aluminum alloys l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ALUMINUM ALLOYS PowerPoint Presentation
Download Presentation
ALUMINUM ALLOYS

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 66

ALUMINUM ALLOYS - PowerPoint PPT Presentation


  • 625 Views
  • Uploaded on

ALUMINUM ALLOYS. Aluminum จัดเป็นโลหะที่มีการใช้งานมากเป็นอันดับที่สองรองจากเหล็ก Classification and Temper designations of aluminum alloys Wrought aluminum and Wrought aluminum alloys Cast aluminum alloys. Introduction to Aluminum alloys.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'ALUMINUM ALLOYS' - paul


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
aluminum alloys
ALUMINUM ALLOYS
  • Aluminumจัดเป็นโลหะที่มีการใช้งานมากเป็นอันดับที่สองรองจากเหล็ก
  • Classification and Temper designations of aluminum alloys
      • Wrought aluminum and Wrought aluminum alloys
      • Cast aluminum alloys
introduction to aluminum alloys
Introduction to Aluminum alloys
  • การเลือก Alเพื่อนำไปใช้งานจะต้องคำนึงถึงความเหมาะสมกับงานที่จะนำไปใช้ โดย ควรคำนึงถึง
      • รูปร่างลักษณะ และ สมบัติ
      • กรรมวิธีการหล่อ
      • การปรับปรุงสมบัติโดยวิธีทางความร้อน
      • ความคงทนต่อสภาพแวดล้อมในการใช้งานทางวิศวกรรม
slide3
การแยกประเภทตามมาตรฐาน ANSI
  • American Aluminum Association Casting Alloysได้กำหนดมาตรฐานและแยกประเภทของอลูมีเนียมผสม-กรรมวิธีการผลิต-การปรับปรุงคุณภาพเฉพาะแต่ละเกรด โดยได้จดทะเบียนไว้กับสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติของ U.S.A. (American National Standard Institute)หรือ ANSI ในปี 1990 (ANSI H35-1-1990)
  • ได้แบ่ง Al ไว้เป็น 2 ประเภท คือ
al alloys ansi
การแบ่งประเภทของ Al-Alloys ตามมาตรฐาน ANSI
  • แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
  • Wrought Aluminum :ได้แก่ อลูมิเนียมประเภทรีดขึ้นรูปต่างๆที่ใช้ในงานทางเครื่องกล ทั้งที่ใช้งานใสสภาพอุณหภูมิปกติ และอุณหภูมิสูงระดับต่างๆ (Elevated Temperature)
  • Cast Alloys : อลูมิเนียมผสมที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์งานหล่อหลอม อยุ่ในรูปของ อินกอต หรือแท่งเกรดต่างๆ
pure aluminum
Pure Aluminum

Commercial Pure Aluminum

  • โดย ปกติแล้ว ในทางการค้า Al จะมีอยู่ไม่ถึง 100 % แต่จะมีไม่ต่ำกว่า 99.00 % ที่เหลืออีก 1 % จะเป็นพวกธาตุที่ผสมอยู่ใน Al เรียกว่า Impurities elements ซึ่งได้แก่ Copper, Iron, Silicon และ Magnesium เป็นต้น
designation of aluminum casting alloys
DESIGNATION OF ALUMINUM CASTING ALLOYS

A 0 0 0 . – A 0 0 0

Temper Sup-designation

Temper designation

Hyphen delimeter

Decimal point delimeter

Alloy designation

Alloy group

Modification Prefix

slide11
ตารางคุณสมบัติทางกลและการใช้งานในเชิงพาณิชย์ตารางคุณสมบัติทางกลและการใช้งานในเชิงพาณิชย์
aluminum casting
การหล่อโลหะตระกูลอลูมินั่ม(Aluminum casting)

คุณสมบัติด้านการหลอมหล่ออลูมินั่ม

  • มีน้ำหนักจำเพาะ 2.7
  • จุดหลอมเหลวของ Al บริสุทธิ์ 660 ํ
  • ปริมาตรหดตัวขณะเปลี่ยนแปลงสถานะ 6 %
  • ความต้องการปริมาณความร้อนในการหลอม 169 Btu/lb.
  • ทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจน ทำให้เกิดออกไซด์ได้ง่าย
  • ในระหว่างการแข็งตัว ฉีกร้าวได้ง่าย
slide13
เตาหลอมโลหะอลูมินั่มที่นิยมใช้เตาหลอมโลหะอลูมินั่มที่นิยมใช้
  • Pot or Crucibleสำหรับหลอมในปริมาณไม่มาก
  • Reverberatoryสำหรับหลอมปริมาณที่มาก
  • Induction,Resistance สำหรับงานที่ต้องการคุณภาพสูง
slide14

เตาหลอมอลูมินั่มชนิดเตาเบ้าเตาหลอมอลูมินั่มชนิดเตาเบ้า

slide22
ปัญหาในการหลอมอลูมินั่มและการแก้ไขปัญหาในการหลอมอลูมินั่มและการแก้ไข
  • การเกิดออไซด์(Oxide)

- อลูมินั่มจะเกิดออกไซด์ได้ง่าย หากสัมผัสกับความชื้น ดังสมการ

2Al+3H2O = Al2O3 + 6H

สาเหตุของการเกิดออกไซด์สูง คือ

1.จากโลหะที่มีออกไซด์อยู่แล้ว

2.เกิดจากการสั่นสะเทือน หรือการก่อกวนโลหะเหลวขณะหลอม

3.เกิดการอลวน(Turbulent)ขณะขนถ่าย และ เทหล่อ

4.เศษโลหะมีธาตุ Mg เจืออยู่ในปริมาณมาก

5.บรรยากาศของเตาหลอมมีความชื้นสูง

6.หลอมที่อุณหภูมสูงมากเกินไป

al 2 o 3
สรุป สาเหตุของการเกิด Al2O3ได้ง่ายคือ
  • เกิดจากขบวนการหลอมหล่อและการควบคุมไม่ดี
  • คุณภาพโพรงแบบต่ำ
  • ระบบรูเทออกแบบไม่เหมาะสม
gas absorption
การดูดกลืนแก๊ส (Gas absorption)
  • การดูดกลืนแก๊ส (Gas absorption)
  • อะตอมของแก๊สสามารถละลายเป็นเนื้อเดียวกันได้กับโลหะ(solution)ในบรรยากาศภายในเตาหลอมโลหะประเภทเปลวไฟสัมผัสกับโลหะ จะมีอะตอมของแก๊สต่างๆเช่น
  • ไฮโดรเจน - สามารถละลายเป็นเนื้อเดียวกับโลหะได้
  • ไนโตรเจน – เกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นสารประกอบ AlN
  • CO,CO2 – ไม่ทำปฏิกิริยาเคมี และไม่ละลายในโลหะ(หนีออกมาได้ก่อนที่โลหะจะแข็งตัว)
  • C-H – ไม่ทำปฏิกิริยาเคมี และไม่ละลายในโลหะ
slide25
การดูดกลืนแก๊ส(ต่อ)
  • จะพบว่ามีเพียงไฮโดรเจนเทานั้นที่ละลายเข้ากันได้กับเนื้อโลหะ อะตอมของแก๊สอื่น ถ้าไม่รวมตัวกันทางเคมีเป็นสารประกอบเสียก่อน ก็จะหลุดหนีออกจากโลหะไป
  • ถ้าทำปฏิกิริยาทางเคมีจะกลายเป็นของแข็ง อาจจะแทรกหรือลอยตัวขึ้นผิวบน ถ้ามีน้ำหนักเบา กลายเป็นขี้ตะกรัน (slag) หรือกาก(dross) เมื่อใช้สารเคมีสำหรับจับกากแล้วสามารถกวาดทิ้ง ทำให้น้ำโลหะสะอาดขึ้น
slide27
อะตอมของไฮโดรเจน(H)จะสามารถละลายอยู่กับโมเลกุลของโลหะได้เพียงใดขึ้นกับอะตอมของไฮโดรเจน(H)จะสามารถละลายอยู่กับโมเลกุลของโลหะได้เพียงใดขึ้นกับ
      • Temperature
      • Partial Pressure of gas (ความดันจำเพาะของแก๊ส)
      • Alloying Element
  • อะตอมของไฮโดรเจนส่วนมากจะมากับความชื้น และ ความชื้นก็มาจากแหล่งต่างๆ เช่น
      • บรรยากาศ
      • ไอน้ำจากการเผาไหม้
      • วัสดุทนไฟ(เตา,เบ้าหลอม,โพรงแบบ)
      • เครื่องมือและอุปกรณ์
      • เศษโลหะและเชื้อหลอม
slide29
สรุป
  • ที่อุณหภูมิต่ำ โลหะจะละลายแก๊สเข้าไปน้อยแต่จะสามารถละลายได้มากขึ้นเมื่ออยู่ในสภาวะของเหลว
  • ถ้าอุณหภูมิของโลหะลดลงในสภาวะสมดุลแล้วอะตอมของไฮโดรเจน จะสามารถหนีออกมาจากโลหะเหลวได้
slide30
การทำความสะอาดโลหะเหลวการทำความสะอาดโลหะเหลว
  • สิ่งมลทินต่างๆที่แทรกอยู่ในโลหะเหลว เช่น ออกไซด์, แก๊ส, ธาตุมลทิน ที่ไม่ใช่โลหะ สามารถขจัดออกจากโลหะอลูมินั่มเหลวได้ โดยใช้สารเคมี หรือ เชื้อหลอม(Fluxes) ได้แก่
      • เชื้อหลอมสำหรับคลุมผิว (Covering fluxes)
      • เชื้อหลอมขจัดออกไซด์(Drossing fluxes)
      • เชื้อหลอมขจัดแก๊ส(Degassing fluxes)
      • เชื้อหลอมขจัดมลทิน(Impurities remove fluxes)
      • เชื้อหลอมปรับแต่งเกรน(Grain refining fluxes)
covering fluxer
เชื้อหลอมคลุมผิว(Covering fluxer)
  • มีหน้าที่ปกคลุมผิวเพื่อป้องกัน O2 และ H ทำปฏิกิริยาและแทรกเข้าไปในโลหะเหลว
  • เชื้อหลอมคุมผิวที่ใช้สำหรับ Al มีอยู่ 3 ชนิด คือ NaCl, KCl, NaF และยังใช้ได้ดีกับทุกโลหะผสม ยกเว้นบางชนิด เช่น Al-Mg
  • เชื้อหลอมคลุมผิวจะกลายเป็นขี้ตะกรันเหลว จึงยากต่อการตักออก ก่อนการเทหล่อ ควรใช้สาร ซัลเฟสต์ หรือ ไนเตรส บำบัดขี้ตะกรันเหลวให้แห้งเป็นผง เพื่อสะดวกต่อการตักกวาดทิ้ง
  • ถ้าขี้ตะกรันเหลวไหลเข้าไปในโพรงแบบจะทำให้เจือปนเข้าไปในเนื้อชิ้นงาน เป็นจุดเสียในชิ้นงานอย่างหนึ่ง
drossing fluxers
เชื้อหลอมขจัดออกไซด์(Drossing fluxers)
  • ในการหลอมอลูมินั่มจะมีออกไซด์เกิดขึ้น ถ้ามีน้ำหนักเบาจะลอยขึ้นไปอยู่เหนือผิวโลหะเหลว เรียกว่า กาก หรือ Dross ถ้ามีน้ำหนักมากจะจมอยู่ใต้โลหะเหลว เรียกว่า ขี้โล้(sludge)

อลูมินั่มออกไซด์ (Al2O3)

  • เป็นสารประกอบแน่นทึบมีสภาวะคงที่มาก มีจุดหลอมเหลว 2050 ° C มีน้ำหนักจำเพาะ 3.9 มากกว่าโลหะเหลว 2.7 แต่มันจะไม่แยกตัวออกจากโลหะเหลวได้ง่าย เนื่องจากมีแรงตรึงผิวสูงต่อโลหะเหลว
  • ดังนั้นจึงเกิดคุณสมบัติในการเกาะกันแน่น และสิ่งหนึ่งคือ Al2O3 จะมีฟองแก๊สละลายอยู่ จึ่งทำให้ความหนาแน่นต่ำลง
al 2 o 333
การขจัด Al2O3
  • ส่วนมากจะใช้ ฟลูออไรด์ หรือ คลอไรด์ ซึ่งเกิด electrolytic กับอลูมินั่มได้ดี เชื้อหลอมจะห่อหุ้มอนุภาค Al2O3 แยกออกจากโลหะเหลวและหลังจากนั้นจะใช้วิธีทางกลโดยการสั่นสะเทือน โดยการควบคุมที่เตาหลอม หรือทำให้เกิดการกวน หมุนวน เพื่อให้ Al2O3ลอยขึ้นไปรวมกับขี้ตะกรัน กายเป็นกากต่อไป
slide34
การขจัดแก๊สไฮโดรเจน(H)
  • การขจัดแก๊สมีหลายวิธีด้วยกัน คือ
      • ลดอุณหภูมิของโลหะเหลวลงก่อน (Pre-solidification)
      • ให้โลหะอยู่ในบรรยากาศไอน้ำต่ำ (H2O-vapour free atm.)
      • บำบัดด้วยฟองแก๊ส (Treatrment with Gas) N, He,Ar
      • บำบัดด้วยสารคลอไรด์ (Treatment with chlorides)
      • การหลอมด้วยเตาระบบสุญญากาศ (Treatment in vaccuum)
      • ใช้เสียงคลื่นความถี่สูง (Ultrasonic)
      • ทำให้เป็นสารประกอบไฮไดร์ (Forming Hydrides)
slide35

H

H

H

ฟองอากาศ

H

H

แก๊ส

H

H

H

H

H

H

เบ้าหลอม

H

H เกาะรอบๆ

ที่ฟองอากาศ

โลหะเหลว

slide36
การหลอมโลหะอลูมินั่มด้วยเตาเบ้าการหลอมโลหะอลูมินั่มด้วยเตาเบ้า

ขั้นตอนและวิธีการหล่อ

1.อุ่นเตาและเบ้าหลอมให้แห้ง โดยใช้อุณหภูมิต่ำ ประมาณ 5-10 นาที

  • ไล่ความชื้น
  • ป้องกันการแตกร้าวของเตา
  • ยืดอายุการใช้งานของเตาและเบ้าหลอม

2.บรรจุโลหะชุดแรกเกือบเต็มเบ้าหลอม

  • คัดเลือกขนาด
  • ตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี
slide37
ขั้นตอนและวิธีการหล่อ(ต่อ)ขั้นตอนและวิธีการหล่อ(ต่อ)

3.ใส่เชื้อหลอมคลุมผิว

  • เมื่อโลหะชุดแรกยุบตัว เกือบเหลว

4.บรรจุเศษโลหะที่เหลือจนหมด

  • หลังจากที่ในเบ้าหลอมมีโลหะเหลวอยู่แล้วควรจะอุ่นเศษโลหะที่จะบรรจุเสียก่อน เพื่อไล่ความชื้น ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงและไม่ทำให้อุณหภูมิของของเหลวลดต่ำลงมาก

5.วัดอุณหภูมิและเติมเชื้อหลอมขจัดแก๊สและออกไซด์

  • ควรรักษาระดับอุณหภูมิไว้ที่ระดับ 760 ° C แล้วจึงเติมเชื้อหลอมเพื่อบำบัด
slide38
ขั้นตอนและวิธีการหล่อ(ต่อ)ขั้นตอนและวิธีการหล่อ(ต่อ)

6.ตักกากโลหะออก และโรยเชื้อคลุมผิวใหม่

  • อาจะปล่อยให้กากโลหะทำปฏิกิริยาให้หมดเสียก่อน

7.ตรวจสอบอุณหภูมิเทเพื่อความถูกต้อง

  • ก่อนนำไปเทลงในแบบหล่อ
  • และแบบหล่อต้องผ่านการเผาไล่ความชื้นเสียก่อน
al alloy 3003 1 2 mn annealed sheet
โครงสร้างจุลภาคของ Al alloy 3003(1.2%Mn) annealed sheet

(Al-Fe-Mn-Si)

Fin dispersion of (Mn,Fe)Al6

al alloy 3003 1 2 mn preheated at 543 c cold rolled 80 annealed at 343 c for 250 s
โครงสร้างจุลภาคของ Al alloy 3003(1.2%Mn)preheated at 543 C cold-rolled 80%,annealed at 343 C for 250 s.

Mn precipitated on dislocation

al mn al3003 cooling rate of 1 2 c s
Al-Mn-Al3003 cooling rate of 1.2°C/s.

B

C

A

ปล่อยให้แข็งตัวในเวลาต่างกันก่อนนำไปชุบชุบ ถ่ายที่กำลังขยาย 55 เท่า

al3003 showing al 6 femn and al 15 femn 3 si 2 cooling rate 0 5 c s 550
Al3003 showing Al6(FeMn)and Al15(FeMn)3Si2 Cooling rate:0.5 C/s กำลังขยาย 550 เท่า

B

C

A

al cu47
จากแผนภูมิสมดุล Cu สามารถละลายได้ใน Al 5.65% ที่ 548 °C แต่ที่อุณหภูมิห้องละลายได้ เพียง 0.5% เท่านั้นเป็นเฟสของ k

ทองแดง 5.65% ที่ละลายที่อุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิลดลง จะแยกตัวออก เป็น θมีสูตรเคมี Al2Cu และ ส่วนผสมโดยประมาณ Al : Cu = 46.5 : 53.5 wt%

หากเพิ่ม Cu ใน Al มาก ก็จะยิ่งทำให้ ได้ θ,มีผลทำให้แข็งและเปราะ

โดยทั่วไปจะมีอยู่ประมาณ 2-5%

โลหะผสม Al+Cu
al cu48
การปรับปรุงคุณสมบัติของ Al+Cu
  • สามารถทำได้โดยกรรมวิธีทางความร้อน ดังนี้ คือ
    • เผาชิ้นงานให้ได้ เฟส k ทั้งหมด เรียกว่าการทำ solution หรือ solid solution
    • ชุบให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ไม่ให้ θแยกตัวออกมาได้ทัน หรือเรียกว่า supersatureted solid solution
    • การอบบ่ม หรือการทำ Aging หรือ percipitated hardening
slide49
สรุป : คุณสมบัติของโลหะผสม อลูมินั่ม กับธาตุเจือทองแดง

ข้อดี

  • ธาตุเจือทองแดง ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลให้สูงขึ้น
  • สามารถปรับปรุงคุณสมบัติด้วยกรรมวิธีทางความร้อน
  • สามารถตัดแต่งด้วยเครื่องจักรกลได้ง่าย

ข้อด้อย

  • การผสมธาตุเจือทำให้เทหล่อได้ยาก เนื่องจาก ทำให้การไหลตัวต่ำ,ชิ้นงานแตกร้าวขณะร้อนได้ง่าย
  • ธาตุเจือทองแดงทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่าย
aluminum magnesium alloys50
ALUMINUM-MAGNESIUM ALLOYS

Alloy 5086-H43

Alloy 5456

Network of Mg2Al3

Mg2Si

Al6(Fe,Mn)

A

B

al mg alloy aa5005
Al-Mg alloy-AA5005

Al8Fe2Si

Al3Fe

Mg2Si

B

Cooling rate:3.3°C/s

C

A

Al8Fe2Si

Cooling rate:0.3°C/s กำลังขยาย 550 เท่า

Mixture

Mg2Si

al cu 201 2
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51 Cooling rate 0.3°C/sกำลังขยาย 56เท่า

al cu 201 255
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51

Cooling rate 0.6 °C/s กำลังขยาย 56 เท่า

al cu 201 256
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51

Cooling rate 4.4°C/s กำลังขยาย 56 เท่า

al cu 201 257
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51

Cooling rate 0.3 °C/s กำลังขยาย 560 เท่า

Al7FeCu2

al cu 201 258
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51

Cooling rate 0.6 °C/s กำลังขยาย 560 เท่า

Al20Mn3Cu2

Al2Cu

al cu 201 259
Al-Cu-201.2

Si=0.02,Fe=0.01,Cu=4.10,Mn=0.31,Ti=0.19,Ag=0.51 Cooling rate 4.4 °C/s กำลังขยาย 560 เท่า

al alloy 319 1
Al alloy-319.1

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Cooling rate 0.3°C/s กำลังขยาย 56 เท่า

Cooling rate 0.3°C/s กำลังขยาย 56 เท่า

al alloy 319 162
Al alloy-319.1

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Cooling rate 0.6°C/s กำลังขยาย 56 เท่า

slide63

Al alloy-319.1

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Cooling rate 5°C/s กำลังขยาย 56 เท่า

cooling rate 0 3 c s 110

Al alloy-319.1

Cooling rate 0.3°C/s กำลังขยาย 110 เท่า

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Al15(MnFe)3Si2

Al5FeSi

al alloy 319 165
Al alloy-319.1

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Cooling rate 5°C/s กำลังขยาย 110 เท่า

Al15(MnFe)3Si2

Al5FeSi

al alloy 319 166
Al alloy-319.1

Si=5.7,Fe=0.62,Cu=3.4,Mn=0.36,Mg=0.10,Zn=0.92,Ti=0.14

Cooling rate 5°C/s กำลังขยาย 110 เท่า