عملیات حرارتی آلومینیوم

عملیات حرارتی آلومینیوم یک فرآیند مهندسی است که برای بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی آلومینیوم و آلیاژهای آن انجام می‌شود. این فرآیند شامل مراحل گرمایش و سرمایش تحت شرایط کنترل‌شده است تا خواصی مانند استحکام، سختی، چقرمگی و مقاومت به سایش بهبود یابد. عملیات حرارتی آلومینیوم به طور کلی شامل مراحل زیر است:

همگن‌سازی (Homogenizing):
این مرحله برای یکنواخت کردن ترکیب شیمیایی آلیاژ آلومینیوم انجام می‌شود. در این فرآیند، ماده در دمای بالا (معمولاً ۴۵۰-۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) به مدت چند ساعت گرم می‌شود. هدف این است که عناصر آلیاژی به طور یکنواخت در سراسر ماده پخش شوند و از تشکیل فازهای نامطلوب جلوگیری شود.

انحلال (Solution Heat Treatment):
در این مرحله، ماده آلومینیومی در دمای بالا (بین ۴۵۰ تا ۵۴۰ درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود تا عناصر آلیاژی به طور کامل در محلول جامد آلومینیوم حل شوند. سپس ماده به سرعت خنک می‌شود (کوئنچینگ) تا عناصر آلیاژی نتوانند از محلول جامد خارج شوند و فازهای جدید تشکیل دهند.

کوئنچ (Quenching):
پس از انحلال، آلیاژ آلومینیوم به سرعت در محیطی مانند آب یا هوا سرد می‌شود تا از تشکیل فازهای غیرمطلوب جلوگیری شود. این فرآیند باعث می‌شود که آلیاژ در حالت محلول جامد به دام بیفتد و ساختار ماده بهبود یابد.

کوئنچ شکل‌گیری محلول فوق اشباع – مهم‌ترین مرحله در عملیات حرارتی می‌باشد. هدف آن حفظ شکل محلول جامد شکل گرفته در دمای عملیات حرارتی می‌باشد که این کار با سرد کردن سریع آن انجام می‌شود.

 پیرسازی (Aging or Precipitation Hardening):
پس از کوئنچ، آلیاژ در دمایی پایین‌تر (معمولاً بین ۱۲۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) به مدت زمان مشخصی نگه داشته می‌شود. این مرحله باعث رسوب‌گذاری کنترل‌شده عناصر آلیاژی در ساختار آلومینیوم می‌شود که منجر به افزایش استحکام و سختی ماده می‌گردد. این فرآیند به دو نوع تقسیم می‌شود:

پیرسازی طبیعی (Natural Aging): انجام پیرسازی در دمای اتاق.
پیرسازی مصنوعی (Artificial Aging): انجام پیرسازی در دماهای بالاتر.
۵. آنیلینگ (Annealing):
برای بازگرداندن شکل‌پذیری و کاهش استحکام ماده، از عملیات آنیلینگ استفاده می‌شود. ماده به آرامی در دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب گرم شده و سپس به آرامی سرد می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود که عیوب در ساختار ماده کاهش یابد و خواص مکانیکی آن نرم‌تر شود.

عملیات حرارتی مخصوص (Special Heat Treatment):
در بعضی موارد، فرآیندهای خاصی مانند تنش‌زدایی (Stress Relieving) برای کاهش تنش‌های داخلی که در طی فرآیندهای ساخت ایجاد شده‌اند، یا عملیات حرارتی ترکیبی انجام می‌شود.

اهداف عملیات حرارتی آلومینیوم:
افزایش استحکام و سختی
افزایش چقرمگی و مقاومت به ضربه
بهبود قابلیت ماشین‌کاری
کاهش تنش‌های داخلی
بهبود مقاومت به خوردگی
تاثیرات عملیات حرارتی بر آلیاژهای مختلف:
آلیاژهای مختلف آلومینیوم پاسخ‌های متفاوتی به عملیات حرارتی دارند. برای مثال، آلیاژهای سری ۲xxx (آلومینیوم-مس) و سری ۷xxx (آلومینیوم-روی) معمولاً به خوبی به عملیات حرارتی پاسخ می‌دهند و استحکام بالاتری پیدا می‌کنند، در حالی که آلیاژهای سری ۵xxx (آلومینیوم-منیزیم) عموماً به عملیات حرارتی حساس نیستند و خواص آن‌ها بیشتر با کار سرد بهبود می‌یابد.

در نهایت، انتخاب نوع عملیات حرارتی به نوع آلیاژ و خواص مطلوب بستگی دارد.

آز آلومینیوم در صنایع مختلف ازجمله پزشکی استفاده می شود. برای مثال تجهیزات توان بخشی مانند ویلچرهای آلومینیومی