de magneziu cuprinse între 0,2 și 6,2%) și au cea mai mare rezistență dintre aliajele netratabile termic. În plus, această serie de aliaje este ușor sudabilă și, din aceste motive, este utilizată pentru o gamă largă de aplicații, cum ar fi construcția navală, transportul, recipientele sub presiune, podurile și clădirile. Aliajele pe bază de magneziu sunt adesea sudate cu aliaje de adaos, care sunt selectate după luarea în considerare a conținutului de magneziu al materialului de bază și a condițiilor de aplicare și de utilizare a componentei sudate. Aliajele din această serie cu mai mult de 3,0% magneziu nu sunt recomandate pentru utilizare la temperaturi ridicate peste 150 de grade F din cauza potențialului lor de sensibilizare și a susceptibilității ulterioare la fisurarea prin coroziune sub stres. Aliajele de bază cu mai puțin de aproximativ 2,5% magneziu sunt adesea sudate cu succes cu aliajele de adaos din seria 5xxx sau 4xxx. Aliajul de bază 5052 este în general recunoscut ca fiind aliajul de bază cu conținut maxim de magneziu care poate fi sudat cu un aliaj de adaos din seria 4xxx. Din cauza problemelor asociate cu topirea eutectică și a proprietăților mecanice slabe asociate după sudare, nu se recomandă sudarea materialelor din această serie de aliaje, care conțin cantități mai mari de magneziu, cu materialele de adaos din seria 4xxx. Materialele de bază cu conținut mai mare de magneziu sunt sudate doar cu aliajele de adaos 5xxx, care, în general, corespund compoziției aliajului de bază.

Aliaje din seria 6XXX– (tratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 18 până la 58 ksi) Acestea sunt aliaje de aluminiu/magneziu-siliciu (adăugiri de magneziu și siliciu de aproximativ 1,0%) și se găsesc pe scară largă în industria de fabricație a sudurii, utilizate predominant sub formă de extrudări și încorporate în multe componente structurale. Adăugarea de magneziu și siliciu la aluminiu produce un compus de siliciură de magneziu, care conferă acestui material capacitatea de a fi tratat termic în soluție pentru o rezistență îmbunătățită. Aceste aliaje sunt în mod natural sensibile la fisurile de solidificare și, din acest motiv, nu ar trebui sudate cu arc autogen (fără material de adaos). Adăugarea unor cantități adecvate de material de adaos în timpul procesului de sudare cu arc este esențială pentru a asigura diluarea materialului de bază, prevenind astfel problema fisurării la cald. Acestea sunt sudate cu materiale de adaos atât 4xxx, cât și 5xxx, în funcție de aplicație și de cerințele de service.

Aliaje din seria 7XXX– (tratabile termic – cu o rezistență maximă la tracțiune de 32 până la 88 ksi) Acestea sunt aliaje de aluminiu/zinc (adăugiri de zinc cuprinse între 0,8 și 12,0%) și cuprind unele dintre aliajele de aluminiu cu cea mai mare rezistență. Aceste aliaje sunt adesea utilizate în aplicații de înaltă performanță, cum ar fi aeronave, industria aerospațială și echipamente sportive de performanță. La fel ca seria de aliaje 2xxx, această serie încorporează aliaje considerate nepotrivite pentru sudarea cu arc și altele, care sunt adesea sudate cu arc cu succes. Aliajele sudate în mod obișnuit din această serie, cum ar fi 7005, sunt sudate predominant cu aliajele de adaos din seria 5xxx.

RezumatAliajele de aluminiu actuale, împreună cu diversele lor temperamente, cuprind o gamă largă și versatilă de materiale de fabricație. Pentru o proiectare optimă a produsului și o dezvoltare cu succes a procedurilor de sudare, este important să se înțeleagă diferențele dintre numeroasele aliaje disponibile și diversele lor caracteristici de performanță și sudabilitate. Atunci când se dezvoltă proceduri de sudare cu arc pentru aceste aliaje diferite, trebuie să se acorde atenție aliajului specific care este sudat. Se spune adesea că sudarea cu arc a aluminiului nu este dificilă, „este doar diferită”. Cred că o parte importantă a înțelegerii acestor diferențe este familiarizarea cu diferitele aliaje, caracteristicile lor și sistemul lor de identificare.