آلياژ هاي AL-Li

چكيده :

آلياژهاي AL-Li عمدتا بعنوان مواد پيشرفته براي كاربرد در تكنولوژي هاي هوايي و هوافضا مورد توجه هستند كه اين به علت دانستيه كم و مدول مخصوص بالا (high specific modulus ) و خصوصيات خستگي و تافنس در دماي پايين (cryoyenic touyhness ) خوب مي‌باشد.

اشكال عمده آلياژهاي AL-Li استحكام بالا ( Peak – Strength ) ، داكتيليته كم و تافنس شكست در جهت عرضي ( fracture toughness in the short transverse direcetion ) ناهمسانگراي در خصوصيات سطحي (plane properties ) نياز به كارسرد براي رسيدن به خصوصيات عالي و حداكثر و توسعه و پيشرفت ترك هاي خستگي زماني كه ترك ها ميكروسكوپي هستند مي‌باشد.

آلياژهاي AL-Li :

آلياژهاي AL-Li عمدتا براي كاهش وزن سازه هاي هوايي و ساختمان هواپيما توسعه يافته اند . اخيرا نيز به منظور استفاده در كاربرد هاي برودتي و دماي پايين مورد تحقيق و توجه قرار گرفته اند.

پيشرفت عمده كار از سالهاي 1970 تا 1980 شروع شد زمانيكه توليد كنندگان آلومينيوم ، آلياژهاي AL-Li را به عنوان جايگزين مناسب براي آلياژهاي بدنه هواپيما توسعه دادند. دانستيه كم آلياژهاي AL-Li وزن كم و بهبود كارايي هواپيما را به دنبال داشت .

آلياژهاي AL-Li تجاري عمدتا به عنوان مواد پيشرفته براي تكنولوژي هاي هوا – فضا مورد توجه قرار گرفته است كه اين به علت وزن مخصوص كم و مدول مخصوص بالا ويژگي هاي تافنس خستگي و تافنس دماي پايين عالي آنها مي‌باشد . مقاومت در برابر اشاعه ترك خستگي بالاي آلياژهاي AL-Li در مقايسه با آلياژهاي قديمي‌سري 2xxx و 7xxx به علل زير مي‌باشد:

1-high levels of crack tip shielding

2- meandering crack paths

3- the resultant roughness – in duced crack closure

واقعيت امر اين است كه ويژگي هاي عالي اين آلياژها از مكانيزم بالا منتج شده است و دلالت قطعي نسبت به تركهاي كوچك و رفتار نوساني ( variable – amplitude behavior ) آنها دارد.

اشكال عمده آلياژهاي AL-Li استحكام بالا(peak- strenyth) كاهش داكتيلتيه و تافنس در جهت عرض كوتاه (fracfure toughness in the short transverse divection) ناهمسانگردي در ويژگي هاي صفحه اي ، نياز به كارسرد بري رسيدن به خصوصيات عالي و حداكثر و سرعت توسعه و رشد ترك خستگي بالا زماني كه ترك ها ميكروسكوپي مي‌باشند .

توسعه آلياژهاي AL-Li تجاري موجود با اضافه كردن به آلياژهاي آلومينيوم – مس ،آلومينيوم – منيزيم ، و آلومينيوم- منيزيم – مس شروع شد . اين آلياژها انتخاب شده بودند براي افزودن مشخصات رسوب سختي و نيز افزايش رسوبات آلياژهاي پايه Al-mg, Al – cu و Al –cu-mg به رسوبات آلياژهاي حاوي Li براي افزايش سختي و قابليت رسوب سختي آنها.

پيشرفت عملي در اين ويژگي و رفتار در آلياژهاي2020(AL-Cu-Li-Cd) -01429(AL-Mg-Li) ، 2091 , 2090(Al- Cu-Li) 8090(Al-cu-Mg-Li) نتيجه شده است.

گذشته از اين آلياژهاي ثبت شده، ديگر آلياژهاي تجاري Al. Li شامل weldaliteo49 , cp 2 76

آلياژ weldalite 049:

تركيب شيمايي weldalite 049 cu- 5.4, li- 1.3. , Ag- 0.4, mg-0.4, zr-0.14 استحكام متفاوتي را در توليدات و تمپرهاي (tempers) متفاوت نشان مي‌دهد. عكس العمل و جواب پير شدن اين آلياژ با كار سرد به شدت تقويت مي‌شود (temper T₃) و حتي بدون كارسرد توي تري مي‌شود (T₄) و در واقع از همه آلياژهاي شناخته شده AL واكنش و عكس العمل پير سازي طيبعي قوي تر و بهتري دارد.

Weldalite 049 دستخوش بازگشت در طي اولين مرحله پير سازي مصنوعي مي‌شود رداكتيلتيه آن به طور قابل توجه تا 24% افزايش مي‌يابد.

استحكام كششي 700 mpa نيز در دو نوع T18 و T6 به دست ‌آمده كه در آزمايشگاه توليد شده است. weldali 049 داراي قابليت جوشكاري بسيار خوبي مي‌باشد بطور مثال اين ‌آلياژ ترك هاي گرم غير قابل تشخصي (discernable hot crakiny)در قطعات بسيار آرام جوشكاري شده (highly restrained wedment) با قوس گاز تنگستن (gas tungsten are) و جوشكاري توس تحت فلز (gas metal are) و جوشكاري پلاسما (VPPA) (variable plarity plasma Are) فوق العاده بالايي در فيلتر (filler) مصرفي متداول 2319 مشاهده شده است. و حتي در صورت استفاده از فيلترهاي مخصوص استحكام جوش بالاتر نيز قابل دسترسي باشد.

آلياژ 2090:

تركيب شيمايي

Cu- 2.7 , li -2.2 , Ag -0.4 , zr-0.12

آلياژ 2090 به منظور جانشيني براي آلياژ 7075-T6 با دانسيته كم تر و 10% مدول الاستيك بيشتر توسعه يافته است. كاربرد اصلي اين آلياژ استحكام بالا در ساختارهاي فضا پيماهاي رايج و متداول مي‌باشد.

آلياژ 2090 توسط انجمن AL در سال 1984 ثبت شده است.

تغييرات تمبر باعث ايجاد تركيبي ازخواص مختلف ماننداستحكام، تا فنس مقاومت خوردگي، تلرانس آسيب (damaye tolerance) و قابليت توليد (fabricability) در اين آلياژ شده است.

از آنجايي كه آلياژ 2090 و تمبرهايش (tempers) نسبتا جديد هستند. در جنبه هاي مختلف ثبت و ضبط و مشخصات ديگر و داده ها در باره استحكام و تافنس ممكن است براي بعضي شكلها و فرم ها معيوب باشد.

عموما مشخصات مهندسي آلياژهاي AL- Li شبيه به آن دسته از آلياژهاي گزوه 2xxx و 7xxx كه كاربرد متداول و رايجي در صنايع هوايي دارند. مي‌باشند بعضي تركيبات موجود در 2090تغييرات اندكي را نسبت به ديگر آلياژهاي رايج Al در آن ايجاد كرده است. كه اين تغييرات و خصوصيات بايد در حين طراحي وانتخاب مواد (material design phase) در نظر گرفته شود اين ويژگي هاي متمايز آلياژ 2090 شامل موارد زير مي‌باشد.

ناهمسانگي صفحه اي در خصوصيات كششي كه در اين آلياژ از ديگر آلياژهاي متداول بيشتر است.
قرار ردهي در دماي بالا براي رسيدن به تمپرهاي peak – age (T8₆ , T8₁, T8₃) كه پايداري واستحكام بالا و در حدود 10% ويژگي هاي اوليه را نشان مي‌دهد.
رفتار رشد ترك خستگي زياد.
نياز به كار سردُ براي رسيدن به خواص بهينه در اين خصيصه آلياژ 2090 شبيه آلياژهاي 2024 و 2219 مي‌باشد.
رفتار وابسته به شكل براي اكسترون با استحكام هاي خيلي بالا.

ورق هاي آلياژ 2090- T8⁶ , 2090 اكستروژن شده مقاومت عالي در مقابل خوردگي لايه اي و پوسته پوسته شدن (exfolia tion corrosion) در آزمايش هاي خوردگي كنار آب دريا در مدت طولاني و به طور وسيع از خود نشان داده‌اند.

مقاومت اين آلياژها به خوردگي آب دريا مي‌تواند محافظ خوبي براي آلياژهاي 7075 – T₆ باشد كه در معرض آب دريا مي‌تواند در اثر خوردگي و پوسته پوسته شدن صدمه ببيند.

مقاومت به ترك ناشي از تنش خوردگي (scc) در آلياژ 2090 به شدت تحت تاثير پير سازي مصنوعي مي‌باشد. تمپرهاي under – aged مثل T84 نسبت به آنهايي كه near – peak – aged هستند مثل T81 , T83, T86 نسبت به تركه هاي (scc) مستعد ترند.

آلياژ 2091:

تركيب شيميايي: cu- 2.1 , Li 2.0 , zr 0. 10

آلياژ 2091 به عنوان يك آلياژ با تلرانس آسيب بالا (damage- tolerant) توسعه يافته است و داراي 8% دانسيته كمتر و 1% مدول بيشتر نسبت به 2024-t3 مي‌باشد اين آلياژ damae- tolerant با تافنس بالا به طور گسترده در ساختمان هواپيما استفاده مي‌شود. آلياژ 2091 به عنوان ساختارهاي ثانويه (secondary structures) زماني كه استحكام بالا مهم نباشد استفاده مي‌شود.

آلياژ 2091 توسط انجمن آلومينيوم ثبت شده است تمپرها وعمليات مختلف به منظور ارائه تركيب مناسب از استحكام، مقاومت خوردگي، تلرانس آسيب وقابليت توليد (fabricability) توسعه يافته است.

ميكرو ساختار 2091 بر طبق ضخامت قطعه ومواد تشكيل دهنده تغيير مي‌كند عموما اندازه هاي بالاتر /5mm 3 ميكروساختر uncrystallized دارند و اندازه هاي كمتر يك ساختار دانه تبلور مجدد شده ستوني و كشيده.س(elangated recrystallized) از خود نشان مي‌دهند. عموما رفتار 2091 شبيه آلياژهاي گروه 7xxx و 2xxx مي‌باشد. مشخصات ماده كه هدف و آرمان شده است براي آلياژهاي AL در مورد 2091 اهميت و توجه كمتري نياز دارد.

آلياژ 2091 براي رسيدن به ويژگي ها و خصوصيات خوب نيست به 2024 وابستگي كمتري به كار سرد دارد. خوصيات آلياژ 2091 بعد از قرار گيري در معرض دماي بالا (بالاتر از 125c⁰) نسبتا پايدار مي‌باشد. و براي بيشتر كاربردهاي تجاري تغييرات خواص در مدت كاركرد يك قطعه قابل قبول مي‌باشد.

مقاومت خوردگي لايه اي (exfloition resistance) آلياژ 2091- T8₄ مانند 2024 با توجه به ميكروساختار قطعه توليدي و سرعت سرد شدن و كوئنچ تغيير مي‌كند.

افزايش ساختار unrecrystalized باعث افزايش حملات enflotoh مي‌شود. اگر چه مقاومت erflotion آلياژ 2091 معمولا با آلياژ مشابه آن 2024 – T3 قابل مقايسه مي‌باشد. تاثير ميكروساختار بر scc در توليدات صفحه اي و ورق تاثيري متفاوت بر exflotion دارد. هر چه ميكروساختار اليافي تر باشد حد scc افزايش مي‌يابد.

براي ساختارهاي unrecrystalized ضخيم تر وساختارهاي (elonguted recrysta lized) باريك تر رسيدن به حد (240 mpa Scc) امكان پذير مي‌بادش كه به خوبي با 2024 – T₃ قابل مقايسه مي‌باشد.

براي توليدات نازك تر اين حد به وسيله اندازه و مواد تشكل دهنده تغيير مي‌كند. و اين حد مي‌تواند. كمتر از 60% تا 50% استحكام تسليم يا بيشتر از %75 استحكام تسليم تغيير كند.

اگر چه آزمايش تافنس روي 2091 توسط تعدادي از آزمايشگاههاي مواد و مصرف كنندگان انجام شده است ولي نتايج براي تفسير كردن مشكل مي‌باشد.

نتايج به دست آمده براي 2091 نسبت به نتايج 2024 بهتر و عالي تر است نتايج آزمايش حدودا مساوي نتايج 2024 و يا كمي‌كمتر و پايين تر از 2024 مي‌باشد. عموما اجماع كلي با توجه به كنترل هاي انجام شده و شباهت رويدادها و ويژگي هاي تافنس آلياژ 2091-T84 و تافنس كافي آلياژ برآن است كه 2091 مي‌تواند جانشيني مناسب براي 2024 باشد.

آلياژ 8090:

تركيب شيميايي

Li- 2.45 , zr-0.12 , cu -1.3, mg -0.95

آلياژ 8090 توليد شده است به عنوان يك آلياژ استحكام متوسط با تلرانس آسيب خوب (damage- tolerant) با 10% دانسيته كمتر و 11% مدول بيشتر از دو آلياژ 2014 و 2024

كاربرد اين آلياژ در جاهايي كه كمترين دانسيته ممكن و تلرانس آسيب مهم و مد نظر است، مي‌باشد. اين آلياژ به صورت ورق، (sheet)، صفحه (plate)، اكستروژن و فرج شده در دسترس است و همچين مي‌تواند در كاربردهاي جوش كاري (welded application) استفاده شود.

تركيب شيميايي آلياژ 8090 توسط انجمن آلومينيوم ثبت شده است تمپرهاي مختلف (tempers) براي ارائه تركيب مناسب از استحكام، مقاومت خوردگي، تلرانس آسيب و قابليت توليد، توسعه يافته است.

از آنجايي كه آلياژ 8090 تمپرهايش در شكل هاي توليدش نسبتا جديد و ثبت نشده مي‌باشد، جدول خصوصيات و مشخصات آن ناقص مي‌باشد.

توليدات استحكام متوسط آلياژ 8090 براي رسيدن به حداكثر استحكام پير سازي مي‌شوند و تغييرات كمي‌در ويژگي ها و خصوصيات پس از قرار گيري در دماي بالا مشاهده مي‌شود.

در توليدات و قطعات very underaged علاوه بر پير سازي فوق العاده، در معرض گذاري در دماهاي بالا مورد نياز مي‌باشد.

تغيير در استحكام و تافنس در دماهاي پايين (cryogenic temperatures) در آلياژ 8090 بيشتر از آلياژ هاي متداول AL ديده مي‌شود. آلياژ 8090 استحكام بالا و قابل توجه و تافنس خوبي در دماهاي پايين دارد.

بهبود كيفيت تجاري قابل دسترسي آلياژهاي Al –Li از قبيل آلياژ 8090 پيشرفت هاي قابل توجه و عمده اي در زمينه slort- transverse ductility و در نتيجه در short – transrers tensile strength را سبب شده است.

تحقيقات انجام شده روي آلياژ 8090 قابليت دسترسي به يك (minimum plateau) در يك دماي aging حدود 190c⁰ را نشان داده است.

سطح toughness plateau به وسيله محتوي ناخالصي ها تحت تاثير قرار مي‌گيرد.

فهرست مطالب

چكيده :. 1

آلياژهاي AL-Li :. 1

آلياژ weldalite 049:. 3