سیم آلیاژ آلومینیوم: 5056، درجات و راهنمای انتخاب با استحکام بالا

سیم آلیاژ آلومینیوم ترکیبی از خواصی را ارائه می دهد که سیم آلومینیوم خالص و سیم مسی هر کدام به تنهایی با هم مطابقت ندارند: استحکام کششی معنی دار، چگالی کم، عملکرد الکتریکی یا مکانیکی خوب بسته به سری آلیاژ، و مقاومت در برابر خوردگی بدون عملیات سطحی. معاوضه در مقایسه با آلومینیوم خالص افزایش متوسطی در هزینه و در برخی از سری‌ها کاهش جزئی در رسانایی است - معاوضه‌هایی که در کاربردهایی که خستگی سیم، ظرفیت باربری یا وزن محدودیت‌های اولیه طراحی هستند به آسانی توجیه می‌شوند.

سه سری آلیاژی اکثریت قریب به اتفاق سیم های آلیاژ آلومینیوم تجاری را پوشش می دهند: سری 5xxx (Al-Mg)، سری 6xxx (Al-Mg-Si) و سری 8xxx (Al-Fe). هر کدام تعادل متفاوتی از خواص مکانیکی و الکتریکی را هدف قرار می دهند، به همین دلیل است که مشخص کردن آلیاژ صحیح - نه فقط "سیم آلومینیوم" - در مرحله طراحی ضروری است.

بررسی اجمالی سری آلیاژی و تفاوت آنها

درک طبقه بندی سری سریع ترین راه برای محدود کردن سیم آلیاژ آلومینیومی مناسب برای یک مورد خاص است.

سری 5xxx (Al-Mg): استحکام بالا، غیر قابل درمان حرارتی

سری 5xxx استحکام خود را از طریق سخت شدن با محلول جامد و سخت شدن کار به جای عملیات حرارتی ناشی از بارش به دست می آورد. محتوای منیزیم به طور معمول از 0.5٪ تا 5.5٪ متغیر است. محتوای بالای منیزیم مستقیماً با استحکام کششی و استحکام تسلیم بالاتر ارتباط دارد اما شکل‌پذیری و سهولت شکل‌دهی سرد را کاهش می‌دهد. سیم آلیاژ آلومینیوم 5056 با تقریباً 4.5-5.6٪ Mg، از نظر استحکام نزدیک به بالای سری قرار دارد و در بخش زیر به تفصیل توضیح داده شده است. سایر اعضا مانند 5154 و 5356 به طور گسترده به عنوان سیم جوش MIG استفاده می شوند زیرا ترکیب آنها با محصولات فرفورژه سری 5xxx مطابقت دارد و از دست دادن استحکام اتصال جوش را به حداقل می رساند.

سری 6xxx (Al-Mg-Si): قابل عملیات حرارتی، تعادل رسانایی خوب

سیم آلیاژ آلومینیوم 6201 محصول غالب در این سری برای کاربردهای الکتریکی است. پس از کشش و عملیات حرارتی T81، 6201 به حداقل استحکام کششی 295 مگاپاسکال با رسانایی الکتریکی تقریباً 52.5٪ IACS دست می‌یابد - برای هادی‌های انتقال بالای سر که در آن کنترل بار مکانیکی و فرورفتگی حیاتی است، کافی است. در کابل های AAAC (رسانای آلیاژی تمام آلومینیوم) دقیقاً به این دلیل استفاده می شود که از نظر استحکام از آلومینیوم خالص 1350 بهتر عمل می کند و در عین حال رسانایی قابل قبولی را برای خطوط هوایی با دهانه طولانی حفظ می کند.

سری 8xxx (Al-Fe): درجه برق با افت کم

آلیاژهای 8030 و 8176 از آهن و گاهی سیلیکون برای بهبود مقاومت در برابر خزش و استحکام کششی در مقایسه با آلومینیوم خالص 1350 استفاده می کنند، در حالی که رسانایی را بالای 61٪ IACS نگه می دارند. این آلیاژها انتخاب استاندارد برای سیم های ساختمانی و هادی های توزیع شهری هستند که در آن سیم باید با استانداردهای NEC یا IEC مطابقت داشته باشد و پایداری طولانی مدت بهبود یافته تحت سیکل حرارتی ارائه دهد.

سیم آلیاژ آلومینیوم 5056 : خواص و کاربردها

سیم آلیاژ آلومینیوم 5056 یکی از مقاوم ترین آلیاژهای آلومینیوم غیر قابل عملیات حرارتی به شکل سیم است. ترکیب اسمی آن تحت استانداردهای AA و ASTM شامل 4.5-5.6٪ منیزیم، 0.05-0.20٪ کروم، و 0.05-0.20٪ منگنز، با آهن، سیلیکون، مس و روی برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری تا حداکثر محکم نگه داشته شده است.

ترکیبی از استحکام کششی بالا و چگالی کم به 5056 استحکام خاصی (نسبت مقاومت به وزن) می‌دهد که با برخی سیم‌های فولادی ملایم در تقریباً یک سوم وزن رقابت می‌کند. رسانایی الکتریکی آن در 29٪ IACS برای انتقال نیرو بسیار کم است، بنابراین 5056 به عنوان سیم رسانا استفاده نمی شود - ارزش آن کاملاً در کاربردهای مکانیکی نهفته است.

کاربردهای اولیه سیم آلیاژ آلومینیوم 5056

• دندانه های زیپ و اجزای زنجیر - 5056 آلیاژ غالب برای تولید زیپ آلومینیوم در سطح جهان است. استحکام آن در برابر چرخش مکرر مکانیکی بدون تغییر شکل دندان ها مقاومت می کند و واکنش آندایزینگ آن لایه های اکسیدی سازگار و پذیرنده رنگ را در طیف رنگی کامل ایجاد می کند. YKK و سایر تولیدکنندگان بزرگ زیپ به عنوان ماده ورودی اولیه به آن متکی هستند.
• حفاظ بافته و بافته شده - حالت فوق‌العاده سخت سیم 5056 H19 به‌عنوان قیطان روی ژاکت‌های کابل در کابل‌های نظامی، هوافضا و دریایی استفاده می‌شود که در آن محافظ EMI باید در برابر خم شدن و لرزش بدون شکستگی ناشی از خستگی دوام بیاورد.
• سیم بست و پرچ - میله و سیم کشیده شده 5056 به پرچ های کور برای هواپیما و مجموعه های ساختاری تبدیل می شود. ترکیبی از استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری گالوانیکی با ورق آلومینیوم، آن را به پرچ های فولادی در سازه های با پوسته آلومینیومی ترجیح می دهد.
• توری غربالگری و فیلتراسیون حشرات - سیم ریز 5056 بافته شده در شبکه، مقاومت در برابر خوردگی بهتری را در محیط های مرطوب و ساحلی در مقایسه با آلیاژهای 3003 یا 1100 با هزینه قابل قبول ارائه می دهد.
• زره بافته برای شیلنگ ها و مجرای انعطاف پذیر - سیم 5xxx با منیزیم بالا در مواردی استفاده می شود که یک لایه محافظ خارجی سبک وزن و در عین حال قوی روی مجموعه های شلنگ انعطاف پذیر هیدرولیک یا پنوماتیک مورد نیاز است.

سیم آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا : تعریف دسته

سیم آلیاژ آلومینیوم با مقاومت بالا به یک آلیاژ منفرد اشاره نمی‌کند، بلکه به یک ردیف عملکردی اشاره دارد - محصولات سیمی مهندسی شده برای تجاوز به مقاومت کششی قابل دستیابی با آلومینیوم خالص (معمولاً 80 تا 100 مگاپاسکال) با یک حاشیه قابل توجه، معمولاً 250 مگاپاسکال و بالاتر بسته به مزاج و کاربرد. چندین خانواده آلیاژی متمایز به این سطح می رسند:

• سیم 5xxx-H1x کار سخت شده (5056, 5154, 5183) - از طریق کشش سرد بدون عملیات حرارتی به 300-435 مگاپاسکال می رسد. هیچ سخت شدن سن امکان پذیر نیست، بنابراین استحکام در مرحله کشش تنظیم می شود و در طول زمان پایدار است.
• 6201-T81 سیم عملیات حرارتی شده - استحکام در محدوده 295-330 مگاپاسکال با رسانایی بالاتر از 52٪ IACS، استاندارد برای هادی های سربار AAAC.
• سیم سری 7xxx (7075، 7150) - استحکام کششی تا 570 مگاپاسکال به شکل سیم کشیده، که از طریق سخت شدن رسوب روی-منیزیم-مس به دست می آید. در سیم بست هوافضا و کاربردهای ساختاری با کارایی بالا که در آن صرفه جویی در وزن نسبت به فولاد بسیار مهم است و هزینه آن ثانویه استفاده می شود.

تمایز بین این خانواده ها اهمیت دارد زیرا استحکام کششی نامی یکسانی که توسط مکانیزم های مختلف به دست می آید، ویژگی های پایداری متفاوتی دارد . سیم های سخت شده در صورت قرار گرفتن در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد می توانند نرم شوند. سیم 7xxx سخت شده در اثر بارش، استحکام خود را تا دمای پیری خود حفظ می‌کند، اما مستعد ترک خوردگی ناشی از تنش در محیط‌های کششی پایدار است، مگر اینکه مزاج T73 بیش از حد مشخص شده باشد. هیچ یک از این نگرانی ها در مورد 6201 در کاربرد اصلی آن به عنوان هادی سربار صدق نمی کند.

فرآیند کشیدن سیم و چگونگی تأثیر آن بر خواص نهایی

سیم آلیاژ آلومینیوم با کشیدن استوک میله از طریق یک سری قالب های کوچکتر کاربید تنگستن یا الماس پلی کریستالی تولید می شود که قطر را با افزایش های کنترل شده کاهش می دهد. درجه کار سرد اعمال شده - که به صورت کاهش سطح مقطع از میله شروع به قطر سیم نهایی بیان می شود - به طور مستقیم خواص مکانیکی سیم تمام شده را تعیین می کند.

برای آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی مانند 5056، هر پاس کششی استحکام کششی و سختی را افزایش می دهد و در عین حال ازدیاد طول را کاهش می دهد. سیم کشیده شده به دمای H18 (کاملاً با کار سخت شده) کاهش کافی برای رسیدن به حداکثر استحکام آن آلیاژ به قیمت شکل‌پذیری دارد. مزاج متوسط ​​(H12، H14، H16) نشان دهنده سخت شدن نسبی است و بهبود استحکام مفیدی را ارائه می دهد و در عین حال کشش کافی را برای عملیات شکل دهی پایین دست مانند بافندگی، قیطاندن یا سرپیچ کردن حفظ می کند.

کنترل‌های فرآیند کلیدی که کیفیت سیم نهایی را تعیین می‌کنند عبارتند از:

• زاویه مرگ و نسبت کاهش در هر پاس - کاهش بیش از حد در هر پاس باعث افزایش استرس داخلی و خطر نقص مرکز ترکیدگی در آلیاژهای با منیزیم بالاتر می شود.
• روغن کاری - صابون خشک، امولسیون مرطوب یا روان کننده های مبتنی بر روغن بر اساس آلیاژ، مواد قالب و سرعت کشش برای کنترل سایش قالب و پوشش سطح انتخاب می شوند.
• بازپخت میانی - برای سیم‌های بسیار ظریف یا توالی‌های ترسیم عمیق، بازپخت کنترل‌شده بین پاس‌ها، شکل‌پذیری را بازیابی می‌کند و از شکستگی جلوگیری می‌کند، سپس کشیدن به حالت هدف از سر می‌گیرد.
• کیفیت سطح - درزها، دورها یا اجزاء در تغذیه میله به شکاف های سیم تمام شده انتشار می یابد. کیفیت مواد اولیه میله، به ویژه وضعیت اکسید سطحی و رتبه بندی، تعیین کننده اولیه بازده سیم در تولید گیج ریز است.

مقاومت در برابر خوردگی: آنچه سیم آلیاژ آلومینیوم می تواند و نمی تواند تحمل کند

سیم آلیاژ آلومینیوم یک لایه اکسید غیرفعال خود ترمیم شونده را در قرار گرفتن در معرض هوا تشکیل می دهد و بدون عملیات سطحی به آن مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر خوبی می دهد. با این حال، ترکیب آلیاژ به طور قابل توجهی بر عملکرد در محیط های خاص تأثیر می گذارد:

• 5056 و سایر آلیاژهای 5xxx با منیزیم بالا - مقاومت عالی در برابر آب دریا و جوهای دریایی؛ به طور گسترده برای سخت افزار دریایی و محافظ کابل روی کشتی ها مشخص شده است. با این حال، آلیاژهایی با محتوای منیزیم بالاتر از 3.5٪ اگر برای مدت طولانی در محدوده دمایی 65-175 درجه سانتیگراد قرار گیرند، مستعد حساسیت (خوردگی بین دانه ای) هستند. این امر استفاده از آنها را در محیط های با دمای بالا محدود می کند.
• سیم سری 6xxx - مقاومت در برابر خوردگی عمومی و دریایی خوب با خطر حساسیت کمتر. پوشش یا آنودایز تبدیل کرومات عملکرد را برای کاربردهای ساختاری هوافضا و فضای باز بهبود می بخشد.
• سیم سری 7xxx - محتوای روی که باعث استحکام بالا می شود، حساسیت به ترک خوردگی ناشی از تنش را نیز افزایش می دهد. سیم 7075-T6 در کشش پایدار در محیط‌های مرطوب می‌تواند در تنش‌های بسیار کمتر از استحکام کششی اسمی شکست بخورد. طبع T73 انتخاب صحیحی برای کاربردهای سازه ای است که در آن خوردگی تنش یک خطر است .

سازگاری گالوانیکی نیز زمانی که سیم آلیاژ آلومینیوم با فلزات غیر مشابه تماس پیدا می کند بسیار مهم است. تماس مستقیم با مس، برنج یا فولاد در حضور رطوبت، خوردگی آلومینیوم را تسریع می کند. اتصالات آستین، چین و انتها در مجموعه های فلزی مخلوط باید دارای اتصالات انتقالی دو فلزی یا آستین های جداکننده باشند.

انتخاب سیم آلیاژ آلومینیوم مناسب: یک چارچوب تصمیم

آلیاژ و دمای مناسب برای هر کاربرد سیم آلیاژ آلومینیوم را می توان با کار کردن روی مجموعه کوتاهی از سوالات به ترتیب محدود کرد:

1. آیا هدایت الکتریکی لازم است؟ اگر بله، گزینه های قابل اجرا 6201-T81، 8030 یا 8176 هستند. اگر نه، طیف کاملی از آلیاژهای مکانیکی موجود است.
2. چه مقاومت کششی مورد نیاز است؟ زیر 250 مگاپاسکال: 5154 یا 5356 در حالت H1x مقرون به صرفه هستند. 250–400 مگاپاسکال: 5056-H18 یا 6061-T81. بالاتر از 400 مگاپاسکال: سری 7xxx، پذیرفتن معاوضه هزینه و خوردگی تنش.
3. آیا سیم جوش داده می شود یا به عنوان ماده مصرفی جوش استفاده می شود؟ اگر بله، سیم پرکننده 5356 یا 5183 انتخاب استاندارد است. 5056 همچنین در مواردی که به استحکام جوش بالاتر برای مواد پایه 5xxx نیاز است استفاده می شود.
4. آیا سیم آنودایز می شود یا به صورت تزئینی تکمیل می شود؟ 5056 به خوبی پاسخ می دهد و سطوح آندایز شده روشن و یکنواخت را تولید می کند. آلیاژهای 6xxx نیز به خوبی آنودایز می شوند. آلیاژهای 7xxx آنودایز اما با قوام کمتر به دلیل محتوای آلیاژی بالاتر.
5. آیا کاربرد تحت تنش کششی پایدار در یک محیط خورنده است؟ از 5xxx منیزیم بالا در دمای بالا اجتناب کنید. اجتناب از 7xxx-T6؛ 7xxx-T73 را مشخص کنید یا به آلیاژهای 6xxx تغییر دهید.
6. آیا قطر ظریف (<0.5 میلی متر) مورد نیاز است؟ آلیاژهای 5056 و 6xxx به طور معمول برای کاربردهای صفحه نمایش و قیطان به گیج های ظریف کشیده می شوند. آلیاژهای 7xxx به دلیل شکل پذیری کمتر، کمتر در قطر بسیار ریز موجود هستند.

کار بر روی این معیارها قبل از نزدیک شدن به تامین کنندگان، خطر دریافت سیمی را کاهش می دهد که دارای مشخصات اسمی است اما در سرویس به دلیل عدم تطابق بین دما، محیط و شرایط بارگذاری ناموفق است.