سیستم تعریف تمپر برای پروفیل های آلومینیومی و پری اکستروژن

آلومینیوم و آلیاژهای آن یکی از عمده ترین فلزات تجاری در بین فلزات رایج هستند. این گروه از فلزات به دلیل رسانایی عالی الکتریکی و گرمایی، مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی و خستگی، ساخت پذیری و نیز استحکام بالا، کاربرد گسترده ای دارند. آلومینیوم و آلیاژهای آن، به طور طبیعی غیر مغناطیسی بوده و لحیم کاری آنها با قلع یا برنج به راحتی امکان پذیر است.

بسیاری از انواع پروفیل های آلومینیومی و آلیاژهای آن را می توان با گازهای مختلف، قوس الکتریکی و روش­های مقاومتی، جوشکاری کرد. آلیاژهای استاندارد این فلز، با رنگ های ویژه، برای استفاده در کارهای تزیینی، به سهولت در دسترس اند. آلیاژهای آلومینیوم را می توان با هر بافت و میزان درخشندگی دلخواه، جلا و صیقل داد. آب کاری و روکش دادن آنها با استفاده از مواد آلی یا شیمیایی امکان پذیر است، این کار برای تنوع بیشتر در پرداخت های متداول صورت می گیرد. آلومینیوم خالص به شکل گسترده در کابل ها و سیم ها، اتصالات الکتریکی، و به طور کلی در تمام بخش هایی که جریان الکتریکی از آنها عبور می کند، کاربرد دارد.

آلومینیوم و انواع خاصی از برنج ها، برنزها و آلیاژهای آلومینیوم نیکل به شکل گسترده ای، در ساخت رادیاتورهای اتومبیل، مبدل های حرارتی، سیستم های گرمایش خانه ها، صفحات ویژه جذب انرژی خورشیدی و کاربردهای دیگری که در آنها به مبادله ی سریع حرارت بین بخش های فلزی نیاز است، به کار می روند. این فلزات - به دلیل مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی برای ساخت لوله، تیوب، سوپاپ، ایجاد اتصالات در سیستم های انتقال آب آشامیدنی، آب صنعتی و سیالات آبی دیگر استفاده می شوند.

 

سیستم تعریف تمپر برای آلومینیوم و آلیاژهای آن

سیستم تعریف تمپر مربوط به پرس اکستروژن آلومینیوم و آلیاژهای آن، تحت عنوان «استاندارد ملی آمریکا» در این کشور انجام شده است. این نام گذاری در کلیه ی فرم های تولید (آلیاژهای ریختگی و کار شده به جز شمش) استفاده می شود. این سیستم بر مبنای ترتیب و ترکیب عملیات حرارتی یا مکانیکی، تعریف شده است. تعریف و نامگذاری تمپر بعد از نام آلیاژ و با یک خط تیره مشخص می شود.

نامگذاری پایه (basic) تمپر مرکب از حروف بزرگ لاتین است. «زیر بخش های» اصلی مربوط به عملیات تمپر (بسته به الزام آن) بر اساس یک و یا تعداد بیشتری از ارقام، مشخص می شود. این ارقام خاص مرتبط به عملیات بوده و ویژگی های مربوط به مشخصات یا کاراکترهای ساخت را می سازد. هرگونه تغییر در شرایط عملیات حرارتی با اعداد تکمیلی در کنار حروف نامبرده تعیین و معرفی می شود.

شرایط عملیات حرارتی مورد استفاده برای تمپر ( به طور مثال مقادیر زمان، درجه حرارت و کوئنچ یک آلیاژ) ممکن است با روش به کار گرفته شده در «تمپر مشابه» مربوط به آلیاژ دیگر متفاوت باشد. تعاریف و نامگذاری تمبرهای رایج، و توضیحات پیرامون کاربردهای متوالی آن در پاراگراف های ذیل ارائه شده است.

F، در حالت تولید شده ( as - fatricated )، کاربرد در مورد محصولات شکل یافته با روش کار سرد، کار گرم و یا فرایندهای ریخته گری که در آن، کنترل خاصی بر شرایط حرارتی و یا سخت سازی کرنشی صورت نمی گیرد. در این حال، برای محصولات کار شده، محدوده های خواص مکانیکی وجود ندارد.

O: آنیل شده. کاربرد در محصولات «کارشده» ای که به منظور حصول حداقل استحکام و بالاترین شکل پذیری آنیل شده اند. همچنین در محصولات ریخته گری که برای اصلاح شکل پذیری یا پایداری ابعادی آنیل شده اند. O ممکن است به وسیله ی عددی غیر از صفر همراهی شود.

 

برنامه راهبردی صنعت پروفیل آلومینیوم و تجارت

گفتنی است یکایک مطالعات و پژوهش‌های پیش گفته، اصالت موضوعی خاصی دارند و مطالعه‌ای جامع و کامل با گستره اقتصاد و تجارت صنعت پروفیل آلومینیوم ایران به انجام نرسیده است؛ با این حال، مقاله حاضر می‌کوشد به صورت یکپارچه و جامع به محورهای موضوعی پانزده گانه (از جمله جایگاه صنعت، نهاده‌های تولید، ساختار هزینه تولید، ساختار صنعت، مزیت‌های نسبی و رقابتی، سیاست تجاری و دسترسی به بازار، شرکا و رقبای تجاری، ظرفیت‌های صادراتی، بازارهای صادراتی، چالش‌های صنعت) پرداخته و نیز نیم نگاهی به هدف‌مندی یارانه‌ها، ابعاد تحریم و ملاحظات زیست‌محیطی داشته باشد.

عمده پرسش‌های اصلی و فرعی مطرح در این مقاله عبارتند از:

1. قوت و ضعف‌‌‌ها و فرصت و چالش‌‌‌ها (تهدیدهای) فراروی صنعت آلومینیوم ایران کدام‌اند؟

۲. استراتژی مناسب توسعه تولید و صادرات صنعت آلومینیوم ایران چه مؤلفه‌‌‌ها و اجزایی دارد؟

٣. سایر پرسش‌‌‌ها با مضمون فرعی نیز در حوزه جایگاه صنعت آلومینیوم در اقتصاد ایران و وضعیت نهاده‌های اصلی تولید؛ ساختار هزینه تولید؛ چرخه عمر آلومینیوم اولیه؛ چشم‌انداز تقاضای جهانی آلومینیوم اولیه و عوامل مؤثر بر آن، حلقه‌های زنجیره ارزش صنعت آلومینیوم؛ ساختار صنعت آلومینیوم در جهان و تحولات آن؛ مزیت‌های نسبی و رقابتی ایران در صنعت آلومینیوم و عوامل موجد آن؛ ارزیابی سیاست تجاری و دسترسی به بازار داخلی ایران، شرکا و رقبای تجاری ایران، ارزیابی ظرفیت‌های صادراتی و بازارهای مناسب توسعه صادرات ایران خواهند بود.

همچنین، نظر به گستره و وسعت مقاله حاضر، برای حدود پانزده محور موضوع مرتبط با صنعت آلومینیومو پروفیل صنعتی آلومینیوم به طور جداگانه متدولوژی و روش انجام پژوهش ارائه‌شده و سپس، با نتایج به دست آمده، تحلیل سوات (SWOT) صنعت آلومینیوم ایران تحلیل می‌شود و آن‌گاه از نقاط قوت و ضعف، فرصت و تهدیدهای احصایی از صنعت آلومینیوم، نسبت به تدوین استراتژی توسعه تولید و صادرات صنعت آلومینیوم ایران اقدام می‌شود.

خواص مکانیکی انواع پروفیل صنعتی آلومینیوم

قابلیت فرم دهی سرد (Cold forming) قطعات بستگی به نوع آلیاژ، اندازه ی دانه و خواص مکانیکی آن دارد.

در جدول ۲، رابطه ی عمومی بین اندازه دانه و قابلیت فرم دهی سرد (برای انواع پروفیل آلومینیومی و آلیاژهای آن) نشان داده شده است. در این جدول، وضعیت پرداخت سطحی نهایی نیز آورده شده است. جدول زیر برای آلومینیوم را فعالیت برشی اندک (مثل C26000 و C27000) نیز قابل کاربرد است. اغلب آلیاژهای با آلومینیوم زیاد، شکل پذیر (ductile) یا نرم هستند و با انجام دادن کار سرد سریعاً سخت نمی شوند. عموماً در این حال، یک اندازه ی دانه ی معادل 0.35mm برای کشش عمیق مناسب است. به طور کلی، خروجی نهایی آنیل برای تأمین فرم دهی سرد، به دست آوردن ترکیب بهینه ای از شکل پذیری، استحکام و کیفیت خوب سطح (با مینیمم مقدار جلاکاری نهایی مورد نیاز) است. عملیات آنیل باید بر ویژگی های معینی منتقد شده و به صورت هماهنگی در تلاقی منظم با کار سرد قرار گیرد.

احتیاط های عمومی (General Precautions)

 احتیاط های زیر باید برای اخذ بهترین نتایج، در عملیات آنیل انواع پروفیل آلومینیوم و آلیاژهای آن مورد ملاحظه و توجه قرار گیرند:

نمونه گیری و آزمون (Sampling and Testing)

نمونه گیری و آزمون حتماً باید نشان دهنده ی درجه ی حرارت بار کوره ی تحت کار باشد. برای آلیاژهای ساده و تک فاز، بهترین و بیشترین معیار درستی انجام کار اندازه گیری، میزان آنیل و متوسط اندازه ی دانه است.

به طور معمول، اندازه ی دانه اساس پذیرش یا رد (Accepting or Rejecting) متریال است، لیکن، الزام های تعیین شده برای وسایل مخصوص، در این کار همیشه عملی و در دسترس نیست. برای سهولت و راحتی کار می توان از سختی راکول (Rockwell) استفاده کرد (با لحاظ کردن تقریب اندازه ی دانه). در این زمینه به ویژگی های ASTM در مورد سختی راکول یا اندازه ی دانه (برای اغلب آلیاژهای آلومینیوم) مراجعه کنید.

تاثیر پیش عملیات (Effect of Pre treatment)

به علت اندازه و وسعت کار سرد و همچنین ساختار دانه (منتج از تأثیر زیاد سیکل حاصل از هر آنیل) مراحل انجام آنیل باید هر آنچه را که در محاسبه ی فرایند «پیش عملیات» وجود داشته پاسخ دهد. اولین اجرای برنامه باید پایداری ثابت را نشان دهد. فرایندهای پیش عملیات پروفیل های آلومینیومی باید به هم پیوسته و حاوی سازگاری لازم و نتایج منطقی باشند.

تأثیر زمان (Effect of time)

در اغلب کوره ها، تفاوتی قابل ملاحظه بین درجه ی حرارت «درون فلز» و آن چیزی که در دماسنج کوره مشاهده می شود وجود دارد. در نتیجه زمان در کوره اثر مهمی در درجه ی حرارتی نهایی فلز پروفیل آلومینیوم دارد.

برای یکایک این موضوعات اندازه ی دانه ی اختصاص یافته، درجه ی حرارت کوره و زمان می بایست با اندازه و تیپ بار کوره (Furnace load) تغییر کند.

قرار داشتن ترموکوپل ها در داخل بار و هسته ی کوره اهمیت دارند. آنها یک متوسط مشترک در مورد درجه ی حرارت کوره می دهند (monitoring).

اکسیداسیون (Oxidation)

اکسیداسیون باید با رعایت کاهش تلفات فلز، برای هزینه های کمتر، به وسیله ی محلول های (پاکساز /Pickling) و در جهت بهبود نهایی به حداقل رسانده شود.

در برخی موارد برای مواد آنیل شده از اتمسفرهای ویژه و آماده مثل گازهای گرمازا (Exothermic) یا آمونیا (آمونیاک) تجزیه شده استفاده می شود. معمولاً در این حال، اتمسفر کنترل شده ی کوره اقتصادی تر است.

تردی هیدروژن (Hydrogen Embrittlement)

هرگاه پروفیل صنعتی آلومینیوم آنیل شده حاوی اکسیژن باشد، میزان هیدروژن در اتمسفر آنیل باید در حداقل خود باشد تا از تردی جلوگیری شود. مقدار هیدروژن ترجیحاً در درجه ی حرارت کمتر از  F°900/ C°480 ، نباید از 1% بیشتر باشد. در این حال، درجه ی حرارت نیز باید به بالای C°480 افزایش یابد. در نهایت، محتوی هیدروژن مربوط به اتمسفر کوره باید به صفر نزدیک شود.

قطر محیطی قالب مقاطع پروفیل آلومینیوم و

قطر قالب حداکثر قطر داپره محیطی مقطع محصول، با رابطه زیر به دست می آید

قطر قالب برای قطر دایرة محیطی مقاطع پروفیل آلومینیوم موجود به نوع مقطع محصول، درجه سختی تولید آن و نوع آلیاژ بستگی دارد. برای اشکال ساده. میله های توپر، لوله ها و مقاطع تخت، قطر قالب با رابطه زیرمحاسبه می شود برای مقاطع پیچیده ایی که دیواره های نازکی دارند و یا از جنس آلیاژ های سخت الکترود شونده هستند. کمترین قطر قالب با رابطه زیر محاسبه می شود و برای حالت مرزی یعنی زمانی که بخواهیم از حداکثر قطر محیطی مقطع محصول استفاده کنیم. قطر دایره محیطی مقطع همواره کمتر از حالت حداکثر انتخاب می شود به همین دلیل، برای ایجاد صرفه اقتصادی، قطر قالب از روی قطر دایرة محیطی محاسبه و یا از روش قالب های چند راهه استفاده می شود تا حداکثر قطر قالب ممکن به کار گرفته شود.

ضخامت پشت بند قالب و طول کل دسته ابزارها
ضخامت قالب و پشت بند قالب با توجه به پارامتر مرجع به شکل زیر محاسبه میشود
ضخامت و قطر خارجی بلوک دامی
این ضخامت، هم برای اکسترود آلومینیوم مقاطع توپر و هم برای مقاطع توخالی استفاده میشود قطر خارجی بلوک دامی تابعی مستقیم از قطر داخلی کانتینر است.

مجموعه ی آلیاژ ها و ویژگی پروفیل آلومینیوم

میله اصلی توزیع جریان و با فشار قوی برای عملکرد تغذیه دوم (فید دوم) و توبی داخلی (پلاک داخلی) مجاری و کانالها، بلور طبعی از میله الباز آلومینیوم 6101 اکسترود شده نوع راست گوته، با لیست و با دامنه های آمیو برابر است.

مجموعة پروفیل آلومینیوم با خلوص 99 درصد یا بالاتر، کاربردهای فراوانی دارد؛ به ویژه در زمینه های الکتریکی و شیمیایی. این سطح از آلومینیوم ها با مقاومت عالی در برابر خوردگی، رسانایی گرمایی و الکتریکی بالا، خواص مکانیکی کم و کارپذیری بسیار خوب شناخته می شوند. کار سختی ممکن است افزایش ملایمی، در مقاومت این آلیاژها به وجود آورد. ناخالصی های اصلی این آلیاژها آهن و سیلیکون هستند. کاربردهای نمونه وار این آلیاژها عبارتند از : تجهیزات شیمیایی، بازتابندهها، مبدل های حرارتی، هادی ها و خازن های الکتریکی، زر ورق (فویل) بسته بندی، کاربردهای معماری و تزیینات داخلی.

مجموعه پروفیل آلومینیوم ترمال بریک ، اصلی ترین عنصر ناخالصی آلیاژهای سری 2xxx است، این آلیاژها برای کسب خواص مطلوب، نیازمند عملیات حرارتی محلولی اند. خواص مکانیکی این الیاژها، در شرایط عملیات حرارتی محلولی شده، همانند - و گاهی فراتر از - فولاد کم کربن است. در برخی مواقع، عملیات حرارتی رسوبی سبب افزایش مجدد خواص مکانیکی می شود. این عملیات حرارتی اساسا مقاومت محصول را - نه خیلی زیاد به افزایش می دهد.

مجموعه آلیاژهای پارتیشن اداری هم چون اغلب آلیاژهای آلومینیوم، مقاومت خوبی در برابر خوردگی نداشته و تحت شرایط معین، ممکن است در معرض خوردگی بین دانه ای قرار بگیرند، بنابراین، نوع ورق این آلیاژها معمولا با آلومینیوم خلوفس بالا با آلیاژ منیزیوم - سیلیکون، از مجموعه ی 6xxx ، پوشانده می شود. این کار سبب محافظت گالوانیکی هسته آلباز شده و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی را بسیار بالا می برد. آلیاژهای مجموعه 2xxx به ویژه، مناسبا بخش هایی از سازه اند که نیازمند مقاومت بالا در برابر پارهای تقسیم شده باشند. از این آلیاژ، عموما برای ساخت چرخ های کامیون و هواپیما، قطعات تعلیق کامیون، بدنه و پوسنة بالهای هواپیما بخش های سازهای هواپیما و قسمت هایی که نیازمند تحمل دمای بالای 150 درجه سانتی گراد (300 درجه فارنهایت) اند، استفاده می شود. این آلیاژها محدودیت جوش کاری دارند ولی برخی از آنها، بسیار عالی ماشین کاری می شوند.