Līdz ar alumīnija pieaugošo izmantošanu metināšanas rūpniecībā un tā pieņemšanu kā lielisku alternatīvu tēraudam daudzos pielietojumos, pieaug prasības tiem, kas iesaistīti alumīnija projektu izstrādē, labāk iepazīties ar šo materiālu grupu. Lai pilnībā izprastu alumīniju, ieteicams sākt ar iepazīšanos ar alumīnija identifikācijas/apzīmējumu sistēmu, daudzajiem pieejamajiem alumīnija sakausējumiem un to īpašībām.

Alumīnija sakausējuma rūdīšanas un apzīmējumu sistēma- Ziemeļamerikā par alumīnija sakausējumu piešķiršanu un reģistrāciju ir atbildīga Alumīnija asociācija (The Aluminum Association Inc.). Pašlaik Alumīnija asociācijā ir reģistrēti vairāk nekā 400 kalta alumīnija un kalta alumīnija sakausējumu, kā arī vairāk nekā 200 alumīnija sakausējumu lējumu un lietņu veidā. Visu šo reģistrēto sakausējumu ķīmiskā sastāva robežvērtības ir norādītas Alumīnija asociācijas dokumentos.Zilganzaļa grāmataar nosaukumu “Starptautiskie sakausējumu apzīmējumi un ķīmiskā sastāva robežas kaltam alumīnijam un kalta alumīnija sakausējumiem” un toRozā grāmataar nosaukumu “Alumīnija sakausējumu apzīmējumi un ķīmiskā sastāva robežas lējumu un lietņu veidā”. Šīs publikācijas var būt ārkārtīgi noderīgas metināšanas inženierim, izstrādājot metināšanas procedūras un gadījumos, kad ir svarīgi ņemt vērā ķīmiju un tās saistību ar plaisu jutību.

Alumīnija sakausējumus var iedalīt vairākās grupās, pamatojoties uz konkrētā materiāla īpašībām, piemēram, tā spēju reaģēt uz termisko un mehānisko apstrādi un primāro leģējošo elementu, kas pievienots alumīnija sakausējumam. Apsverot alumīnija sakausējumu numerācijas/identifikācijas sistēmu, tiek identificētas iepriekš minētās īpašības. Kaltajiem un lietiem alumīnijiem ir atšķirīgas identifikācijas sistēmas. Kaltajiem modeļiem ir 4 ciparu sistēma, bet lējumiem - 3 ciparu un 1 zīmes decimāldaļas sistēma.

Kaltu sakausējumu apzīmējumu sistēma- Vispirms apskatīsim 4 ciparu kalta alumīnija sakausējuma identifikācijas sistēmu. Pirmais cipars (Xxxx) norāda galveno leģējošo elementu, kas pievienots alumīnija sakausējumam, un to bieži izmanto, lai aprakstītu alumīnija sakausējuma sērijas, piemēram, 1000. sērija, 2000. sērija, 3000. sērija un līdz pat 8000. sērijai (sk. 1. tabulu).

Otrais viencipars (xXxx), ja atšķiras no 0, norāda uz konkrētā sakausējuma modifikāciju, un trešais un ceturtais cipars (xxXX) ir patvaļīgi skaitļi, kas doti, lai identificētu konkrētu sakausējumu sērijā. Piemērs: sakausējumā 5183 skaitlis 5 norāda, ka tas pieder magnija sakausējuma sērijai, skaitlis 1 norāda, ka tas ir 1.^stsākotnējā sakausējuma 5083 modifikācija, un 83 to identificē 5xxx sērijā.

Vienīgais izņēmums no šīs sakausējumu numerācijas sistēmas ir 1xxx sērijas alumīnija sakausējumi (tīri alumīniji), un šajā gadījumā pēdējie 2 cipari norāda minimālo alumīnija procentuālo daudzumu virs 99%, t.i., 13. sakausējums.(50)(Vismaz 99,50% alumīnija).

Kalta alumīnija sakausējuma apzīmējumu sistēma

1. tabula

Lietā sakausējuma apzīmējums- Lieto sakausējumu apzīmējumu sistēma ir balstīta uz 3 ciparu plus decimālskaitļa apzīmējumu xxx.x (t. i., 356,0). Pirmais cipars (Xxx.x) norāda galveno leģējošo elementu, kas pievienots alumīnija sakausējumam (sk. 2. tabulu).

LIETĀ ALUMĪNIJA SAKAUSĒJUMA APZĪMĒJUMU SISTĒMA

2. tabula

Otrais un trešais cipars (xXX.x) ir patvaļīgi skaitļi, kas doti, lai identificētu konkrētu sakausējumu sērijā. Skaitlis aiz komata norāda, vai sakausējums ir lējums (.0) vai lietnis (.1 vai .2). Lielā burta prefikss norāda uz konkrēta sakausējuma modifikāciju.
Piemērs: Sakausējums – A356.0 ar lielo burtu A (Axxx.x) norāda sakausējuma 356.0 modifikāciju. Skaitlis 3 (A3xx.x) norāda, ka tas ir no silīcija plus vara un/vai magnija sērijas. 56 collas (Ax56.0) apzīmē sakausējumu 3xx.x sērijā, un .0 (Axxx.0) norāda, ka tas ir galīgās formas lējums, nevis lietnis.

Alumīnija rūdījuma apzīmējumu sistēma —Ja aplūkosim dažādās alumīnija sakausējumu sērijas, redzēsim, ka to īpašībās un no tā izrietošajā pielietojumā pastāv ievērojamas atšķirības. Pirmais, kas jāatzīst pēc identifikācijas sistēmas izpratnes, ir tas, ka iepriekš minētajā sērijā ir divi atšķirīgi alumīnija veidi. Tie ir termiski apstrādājamie alumīnija sakausējumi (tie, kas var iegūt stiprību, pievienojot siltumu) un termiski neapstrādājamie alumīnija sakausējumi. Šī atšķirība ir īpaši svarīga, apsverot loka metināšanas ietekmi uz šiem diviem materiālu veidiem.

1xxx, 3xxx un 5xxx sērijas kaltie alumīnija sakausējumi nav termiski apstrādājami un ir tikai deformācijas sacietināmi. 2xxx, 6xxx un 7xxx sērijas kaltie alumīnija sakausējumi ir termiski apstrādājami, un 4xxx sērija sastāv gan no termiski apstrādājamiem, gan termiski neapstrādājamiem sakausējumiem. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x un 7xx.x sērijas lietie sakausējumi ir termiski apstrādājami. Deformācijas sacietēšana parasti netiek piemērota lējumiem.

Termiski apstrādājamie sakausējumi iegūst savas optimālās mehāniskās īpašības termiskās apstrādes procesā, un visizplatītākās termiskās apstrādes metodes ir šķīdināšana un mākslīgā novecošana. Šķīduma termiskā apstrāde ir sakausējuma uzkarsēšanas process paaugstinātā temperatūrā (aptuveni 990 °F), lai leģējošos elementus vai savienojumus ievietotu šķīdumā. Pēc tam seko dzēšana, parasti ūdenī, lai istabas temperatūrā iegūtu pārsātinātu šķīdumu. Pēc šķīdināšanas termiskās apstrādes parasti seko novecošana. Novecošana ir daļas elementu vai savienojumu nogulsnēšanās no pārsātināta šķīduma, lai iegūtu vēlamās īpašības.

Termiski neapstrādājami sakausējumi iegūst savas optimālās mehāniskās īpašības, izmantojot deformācijas sacietēšanu. Deformācijas sacietēšana ir metode izturības palielināšanai, izmantojot auksto apstrādi. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

PAMATA TEMPERA APZĪMĒJUMI

3. tabula

Papildus pamata rūdījuma apzīmējumam ir divas apakškategorijas: viena attiecas uz “H” rūdījumu — deformācijas sacietēšanu, bet otra — uz “T” rūdījumu — termiski apstrādātu apzīmējumu.

H apakšnodaļas — rūdīta deformācija

Pirmais cipars aiz H norāda uz pamata darbību:
H1– Tikai deformācijas rūdīts.
H2– Sacietēts deformācijas ceļā un daļēji atkvēlināts.
H3– Sacietēts deformācijas laikā un stabilizēts.
H4– Rūdīts celmā un lakots vai krāsots.

Otrais cipars aiz H norāda deformācijas sacietēšanas pakāpi:
HX2– Ceturtdaļas cietais HX4– Pusciets HX6– Trīs ceturtdaļas grūti
HX8– Pilnībā ciets HX9– Īpaši ciets

T temperatūras apakšnodaļas – termiski apstrādātas

T1- Dabiski novecots pēc atdzesēšanas paaugstinātā temperatūrā veidotā procesā, piemēram, ekstrudējot.
T2- Aukstā apstrāde pēc atdzesēšanas paaugstinātā temperatūrā veidotā procesā un pēc tam dabiska novecošana.
T3- Šķīduma termiskā apstrāde, aukstuma apstrāde un dabiska novecošana.
T4- šķīdumā termiski apstrādāts un dabiski novecots.
T5- Mākslīgi novecots pēc atdzesēšanas paaugstinātā temperatūrā veidotā procesā.
T6- Šķīduma termiskā apstrāde un mākslīgā novecošana.
T7- Šķīduma termiskā apstrāde un stabilizācija (pārizturēšana).
T8- Šķīduma termiskā apstrāde, aukstuma apstrāde un mākslīgā vecināšana.
T9- Šķīduma termiskā apstrāde, mākslīgā vecināšana un aukstuma apstrāde.
T10- Aukstā apstrāde pēc atdzesēšanas paaugstinātā temperatūrā veidotā procesā un pēc tam mākslīga novecošana.

Papildu cipari norāda uz stresa mazināšanos.
Piemēri:
TX51vai TXX51– Stresa mazināšana, stiepjoties.
TX52vai TXX52– Stress tiek mazināts, saspiežot.

Alumīnija sakausējumi un to raksturojums- Ja ņemsim vērā septiņas kalto alumīnija sakausējumu sērijas, mēs novērtēsim to atšķirības un sapratīsim to pielietojumu un īpašības.

1xxx sērijas sakausējumi– (nav termiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 10 līdz 27 ksi) šo sēriju bieži dēvē par tīra alumīnija sēriju, jo tai ir jāsatur vismaz 99,0% alumīnija. Tās ir metināmas. Tomēr to šaurā kušanas diapazona dēļ ir jāņem vērā daži apsvērumi, lai nodrošinātu pieņemamas metināšanas procedūras. Izgatavojot šos sakausējumus, tie galvenokārt tiek izvēlēti to augstākās izturības pret koroziju dēļ, piemēram, specializētās ķīmiskajās tvertnēs un cauruļvados, vai to lieliskās elektrovadītspējas dēļ, piemēram, kopņu stieņu pielietojumos. Šiem sakausējumiem ir relatīvi sliktas mehāniskās īpašības, un tos reti apsver vispārīgiem konstrukcijas pielietojumiem. Šie pamatsakausējumi bieži tiek metināti ar atbilstošu pildvielu vai 4xxx pildvielas sakausējumiem atkarībā no pielietojuma un veiktspējas prasībām.

2xxx sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 27 līdz 62 ksi) tie ir alumīnija/vara sakausējumi (vara piedevas no 0,7 līdz 6,8%), un tie ir augstas izturības, augstas veiktspējas sakausējumi, ko bieži izmanto kosmosa un lidmašīnu lietojumos. Tiem ir lieliska izturība plašā temperatūras diapazonā. Daži no šiem sakausējumiem tiek uzskatīti par nemetināmiem loka metināšanas procesos to uzņēmības pret karstām plaisām un sprieguma korozijas plaisām dēļ; tomēr citi tiek ļoti veiksmīgi metināti loka metināšanā, izmantojot pareizas metināšanas procedūras. Šie pamatmateriāli bieži tiek metināti ar augstas izturības 2xxx sērijas pildvielu sakausējumiem, kas paredzēti, lai atbilstu to veiktspējai, bet dažreiz tos var metināt ar 4xxx sērijas pildvielām, kas satur silīciju vai silīciju un varu, atkarībā no pielietojuma un ekspluatācijas prasībām.

3xxx sērijas sakausējumi– (nav termiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 16 līdz 41 ksi) Tie ir alumīnija/mangāna sakausējumi (mangāna piedevas no 0,05 līdz 1,8%), un tiem ir vidēja izturība, laba izturība pret koroziju, laba formējamība un tie ir piemēroti lietošanai paaugstinātā temperatūrā. Viens no to pirmajiem pielietojumiem bija katli un pannas, un mūsdienās tie ir galvenā sastāvdaļa siltummaiņiem transportlīdzekļos un spēkstacijās. Tomēr to mērenā izturība bieži vien liedz tos apsvērt strukturāliem pielietojumiem. Šie pamatsakausējumi tiek metināti ar 1xxx, 4xxx un 5xxx sērijas pildvielu sakausējumiem atkarībā no to specifiskā ķīmiskā sastāva un konkrētā pielietojuma un ekspluatācijas prasībām.

4xxx sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājami un termiski neapstrādājami – ar galīgo stiepes izturību no 25 līdz 55 ksi) Tie ir alumīnija/silīcija sakausējumi (silīcija piedevas no 0,6 līdz 21,5%), un tā ir vienīgā sērija, kas satur gan termiski apstrādājamus, gan termiski neapstrādājamus sakausējumus. Silīcijs, pievienojot alumīnijam, samazina tā kušanas temperatūru un uzlabo tā plūstamību izkausētā stāvoklī. Šīs īpašības ir vēlamas pildvielām, ko izmanto gan kausēšanas metināšanai, gan lodēšanai. Līdz ar to šī sakausējumu sērija galvenokārt tiek izmantota kā pildviela. Silīcijs, neatkarīgi no alumīnija, nav termiski apstrādājams; tomēr vairāki no šiem silīcija sakausējumiem ir izstrādāti ar magnija vai vara piedevām, kas nodrošina tiem spēju labvēlīgi reaģēt uz šķīdināšanas termisko apstrādi. Parasti šos termiski apstrādājamos pildvielas sakausējumus izmanto tikai tad, ja metinātā detaļa ir jāpakļauj termiskai apstrādei pēc metināšanas.

5xxx sērijas sakausējumi– (netermiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 18 līdz 51 ksi) Tie ir alumīnija/magnija sakausējumi (magnija piedevas no 0,2 līdz 6,2%), un tiem ir visaugstākā izturība no termiski neapstrādātajiem sakausējumiem. Turklāt šī sakausējumu sērija ir viegli metināma, un šo iemeslu dēļ tos izmanto dažādiem pielietojumiem, piemēram, kuģu būvē, transportā, spiedtvertnēs, tiltos un ēkās. Magnija sakausējumus bieži metina ar pildvielām, kuras izvēlas, ņemot vērā pamatmateriāla magnija saturu, kā arī metinātā komponenta pielietojuma un ekspluatācijas apstākļus. Šīs sērijas sakausējumi ar vairāk nekā 3,0% magnija nav ieteicami lietošanai paaugstinātā temperatūrā virs 150°F (75°C) to iespējamās sensibilizācijas un sekojošās uzņēmības pret sprieguma korozijas plaisāšanu dēļ. Pamata sakausējumi ar mazāk nekā aptuveni 2,5% magnija bieži tiek veiksmīgi metināti ar 5xxx vai 4xxx sērijas pildvielām. Pamata sakausējums 5052 parasti tiek atzīts par maksimālo magnija saturu saturošu pamatsakausējumu, ko var metināt ar 4xxx sērijas pildvielām. Ar eitektisko kušanu saistīto problēmu un ar to saistīto slikto metināto mehānisko īpašību dēļ nav ieteicams metināt šīs sakausējumu sērijas materiālus, kas satur lielāku magnija daudzumu, ar 4xxx sērijas pildvielām. Materiāli ar augstāku magnija saturu tiek metināti tikai ar 5xxx pildvielu sakausējumiem, kuru sastāvs parasti atbilst bāzes sakausējuma sastāvam.

6XXX sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 18 līdz 58 ksi) Tie ir alumīnija/magnija un silīcija sakausējumi (magnija un silīcija piedevas aptuveni 1,0%), un tie ir plaši sastopami metināšanas rūpniecībā, galvenokārt tiek izmantoti ekstrūziju veidā un iekļauti daudzās konstrukcijas sastāvdaļās. Magnija un silīcija pievienošana alumīnijam rada magnija-silīcija savienojumu, kas nodrošina šim materiālam spēju tikt pakļautam šķīduma termiskai apstrādei, lai uzlabotu izturību. Šie sakausējumi ir dabiski jutīgi pret sacietēšanas plaisām, un šī iemesla dēļ tos nedrīkst metināt ar loka metināšanu autogēnā veidā (bez pildvielas). Pietiekama daudzuma pildvielas pievienošana loka metināšanas procesā ir būtiska, lai nodrošinātu pamatmateriāla atšķaidīšanu, tādējādi novēršot karstās plaisāšanas problēmu. Tie tiek metināti gan ar 4xxx, gan 5xxx pildvielām atkarībā no pielietojuma un ekspluatācijas prasībām.

7XXX sērijas sakausējumi– (termiski apstrādājams – ar galīgo stiepes izturību no 32 līdz 88 ksi) Tie ir alumīnija/cinka sakausējumi (cinka piedevas no 0,8 līdz 12,0%) un ietver vienus no visaugstākās izturības alumīnija sakausējumiem. Šos sakausējumus bieži izmanto augstas veiktspējas lietojumprogrammās, piemēram, lidmašīnās, kosmiskajā aviācijā un sacensību sporta aprīkojumā. Tāpat kā 2xxx sakausējumu sērija, arī šī sērija ietver sakausējumus, kas tiek uzskatīti par nepiemērotiem loka metināšanai, un citus, kurus bieži vien veiksmīgi metina ar loka metināšanu. Šīs sērijas visbiežāk metinātie sakausējumi, piemēram, 7005, galvenokārt tiek metināti ar 5xxx sērijas pildvielas sakausējumiem.

Kopsavilkums- Mūsdienu alumīnija sakausējumi kopā ar to dažādajām temperatūrām veido plašu un daudzpusīgu ražošanas materiālu klāstu. Lai nodrošinātu optimālu produktu dizainu un veiksmīgu metināšanas procedūru izstrādi, ir svarīgi izprast atšķirības starp daudzajiem pieejamajiem sakausējumiem un to dažādajām veiktspējas un metināmības īpašībām. Izstrādājot loka metināšanas procedūras šiem dažādajiem sakausējumiem, jāņem vērā konkrētais metināmais sakausējums. Bieži tiek teikts, ka alumīnija loka metināšana nav sarežģīta, "tā ir tikai atšķirīga". Es uzskatu, ka svarīga šo atšķirību izpratnes sastāvdaļa ir iepazīties ar dažādiem sakausējumiem, to īpašībām un identifikācijas sistēmu.