مروری جامع بر آلیاژهای آلومینیوم قابل‌اکستروژن

اکستروژن آلومینیوم یکی از فرایندهای کلیدی در تولید مقاطع صنعتی و ساختمانی است که امکان ساخت پروفیل‌های پیچیده، سبک و مقاوم را فراهم می‌کند. با توجه به نیاز صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، انرژی‌های تجدیدپذیر، ساختمان ، الکترونیک، مخابرات و صنایع روشنایی انتخاب صحیح آلیاژ آلومینیوم جهت اکستروژن نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد نهایی قطعه دارد. این مقاله به بررسی گروه‌های اصلی آلیاژهای آلومینیوم قابل‌اکستروژن، خواص مکانیکی، رفتار متالورژیکی و کاربردهای صنعتی هر گروه می‌پردازد و تحلیل ویژه‌ای بر آلیاژهای سری 6xxx به‌عنوان مهم‌ترین گروه این دسته ارائه می‌کند.

اکستروژن آلومینیوم به‌عنوان یک فرایند شکل‌دهی گرم، قابلیت تولید مقاطع یکنواخت با هندسه‌های پیچیده و تلرانس بسیار دقیق را فراهم می‌کند. این ویژگی باعث شده صنعت اکستروژن به ستون اصلی تولید در حوزه‌های پروفیل‌های ساختمانی، ریل‌های صنعتی، قطعات خودرو، سیستم‌های خورشیدی و ساخت تجهیزات حمل‌ونقل سبک تبدیل شود.
انتخاب آلیاژ مناسب برای اکستروژن وابسته به فاکتورهایی چون ترکیب شیمیایی، قابلیت عملیات حرارتی، رفتار جریان فلز، مقاومت خوردگی، خواص مکانیکی و هزینه تولید است. در این مقاله آلیاژهای پرکاربرد سری 1xxx تا 7xxx با تمرکز بر طراحی مهندسی مواد تحلیل می‌شوند.

سری 1xxx – آلومینیوم خالص

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 1xxx آلومینیوم شامل حداقل ۹۹٪ آلومینیوم خالص هستند و بیشترین رسانایی الکتریکی و حرارتی، شکل‌پذیری عالی و مقاومت شیمیایی بالا را ارائه می‌دهند. این آلیاژها عمدتاً برای هدایت الکتریسیته، تجهیزات انتقال حرارت و مخازن شیمیایی استفاده می‌شوند.

تحلیل علمی

از نظر متالورژیکی، ساختار این آلیاژها فاقد رسوبات مقاوم‌کننده است، بنابراین استحکام آن‌ها پایین است، اما شکل‌پذیری پلاستیک ممتاز دارند. قابلیت اکستروژن بسیار عالی این سری، اجازه تولید مقاطع بسیار نازک و سبک را می‌دهد، که در هادی‌های برق و فین‌های مبدل حرارتی اهمیت دارد.
به دلیل رسانایی بالا (بالاتر از ۵۹٪ IACS)، این گروه یکی از جایگزین‌های اقتصادی مس در شبکه‌های انتقال است؛ به‌خصوص در خطوط هوایی.

سری 2xxx – آلیاژهای آلومینیوم-مس

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 2xxx آلومینیوم حاوی ۲–۶٪ مس است و به دلیل استحکام بالا و توان عملیات حرارتی، در صنایع هوافضا، نظامی و قطعات ماشین‌کاری دقیق کاربرد دارد.

تحلیل علمی

این آلیاژها رفتار سخت‌شوندگی رسوبی قوی دارند (سری GP، θ’ – θ). با این حال، حضور مس مقاومت خوردگی را کاهش داده و نیاز به پوشش یا حفاظت آنودیک افزایش می‌یابد.
اکستروژن این گروه دشوارتر از سری‌های دیگر است و نیازمند کنترل دقیق دما و سرعت برای جلوگیری از ترک داغ است. در طراحی‌های پیشرفته، از عملیات کشش بعد از اکستروژن جهت افزایش استحکام نهایی استفاده می‌شود.

سری 3xxx – آلیاژهای آلومینیوم-منگنز

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 3xxx آلومینیوم با وجود ۱–۱.۵٪ منگنز، موجب افزایش استحکام از طریق اثر محلول جامد می‌شود. سری 3xxx در ساخت لوله‌ها، رادیاتورها، تجهیزات تهویه و سازه‌های سبک ساختمان کاربرد دارد.

تحلیل علمی

پایداری ساختار و مقاومت به خوردگی عالی، این سری را مناسب محیط‌های مرطوب و خورنده می‌سازد. منگنز با جلوگیری از رشد دانه‌ها در حین اکستروژن، باعث پایداری بعدی و قابلیت فرم‌دهی عالی می‌شود.
گرچه قابلیت عملیات حرارتی ندارند، اما با سردکاری و اکستروژن کنترل‌شده می‌توان استحکام آن‌ها را افزایش داد.

سری 4xxx – آلومینیوم-سیلیسیم

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 4xxx آلومینیوم حاوی سیلیسیم بالا هستند که دمای ذوب را کاهش و نیمه‌سیالیت را افزایش می‌دهد. این سری برای مواد پرکننده جوش، قطعات موتور و سامانه‌های حرارتی خودرو مناسب است.

تحلیل علمی

سیلیسیم باعث کاهش انبساط حرارتی و افزایش سیالیت می‌شود و اکستروژن را در مقاطع ظریف آسان‌تر می‌کند.
در فرایند جوشکاری، این آلیاژها نقش مهمی در کاهش ترک گرم دارند، به همین دلیل در صنایع هوافضا و خودروسازی استفاده گسترده‌ای یافته‌اند.

سری 5xxx – آلیاژهای آلومینیوم-منیزیم

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 5xxx آلومینیوم با مقدار Mg بالا، مقاومت خوردگی بی‌نظیر و استحکام متوسط دارد. برای کشتی‌سازی، مخازن تحت فشار، سازه‌های ساحلی و قطعات حمل‌ونقل ایده‌آل است.

تحلیل علمی

منیزیم اثر محلول جامد قوی داشته و خصوصیات سختی و استحکام را بدون عملیات حرارتی افزایش می‌دهد.
رفتار عالی در محیط‌های دریایی و مقاومت به تنش‌خوردگی از مزیت‌های حیاتی این گروه است. با این حال، در Mg بالاتر از ۳٪ خطر ترک ناشی از تنش افزایش می‌یابد و نیاز به کنترل تنش‌های پسماند وجود دارد.

سری 6xxx – آلومینیوم-منیزیم-سیلیسیم

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 6xxx آلومینیوم مهم‌ترین آلیاژ در صنعت اکستروژن هستند. آلیاژهای 6005، 6061، 6063 ، 6082 و 6082 با تعادل ایده‌آل میان استحکام، شکل‌پذیری، جوش‌پذیری و مقاومت خوردگی.
کاربرد در پروفیل‌های ساختمانی، قطعات خودرو، انرژی خورشیدی و تجدیدپذیر، تجهیزات ورزشی و انواع دوچرخه، صنایع ریلی و راه‌آهن و تجهیزات صنعتی.

تحلیل علمی

تشکیل رسوبات Mg₂Si عامل کلیدی سختی‌پذیری این سری است. کنترل دقیق پیرسازی مصنوعی (T5، T6) امکان طراحی هدفمند خواص را فراهم می‌کند.
از نظر اکستروژن، این سری بهترین رفتار جریان را داشته و قابلیت تولید مقاطع پیچیده، نازک و با کیفیت سطحی ممتاز دارد. در پروژه‌های مدرن، نسخه‌های بازیافتی کم‌کربن (مانند Hydro CIRCAL) برای کاهش ردپای CO₂ استفاده می‌شود.

سری 7xxx – آلومینیوم-روی

ویژگی و کاربرد

آلیاژهای سری 7xxx آلومینیوم به صورت خاص آلیاژهای 7003، 7005 و 7020 قابلیت اکستروژن دارند و استحکام بسیار بالا پس از عملیات حرارتی ارائه می‌دهند. کاربرد در هوافضا، دوچرخه‌های حرفه‌ای، اجزای سازه‌ای سبک.

تحلیل علمی

ذرات Zn-Mg-Cu باعث تقویت شدید ریزساختار می‌شوند، اما حساسیت به خوردگی تنشی افزایش می‌یابد.
برای اکستروژن دقیق باید سرعت کم و دمای کنترل‌شده انتخاب شود تا از ترک گرم جلوگیری شود. در سال‌های اخیر، تحقیقات بر افزایش دوام و کاهش حساسیت به خوردگی این سری متمرکز شده است.

جمع‌بندی

آلیاژهای آلومینیوم قابل اکستروژن طیف گسترده‌ای از خواص را پوشش می‌دهند و انتخاب صحیح آن‌ها وابسته به شرایط کاری، نیاز مکانیکی، محیطی و هزینه تولید است.
در میان تمام سری‌ها، آلیاژهای سری 6xxx ستون اصلی اکستروژن جهانی محسوب می‌شوند و توسعه آلیاژهای کم‌کربن بازیافتی در این سری نقش مهمی در آینده صنعت دارد.

منابع علمی

• ASM Metals Handbook – Aluminum & Aluminum Alloys
• Aluminum Extruders Council (AEC), Technical Bulletins, 2024
• Journal of Materials Processing Technology – Elsevier
• Hydro Extrusion Technical Library, 2023
• Springer Materials: Aluminium Alloy Series

به اطلاعات تخصصی بیشتری نیاز دارید؟
با ما تماس بگیرید تا درباره‌ی راهکارهای خلاقانه در صنعت آلومینیوم اطلاعات بیشتری کسب کنید.