შედუღების ინდუსტრიაში ალუმინის ზრდასთან და მისი, როგორც ფოლადის შესანიშნავ ალტერნატივად აღიარებასთან ერთად, ალუმინის პროექტების შემუშავებით დაკავებულ პირებს სულ უფრო მეტი მოთხოვნა ექმნებათ, რომ უკეთ გაეცნონ მასალების ამ ჯგუფს. ალუმინის სრულად გასაგებად, მიზანშეწონილია, დაიწყოთ ალუმინის იდენტიფიკაციის/აღნიშვნის სისტემის, არსებული მრავალი ალუმინის შენადნობისა და მათი მახასიათებლების გაცნობით.

ალუმინის შენადნობის ტემპერატურისა და აღნიშვნის სისტემა- ჩრდილოეთ ამერიკაში, ალუმინის შენადნობების განაწილებასა და რეგისტრაციაზე პასუხისმგებელია „ალუმინის ასოციაცია“. ამჟამად ალუმინის ასოციაციაში რეგისტრირებულია 400-ზე მეტი დამუშავებული ალუმინი და დამუშავებული ალუმინის შენადნობი და 200-ზე მეტი ალუმინის შენადნობი ჩამოსხმული და ზოდების სახით. ყველა ამ რეგისტრირებული შენადნობის ქიმიური შემადგენლობის ლიმიტები მოცემულია ალუმინის ასოციაციის რეგულაციებში.ფირუზისფერი წიგნისახელწოდებით „ნაჭედური ალუმინისა და ნაჭედური ალუმინის შენადნობების საერთაშორისო შენადნობების აღნიშვნები და ქიმიური შემადგენლობის ლიმიტები“ და მათშივარდისფერი წიგნისახელწოდებით „ჩამოსხმული და ზოდის სახით ალუმინის შენადნობების აღნიშვნები და ქიმიური შემადგენლობის ლიმიტები“. ეს პუბლიკაციები შეიძლება ძალიან სასარგებლო იყოს შედუღების ინჟინრისთვის შედუღების პროცედურების შემუშავებისას და როდესაც მნიშვნელოვანია ქიმიის გათვალისწინება და მისი კავშირი ბზარებისადმი მგრძნობელობასთან.

ალუმინის შენადნობები შეიძლება დაიყოს რამდენიმე ჯგუფად კონკრეტული მასალის მახასიათებლების მიხედვით, როგორიცაა მისი თერმული და მექანიკური დამუშავებისადმი რეაგირების უნარი და ალუმინის შენადნობში დამატებული პირველადი შენადნობის ელემენტი. როდესაც განვიხილავთ ალუმინის შენადნობებისთვის გამოყენებულ ნუმერაციის/იდენტიფიკაციის სისტემას, ზემოაღნიშნული მახასიათებლები იდენტიფიცირდება. დამუშავებულ და ჩამოსხმულ ალუმინს აქვს იდენტიფიკაციის სხვადასხვა სისტემა. დამუშავებული სისტემა არის 4-ნიშნა სისტემა, ხოლო ჩამოსხმული - 3-ნიშნა და 1-ათობითი სისტემა.

ჭედური შენადნობის აღნიშვნის სისტემა- თავდაპირველად განვიხილავთ 4-ნიშნა დამუშავებული ალუმინის შენადნობის იდენტიფიკაციის სისტემას. პირველი ციფრი (Xxxx) მიუთითებს ძირითად შენადნობის ელემენტზე, რომელიც დაემატა ალუმინის შენადნობს და ხშირად გამოიყენება ალუმინის შენადნობის სერიის აღსაწერად, მაგალითად, 1000 სერია, 2000 სერია, 3000 სერია, 8000 სერიამდე (იხილეთ ცხრილი 1).

მეორე ერთნიშნა (x)Xxx), თუ განსხვავდება 0-ისგან, მიუთითებს კონკრეტული შენადნობის მოდიფიკაციაზე, ხოლო მესამე და მეოთხე ციფრები (xxXX) არის თვითნებური რიცხვები, რომლებიც მოცემულია სერიის კონკრეტული შენადნობის იდენტიფიცირებისთვის. მაგალითი: შენადნობ 5183-ში, რიცხვი 5 მიუთითებს, რომ ის მაგნიუმის შენადნობის სერიისაა, 1 მიუთითებს, რომ ის არის 1.^stორიგინალური შენადნობის 5083 მოდიფიკაცია, ხოლო 83 მას 5xxx სერიაში აღნიშნავს.

ამ შენადნობის ნუმერაციის სისტემის ერთადერთი გამონაკლისია 1xxx სერიის ალუმინის შენადნობები (სუფთა ალუმინი), ამ შემთხვევაში, ბოლო 2 ციფრი მიუთითებს ალუმინის მინიმალურ პროცენტულ მაჩვენებელს 99%-ზე მეტით, ანუ შენადნობი 13.(50)(მინიმუმ 99.50% ალუმინი).

ჭედური ალუმინის შენადნობის აღნიშვნის სისტემა

ცხრილი 1

ჩამოსხმული შენადნობის აღნიშვნა- თუჯის შენადნობის აღნიშვნის სისტემა დაფუძნებულია 3 ციფრზე დამატებულ ათობით აღნიშვნაზე xxx.x (ანუ 356.0). პირველი ციფრი (Xxx.x) მიუთითებს ძირითად შენადნობ ელემენტზე, რომელიც დაემატა ალუმინის შენადნობს (იხილეთ ცხრილი 2).

ჩამოსხმული ალუმინის შენადნობის აღნიშვნის სისტემა

ცხრილი 2

მეორე და მესამე ციფრები (xXX.x) არის თვითნებური რიცხვები, რომლებიც მოცემულია სერიაში კონკრეტული შენადნობის აღსანიშნავად. ათწილადის შემდეგ რიცხვი მიუთითებს, არის თუ არა შენადნობი ჩამოსხმული (.0) თუ ზოდი (.1 ან .2). დიდი ასოს პრეფიქსი მიუთითებს კონკრეტული შენადნობის მოდიფიკაციაზე.
მაგალითი: შენადნობი – A356.0 კაპიტალი A (Axxx.x) მიუთითებს შენადნობის 356.0 მოდიფიკაციაზე. რიცხვი 3 (A3xx.x) მიუთითებს, რომ ის სილიციუმს პლუს სპილენძს და/ან მაგნიუმს მიეკუთვნება. 56 ინჩი (Ax56.0) განსაზღვრავს შენადნობს 3xx.x სერიის ფარგლებში, ხოლო .0 (Axxx.0) მიუთითებს, რომ ეს არის საბოლოო ფორმის ჩამოსხმა და არა ზოდი.

ალუმინის ტემპერატურის აღნიშვნის სისტემა -თუ განვიხილავთ ალუმინის შენადნობების სხვადასხვა სერიას, დავინახავთ, რომ არსებობს მნიშვნელოვანი განსხვავებები მათ მახასიათებლებსა და შემდგომ გამოყენებაში. იდენტიფიკაციის სისტემის გაგების შემდეგ, პირველი, რაც უნდა აღვნიშნოთ, არის ის, რომ ზემოთ ხსენებულ სერიაში არსებობს ალუმინის ორი მკვეთრად განსხვავებული ტიპი. ესენია თერმულად დამუშავებადი ალუმინის შენადნობები (რომლებსაც შეუძლიათ სიმტკიცის მოპოვება სითბოს დამატებით) და თერმულად არადამუშავებადი ალუმინის შენადნობები. ეს განსხვავება განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია რკალური შედუღების ამ ორ ტიპ მასალაზე ზემოქმედების განხილვისას.

1xxx, 3xxx და 5xxx სერიის ალუმინის შენადნობები არ ექვემდებარება თერმულად დამუშავებას და მხოლოდ დეფორმაციით გამყარებას. 2xxx, 6xxx და 7xxx სერიის ალუმინის შენადნობები ექვემდებარება თერმულად დამუშავებას, ხოლო 4xxx სერია შედგება როგორც თერმულად დამუშავებადი, ასევე არათერმულად დამუშავებადი შენადნობებისგან. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x და 7xx.x სერიის ჩამოსხმული შენადნობები ექვემდებარება თერმულად დამუშავებას. დეფორმაციით გამყარება, როგორც წესი, ჩამოსხმულ ნაკეთობებზე არ გამოიყენება.

თერმულად დამუშავებადი შენადნობები ოპტიმალურ მექანიკურ თვისებებს თერმული დამუშავების პროცესის მეშვეობით იძენენ, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებული თერმული დამუშავებაა ხსნარში თერმული დამუშავება და ხელოვნური დაძველება. ხსნარში თერმული დამუშავება არის შენადნობის მაღალ ტემპერატურაზე (დაახლოებით 990 გრადუსი ფარენჰეიტი) გაცხელების პროცესი, რათა შენადნობის ელემენტები ან ნაერთები ხსნარში მოხვდეს. ამას მოჰყვება ჩაქრობა, როგორც წესი, წყალში, ოთახის ტემპერატურაზე ზეგაჯერებული ხსნარის მისაღებად. ხსნარში თერმული დამუშავების შემდეგ, როგორც წესი, ხდება დაძველება. დაძველება არის ელემენტების ან ნაერთების ნაწილის დალექვა ზეგაჯერებული ხსნარიდან სასურველი თვისებების მისაღებად.

არათერმულად დამუშავებადი შენადნობები ოპტიმალურ მექანიკურ თვისებებს დეფორმაციით გამკვრივების გზით იძენენ. დეფორმაციით გამკვრივება სიმტკიცის გაზრდის მეთოდია ცივი დამუშავების გამოყენებით. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ძირითადი ტემპერამენტის აღნიშვნები

ცხრილი 3

ძირითადი ტემპერატურის აღნიშვნის გარდა, არსებობს ორი ქვეკატეგორია, ერთი ეხება „H“ ტემპერატურას - დეფორმაციისადმი გამკვრივებას, ხოლო მეორე ეხება „T“ ტემპერატურას - თერმულად დამუშავებულ აღნიშვნას.

H ტემპერატურის ქვედანაყოფები - დაძაბულობისადმი გამაგრებული

H-ის შემდეგ პირველი ციფრი მიუთითებს ძირითად ოპერაციაზე:
H1– მხოლოდ დაძაბულობაზე გამაგრებული.
H2– დაძაბულობაში გამაგრებული და ნაწილობრივ გამოწვის მეთოდით.
H3– დაძაბულობაში გამაგრებული და სტაბილიზირებული.
H4– დაძაბვით გამაგრებული და ლაქირებული ან შეღებილი.

H-ის შემდეგ მეორე ციფრი მიუთითებს დეფორმაციის გამკვრივების ხარისხზე:
HX2– მეოთხედი მყარი HX4– ნახევრად მყარი HX6– სამი მეოთხედი მძიმე
HX8– სრული მყარი HX9– ექსტრა მყარი

T ტემპერატურის ქვედანაყოფები - თერმულად დამუშავებული

T1- ბუნებრივად დაძველებული მაღალი ტემპერატურის ფორმირების პროცესით, როგორიცაა ექსტრუდირება, გაგრილების შემდეგ.
T2- ცივად დამუშავებული მაღალი ტემპერატურის ფორმირების პროცესით გაგრილების და შემდეგ ბუნებრივი დაძველების შემდეგ.
T3- ხსნარი გავლილი აქვს თერმული დამუშავება, ცივი დამუშავება და ბუნებრივი დაძველება.
T4- ხსნარი თერმულად დამუშავებული და ბუნებრივად დაძველებული.
T5- ხელოვნურად დაძველებულია მომატებული ტემპერატურის ფორმირების პროცესით გაგრილების შემდეგ.
T6- ხსნარი თერმულად დამუშავებული და ხელოვნურად დაძველებული.
T7- ხსნარი თერმულად დამუშავებული და სტაბილიზებული (დაძველებული).
T8- ხსნარი გავლილი აქვს თერმული დამუშავება, ცივი დამუშავება და ხელოვნური დაძველება.
T9- ხსნარი გავლილი აქვს თერმული დამუშავება, ხელოვნურად დაძველება და ცივი დამუშავება.
T10- ცივად დამუშავებული იქნა მომატებული ტემპერატურის ფორმირების პროცესით გაგრილების და შემდეგ ხელოვნურად დაძველების შემდეგ.

დამატებითი ციფრები სტრესის შემსუბუქებაზე მიუთითებს.
მაგალითები:
TX51ან TXX51– სტრესის შემსუბუქება გაჭიმვით.
TX52ან TXX52– სტრესის შემსუბუქება შეკუმშვით.

ალუმინის შენადნობები და მათი მახასიათებლები- თუ განვიხილავთ ალუმინის შენადნობების შვიდი სერიას, დავაფასებთ მათ განსხვავებებს და გავიგებთ მათ გამოყენებასა და მახასიათებლებს.

1xxx სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავების გარეშე – 10-დან 27 კსი-მდე მაქსიმალური დაჭიმვის სიმტკიცით) ამ სერიას ხშირად სუფთა ალუმინის სერიას უწოდებენ, რადგან მასში მინიმუმ 99.0% ალუმინის შემცველობაა საჭირო. ისინი შედუღებადია. თუმცა, მათი ვიწრო დნობის დიაპაზონის გამო, მისაღები შედუღების პროცედურების მისაღებად გარკვეული გათვალისწინებებია საჭირო. წარმოებისას, ეს შენადნობები ძირითადად შეირჩევა მათი მაღალი კოროზიისადმი მდგრადობის გამო, მაგალითად, სპეციალიზებულ ქიმიურ ავზებსა და მილსადენებში, ან მათი შესანიშნავი ელექტროგამტარობის გამო, მაგალითად, სალტეების გამოყენებაში. ამ შენადნობებს შედარებით ცუდი მექანიკური თვისებები აქვთ და იშვიათად განიხილება ზოგადი სტრუქტურული გამოყენებისთვის. ეს ბაზისური შენადნობები ხშირად შედუღებულია შესაბამისი შემავსებელი მასალით ან 4xxx შემავსებელი შენადნობებით, გამოყენებისა და შესრულების მოთხოვნების მიხედვით.

2xxx სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავებადი – 27-დან 62 კსი-მდე დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინის/სპილენძის შენადნობები (სპილენძის დანამატები 0.7-დან 6.8%-მდე მერყეობს) და წარმოადგენს მაღალი სიმტკიცის, მაღალი ხარისხის შენადნობებს, რომლებიც ხშირად გამოიყენება აერონავტიკისა და თვითმფრინავების ინდუსტრიაში. მათ აქვთ შესანიშნავი სიმტკიცე ტემპერატურის ფართო დიაპაზონში. ზოგიერთი ამ შენადნობიდან რკალური შედუღების პროცესებით შეუდუღებლად ითვლება ცხელი ბზარების და დაძაბულობის კოროზიის ბზარებისადმი მათი მგრძნობელობის გამო; თუმცა, სხვები ძალიან წარმატებით იწარმოება რკალური შედუღებით სწორი შედუღების პროცედურებით. ეს საბაზისო მასალები ხშირად შედუღებულია მაღალი სიმტკიცის 2xxx სერიის შემავსებლებით, რომლებიც შექმნილია მათი მახასიათებლების შესატყვისად, მაგრამ ზოგჯერ შეიძლება შედუღებული იყოს 4xxx სერიის შემავსებლებით, რომლებიც შეიცავს სილიციუმს ან სილიციუმს და სპილენძს, გამოყენებისა და მომსახურების მოთხოვნების მიხედვით.

3xxx სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავების გარეშე – 16-დან 41 კსი-მდე მაქსიმალური დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინის/მანგანუმის შენადნობები (მანგანუმის დანამატები 0.05-დან 1.8%-მდე მერყეობს) და საშუალო სიმტკიცის, კარგი კოროზიისადმი მდგრადობის, კარგი ფორმირების უნარის მქონე შენადნობებია და შესაფერისია მაღალ ტემპერატურაზე გამოსაყენებლად. მათი ერთ-ერთი პირველი გამოყენება იყო ქვაბებსა და ტაფებში და დღეს ისინი ძირითად კომპონენტს წარმოადგენენ თბოგამცვლელებისთვის სატრანსპორტო საშუალებებსა და ელექტროსადგურებში. თუმცა, მათი საშუალო სიმტკიცე ხშირად ხელს უშლის მათ სტრუქტურულ გამოყენებაში განხილვას. ეს საბაზისო შენადნობები შედუღებულია 1xxx, 4xxx და 5xxx სერიის შემავსებელი შენადნობებით, მათი სპეციფიკური ქიმიური შემადგენლობისა და კონკრეტული გამოყენებისა და მომსახურების მოთხოვნების მიხედვით.

4xxx სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავებადი და არათერმულად დამუშავებადი – 25-დან 55 კსი-მდე დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინის/სილიციუმის შენადნობები (სილიციუმის დანამატები 0.6-დან 21.5%-მდე მერყეობს) და ერთადერთი სერიაა, რომელიც შეიცავს როგორც თერმულად დამუშავებად, ასევე არათერმულად დამუშავებად შენადნობებს. ალუმინზე დამატებული სილიციუმი ამცირებს მის დნობის ტემპერატურას და აუმჯობესებს მის სითხეობას დნობის დროს. ეს მახასიათებლები სასურველია შემავსებელი მასალებისთვის, რომლებიც გამოიყენება როგორც დნობით შედუღების, ასევე შედუღების დროს. შესაბამისად, შენადნობების ეს სერია უპირატესად გვხვდება შემავსებელი მასალის სახით. სილიციუმი, ალუმინში დამოუკიდებლად, არ ექვემდებარება თერმულად დამუშავებას; თუმცა, ამ სილიციუმის შენადნობების ნაწილი შექმნილია მაგნიუმის ან სპილენძის დანამატებით, რაც მათ აძლევს საშუალებას, დადებითად რეაგირება მოახდინონ ხსნარის თერმულ დამუშავებაზე. როგორც წესი, ეს თერმულად დამუშავებადი შემავსებელი შენადნობები გამოიყენება მხოლოდ მაშინ, როდესაც შედუღებული კომპონენტი უნდა დაექვემდებაროს შედუღების შემდგომ თერმულ დამუშავებას.

5xxx სერიის შენადნობები– (არათერმულად დამუშავებადი – 18-დან 51 კსი-მდე დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინის/მაგნიუმის შენადნობები (მაგნიუმის დანამატები 0.2-დან 6.2%-მდე მერყეობს) და აქვთ ყველაზე მაღალი სიმტკიცე არათერმულად დამუშავებულ შენადნობებს შორის. გარდა ამისა, შენადნობების ეს სერია ადვილად შესადუღებელია და ამ მიზეზების გამო ისინი გამოიყენება მრავალფეროვანი დანიშნულებით, როგორიცაა გემთმშენებლობა, ტრანსპორტირება, წნევის ჭურჭლები, ხიდები და შენობები. მაგნიუმის ფუძეზე დამზადებული შენადნობები ხშირად შედუღებულია შემავსებელი შენადნობებით, რომლებიც შეირჩევა ფუძე მასალის მაგნიუმის შემცველობის და შედუღებული კომპონენტის გამოყენებისა და მომსახურების პირობების გათვალისწინებით. ამ სერიის შენადნობები, რომლებიც შეიცავს 3.0%-ზე მეტ მაგნიუმს, არ არის რეკომენდებული 150 გრადუს ფარენჰეიტზე მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობისთვის, მათი მგრძნობელობის გაზრდის და შემდგომი დაძაბულობით გამოწვეული კოროზიის ბზარებისადმი მგრძნობელობის გამო. დაახლოებით 2.5%-ზე ნაკლები მაგნიუმის შემცველი ფუძე შენადნობები ხშირად წარმატებით შედუღებულია 5xxx ან 4xxx სერიის შემავსებელ შენადნობებთან. 5052-ის ძირითადი შენადნობი ზოგადად აღიარებულია, როგორც მაგნიუმის მაქსიმალური შემცველობის მქონე ძირითადი შენადნობი, რომლის შედუღებაც შესაძლებელია 4xxx სერიის შემავსებლის შენადნობთან. ევტექტიკურ დნობასთან დაკავშირებული პრობლემებისა და შედუღების შედეგად მიღებული ცუდი მექანიკური თვისებების გამო, არ არის რეკომენდებული ამ სერიის შენადნობების მასალების შედუღება, რომლებიც შეიცავს მაგნიუმის უფრო მაღალ რაოდენობას 4xxx სერიის შემავსებლებთან. მაღალი მაგნიუმის შემცველობის მქონე ძირითადი მასალები შედუღებულია მხოლოდ 5xxx შემავსებლის შენადნობებთან, რომლებიც ზოგადად შეესაბამება ძირითადი შენადნობის შემადგენლობას.

6XXX სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავებადი – 18-დან 58 კსი-მდე მაქსიმალური დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინ/მაგნიუმის-სილიციუმის შენადნობები (მაგნიუმის და სილიციუმის დანამატები დაახლოებით 1.0%) და ფართოდ გვხვდება შედუღების წარმოების ინდუსტრიაში, ძირითადად გამოიყენება ექსტრუზიების სახით და ინტეგრირებულია მრავალ სტრუქტურულ კომპონენტში. მაგნიუმის და სილიციუმის ალუმინში დამატება წარმოქმნის მაგნიუმის სილიციდის ნაერთს, რომელიც ამ მასალას აძლევს საშუალებას, გაიაროს ხსნარით თერმული დამუშავება გაუმჯობესებული სიმტკიცისთვის. ეს შენადნობები ბუნებრივად მგრძნობიარეა გამყარების ბზარების მიმართ და ამ მიზეზით, ისინი არ უნდა იყოს რკალურად შედუღებული ავტოგენურად (შემავსებლის გარეშე). რკალური შედუღების პროცესში შემავსებლის საკმარისი რაოდენობის დამატება აუცილებელია ძირითადი მასალის განზავების უზრუნველსაყოფად, რითაც თავიდან აცილებულია ცხელი ბზარების წარმოქმნის პრობლემა. ისინი შედუღებულია როგორც 4xxx, ასევე 5xxx შემავსებელი მასალებით, გამოყენებისა და მომსახურების მოთხოვნების მიხედვით.

7XXX სერიის შენადნობები– (თერმულად დამუშავებადი – 32-დან 88 კსი-მდე დაჭიმვის სიმტკიცით) ესენია ალუმინის/თუთიის შენადნობები (თუთიის დანამატები 0.8-დან 12.0%-მდე მერყეობს) და წარმოადგენს ყველაზე მაღალი სიმტკიცის ალუმინის შენადნობებს. ეს შენადნობები ხშირად გამოიყენება მაღალი ხარისხის აპლიკაციებში, როგორიცაა თვითმფრინავები, აერონავტიკა და სპორტული ინვენტარი. შენადნობების 2xxx სერიის მსგავსად, ეს სერია მოიცავს შენადნობებს, რომლებიც რკალური შედუღებისთვის შეუფერებლად ითვლება და სხვა, რომლებიც ხშირად წარმატებით იდუმალდება. ამ სერიის ხშირად შედუღებული შენადნობები, როგორიცაა 7005, უპირატესად შედუღებულია 5xxx სერიის შემავსებელი შენადნობებით.

რეზიუმე- დღევანდელი ალუმინის შენადნობები, მათი სხვადასხვა ხასიათთან ერთად, წარმოების მასალების ფართო და მრავალმხრივ სპექტრს წარმოადგენს. ოპტიმალური პროდუქტის დიზაინისა და წარმატებული შედუღების პროცედურის შემუშავებისთვის მნიშვნელოვანია გავიგოთ არსებული მრავალი შენადნობისა და მათი სხვადასხვა შესრულებისა და შედუღების მახასიათებლების განსხვავებები. ამ სხვადასხვა შენადნობისთვის რკალური შედუღების პროცედურების შემუშავებისას გასათვალისწინებელია შესადუღებელი კონკრეტული შენადნობი. ხშირად ამბობენ, რომ ალუმინის რკალური შედუღება რთული არ არის, „ის უბრალოდ განსხვავებულია“. მე მჯერა, რომ ამ განსხვავებების გაგების მნიშვნელოვანი ნაწილია სხვადასხვა შენადნობების, მათი მახასიათებლებისა და მათი იდენტიფიკაციის სისტემის გაცნობა.