Z rastjo uporabe aluminija v varilni industriji in njegovim sprejetjem kot odlične alternative jeklu za številne aplikacije se povečujejo zahteve, da se tisti, ki sodelujejo pri razvoju aluminijastih projektov, bolje seznanijo s to skupino materialov. Za popolno razumevanje aluminija je priporočljivo, da se najprej seznanite s sistemom identifikacije/označevanja aluminija, številnimi razpoložljivimi aluminijevimi zlitinami in njihovimi značilnostmi.

Sistem označevanja in označevanja aluminijevih zlitin- V Severni Ameriki je za dodeljevanje in registracijo aluminijevih zlitin odgovorno združenje The Aluminum Association Inc. Trenutno je pri združenju Aluminum Association registriranih več kot 400 vrst kovanega aluminija in kovanih aluminijevih zlitin ter več kot 200 aluminijevih zlitin v obliki ulitkov in ingotov. Omejitve kemične sestave zlitin za vse te registrirane zlitine so navedene v dokumentu združenja Aluminum Association.Teal Bookz naslovom »Mednarodne oznake zlitin in mejne vrednosti kemične sestave za kovani aluminij in kovani aluminijeve zlitine« in v njihovihRožnata knjigaz naslovom »Oznake in mejne vrednosti kemijske sestave za aluminijeve zlitine v obliki ulitkov in ingotov«. Te publikacije so lahko izjemno koristne za varilnega inženirja pri razvoju varilnih postopkov in kadar je pomembno upoštevati kemijo in njeno povezavo z občutljivostjo na razpoke.

Aluminijeve zlitine lahko razdelimo v več skupin glede na značilnosti posameznega materiala, kot sta njegova sposobnost odzivanja na toplotno in mehansko obdelavo ter primarni legirni element, dodan aluminijevi zlitini. Ko upoštevamo sistem številčenja/identifikacije, ki se uporablja za aluminijeve zlitine, ugotovimo zgornje značilnosti. Kovani in liti aluminij imata različna sistema identifikacije. Kovani sistem je 4-mestni sistem, ulitki pa 3-mestni sistem z 1 decimalnim mestom.

Sistem označevanja kovanih zlitin- Najprej bomo obravnavali 4-mestni sistem identifikacije kovane aluminijeve zlitine. Prva številka (Xxxx) označuje glavni legirni element, ki je bil dodan aluminijevi zlitini in se pogosto uporablja za opis serije aluminijevih zlitin, tj. serije 1000, serije 2000, serije 3000, vse do serije 8000 (glej tabelo 1).

Druga enomestna številka (xXxx), če se razlikuje od 0, označuje modifikacijo specifične zlitine, tretja in četrta števka (xxXX) so poljubne številke, ki označujejo določeno zlitino v seriji. Primer: V zlitini 5183 številka 5 označuje, da spada v serijo magnezijevih zlitin, 1 pa označuje, da gre za 1.^stmodifikacija originalne zlitine 5083, številka 83 pa jo označuje v seriji 5xxx.

Edina izjema od tega sistema številčenja zlitin so aluminijeve zlitine serije 1xxx (čisti aluminij), pri čemer zadnji dve števki označujeta minimalni odstotek aluminija nad 99 %, tj. zlitina 13.(50)(najmanj 99,50 % aluminija).

SISTEM OZNAČEVANJA KOVANIH ALUMINIJEVIH ZLITIN

Tabela 1

Oznaka lite zlitine- Sistem označevanja litih zlitin temelji na oznaki xxx.x s tremi števkami in decimalnim številom (tj. 356,0). Prva števka (Xxx.x) označuje glavni legirni element, ki je bil dodan aluminijevi zlitini (glej tabelo 2).

SISTEM OZNAČEVANJA LITIH ALUMINIJEVIH ZLITIN

Tabela 2

Druga in tretja števka (xXX.x) so poljubne številke, ki označujejo določeno zlitino v seriji. Številka za decimalno vejico označuje, ali je zlitina ulitek (.0) ali ingot (.1 ali .2). Predpona z veliko začetnico označuje modifikacijo določene zlitine.
Primer: Zlitina – A356.0 velika črka A (Axxx.x) označuje modifikacijo zlitine 356.0. Številka 3 (A3xx.x) pomeni, da je iz serije silicija ter bakra in/ali magnezija. 56 v (Ax56.0) označuje zlitino znotraj serije 3xx.x, .0 (Axxx.0) pomeni, da gre za ulitek končne oblike in ne za ingot.

Sistem označevanja temperacije aluminija -Če pogledamo različne serije aluminijevih zlitin, bomo videli, da obstajajo precejšnje razlike v njihovih značilnostih in posledični uporabi. Prva stvar, ki jo je treba prepoznati po razumevanju sistema identifikacije, je, da znotraj zgoraj omenjene serije obstajata dve izrazito različni vrsti aluminija. To so toplotno obdelane aluminijeve zlitine (tiste, ki lahko pridobijo trdnost z dodajanjem toplote) in toplotno neobdelane aluminijeve zlitine. Ta razlika je še posebej pomembna pri obravnavi vpliva obločnega varjenja na ti dve vrsti materialov.

Kovane aluminijeve zlitine serij 1xxx, 3xxx in 5xxx niso toplotno obdelane in so lahko samo utrjene z deformacijo. Kovane aluminijeve zlitine serij 2xxx, 6xxx in 7xxx so toplotno obdelane, serija 4xxx pa je sestavljena iz toplotno obdelanih in toplotno neobdelanih zlitin. Lite zlitine serij 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x in 7xx.x so toplotno obdelane. Ulitki se običajno ne utrjujejo z deformacijo.

Toplotno obdelane zlitine pridobijo svoje optimalne mehanske lastnosti s postopkom toplotne obdelave, pri čemer sta najpogostejši toplotni obdelavi z raztopino in umetno staranje. Raztopina je postopek segrevanja zlitine na povišano temperaturo (okoli 990 °F), da se legirni elementi ali spojine raztopijo. Sledi kaljenje, običajno v vodi, da se dobi prenasičena raztopina pri sobni temperaturi. Raztopini običajno sledi staranje. Staranje je izločanje dela elementov ali spojin iz prenasičene raztopine, da se dosežejo zaželene lastnosti.

Zlitine, ki jih ni mogoče toplotno obdelati, pridobijo svoje optimalne mehanske lastnosti z deformacijskim utrjevanjem. Deformacijsko utrjevanje je metoda za povečanje trdnosti z uporabo hladne obdelave. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

OSNOVNE OZNAKE TEMPERATURE

Tabela 3

Poleg osnovne oznake stanja obstajata dve podkategoriji, ena se nanaša na stanje »H« – utrjevanje, druga pa na stanje »T« – termično obdelano.

Podrazdelitve H-temperature – utrjevanje z deformacijo

Prva številka za črko H označuje osnovno operacijo:
H1– Samo utrjeno z deformacijo.
H2– Utrjeno in delno žarjeno.
H3– Utrjeno in stabilizirano.
H4– Kaljeno in lakirano ali barvano.

Druga številka za črko H označuje stopnjo utrjevanja:
HX2– Četrtinska trda HX4– Napol trdi HX6– Tri četrtine težko
HX8– Popolnoma trd HX9– Zelo trdo

Podrazdelitve T-temperature – termično obdelano

T1- Naravno starano po ohlajanju pri postopku oblikovanja pri povišani temperaturi, kot je ekstrudiranje.
T2- Hladno obdelano po ohlajanju po oblikovanju pri povišani temperaturi in nato naravno starano.
T3- Toplotno obdelano, hladno obdelano in naravno starano.
T4- Toplotno obdelano in naravno starano.
T5- Umetno starano po ohlajanju zaradi oblikovanja pri povišani temperaturi.
T6- Toplotno obdelano in umetno starano.
T7- Toplotno obdelano in stabilizirano (predzorano).
T8- Toplotno obdelano, hladno obdelano in umetno starano.
T9- Toplotno obdelano, umetno starano in hladno obdelano.
T10- Hladno obdelano po ohlajanju iz postopka oblikovanja pri povišani temperaturi in nato umetno starano.

Dodatne številke označujejo lajšanje stresa.
Primeri:
TX51ali TXX51– Stres se sprošča z raztezanjem.
TX52ali TXX52– Stres se sprosti s stiskanjem.

Aluminijeve zlitine in njihove značilnosti- Če upoštevamo sedem serij kovanih aluminijevih zlitin, bomo cenili njihove razlike in razumeli njihovo uporabo in značilnosti.

Zlitine serije 1xxx– (niso toplotno obdelane – z natezno trdnostjo od 10 do 27 ksi) se ta serija pogosto imenuje serija čistega aluminija, ker mora vsebovati najmanj 99,0 % aluminija. So varljive. Vendar pa zaradi ozkega območja taljenja zahtevajo določene premisleke za izdelavo sprejemljivih varilnih postopkov. Pri izdelavi so te zlitine izbrane predvsem zaradi svoje vrhunske odpornosti proti koroziji, na primer v specializiranih kemičnih rezervoarjih in ceveh, ali zaradi svoje odlične električne prevodnosti, kot je uporaba v vodilih. Te zlitine imajo relativno slabe mehanske lastnosti in bi se redko upoštevale za splošne konstrukcijske aplikacije. Te osnovne zlitine se pogosto varijo z ustreznim dodajnim materialom ali z dodajnimi zlitinami 4xxx, odvisno od uporabe in zahtev glede zmogljivosti.

Zlitine serije 2xxx– (toplotno obdelane – z natezno trdnostjo od 27 do 62 ksi) so aluminijeve/bakrene zlitine (dodatek bakra se giblje od 0,7 do 6,8 %) in so visoko trdne in visokozmogljive zlitine, ki se pogosto uporabljajo v vesoljski in letalski industriji. Imajo odlično trdnost v širokem temperaturnem območju. Nekatere od teh zlitin veljajo za nevarljive z obločnim varjenjem zaradi njihove dovzetnosti za vroče razpoke in napetostno korozijsko razpoke; druge pa se z ustreznimi varilnimi postopki zelo uspešno obločno varijo. Ti osnovni materiali se pogosto varijo z visoko trdnostnimi polnili serije 2xxx, ki so zasnovana tako, da ustrezajo njihovim lastnostim, včasih pa jih je mogoče variti s polnili serije 4xxx, ki vsebujejo silicij ali silicij in baker, odvisno od uporabe in zahtev glede uporabe.

Zlitine serije 3xxx– (niso toplotno obdelane – z natezno trdnostjo od 16 do 41 ksi) To so aluminijeve/manganove zlitine (dodatek mangana se giblje od 0,05 do 1,8 %), ki so zmerne trdnosti, imajo dobro odpornost proti koroziji, dobro oblikovnost in so primerne za uporabo pri povišanih temperaturah. Ena njihovih prvih uporab so bili lonci in ponve, danes pa so glavna sestavina toplotnih izmenjevalnikov v vozilih in elektrarnah. Vendar pa njihova zmerna trdnost pogosto preprečuje njihovo uporabo v konstrukcijah. Te osnovne zlitine se varijo z dodajnimi zlitinami serije 1xxx, 4xxx in 5xxx, odvisno od njihove specifične kemijske sestave ter posebnih zahtev glede uporabe in uporabe.

Zlitine serije 4xxx– (toplotno obdelane in toplotno neobdelane – z natezno trdnostjo od 25 do 55 ksi) To so aluminijeve/silicijeve zlitine (dodatek silicija se giblje od 0,6 do 21,5 %) in so edina serija, ki vsebuje tako toplotno obdelane kot toplotno neobdelane zlitine. Silicij, dodan aluminiju, zniža njegovo tališče in izboljša njegovo tekočnost v staljenem stanju. Te lastnosti so zaželene za polnilne materiale, ki se uporabljajo tako za talilno varjenje kot za spajkanje. Posledično se ta serija zlitin pretežno uporablja kot polnilni material. Silicij, neodvisno od aluminija, ni toplotno obdelan; vendar je bilo več teh silicijevih zlitin zasnovanih tako, da vsebujejo dodatke magnezija ali bakra, kar jim omogoča, da se ugodno odzivajo na toplotno obdelavo z raztopino. Običajno se te toplotno obdelane polnilne zlitine uporabljajo le, kadar je treba varjeni del po varjenju toplotno obdelati.

Zlitine serije 5xxx– (netoplotno neobdelane – z natezno trdnostjo od 18 do 51 ksi) To so aluminijeve/magnezijeve zlitine (dodatek magnezija se giblje od 0,2 do 6,2 %) in imajo najvišjo trdnost med toplotno neobdelanimi zlitinami. Poleg tega je ta serija zlitin zlahka varljiva in se zaradi tega uporablja za široko paleto aplikacij, kot so ladjedelništvo, transport, tlačne posode, mostovi in ​​zgradbe. Zlitine na osnovi magnezija se pogosto varijo z polnili, ki so izbrane po upoštevanju vsebnosti magnezija v osnovnem materialu ter pogojev uporabe in obratovanja varjenega sestavnega dela. Zlitine v tej seriji z več kot 3,0 % magnezija niso priporočljive za delovanje pri povišanih temperaturah nad 150 °F zaradi njihovega potenciala za senzibilizacijo in posledično dovzetnost za razpoke zaradi napetostne korozije. Osnovne zlitine z manj kot približno 2,5 % magnezija se pogosto uspešno varijo z polnili serije 5xxx ali 4xxx. Osnovna zlitina 5052 je na splošno priznana kot osnovna zlitina z največjo vsebnostjo magnezija, ki jo je mogoče variti z polnili serije 4xxx. Zaradi težav, povezanih z evtektičnim taljenjem in s tem povezanimi slabimi mehanskimi lastnostmi po varjenju, ni priporočljivo variti materialov iz te serije zlitin, ki vsebujejo večje količine magnezija, z polnili serije 4xxx. Osnovni materiali z višjo vsebnostjo magnezija se varijo le z polnili serije 5xxx, ki se običajno ujemajo z osnovno zlitino.

Zlitine serije 6XXX– (toplotno obdelane – z natezno trdnostjo od 18 do 58 ksi) To so zlitine aluminija / magnezija in silicija (dodatek magnezija in silicija približno 1,0 %), ki se pogosto uporabljajo v varilni industriji, uporabljajo se predvsem v obliki ekstruzij in so vključene v številne konstrukcijske komponente. Z dodatkom magnezija in silicija aluminiju nastane spojina magnezijevega silicida, ki temu materialu omogoča toplotno obdelavo z raztopino za izboljšano trdnost. Te zlitine so naravno občutljive na razpoke pri strjevanju, zato jih ne smemo avtogeno obločno variti (brez dodatnega materiala). Dodatek zadostnih količin dodatnega materiala med postopkom obločnega varjenja je bistvenega pomena za redčenje osnovnega materiala in s tem preprečevanje težav z vročimi razpokami. Varijo se z dodatnimi materiali 4xxx in 5xxx, odvisno od uporabe in zahtev glede uporabe.

Zlitine serije 7XXX– (toplotno obdelane – z natezno trdnostjo od 32 do 88 ksi) To so aluminijeve/cinkove zlitine (dodatek cinka se giblje od 0,8 do 12,0 %) in predstavljajo nekatere aluminijeve zlitine z najvišjo trdnostjo. Te zlitine se pogosto uporabljajo v visokozmogljivih aplikacijah, kot so letala, vesoljska industrija in tekmovalna športna oprema. Tako kot serija zlitin 2xxx tudi ta serija vključuje zlitine, ki veljajo za neprimerne kandidate za obločno varjenje, in druge, ki se pogosto uspešno obločno varijo. Pogosto varjene zlitine v tej seriji, kot je 7005, se pretežno varijo z dodajnimi zlitinami serije 5xxx.

Povzetek- Današnje aluminijeve zlitine skupaj z različnimi trdnostmi obsegajo široko in vsestransko paleto proizvodnih materialov. Za optimalno zasnovo izdelkov in uspešen razvoj varilnih postopkov je pomembno razumeti razlike med številnimi razpoložljivimi zlitinami ter njihove različne lastnosti delovanja in varivosti. Pri razvoju postopkov obločnega varjenja za te različne zlitine je treba upoštevati specifično zlitino, ki jo varimo. Pogosto se reče, da obločno varjenje aluminija ni težko, »je le drugačno«. Verjamem, da je pomemben del razumevanja teh razlik seznanitev z različnimi zlitinami, njihovimi značilnostmi in njihovim sistemom identifikacije.