TB 26-07 آلیاژ آلومینیوم 2219 راهنمای مواد

برای اطلاعات بیشتر، با دونالد اس. پارکر، مرکز فضایی کندی، donald.s.parker@nasa.gov تماس بگیرید.

نسخه PDF را دانلود کنید

فرآیندهای ریخته‌گری و آهنگری نامناسب در ساخت آلیاژ آلومینیوم 2219 می‌تواند منجر به نقص‌های ریزساختاری شود که منجر به پاسخ بهینه به تیمارهای سطح آندی و افزایش حساسیت به خوردگی می‌شود. این بولتن فنی خطرات ریخته‌گری نامناسب را به اطلاع می‌رساند و یک مرحله همگن را توصیه می‌کند که پس از ریخته‌گری مستقیم سرد معمولی، به‌ویژه برای ریخته‌گری‌های بزرگ‌تر، تغییر شکل چند جهتی را دنبال می‌کند. 24/09/26 شناسه DOC: 20260008373

پس زمینه آلومینیوم 2219 یک آلیاژ آلومینیوم-مس قابل سخت شدن، بیش از حد اشباع شده است که توسط شرکت آلومینیوم آمریکا (Alcoa) در سال 1954 برای سرویس دهی تا دمای 600 درجه فارنهایت توسعه یافته است. کاربردهای متعدد هوافضا شامل پرتاب و وسایل نقلیه فضایی از جمله مخازن سوخت شاتل فضایی و ماژول های تحت فشار ایستگاه فضایی بین المللی است. دارای خواص برودتی عالی، جوش پذیری، کارپذیری و خواص مکانیکی در دماهای پایین و بالا است [1].

توضیح مشکل/مشکل ریخته‌گری شمش‌های آلیاژ آلومینیوم 2219 یک فرآیند تخصصی است که برای ساخت سازه‌های در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود که متعاقبا آهنگری یا نورد می‌شوند تا به شکل محصول نهایی تبدیل شوند. عیوب داخلی شمش ریخته گری ممکن است شامل اندازه دانه های نامتجانس، تفکیک درشت عناصر آلیاژی و مواد بین فلزی غنی از مس نواری و خوشه ای باقی مانده باشد که می تواند منجر به خواص مکانیکی و خوردگی نامطلوب از جمله شکل پذیری کم، استحکام کم و توزیع غیریکنواخت خواص مواد در فرم محصول نهایی شود. [2،11،12]

این عیوب را می توان تا حدودی با فرآیندهای پس از ریخته گری، از جمله تغییر شکل مکانیکی، درمان محلول، خاموش کردن، و پیری کاهش داد. با این حال، اگر شمش‌ها قبلا دارای ناپیوستگی‌های غیرقابل جبرانی مانند جداسازی بین دندریتی، مواد بین فلزی مس بزرگ نواری و خوشه‌ای، و اندازه‌های دانه‌های متفاوت باشند، هیچ پردازش ترموس-مکانیکی بعدی، نقایص خواص را برطرف نمی‌کند، به‌ویژه برای اندازه‌های شمش بزرگ‌تر.

همگن سازی به عنوان یک گام اساسی همگن سازی پس از ریخته گری، پردازش مکانیکی بعدی خواص نهایی را تا حد زیادی بهبود می بخشد. مطالعات نشان می‌دهد که قوانین انتشار فیک، اتم‌های مس بسیار متمرکز را از مناطق مرزی بین دندریتی خارج می‌کند و آنها را به طور مساوی در بین دانه‌های زمینه آلومینیوم توزیع می‌کند. فازهای باقیمانده در ماتریس حل می شوند و درجه تفکیک همه عناصر به طور چشمگیری کاهش می یابد. پارامترهای پردازش همگن باید برای ضخامت مقطع شمش بهینه شوند تا از پاسخ حرارتی مناسب و یکنواخت اطمینان حاصل شود.

وانگ و همکاران، که بر روی همگن سازی تمرکز داشتند، به طور موثر از دما و زمان 535 درجه سانتیگراد به مدت 10 ساعت استفاده کردند [3].

متغیرهای بهینه سازی همگن سازی شامل نقطه ذوب، مقدار و سرعت انحلال فاز یوتکتیک، اندازه شمش، اندازه دانه و محتوای مس است. چندین محقق نشان دادند که ابزارهایی مانند پراش اشعه ایکس (XRD) یا کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) ابزارهای ارزشمندی برای تعریف و تأیید مرحله همگن سازی هستند [3،4،5،6،7،8،9]. بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی آلومینیوم همگن 2219 به خوبی مستند شده است.

تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از مطالعه‌ای که آلومینیوم 2219 را با مقادیر مختلف مس بررسی می‌کند، تغییر در مورفولوژی مرز دانه‌ها را پس از همگن شدن در شکل 1 نشان می‌دهد.

جدول زیر نتایج وانگ و همکاران را فهرست می کند. که 2219 غیر هموژن و هموژن را مورد بررسی قرار دادند، که جعل شده و با مزاج T6 درمان شدند. 2219 همگن به وضوح برتر است [3].

تغییر شکل ترمومکانیکی تغییر شکل مکانیکی مانند آهنگری - به طور خاص، آهنگری ناراحت کننده - و نورد، به دنبال درمان محلول و پیری، نشان داده شده است که ریزساختار آلومینیوم 2219 را با ایجاد ذرات Al2Cu با اندازه کوچکتر توزیع شده و دانه های بسیار کوچکتر که منجر به بهبود خواص مکانیکی ناهمسانگرد می شود، به شدت بهبود می بخشد. در یک نمونه از بسیاری از مطالعات، خواص مکانیکی و ریزساختاری برتر با آهنگری چند جهته با دمای بالاتر در دمای 510 درجه سانتیگراد و سپس نورد گرم در دمای 240 درجه سانتیگراد ایجاد شد.

آهنگری و نورد ناراحت کننده به دنبال درمان محلول و پیری منجر به کاهش قابل توجه کسری سطح ذرات درشت Al2Cu (5.5٪ تا 1.0٪) به دلیل انحلال در ماتریس شد. اندازه دانه (230 میکرومتر به 58.6 میکرومتر) از طریق افزایش انرژی ذخیره‌سازی و هسته‌زایی از نورد دمای پایین‌تر کاهش یافت. در نهایت، فاز θ' توزیع یکنواخت 118٪ افزایش یافت. این تغییرات در ریزساختار منجر به استحکام، کشیدگی و خواص شکستگی بهتری شد[10].

توصیه/راهنما

همگن سازی پس از ریخته گری مستقیم سرد معمولی برای بهینه سازی خواص نهایی آلومینیوم 2219 ضروری است و باید به صراحت در مشخصات خرید گنجانده شود. علاوه بر این، تأیید اثربخشی مرحله همگن‌سازی نیز توصیه می‌شود و می‌تواند شامل اندازه‌گیری‌های قبل و بعد از میکروگراف، اندازه‌گیری‌های DSC یا XRD باشد. میکروگراف های اولیه برای تأیید شمش با کیفیت بالا مفید هستند.

تغییر شکل چند جهته نیز برای کمک به شکستگی ذرات درشت، توزیع Al2Cu و فازهای بین فلزی، تبلور مجدد، و هسته‌زایی دانه‌های جدید که منجر به بهبود خواص مکانیکی می‌شود، مهم است.

مراجع

1. NASA-CR-74545

2. NASA-CR-123777

3. وانگ و همکاران، مواد 2018، 11، 914.

4. چن و همکاران، فلزات 2020، 10، 197.

5. Zhang et al., Journal of Materials Research and Technology 2023, 27, 7470.

6. گوپتا و همکاران، فصلنامه متالورژی کانادا، 2006، 45، شماره 3.

7. خو و همکاران، فلزات 2021، 11، 174.

8. ژانگ و همکاران، مواد مهندسی پیشرفته، 2024، 26.

9. لین و همکاران، مواد 2023، 16، 433.

10. Zhang et al., Journal of Materials Research and Technology 2023, 22, 1136.

11. NASA-TM-20230018439 12. NASA-TM-20240000329