Metallurgy - Methods of Metallography of Aluminum By:Milad Forouzesh، میلاد فروزش

1. ‫تعالی‬ ‫بسمه‬
1

2. ‫آلیاژ‬ ‫و‬ ‫آلومینیم‬ ‫متالوگرافی‬
‫آن‬ ‫های‬
‫استاد‬:‫خواه‬ ‫علم‬ ‫دکتر‬
‫کننده‬ ‫تهیه‬
‫میالد‬‫فروزش‬
2

3. ‫آلومینیم‬
‫اتمی‬ ‫عدد‬:13
‫ساختار‬:fcc
‫رنگ‬:‫آبی‬ ‫به‬ ‫مایل‬ ‫سفید‬
‫آسان‬ ‫اتصال‬
‫خوردگی‬ ‫به‬ ‫مقاوم‬
‫خوب‬ ‫پذیری‬ ‫شکل‬
‫بودن‬ ‫غیرمغناطیسی‬
‫باال‬ ‫والکتریکی‬ ‫حرارتی‬ ‫هدایت‬
‫پزشکی‬ ‫در‬ ‫آلومینیم‬ ‫پودر‬ ‫از‬ ‫استفاده‬
‫پایین‬ ‫حرارت‬ ‫درجه‬ ‫در‬ ‫باال‬ ‫استحکام‬
‫خوردگی‬ ‫اصلی‬ ‫دشمنان‬:‫جیوه‬ ‫و‬ ‫سرب‬
3

4. ‫و‬ ‫فیزیکی‬ ‫خواص‬‫مکانیکی‬
933.47 K, 660.32 °C, 1220.58 °F
‫ذوب‬ ‫نقطه‬
2792 K, 2519 °C, 4566 °F ‫نقطه‬‫جوش‬
70 GPa ‫یانگ‬ ‫مدول‬
26 GPa ‫برشی‬ ‫مدول‬
76 GPa ‫حجمی‬ ‫مدول‬
0.35 ‫پواسون‬ ‫نسبت‬
167 MPa ‫سختی‬‫ویکرز‬
245 MPa ‫برینیل‬ ‫سختی‬
4

5. ‫آلیاژها‬ ‫نامگذاری‬
DIN=Deutsches Institüt fur Nörmung‫شماره‬
‫گذاری‬
AA=Aluminum Association‫گذاری‬ ‫کد‬ ‫قدیمی‬ ‫آلمانی‬ ‫استاندارد‬ ‫در‬ ‫ها‬ ‫الیاژ‬ ‫بندی‬ ‫تقسیم‬ ‫سیستم‬
‫نومریک‬ ‫سیستم‬‫در‬‫استاندارد‬
DIN EN 573-1
‫استاندارد‬ ‫در‬ ‫آلفانومریک‬ ‫سیستم‬ ‫و‬
DIN EN 573-2
‫آلیاژها‬ ‫بندی‬ ‫تقسیم‬ ‫جدید‬ ‫رقمی‬ ‫چهار‬ ‫سیستم‬
5

6. ‫آلومینیم‬ ‫آلیاژهای‬
‫گروه‬
‫آلیاژی‬
‫آلیاژی‬ ‫اصلی‬ ‫عنصر‬‫ازنظر‬ ‫آلیاژ‬ ‫نوع‬
‫حرارتی‬ ‫عملیات‬
‫آلیاژ‬ ‫مشخصه‬ ‫خواص‬
1000‫خلوص‬99‫درصدیا‬
‫بیشتر‬
‫عملیات‬ ‫غیرقابل‬
‫حرارتی‬
‫خوردگی‬ ‫زیاد‬ ‫مقاومت‬
‫حرارتی‬ ‫،هدایت‬
‫باال،خواص‬ ‫والکتریکی‬
‫پایین‬ ‫مکانیکی‬
2000‫مس‬‫عملیات‬ ‫قابل‬
‫حرارتی‬
‫مکانیکی‬ ‫خواص‬
‫کمتر‬ ‫خوردگی‬ ‫باال،مقاومت‬
3000‫منگنز‬‫عملیات‬ ‫غیرقابل‬
‫حرارتی‬
‫متوسط‬ ‫تا‬ ‫کم‬ ‫استحکام‬،
‫آلیاژ‬‫عمومی‬ ‫مصارف‬
4000‫سیلیسیم‬‫قابل‬ ‫غیر‬ ‫عموما‬
‫حرارتی‬ ‫عملیات‬
‫،رنگ‬ ‫تر‬ ‫پایین‬ ‫ذوب‬ ‫نقطه‬
‫از‬ ‫پس‬ ‫تیره‬ ‫خاکستری‬
‫شدن‬ ‫آندایزه‬
5000‫منیزیم‬‫عملیات‬ ‫غیرقابل‬
‫حرارتی‬
‫زیاد‬ ‫تا‬ ‫کم‬ ‫استحکام‬
‫خوب‬ ‫جوشکاری‬ ‫،قابلیت‬
‫مقابل‬ ‫در‬ ‫خوب‬ ‫،مقاومت‬
‫آبی‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫خوردگی‬
6000‫ومنیزیم‬ ‫سیلیسیم‬‫عملیات‬ ‫قابل‬
‫حرارتی‬
، ‫خوب‬ ‫پذیری‬ ‫فرم‬ ‫قابلیت‬
‫خوب‬ ‫خوردگی‬ ‫مقاومت‬
‫متوسط‬ ‫،استحکام‬
7000‫روی‬‫عملیات‬ ‫قابل‬
‫حرارتی‬
‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫استحکام‬
6

7. ‫آلومینیم‬ ‫های‬ ‫آلیاژ‬ ‫برخی‬ ‫اسمی‬ ‫ترکیب‬
7

8. ‫مزایا‬
‫آلیاژ‬ ‫این‬ ‫باالي‬ ‫سیالیت‬
‫باال‬ ‫برخوردگي‬ ‫مقاومت‬
‫خوب‬ ‫جوشكاري‬ ‫قابلیت‬
‫انجماد‬ ‫حین‬ ‫در‬ ‫کم‬ ‫انقباض‬(‫وجود‬si)
‫معایب‬
‫وشکننده‬ ‫ترد‬
‫سخت‬ ‫كاري‬‫ماشین‬(‫وجود‬si)
‫خالص‬ ‫آلیاژ‬ ‫آهسته‬ ‫انجماد‬Al-Si
8

9. ‫آلومینیم‬ ‫آلیاژ‬-‫مس‬
‫ج‬‫زء‬‫آلیاژهاي‬ ‫اولین‬
‫ریختگي‬‫آلومینیوم‬
‫عملیات‬ ‫قابلیت‬
‫حرارتي‬
‫باال‬ ‫سختي‬ ‫رسوب‬
9

10. ‫آلومینیم‬ ‫آلیاژ‬–‫منگنز‬
‫محلول‬ ‫تشکیل‬‫جامد‬
‫خواص‬‫باالی‬ ‫مکانیکی‬
‫آلیاژ‬
‫منگنز‬‫زا‬ ‫جوانه‬ ‫عامل‬
‫آلیاژ‬ ‫دانگی‬ ‫وریز‬
10

11. ‫متالوگرافی‬‫آلومینیم‬
‫آلیاژها‬ ‫سایر‬ ‫از‬ ‫تر‬ ‫متفاوت‬
1-‫آلیاژ‬ ‫نرم‬ ‫ساختار‬
2-‫برشی‬ ‫شکل‬ ‫تغییر‬
3-‫ساینده‬ ‫ذرات‬ ‫وجود‬
4-‫شده‬ ‫وجال‬ ‫براق‬ ‫سطح‬ ‫ایجاد‬ ‫عدم‬
5-‫نمونه‬ ‫شدن‬ ‫داغ‬ ‫اثر‬ ‫در‬ ‫ساختار‬ ‫ریز‬ ‫تغییر‬
11

12. ‫آماده‬‫سازی‬‫مطالعات‬ ‫برای‬ ‫نمونه‬
‫ریزساختاری‬
1-‫انتخاب‬‫نمونه‬
2-‫قالب‬‫گیری‬‫نمونه‬‫پالستیک‬‫و‬
،‫بیکالیت‬‫عمومی‬‫ترین‬‫ماده‬‫قالب‬‫گیری‬
‫بیکالیت‬(bake lite)
1-‫یک‬‫ماده‬‫گرماسخت‬‫ویک‬‫ترکیب‬‫مصنوعی‬‫از‬‫رزین‬
2-‫فراآوری‬‫شبیه‬‫خاک‬‫چوب‬‫وپنبه‬‫نسوز‬
3-‫عایق‬‫حرارتی‬‫و‬‫الکتریکی‬
4-‫استحکام‬‫باال‬
5-‫ارزان‬‫قیمت‬
15
12
6
12

13. 3-‫سنگ‬‫زدن‬‫نمونه‬‫برای‬‫حذف‬‫شیار‬‫های‬‫عمیق‬
‫توسط‬‫سمباده‬‫تسمه‬‫ای‬
1-‫چرخش‬‫نمونه‬‫به‬‫اندازه‬45‫درجه‬
2-‫سمباده‬‫نرم‬‫در‬‫پایان‬‫کار‬(‫مالیدن‬‫پارافین‬‫به‬‫سمباده‬)
4-‫پرداخت‬‫یا‬‫پولیش‬‫کردن‬‫نمونه‬‫برای‬‫حذف‬‫خراش‬‫ها‬
‫پرداخت‬‫توسط‬‫دیسک‬‫چرخان‬
‫پرداخت‬‫سریع‬‫جهت‬‫جلوگیری‬‫از‬‫کدر‬‫شدن‬
‫شستن‬‫نمونه‬‫در‬‫آب‬‫داغ‬‫و‬‫خشک‬‫کردن‬‫توسط‬‫هوای‬‫داغ‬
‫نگهداری‬‫نمونه‬‫در‬‫دیسیکاتور‬
1100‫دور‬/
‫دقیقه‬
550‫دور‬/
‫دقیقه‬
7.5-5 cm
13

14. ‫پولیش‬ ‫الکترو‬‫آلومینیوم‬
‫الیه‬ ‫به‬ ‫ها‬ ‫آلودگی‬ ‫رساندن‬ ‫آسیب‬ ‫از‬ ‫جلوگیری‬ ‫برای‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫انجام‬ ‫الکتروپولیش‬ ‫محافظ‬ ‫اکسیدی‬‫مزایای‬‫دیگر‬‫الکترو‬‫پولیش‬‫آلومینیوم‬:
-‫افزایش‬‫مقاومت‬‫به‬‫خوردگی‬
-‫بهبود‬‫پرداخت‬‫سطح‬
-‫کاهش‬‫چسبندگی‬‫عوامل‬‫خا‬‫ر‬‫جی‬
-‫سهولت‬‫درتمیز‬‫کردن‬
-‫ظاهر‬‫جذاب‬
-‫کاهش‬‫خستگی‬‫در‬‫سطح‬.
-‫زدودن‬‫اکسیدها‬.
-‫ایجاد‬‫سطوح‬‫ا‬‫کامال‬‫بهداشتی‬.
-‫عدم‬‫وجود‬‫خطوط‬‫دار‬‫جهت‬.
-‫پلیسه‬‫گیری‬‫و‬‫کاری‬‫صیقل‬.
-‫گرد‬‫یا‬‫تیز‬‫کردن‬‫ها‬‫گوشه‬‫با‬‫توجه‬‫به‬‫موقعیت‬‫آن‬.
14

15. ‫آلومینیوم‬ ‫آندایزینگ‬
‫تشکیل‬‫قطعات‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫اکسیدی‬ ‫نازک‬ ‫الیه‬ ‫یک‬
‫برابر‬ ‫در‬ ‫مقاومت‬ ، ‫سختی‬ ‫افزایش‬ ‫باعث‬ ‫آلومینیومی‬
‫خوردگی‬‫شود‬ ‫می‬ ‫آلومینیم‬. ‫آندایزینگ‬ ‫از‬ ‫هدف‬
‫تشکیل‬‫زیر‬‫الیه‬‫متخلخل‬‫جهت‬‫پذیرش‬‫بهتر‬‫رنگ‬‫و‬‫چسبندگی‬‫بهتر‬‫رنگ‬‫به‬
‫سطح‬
‫تشکیل‬‫الیه‬‫محکم‬‫با‬‫سختی‬‫باال‬‫و‬‫مقاومت‬‫به‬‫سایش‬‫عالی‬
‫تشکیل‬‫الیه‬‫با‬‫مقاوت‬‫عایقی‬‫و‬‫دی‬‫الکتریک‬‫باال‬
15

16. ‫آلومینیم‬ ‫شیمیایی‬ ‫حک‬ ‫های‬ ‫محلول‬
‫کردن‬ ‫حک‬ ‫طریقه‬ ‫خاص‬ ‫مصرف‬ ‫مورد‬ ‫غلظت‬ ‫محلول‬
‫ی‬‫پنبه‬ ‫با‬ ‫مالش‬‫نرم‬
‫مدت‬ ‫به‬15‫ثانیه‬
‫ریز‬ ‫شیمیایی‬ ‫حک‬
‫مصارف‬ ‫برای‬ ‫ساختار‬
‫عمومی‬
HF 0.5ml
H2O 99.5ml
‫اسید‬
‫هیدرو‬‫فلوئوری‬
‫ک‬
‫ور‬‫غوطه‬‫نمونه‬ ‫کردن‬
‫مدت‬ ‫به‬5‫در‬ ‫ثانیه‬
71‫و‬ ‫سانتیگراد‬ ‫درجه‬
‫سرد‬ ‫آب‬ ‫با‬ ‫شستشو‬ ‫سپس‬
‫ریز‬ ‫شیمیایی‬ ‫حک‬
‫مصارف‬ ‫برای‬ ‫ساختار‬
‫عمومی‬
NaOH 10gr
H2O 90 ml
‫هیدروکسید‬
‫سدیم‬
‫ور‬‫غوطه‬‫نمونه‬ ‫کردن‬
‫مدت‬ ‫به‬30‫در‬ ‫ثانیه‬
71‫و‬ ‫سانتیگراد‬ ‫درجه‬
‫آب‬ ‫در‬ ‫سریع‬ ‫کردن‬ ‫سرد‬
‫سرد‬
‫بر‬‫تفکیک‬ ‫ای‬
Al-Cu-Fe-Mn‫از‬
Al-Cu-Fe
H2SO4 20 ml
H2O 80 ml
‫اسید‬
‫سولفوریک‬
‫ور‬‫غوطه‬‫نمونه‬ ‫کردن‬
‫مدت‬ ‫به‬40‫در‬ ‫ثانیه‬
71‫و‬ ‫سانتیگراد‬ ‫درجه‬
‫آب‬ ‫در‬ ‫سریع‬ ‫کردن‬ ‫سرد‬
‫سرد‬
‫برای‬‫تفکیک‬ ‫و‬ ‫جدایش‬
Al-Fe-Si‫از‬Al-Fe
HNO3 25ml
H2O 75ml
‫نیتریک‬ ‫اسید‬
‫بمدت‬ ‫کردن‬ ‫ور‬‫غوطه‬ ‫ریز‬ ‫مقایسه‬ ‫و‬ ‫مشاهده‬ HF 1ml
HCl 1.5 ml
Keller
16

17. ‫آلومینیم‬ ‫آلیاژ‬-‫سیلیسیم‬
2%Si
5% Si
10%Si
7%Si
17

18. ‫ها‬ ‫ساختار‬ ‫ریز‬ ‫مشاهده‬
‫شکل‬(1)‫میكروساختار‬‫آلیاژ‬f-392‫ریخته‬
‫شده‬ ‫گری‬،‫دائمی‬ ‫قالب‬ ‫در‬.‫شامل‬ ‫ساختار‬
‫و‬ ‫یوتكتیك‬ ‫سیلیسیم‬ ‫دندریتهای‬Mg2Si‫می‬
‫باشد‬(HF 0.5%)100X
‫شکل‬(2)‫م‬‫یكروساختار‬‫آلیاژ‬F-
392‫ریخته‬‫دائمی‬ ‫قالب‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫گری‬.
‫در‬ ‫شده‬ ‫داده‬ ‫نشان‬ ‫آلیاژ‬‫شك‬‫ل‬1‫كه‬‫توسط‬
‫است‬ ‫شده‬ ‫دانه‬ ‫ریز‬ ‫كننده‬ ‫اصالح‬ ‫مواد‬.
‫های‬ ‫دانه‬ ‫اندازه‬ ‫كه‬ ‫میشود‬ ‫مشاهده‬
‫كاهش‬ ‫ای‬ ‫مالحظه‬ ‫قابل‬ ‫طور‬ ‫به‬ ‫سیلیسیم‬
‫است‬ ‫یافته‬.(HF 0.5%) 100X
18

19. ‫شکل‬(3)‫آلیاژ‬443-F،‫در‬ ‫گری‬ ‫ریخته‬
‫ای‬ ‫ماسه‬ ‫قالب‬.‫های‬ ‫سلول‬
‫شدن‬ ‫سرد‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫بزرگ‬ ‫دندریتی‬
‫ماسه‬ ‫و‬ ‫شن‬ ‫قالب‬ ‫در‬ ‫آهسته‬.
‫ساختار‬‫سیلیسم‬ ‫داخلی‬ ‫دندریت‬
(‫تیره‬ ‫خاکستری‬)،‫اسکریپت‬
‫خاکستری‬،‫متوسط‬‫و‬‫سوزن‬‫خاکستری‬
‫شکل‬(4)‫آلیاژ‬443-F،‫در‬ ‫گری‬ ‫ریخته‬
‫فلزی‬ ‫دائمی‬ ‫قالب‬.‫همان‬ ‫ترکیبات‬
‫شکل‬ ‫ترکیبات‬(1)‫ها‬ ‫دندریت‬ ‫ولی‬
‫قالب‬ ‫در‬ ‫کردن‬ ‫سرد‬ ‫سریع‬ ‫دلیل‬ ‫به‬
‫هستند‬ ‫کوچک‬ ‫بسیار‬ ‫فلزی‬.
0.5٪HF500X
19

20. ‫شکل‬(5)‫آلیاژ‬C443-F،‫در‬ ‫گری‬ ‫ریخته‬
‫ترکیبات‬ ‫دایکاست‬ ‫قالب‬‫که‬ ‫است‬ ‫همان‬
‫درشکل‬3‫و‬4‫باشد‬ ‫می‬‫های‬ ‫سلول‬ ‫اما‬
‫کوچکتر‬ ‫دندریتی‬‫هستند‬‫به‬‫خنک‬ ‫دلیل‬
‫کننده‬‫است‬ ‫آب‬ ‫با‬ ‫سریع‬ ‫بسیار‬
0.5٪HF
500X
‫شکل‬(6)‫آلیاژ‬308-F،‫گری‬ ‫ریخته‬
‫دائمی‬ ‫قالب‬ ‫در‬‫متشکل‬ ‫ساختار‬
‫شبکه‬ ‫یک‬ ‫از‬‫از‬ ‫داخلی‬ ‫دندریت‬
‫ذرات‬ ‫است‬ ‫سیلیسیم‬(‫خاکستری‬
‫ای‬ ‫زاویه‬ ،‫تیره‬)‫گرد‬ ‫ذرات‬ ‫و‬
CuAl2 (‫روشن‬ ‫خاکستری‬)‫حاوی‬ ‫که‬
‫های‬ ‫تیغه‬Fe2Si2Al9.
20

21. ‫آلیاژ‬ ‫ریزساختار‬5657‫جدایش‬ ، ‫شمش‬
‫سیاه‬ ‫های‬ ‫،لکه‬ ‫تیتانیم‬ ‫های‬ ‫دندریت‬
‫آندایز‬ ‫هستند،پوشش‬ ‫شده‬ ‫اچ‬ ‫های‬ ‫چاله‬
‫با‬10%H3PO4‫در‬80‫سانتیگراد‬ ‫درجه‬.
200X
‫آلیاژ‬ ‫ریزساختار‬5657،‫،جدایش‬ ‫ورق‬
‫با‬ ‫در‬ ‫آندایز‬ ‫،پوشش‬ ‫ها‬ ‫دندریت‬10%
H2SO4‫در‬80‫سانتیگراد‬ ‫درجه‬.
200X
21

22. ‫مراجع‬
 1-ASM_Metals_HandBook_Volume_9_-_Metallography_and_Microstructures
 2-Handbook of Aluminium Vol.1-Vol2
3-‫باهنر‬ ‫مس‬ ‫صنایع‬ ‫مجتمع‬ ،‫طهماسبی‬ ‫اردشیر‬ ‫آلومینیم‬ ‫کتاب‬
22

23. ‫پا‬‫ی‬‫ان‬
23