עם צמיחת האלומיניום בתעשיית ייצור הריתוך, וקבלתו כאלטרנטיבה מצוינת לפלדה עבור יישומים רבים, ישנן דרישות הולכות וגדלות לאלו העוסקים בפיתוח פרויקטי אלומיניום להכיר יותר את קבוצת החומרים הזו. כדי להבין היטב את האלומיניום, מומלץ להתחיל בהיכרות עם מערכת הזיהוי/ייעוד האלומיניום, סגסוגות האלומיניום הרבות הזמינות והמאפיינים שלהן.

מערכת הטמפ' והייעוד של סגסוגת האלומיניום- בצפון אמריקה, The Aluminum Association Inc. אחראית להקצאה ורישום של סגסוגות אלומיניום. נכון להיום יש מעל 400 אלומיניום מחושלים וסגסוגות אלומיניום מחושלות ומעל 200 סגסוגות אלומיניום בצורת יציקות ומטילים הרשומים באיגוד האלומיניום. מגבלות ההרכב הכימי של הסגסוגת עבור כל הסגסוגות הרשומות הללו כלולות באיגוד האלומיניוםספר צהבהבתחת הכותרת "כינויים בינלאומיים של סגסוגות ומגבלות קומפוזיציה כימית עבור אלומיניום יצוק וסגסוגות אלומיניום יצוק" ובהםספר ורודשכותרתו "ייעודים ומגבלות הרכב כימי עבור סגסוגות אלומיניום בצורת יציקות ומטיל. פרסומים אלו יכולים להיות שימושיים ביותר למהנדס הריתוך בעת פיתוח נהלי ריתוך, וכאשר יש חשיבות לשיקול של כימיה והקשר שלה עם רגישות לסדקים.

ניתן לסווג סגסוגות אלומיניום למספר קבוצות בהתבסס על מאפייני החומר המסוים כגון יכולתו להגיב לטיפול תרמי ומכני ואלמנט הסגסוג העיקרי שנוסף לסגסוגת האלומיניום. כאשר אנו רואים את מערכת המספור / זיהוי המשמשת לסגסוגות אלומיניום, המאפיינים שלעיל מזוהים. לאלומיניום המחושל והיצוק יש מערכות זיהוי שונות. המערכת היצוקית היא מערכת בת 4 ספרות והיציקות הן בעלות מערכת של 3 ספרות ו-1 עשרוני.

מערכת ייעוד סגסוגת מחושלת- תחילה נשקול את מערכת הזיהוי של סגסוגת אלומיניום יצוק בת 4 ספרות. הספרה הראשונה (Xxxx) מציין את אלמנט הסגסוגת העיקרי, שנוסף לסגסוגת האלומיניום ומשמש לעתים קרובות לתיאור סדרת סגסוגת האלומיניום, כלומר סדרת 1000, סדרה 2000, סדרה 3000, עד סדרה 8000 (ראה טבלה 1).

הספרה החד-ספרתית השנייה (xXxx), אם שונה מ-0, מציין שינוי של הסגסוגת הספציפית, והספרה השלישית והרביעית (xxXX) הם מספרים שרירותיים שניתנו לזיהוי סגסוגת ספציפית בסדרה. דוגמה: בסגסוגת 5183, המספר 5 מציין שהוא מסדרת סגסוגת המגנזיום, ה-1 מציין שהוא ה-1^stשינוי לסגסוגת המקורית 5083, וה-83 מזהה אותה בסדרת 5xxx.

החריג היחיד למערכת מספור סגסוגת זו הוא עם סגסוגות האלומיניום מסדרת 1xxx (אלומיניום טהור) ובמקרה זה, 2 הספרות האחרונות מספקות את אחוז האלומיניום המינימלי מעל 99%, כלומר, סגסוגת 13(50)(מינימום 99.50% אלומיניום).

מערכת ייעוד מסגסוגת אלומיניום יצוק

טבלה 1

ייעוד סגסוגת יצוק- מערכת ייעוד הסגסוגת היצוקה מבוססת על ייעוד בן 3 ספרות פלוס עשרוניות xxx.x (כלומר 356.0). הספרה הראשונה (Xxx.x) מציין את אלמנט הסגסוג העיקרי, שנוסף לסגסוגת האלומיניום (ראה טבלה 2).

מערכת ייעוד סגסוגת אלומיניום יצוק

טבלה 2

הספרה השנייה והשלישית (xXX.x) הם מספרים שרירותיים שניתנו לזיהוי סגסוגת ספציפית בסדרה. המספר אחרי הנקודה העשרונית מציין אם הסגסוגת היא יציקה (.0) או מטיל (.1 או .2). קידומת אות גדולה מציינת שינוי בסגסוגת מסוימת.
דוגמה: סגסוגת – A356.0 הבירה A (Axxx.x) מציין שינוי של סגסוגת 356.0. המספר 3 (א3xx.x) מציין שהוא מסדרת הסיליקון פלוס נחושת ו/או מגנזיום. ה-56 ב-(Axe56.0) מזהה את הסגסוגת בתוך סדרת 3xx.x, ואת ה-.0 (Axxx.0) מציין שמדובר ביציקת צורה סופית ולא במטיל.

מערכת ייעוד מזג האוויר מאלומיניום -אם ניקח בחשבון את הסדרות השונות של סגסוגות אלומיניום, נראה שיש הבדלים ניכרים במאפיינים וביישום שלהן. הנקודה הראשונה שיש לזהות, לאחר הבנת מערכת הזיהוי, היא שיש שני סוגי אלומיניום שונים במובהק בתוך הסדרה שהוזכרה לעיל. אלו הן סגסוגות האלומיניום הניתנות לטיפול בחום (אלו שיכולות לצבור חוזק באמצעות הוספת חום) וסגסוגות האלומיניום שאינן ניתנות לטיפול בחום. הבחנה זו חשובה במיוחד כאשר בוחנים את ההשפעות של ריתוך קשת על שני סוגי חומרים אלה.

סגסוגות האלומיניום המחושלות מסדרות 1xxx, 3xxx ו-5xxx אינן ניתנות לטיפול בחום והן ניתנות להקשיחה באמצעות מתח בלבד. סגסוגות האלומיניום המחושלות מסדרות 2xxx, 6xxx ו-7xxx ניתנות לטיפול בחום וסדרת 4xxx מורכבת מסגסוגות שניתנות לטיפול בחום וגם מסגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום. סגסוגות היצוק מסדרות 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x ו-7xx.x ניתנות לטיפול בחום. התקשות מאמץ אינה מיושמת בדרך כלל על יציקות.

הסגסוגות הניתנות לטיפול בחום רוכשות את התכונות המכניות האופטימליות שלהן באמצעות תהליך של טיפול תרמי, הטיפולים התרמיים הנפוצים ביותר הם טיפול בחום פתרון והזדקנות מלאכותית. טיפול בחום בפתרון הוא תהליך של חימום הסגסוגת לטמפרטורה מוגברת (בסביבות 990 מעלות פרנהייט) על מנת להכניס את היסודות או התרכובות המסגסוגות לתמיסה. לאחר מכן, מרווה, בדרך כלל במים, כדי לייצר תמיסה רוויה בטמפרטורת החדר. טיפול בחום בתמיסה מלווה בדרך כלל בהזדקנות. הזדקנות היא משקעים של חלק מהיסודות או התרכובות מתמיסה רוויה על מנת להניב תכונות רצויות.

הסגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום רוכשות את התכונות המכניות האופטימליות שלהן באמצעות התקשות הזנים. התקשות מתח היא השיטה להגברת החוזק באמצעות יישום של עבודה קרה.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

ייעודי הטמפר הבסיסיים

טבלה 3

בהמשך לייעוד המזג הבסיסי, ישנן שתי קטגוריות משנה, האחת מתייחסת למזג "H" - התקשות הזנים, והשנייה מתייחסת לייעוד "T" Temper - טיפול תרמי.

חלוקות משנה של H Temper – Strain Hardened

הספרה הראשונה אחרי ה-H מציינת פעולה בסיסית:
H1- זן מוקשה בלבד.
H2– זן מוקשה ומחוסל חלקית.
H3- זן מוקשה ומייצב.
H4- זן מוקשה ולכה או צבוע.

הספרה השנייה אחרי ה-H מציינת את מידת התקשות המתח:
HX2– Quarter Hard HX4– HX חצי קשיח6– שלושה רבעים קשה
HX8– Full Hard HX9- קשה במיוחד

חלוקות משנה של T Temper - טיפול תרמי

T1- מיושן באופן טבעי לאחר קירור מתהליך עיצוב בטמפרטורה גבוהה, כגון אקסטרודינג.
T2- עבד בקור לאחר קירור מתהליך עיצוב בטמפרטורה מוגברת ולאחר מכן התיישן באופן טבעי.
T3- תמיסה מטופלת בחום, עבדה בקור ומיושנת באופן טבעי.
T4- תמיסה מטופלת בחום ומיושנת באופן טבעי.
T5- יישון מלאכותי לאחר קירור מתהליך עיצוב בטמפרטורה גבוהה.
T6- תמיסה מטופלת בחום ומיושנת באופן מלאכותי.
T7- תמיסה מטופלת בחום ומייצבת (מעל גיליון).
T8- תמיסה מטופלת בחום, עבדה בקור ומיושנת באופן מלאכותי.
T9- תמיסה מטופלת בחום, מיושן באופן מלאכותי ועובד בקור.
T10- עבד בקור לאחר קירור מתהליך עיצוב בטמפרטורה מוגברת ולאחר מכן מיושן באופן מלאכותי.

ספרות נוספות מציינות הפגת מתח.
דוגמאות:
TX51או TXX51- הקלה על מתח על ידי מתיחה.
TX52או TXX52- הקלה על מתח על ידי דחיסה.

סגסוגות אלומיניום והמאפיינים שלהן- אם ניקח בחשבון את שבע הסדרות של סגסוגות אלומיניום מחושלות, נעריך את ההבדלים ביניהן ונבין את היישומים והמאפיינים שלהן.

סגסוגות מסדרת 1xxx- (לא ניתן לטיפול בחום - עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 10 עד 27 ksi) סדרה זו מכונה לעתים קרובות סדרת האלומיניום הטהור מכיוון שהיא נדרשת למינימום 99.0% אלומיניום. הם ניתנים לריתוך. עם זאת, בגלל טווח ההיתוך הצר שלהם, הם דורשים שיקולים מסוימים על מנת לייצר נהלי ריתוך מקובלים. כאשר נחשבות לייצור, סגסוגות אלו נבחרות בעיקר בשל עמידותן המצוינת בפני קורוזיה כגון במיכלים וצנרת כימיקלים מיוחדים, או בשל מוליכות החשמל המצוינת שלהן כמו ביישומי פסי אוטובוס. לסגסוגות אלה יש תכונות מכניות גרועות יחסית, ולעתים רחוקות ישקלו אותן ליישומים מבניים כלליים. סגסוגות בסיס אלו מרותכות לרוב עם חומר מילוי תואם או עם סגסוגות מילוי 4xxx בהתאם לדרישות היישום והביצועים.

סגסוגות מסדרת 2xxx– (ניתנת לטיפול בחום – עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 27 עד 62 ksi) אלו הן סגסוגות אלומיניום/נחושת (תוספות נחושת הנעות בין 0.7 ל-6.8%), והן סגסוגות עם חוזק גבוה וביצועים גבוהים המשמשות לעתים קרובות ליישומי תעופה וחלל ומטוסים. יש להם חוזק מעולה בטווח רחב של טמפרטורות. חלק מסגסוגות אלה נחשבות בלתי ניתנות לריתוך על ידי תהליכי ריתוך קשת בגלל רגישותן לסדיקה חמה ולפיצוח קורוזיה במתח; עם זאת, אחרים מרותכים בקשת בהצלחה רבה עם נהלי הריתוך הנכונים. חומרי בסיס אלו מרותכים לרוב עם סגסוגות מילוי מסדרת 2xxx חוזק גבוה המיועדות להתאים לביצועים שלהם, אך לעיתים ניתן לרתך אותם עם חומרי המילוי מסדרת 4xxx המכילים סיליקון או סיליקון ונחושת, בהתאם לדרישות היישום והשירות.

סגסוגות מסדרת 3xxx– (לא ניתן לטיפול בחום – עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 16 עד 41 ksi) אלו הן סגסוגות האלומיניום/מנגן (תוספות מנגן הנעות בין 0.05 ל-1.8%) והן בעלות חוזק בינוני, עמידות בפני קורוזיה טובה, יכולת צורה טובה ומתאימות. לשימוש בטמפרטורות גבוהות. אחד השימושים הראשונים שלהם היה סירים ומחבתות, והם המרכיב העיקרי כיום עבור מחליפי חום בכלי רכב ותחנות כוח. עם זאת, החוזק המתון שלהם מונע לעתים קרובות את השיקול שלהם ליישומים מבניים. סגסוגות בסיס אלו מרותכות עם סגסוגות מילוי מסדרות 1xxx, 4xxx ו-5xxx, תלוי בכימיה הספציפית שלהן ובדרישות היישום והשירות המיוחדות שלהן.

סגסוגות מסדרת 4xxx– (ניתנים לטיפול בחום ולא ניתן לטיפול בחום – עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 25 עד 55 ksi) אלו הן סגסוגות האלומיניום/סיליקון (תוספות סיליקון הנעות בין 0.6 ל-21.5%) והן הסדרה היחידה המכילה גם טיפול בחום וגם לא סגסוגות הניתנות לטיפול בחום. סיליקון, כאשר מוסיפים לאלומיניום, מפחית את נקודת ההיתוך שלו ומשפר את נזילותו כאשר הוא מותך. מאפיינים אלה רצויים עבור חומרי מילוי המשמשים הן לריתוך היתוך והן להלחמה. כתוצאה מכך, סדרת סגסוגות זו נמצאת בעיקר כחומר מילוי. סיליקון, באופן עצמאי באלומיניום, אינו ניתן לטיפול בחום; עם זאת, מספר מסגסוגות סיליקון אלו תוכננו לכלול תוספות של מגנזיום או נחושת, מה שמספק להם את היכולת להגיב בצורה חיובית לטיפול בחום בתמיסה. בדרך כלל, סגסוגות מילוי הניתנות לטיפול בחום משמשות רק כאשר רכיב מרותך אמור להיות נתון לטיפולים תרמיים לאחר ריתוך.

סגסוגות מסדרת 5xxx– (לא ניתן לטיפול בחום – עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 18 עד 51 ksi) אלו הן סגסוגות האלומיניום / מגנזיום (תוספות מגנזיום הנעות בין 0.2 ל-6.2%) ובעלות החוזק הגבוה ביותר מבין הסגסוגות שאינן ניתנות לטיפול בחום. בנוסף, סדרת סגסוגת זו ניתנת לריתוך בקלות, ומסיבות אלו הן משמשות למגוון רחב של יישומים כגון בניית ספינות, הובלה, מכלי לחץ, גשרים ומבנים. סגסוגות בסיס המגנזיום מרותכות לרוב עם סגסוגות מילוי, אשר נבחרות לאחר התחשבות בתכולת המגנזיום של חומר הבסיס, ותנאי היישום והשירות של הרכיב המרותך. סגסוגות בסדרה זו עם יותר מ-3.0% מגנזיום אינן מומלצות לשימוש בטמפרטורה גבוהה מעל 150 מעלות צלזיוס בגלל הפוטנציאל שלהן לרגישות ורגישות לאחר מכן לסדקים בקורוזיה. סגסוגות בסיס עם פחות מ-2.5% מגנזיום לערך מרותכות לרוב בהצלחה עם סגסוגות המילוי מסדרת 5xxx או 4xxx. סגסוגת הבסיס 5052 מוכרת בדרך כלל כסגסוגת הבסיס המקסימלית בתכולת מגנזיום שניתן לרתך עם סגסוגת מילוי מסדרת 4xxx. בגלל בעיות הקשורות בהתכה אוקטית ותכונות מכניות גרועות בזמן הריתוך, לא מומלץ לרתך חומר בסדרת סגסוגת זו, המכילים כמויות גבוהות יותר של מגנזיום עם חומרי המילוי מסדרת 4xxx. חומרי הבסיס הגבוהים יותר של מגנזיום מרותכים רק עם סגסוגות מילוי 5xxx, התואמות בדרך כלל את הרכב סגסוגת הבסיס.

סגסוגות מסדרת 6XXX– (ניתנת לטיפול בחום – עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 18 עד 58 ksi) אלו הן סגסוגות האלומיניום/מגנזיום – סיליקון (תוספות מגנזיום וסיליקון בסביבות 1.0%) ונמצאות רבות בכל תעשיית ייצור הריתוך, בשימוש בעיקר בצורה של שחול, ומשולב ברכיבים מבניים רבים. תוספת של מגנזיום וסיליקון לאלומיניום מייצרת תרכובת של מגנזיום-סיליקיד, המספקת לחומר זה את יכולתו להפוך לטיפול בחום תמיסה לשיפור החוזק. סגסוגות אלו רגישות באופן טבעי לסדקים להתמצקות, ומסיבה זו, אין לרתך אותן בקשת באופן אוטוגני (ללא חומר מילוי). הוספה של כמויות נאותות של חומר מילוי במהלך תהליך ריתוך הקשת חיונית על מנת לספק דילול של חומר הבסיס, ובכך למנוע את בעיית הסדקים החמים. הם מרותכים עם חומרי מילוי 4xxx ו- 5xxx, תלוי ביישום ובדרישות השירות.

סגסוגות מסדרת 7XXX- (ניתן לטיפול בחום - עם חוזק מתיחה אולטימטיבי של 32 עד 88 ksi) אלו הן סגסוגות האלומיניום/אבץ (תוספות אבץ הנעות בין 0.8 ל-12.0%) ומהוות כמה מסגסוגות האלומיניום עם החוזק הגבוה ביותר. סגסוגות אלו משמשות לעתים קרובות ביישומים בעלי ביצועים גבוהים כגון מטוסים, תעופה וחלל וציוד ספורט תחרותי. כמו סדרת 2xxx של סגסוגות, סדרה זו משלבת סגסוגות אשר נחשבות למועמדות בלתי מתאימות לריתוך קשת ואחרות, אשר לרוב מרותכות בקשת בהצלחה. הסגסוגות המרותכות בדרך כלל בסדרה זו, כגון 7005, מרותכות בעיקר עם סגסוגות המילוי מסדרת 5xxx.

תַקצִיר- סגסוגות האלומיניום של היום, יחד עם מזגן השונות, מהוות מגוון רחב ורב-תכליתי של חומרי ייצור. לעיצוב מוצר אופטימלי ופיתוח מוצלח של הליך ריתוך, חשוב להבין את ההבדלים בין הסגסוגות הרבות הזמינות ואת מאפייני הביצועים והריתוך השונים שלהן. בעת פיתוח נהלי ריתוך קשת עבור סגסוגות שונות אלה, יש לתת את הדעת על הסגסוגת הספציפית המרותכת. לעתים קרובות אומרים שריתוך קשת של אלומיניום אינו קשה, "זה פשוט שונה". אני מאמין שחלק חשוב בהבנת ההבדלים הללו הוא היכרות עם הסגסוגות השונות, המאפיינים שלהן ומערכת הזיהוי שלהן.