مقاومت به شكست آلياژهاي(AlZnMgCu ( AA7000 - √دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : شنبه ٢٩ دی ۱۳۸٦

            مواد با ویژگی های مختلف مثل استحكام ، داكتیلیته ، مقاومت به شكست و مقاومت به خوردگی تنشی مورد نیاز صنایع است؛  بخصوص برای كاربرد هایی در ساختارهای عملیاتی كه در زیر بارگذاری سنگین به همراه حد بالایی از ایمنی هستند( مثل هواپیماها و راكت ها ) .

آلیاژهای آلومینیم به علت نسبت مناسب استحكام به چگالی ، كاربرد های گسترده ای در ساختارهای مخصوص كارهای سنگین پیدا كرده اند. یك نمونه از این آلیاژها ، آلیاژهای  AlZnMgCu است كه استحكام بالایی از خود نشان می دهند. اما گاهی اوقات در معرض شكست و خوردگی تنشی هستند.

خواص مكانیكی آلیاژهای  AlZnMgCu وابسته به موارد زیر است :

1- تركیب شیمیایی ، مقدمتا مجموع مقادیر Zn + Mg و نسبت Zn/Mg

2- وجود Mn ،  Cr ، Zr و ناخالصی های  Si و Fe

3- ریز ساختار ناشی از تولید ترمو مكانیكی و شرایط عملیات حرارتی ؛ به طور مثال مورفولوژی ، توزیع و حجم اجزاء فاز اینترمتالیك (IM ) و بافت آلیاژ

در ریز ساختار آلیاژ AlZnMgCu ، وجود سه نوع از اجزاء قابل انتظار است :

1-  اجزاء درشت ،  0.1 to 10 mm ، تولید شده در طی تبلور ( انجماد ) ، بیشتر فاز های IM نامحلول ، غنی از Fe  و Si هستند.  این فازها نقطه ضعف هایی در رابطه با خواص مقاومت به شكست هستند.

2- اجزاء میان مرحله ای ، غنی از Mn ،  Cr ، Zr با سایز 0.05 to 0.5 mm

3- اجزاء كوچك ، با اندازه 0.01 to 0.5 mm ، تشكیل شده از تجزیه محلول جامد - رسوب حرارتی ( پیر سازی )

با توجه به نیاز بر گسترش آلیاژ های آلومینیوم با استحكام كششی بالای 650 MPa و داكتیلیته  و تافنس شكست رضایت بخش ، چندین آلیاژ با مقدار  Zn بین 6  و  8.8% ، منیزیم بین 2.15 تا  3.5%  طراحی شده اند.

برای اینكه یك دید بهتر بدست بیاوریم در تاثیرات متالوژیكی از كار سرد و گرم ، ترمومكانیكی و عملیات حرارتی روی تغییرات میكرو ساختار و خواص مكانیكی چندین آزمایش با آلیاژهای طراحی شده  انجام شده است . مورفولوژی و توزیع فازهای نامحلول با سایز بالای 0.6 µm بوسیله آنالیز كمی متالوگرافی بدست آمده است و تاثیر آنها روی مقاومت به شكست ارزیابی شده است .

خواص كششی ، استحكام نهایی Rm و استحكام تسلیم RP0.2  برای یك نمونه نسبتا كوچك ( قطر 8 mm) اندازه گیری شده است. گراف شكل یك نشان دهنده نتیجه آزمایش روی آلیاژ( 200 heats of AlZnMgCu) است كه برای 2 ساعت در  460oC عملیات حرارتی شده  سپس در آب كوئنچ شده و در نهایت در یك مرحله ایج شده است (  120oC/24h  ).

جدول 1- تركیب شیمیایی آلیاژهای آزمایش شده

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

از روی نتایج آماری روابط زیر برای 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 ای ، KIC ، بر طبق ASTM E 399 on SE (B) اندازه گیری شده است. خستگی قبل از شكست با یك ماشین با ضربانهای فركانس بالا تولید شده است.

a)                                                          b)

شكل 1-  تاثیر Mg و Zn روی a ) استحكام تسلیم b) استحكام نهایی از آلیاژ AlZnMgCu

شكل 2 نتایج بدست آمده  برای چندین آلیاژ از درصد های متفاوت Zn و Mg را نشان می دهد. كه بر طبق روش بالا تولید شده اند. ارتباط بین تافنس شكست با در صد Zn و Mg بوسیله رابطه زیر نشان داده می شود :

KIC = 66.78 - 2.6 Zn - 7.22 Mg

شكل 2-  تاثیر درصد Zn و Mg روی تافنس شكست از آلیاژ AlZnMgCu

برای  اینكه دید بهتری نسبت به خوص مكانیكی بدست بیاوریم ، در شكل 3 مقادیر KIC همراه با استحكام های تسلیم متفاوت برای آلیاژهای تست شده نشان داده می شود. با توجه به شكل 3 واضح است كه آلیاژهای سری C0 می توانند پذیرفته شوند به عنوان بیشترین احتمال در رابطه با استحكام و مقاومت به شكست . ناحیه KIC  پیشنهاد شده بین 28.9  و  41.4 MPa m1/2 برای استحكام تسلیم بین 630  و  665 MPa است .

شكل 3 - ارتباط KIC  با استحكام تسلیم برای آلیاژهای داده شده

در هر صورت انتخاب بهترین تركیب از استحكام و تافنس شكست در آلیاژهای AlZnMgCu متاثر از درصد آهن است. تاثیر درصد Fe روی تافنس شكست برای آلیاژ های انخاب شده با درصدهای متفاوت Zn و  Mg در شكل 4 نشان داده شده است.

شكل 4 - تاثیر درصد Fe روی KIC  از آلیاژهای AlZnMgCu با مقادیر متفاوت Zn و  Mg برای روش ایجینگ

وجود فازهای اینترمتالیك ثانویه در تعداد ، سایز ، حجم اجزاء ( مخصوصا اجزاء درشت غنی از Fe و Si )  روی آنالیز TAS plus ساختاری بررسی شده است. آنالیز سطح شكست بعد از تست شكست بوسیله میكروسكوپ SEM 511   با   EDAX 9900 انجام شده است.

تحقیقات انجام شده نشان می دهد كه افزایش درصد Zn و Mg عموما خواص استحكامی را افزایش می دهد و تافنس شكست را كاهش می دهد. همچنین استحكام مورد نیاز ( استحكام نهایی بیش از 650 MPa) بدست می آید بوسیله چندین آلیاژ (  B01 type, C02, C03, C04, D02, D03, D04  ) ، تنها آلیاژهای نوع C0 (~ 7.3% Zn, ~ 2.2% Mg ) پیشنهاد می شوند بدلیل تافنس شكست رضایت بخش آنها .

همچنین ثابت می شود كه كاهش درصد Fe در آلیاژهای ( C04 تا C02 ) و به طور مشابه كاهش در اجزا میان فلزی درشت از فاز ثانویه منجر به افزایش مقاومت به شكست می شود . اجزاء درشت ( غنی از Fe و Si ) تغییر شكل می دهند و می شكنند در طول تست همچنانكه فازهای اینتر متالیك ریز و كاملا پخش شده در رفتار داكتیل مشاركت می كنند. در آخرین مورد این اجزاء خیلی كم می شكنند.

بوسیله مقایسه نتایج بدست آمده  می توان نتیجه گرفت كه بهترین تركیب از استحكام تافنس شكست بوسیله آلیاژ C04 بدست می آید ، با درصد Fe  كم و به طور متناظر توزیع منظم از فاز ثانویه ریز.

روش پیر سازی دو مرحله ای (100oC/5h + 160oC/5h ) برای آلیاژ C04 می تواند توصیه شود هنگامی كه تافنس شكست بالا مد نظر باشد . علت اندكی كاهش در پارامتر استحكام رسوب سختی است.

منبع : http://www.key-to-metals.com/PrintArticle.asp?ID=65


 

 

 metallurg.mihanblog.com



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس