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 ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰ 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 ۲xxx و ۷xxx به علل زير مي‌باشد:
۱-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 آلياژهاي۲۰۲۰(AL-Cu-Li-Cd) -01429(AL-Mg-Li) ، ۲۰۹۱ , ۲۰۹۰(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 ۲۴% افزايش مي‌يابد.
استحكام كششي ۷۰۰ 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 ۲۳۱۹ مشاهده شده است. و حتي در صورت استفاده از فيلترهاي مخصوص استحكام جوش بالاتر نيز قابل دسترسي باشد.

آلياژ ۲۰۹۰:
تركيب شيمايي
Cu- 2.7 , li -2.2 , Ag -0.4 , zr-0.12
آلياژ ۲۰۹۰ به منظور جانشيني براي آلياژ ۷۰۷۵-T6 با دانسيته كم تر و ۱۰% مدول الاستيك بيشتر توسعه يافته است. كاربرد اصلي اين آلياژ استحكام بالا در ساختارهاي فضا پيماهاي رايج و متداول مي‌باشد.
آلياژ ۲۰۹۰ توسط انجمن AL در سال ۱۹۸۴ 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 ۲۰۹۰ 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 ۲xxx و ۷xxx كه كاربرد متداول و رايجي در صنايع هوايي دارند. مي‌باشند بعضي تركيبات موجود در ۲۰۹۰تغييرات 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 ۲۰۹۰ شامل موارد زير مي‌باشد.

۱- ناهمسانگي صفحه اي در خصوصيات كششي كه در اين آلياژ از ديگر آلياژهاي متداول بيشتر است.
۲- قرار ردهي در دماي بالا براي رسيدن به تمپرهاي peak – age (T86 , T81, T83) كه پايداري واستحكام بالا و در حدود ۱۰% ويژگي هاي اوليه را نشان مي‌دهد.
۳- رفتار رشد ترك خستگي زياد.
۴- نياز به كار سردُ براي رسيدن به خواص بهينه در اين خصيصه آلياژ ۲۰۹۰ شبيه آلياژهاي ۲۰۲۴ و ۲۲۱۹ مي‌باشد.
۵- رفتار وابسته به شكل براي اكسترون با استحكام هاي خيلي بالا.
ورق هاي آلياژ ۲۰۹۰- 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 ۷۰۷۵ – 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 ۲۰۹۰ 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 ۲۰۹۱:

تركيب شيميايي: cu- 2.1 , Li 2.0 , zr 0. 10
آلياژ ۲۰۹۱ به عنوان يك آلياژ با تلرانس آسيب بالا (damage- tolerant) توسعه يافته است و داراي ۸% دانسيته كمتر و ۱% مدول بيشتر نسبت به ۲۰۲۴-t3 مي‌باشد اين آلياژ damae- tolerant با تافنس بالا به طور گسترده در ساختمان هواپيما استفاده مي‌شود. آلياژ ۲۰۹۱ به عنوان ساختارهاي ثانويه (secondary structures) زماني كه استحكام بالا مهم نباشد استفاده مي‌شود.
آلياژ ۲۰۹۱ 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 ۲۰۹۱ بر طبق ضخامت قطعه ومواد تشكيل دهنده تغيير مي‌كند عموما اندازه هاي بالاتر /۵mm 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 ۲۰۹۱ شبيه آلياژهاي گروه ۷xxx و ۲xxx مي‌باشد. مشخصات ماده كه هدف و آرمان شده است براي آلياژهاي AL در مورد ۲۰۹۱ اهميت و توجه كمتري نياز دارد.

آلياژ ۲۰۹۱ براي رسيدن به ويژگي ها و خصوصيات خوب نيست به ۲۰۲۴ وابستگي كمتري به كار سرد دارد. خوصيات آلياژ ۲۰۹۱ بعد از قرار گيري در معرض دماي بالا (بالاتر از ۱۲۵c0) 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 ۲۰۹۱- T84 مانند ۲۰۲۴ 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 ۲۰۹۱ معمولا با آلياژ مشابه آن ۲۰۲۴ – 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 (۲۴۰ mpa Scc) امكان پذير مي‌بادش كه به خوبي با ۲۰۲۴ – 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 ۶۰% تا ۵۰% استحكام تسليم يا بيشتر از %۷۵ استحكام تسليم تغيير كند.
اگر چه آزمايش تافنس روي ۲۰۹۱ توسط تعدادي از آزمايشگاههاي مواد و مصرف كنندگان انجام شده است ولي نتايج براي تفسير كردن مشكل مي‌باشد.
نتايج به دست آمده براي ۲۰۹۱ نسبت به نتايج ۲۰۲۴ بهتر و عالي تر است نتايج آزمايش حدودا مساوي نتايج ۲۰۲۴ و يا كمي‌كمتر و پايين تر از ۲۰۲۴ مي‌باشد. عموما اجماع كلي با توجه به كنترل هاي انجام شده و شباهت رويدادها و ويژگي هاي تافنس آلياژ ۲۰۹۱-T84 و تافنس كافي آلياژ برآن است كه ۲۰۹۱ مي‌تواند جانشيني مناسب براي ۲۰۲۴ باشد.
آلياژ ۸۰۹۰:

تركيب شيميايي
Li- 2.45 , zr-0.12 , cu -1.3, mg -0.95
آلياژ ۸۰۹۰ توليد شده است به عنوان يك آلياژ استحكام متوسط با تلرانس آسيب خوب (damage- tolerant) با ۱۰% دانسيته كمتر و ۱۱% مدول بيشتر از دو آلياژ ۲۰۱۴ و ۲۰۲۴
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 ۸۰۹۰ 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 ۸۰۹۰ تمپرهايش در شكل هاي توليدش نسبتا جديد و ثبت نشده مي‌باشد، جدول خصوصيات و مشخصات آن ناقص مي‌باشد.
توليدات استحكام متوسط آلياژ ۸۰۹۰ 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.