مواد با ويژگي هاي مختلف مثل استحكام ، داكتيليته ، مقاومت به شكست و مقاومت به خوردگي تنشي مورد نياز صنايع است؛ بخصوص براي كاربرد هايي در ساختارهاي عملياتي كه در زير بارگذاري سنگين به همراه حد بالايي از ايمني هستند مثل هواپيماها و راكت ها.
آلياژهاي آلومينيم به علت نسبت مناسب استحكام به چگالي ، كاربرد هاي گسترده اي در ساختارهاي مخصوص كارهاي سنگين پيدا كرده اند. يك نمونه از اين آلياژها ، آلياژهاي AlZnMgCu است كه استحكام بالايي از خود نشان مي دهند. اما گاهي اوقات در معرض شكست و خوردگي تنشي هستند.
◄ خواص مكانيكي آلياژهاي AlZnMgCu وابسته به موارد زير است :
1- تركيب شيميايي ، مقدمتا مجموع مقادير Zn + Mg و نسبت Zn/Mg
2- وجود Mn ، Cr ، Zr و ناخالصي هاي Si و Fe
3- ريز ساختار ناشي از توليد ترمو مكانيكي و شرايط عمليات حرارتي ؛ به طور مثال مورفولوژي ، توزيع و حجم اجزاء فاز اينترمتاليك (IM ) و بافت آلياژ
◄ در ريز ساختار آلياژ AlZnMgCu ، وجود سه نوع از اجزاء قابل انتظار است :
1- اجزاء درشت ، 0.1 to 10 mm ، توليد شده در طي تبلور ( انجماد ) ، بيشتر فاز هاي IM نامحلول ، غني از Fe و Si هستند. اين فازها نقطه ضعف هايي در رابطه با خواص مقاومت به شكست هستند.
2- اجزاء ميان مرحله اي ، غني از Mn ، Cr ، Zr با سايز 0.05 to 0.5 mm
3- اجزاء كوچك ، با اندازه 0.01 to 0.5 mm ، تشكيل شده از تجزيه محلول جامد - رسوب حرارتي ( پير سازي )
با توجه به نياز بر گسترش آلياژ هاي آلومينيوم با استحكام كششي بالاي 650 MPa و داكتيليته و تافنس شكست رضايت بخش ، چندين آلياژ با مقدار Zn بين 6 و 8.8% ، منيزيم بين 2.15 تا 3.5% طراحي شده اند.
براي اينكه يك ديد بهتر بدست بياوريم در تاثيرات متالوژيكي از كار سرد و گرم ، ترمومكانيكي و عمليات حرارتي روي تغييرات ميكرو ساختار و خواص مكانيكي چندين آزمايش با آلياژهاي طراحي شده انجام شده است. مورفولوژي و توزيع فازهاي نامحلول با سايز بالاي 0.6 µm بوسيله آناليز كمي متالوگرافي بدست آمده است و تاثير آنها روي مقاومت به شكست ارزيابي شده است.
خواص كششي ، استحكام نهايي Rm و استحكام تسليم RP0.2 براي يك نمونه نسبتا كوچك ( قطر 8 mm) اندازه گيري شده است. گراف شكل يك نشان دهنده نتيجه آزمايش روي آلياژ( 200 heats of AlZnMgCu) است كه براي 2 ساعت در 460oC عمليات حرارتي شده سپس در آب كوئنچ شده و در نهايت در يك مرحله ايج شده است ( 120oC/24h ).
|
Alloy |
Chemical composition (wt %) |
Impurities |
||||||
|
Design. |
Zn |
Mg |
Cu |
Mn |
Cr |
Zr |
Fe |
Si |
|
A02 |
6.00 |
2.20 |
2.58 |
0.28 |
0.25 |
0.15 |
0.28 |
0.11 |
|
B01 |
7.15 |
3.15 |
1.53 |
0.23 |
0.22 |
0.15 |
0.28 |
0.11 |
|
C02 |
7.38 |
2.21 |
1.44 |
0.29 |
0.24 |
0.15 |
0.28 |
0.11 |
|
C03 |
7.20 |
2.21 |
1.44 |
0.29 |
0.24 |
0.15 |
0.21 |
0.06 |
|
C04 |
7.20 |
2.15 |
1.46 |
0.28 |
0.16 |
0.12 |
0.12 |
0.05 |
|
D02 |
8.30 |
3.30 |
1.63 |
0.24 |
0.23 |
0.15 |
0.28 |
0.15 |
|
D03 |
8.20 |
2.35 |
1.45 |
0.29 |
0.19 |
0.15 |
0.15 |
0.07 |
|
D04 |
8.80 |
3.50 |
1.45 |
0.27 |
0.21 |
0.15 |
0.14 |
0.07 |
جدول 1- تركيب شيميايي آلياژهاي آزمايش شده
از روي نتايج آماري روابط زير براي درصد Mn و Zn قابل استخراج است :
Rm = 461.74 + 20.16 Zn + 33.82 Mg
RP0.2 = 350.81 + 28.40 Zn + 35.10 Mg
تافنس شكست كرنش صفحه اي ، KIC ، بر طبق ASTM E 399 on SE (B) اندازه گيري شده است. خستگي قبل از شكست با يك ماشين با ضربانهاي فركانس بالا توليد شده است.
a) b)
شكل 1- تاثير Mg و Zn روي a ) استحكام تسليم b) استحكام نهايي از آلياژ AlZnMgCu
شكل 2 نتايج بدست آمده براي چندين آلياژ از درصد هاي متفاوت Zn و Mg را نشان مي دهد. كه بر طبق روش بالا توليد شده اند. ارتباط بين تافنس شكست با در صد Zn و Mg بوسيله رابطه زير نشان داده مي شود :
KIC = 66.78 - 2.6 Zn - 7.22 Mg
شكل 2- تاثير درصد Zn و Mg روي تافنس شكست از آلياژ AlZnMgCu
براي اينكه ديد بهتري نسبت به خوص مكانيكي بدست بياوريم ، در شكل 3 مقادير KIC همراه با استحكام هاي تسليم متفاوت براي آلياژهاي تست شده نشان داده مي شود. با توجه به شكل 3 واضح است كه آلياژهاي سري C0 مي توانند پذيرفته شوند به عنوان بيشترين احتمال در رابطه با استحكام و مقاومت به شكست. ناحيه KIC پيشنهاد شده بين 28.9 و 41.4 MPa m1/2 براي استحكام تسليم بين 630 و