การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของวัสดุอะลูมิเนียมทั่วไปหลายชนิด

บทนำ

อลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสมัยใหม่และชีวิตประจำวัน เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ประสิทธิภาพการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม และข้อดีอื่นๆ อีกมากมาย 6061-T6, 6063, 7075 และ 5083 เป็นวัสดุอะลูมิเนียมที่เป็นตัวแทนบางส่วน ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพเฉพาะตัว และเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

อะลูมิเนียม 6061-T6

องค์ประกอบทางเคมี

• องค์ประกอบการผสมหลักของโลหะผสมอลูมิเนียม 6061 คือแมกนีเซียม (Mg) และซิลิคอน (Si) และยังประกอบด้วยทองแดง (Cu) แมงกานีส (Mn) โครเมียม (Cr) และสังกะสี (Zn) ในปริมาณเล็กน้อย แมกนีเซียมและซิลิคอนก่อให้เกิดระยะเสริมความแข็งแกร่ง Mg₂Si ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแกร่งของโลหะผสม

คุณสมบัติทางกายภาพ

• ความหนาแน่นประมาณ 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร³และมีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างต่ำ ซึ่งให้ความเสถียรของมิติที่ดีในสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมาก

คุณสมบัติทางกล

• ความแข็งแกร่ง: ในสถานะ 6061-T6 ความต้านทานแรงดึงสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 310MPa และความแข็งแรงของผลผลิตจะอยู่ที่ประมาณ 276MPa มีความแข็งแรงสูงและสามารถรับน้ำหนักได้มาก
• ความแข็งแบบแข็ง: ความแข็งของบริเนลมักจะอยู่ที่ประมาณ 95HB ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งของการประมวลผลทางกลและการใช้งานด้านโครงสร้างต่างๆ
• ความเหนียว: มีความเหนียวที่ดี ไม่แตกหักง่ายเมื่อถูกกระแทก และสามารถดูดซับพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ลักษณะการประมวลผล

• การตัดการตัด: มีประสิทธิภาพการตัดที่ดีและง่ายต่อการแปรรูปโดยใช้กระบวนการตัดทั่วไปต่างๆ เช่น การกลึง การกัด การเจาะ ฯลฯ และได้ผิวสำเร็จที่ดี
• การขึ้นรูป: สามารถแปรรูปเป็นโปรไฟล์ ท่อ แท่ง และแผ่นรูปทรงต่างๆ ได้ผ่านกระบวนการขึ้นรูป เช่น การอัดขึ้นรูป การตีขึ้นรูป และการรีด ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปได้ดีและสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างหน้าตัดที่ซับซ้อนได้

กระบวนการบำบัดความร้อน

• กระบวนการบำบัดความร้อน T6 รวมถึงการบำบัดด้วยสารละลายและการบำบัดริ้วรอยแห่งวัย โดยทั่วไปการบำบัดสารละลายที่เป็นของแข็งจะดำเนินการที่บริเวณรอบๆ 530°C. โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมินี้และคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว เพื่อให้องค์ประกอบของโลหะผสมละลายลงในเมทริกซ์อะลูมิเนียมจนหมด ต่อจากนั้นจะทำการบำบัดริ้วรอยแห่งวัยเทียม อุณหภูมิความชราอยู่ที่ประมาณ 180°C และเวลาแก่คือหลายชั่วโมง โลหะผสมจะตกตะกอนระยะการเสริมความแข็งแรงผ่านการบำบัดความชรา ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ

ความต้านทานการกัดกร่อน

• 6061-T6 มีความต้านทานการกัดกร่อนโดยทั่วไปดี และสามารถรักษาเสถียรภาพที่ดีในบรรยากาศ น้ำจืด และสภาพแวดล้อมอื่นๆ ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวสามารถมีบทบาทในการป้องกันได้ แต่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงบางแห่งซึ่งมีกรดแก่ ด่าง หรือความเค็มสูง อาจเกิดการกัดกร่อนได้ระดับหนึ่ง องค์ประกอบโครเมียมในโลหะผสมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและต้านทานการกัดกร่อนในท้องถิ่น เช่น รูพรุนได้ในระดับหนึ่ง

พื้นที่ใช้งาน

• มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ การผลิตรถยนต์ การแปรรูปทางกล การตกแต่งสถาปัตยกรรม และสาขาอื่นๆ ในการบินและอวกาศ มักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบิน ชิ้นส่วนล้อ ฯลฯ ในด้านยานยนต์ สามารถใช้ในการผลิตโครงตัวถัง ล้อ ฯลฯ ในการประมวลผลทางกล จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลต่างๆ อุปกรณ์ติดตั้งเครื่องมือ ฯลฯ ในการตกแต่งสถาปัตยกรรม มักแปรรูปเป็นโปรไฟล์ประตูและหน้าต่าง โครงผนังม่าน ฯลฯ

6063 อลูมิเนียมอลูมินัม

องค์ประกอบทางเคมี

• องค์ประกอบการผสมหลักคือแมกนีเซียมและซิลิคอน องค์ประกอบทางเคมีของมันคล้ายกับของ 6061 แต่เนื้อหาของแต่ละธาตุแตกต่างกันเล็กน้อย เนื้อหาซิลิกอนใน 6063 ค่อนข้างสูงกว่าเล็กน้อยและปริมาณแมกนีเซียมต่ำกว่าเล็กน้อย

คุณสมบัติทางกายภาพ

• ความหนาแน่นก็ประมาณ 2.7g/cm3 เช่นกัน³. มีค่าการนำความร้อนที่ดีและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ มีความมันเงาที่ดีและง่ายต่อการชุบอโนไดซ์เพื่อให้ได้พื้นผิวที่สวยงามและทนต่อการกัดกร่อน

คุณสมบัติทางกล

• ความแข็งแกร่ง: ความต้านทานแรงดึงโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 200 ถึง 250MPa และความแข็งแรงของผลผลิตอยู่ที่ประมาณ 180MPa ซึ่งต่ำกว่า 6061-T6 เล็กน้อย
• ความแข็งแบบแข็ง: ความแข็งของบริเนลมีค่าประมาณ 70HB ซึ่งค่อนข้างน้อย
• ความเหนียว: ความเหนียวนั้นดีและสามารถตอบสนองการใช้งานบางสถานการณ์ที่ไม่ต้องการความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ แต่มีข้อกำหนดสำหรับการขึ้นรูปและรูปลักษณ์

ลักษณะการประมวลผล

• การอัดขึ้นรูป: มีประสิทธิภาพในการอัดขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม สามารถอัดขึ้นรูปโปรไฟล์ด้วยรูปทรงที่ซับซ้อนและความแม่นยำของมิติสูง และมีคุณภาพพื้นผิวที่ดีเยี่ยม มันเป็นหนึ่งในวัสดุหลักสำหรับโปรไฟล์อลูมิเนียมสถาปัตยกรรม
• การตัดเฉือน: มีประสิทธิภาพการตัดที่ดีและสามารถดำเนินการเจาะ การกัด การต๊าป และการดำเนินการอื่น ๆ ได้ ผิวสำเร็จหลังการประมวลผลอยู่ในระดับสูง

กระบวนการบำบัดความร้อน

• มักใช้กระบวนการบำบัดความร้อน T5 หรือ T6 การบำบัดด้วย T5 คือการดับด้วยอากาศโดยตรงหลังจากการอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง จากนั้นจึงทำการบำบัดริ้วรอยเทียม การบำบัดด้วย T6 คือการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งก่อน จากนั้นจึงทำการบำบัดริ้วรอยแห่งวัย หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน ความแข็งแรงและความแข็งของโลหะผสมจะดีขึ้น ในขณะที่ยังคงความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี

ความต้านทานการกัดกร่อน

• วัสดุอลูมิเนียม 6063 มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในบรรยากาศ น้ำ และสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่างอ่อนๆ หลังจากการอโนไดซ์ พื้นผิวจะช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและสร้างฟิล์มออกไซด์ที่แข็งและหนาแน่น ซึ่งป้องกันการกัดเซาะจากสื่อภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถใช้งานได้นานในด้านการตกแต่งสถาปัตยกรรมโดยยังคงรักษารูปลักษณ์ที่ดีไว้

ฟิลด์แอปพลิเคชัน

• ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง เช่นประตูและหน้าต่างอาคาร โครงผนังม่าน แถบตกแต่ง ฯลฯ ยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์เฟอร์นิเจอร์ เคสอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่มีข้อกำหนดสูงในด้านรูปลักษณ์และการขึ้นรูป

7075 อลูมิเนียมอลูมินัม

องค์ประกอบทางเคมี

• เป็นอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง โดยมีสังกะสี (Zn) แมกนีเซียม (Mg) และทองแดง (Cu) เป็นองค์ประกอบการผสมหลัก และยังประกอบด้วยโครเมียม (Cr) และองค์ประกอบอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย สังกะสีและแมกนีเซียมเป็นช่วงเสริมความแข็งแรง ส่วนทองแดงจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของโลหะผสมอีกด้วย

คุณสมบัติทางกายภาพ

• ความหนาแน่นประมาณ 2.81g/cm3³การนำความร้อนดี ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างต่ำ และยังคงสามารถรักษาความเสถียรของประสิทธิภาพบางอย่างภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

คุณสมบัติทางกล

• ความแข็งแกร่ง: ความต้านทานแรงดึงสามารถสูงถึง 570MPa หรือมากกว่า และความแข็งแรงของผลผลิตจะอยู่ที่ประมาณ 500MPa มีความแข็งแรงสูงสุดในบรรดาวัสดุอลูมิเนียมหลายชนิดและมีความสามารถในการรับน้ำหนักสูงมาก
• ความแข็งแบบแข็ง: ความแข็งของ Brinell สามารถเข้าถึงได้ประมาณ 150HB โดยมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี
• ความเหนียว: แม้ว่าความแข็งแกร่งจะสูง แต่ความเหนียวก็แย่กว่า 6061 และ 6063 เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบและการใช้งานที่เหมาะสม ยังคงสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูงส่วนใหญ่ได้

ลักษณะการประมวลผล

• การตัดการตัด: การตัดเป็นเรื่องยาก เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง การสึกหรอของเครื่องมือจึงเป็นเรื่องร้ายแรง จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอสูง และเลือกพารามิเตอร์การตัดอย่างสมเหตุสมผลเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและประสิทธิภาพในการประมวลผล
• การขึ้นรูป: มันสามารถเกิดขึ้นได้โดยการปลอม การรีด และกระบวนการอื่น ๆ แต่เนื่องจากมีความต้านทานการเสียรูปมาก จึงมีข้อกำหนดสูงสำหรับอุปกรณ์และกระบวนการแปรรูป

กระบวนการบำบัดความร้อน

• โดยทั่วไป กระบวนการบำบัดความร้อน T6 ถูกนำมาใช้ อุณหภูมิในการบำบัดสารละลายอยู่ที่ประมาณ 470°C และอุณหภูมิในการบำบัดริ้วรอยจะอยู่ที่ประมาณ 120°C ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการบำบัดความร้อนอย่างแม่นยำ จึงสามารถได้การผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและความเหนียวที่ดีที่สุด

ความต้านทานการกัดกร่อน

• ความต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียม 7075 ค่อนข้างอ่อนแอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ไอออน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด แม้ว่าปริมาณทองแดงที่สูงจะช่วยเพิ่มความแข็งแรง แต่ก็ช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อนได้ในระดับหนึ่ง ในระหว่างการใช้งาน โดยปกติจะต้องมีการรักษาพื้นผิวแบบพิเศษ เช่น การทาสี การชุบอโนไดซ์ ฯลฯ เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน และควรหลีกเลี่ยงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมที่มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนจากความเครียดในระหว่างการออกแบบ

ฟิลด์แอปพลิเคชัน

• มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบินและอวกาศ เช่น คานเครื่องบิน ปีก อุปกรณ์ลงจอด และส่วนประกอบโครงสร้างสำคัญอื่นๆ ในอุตสาหกรรมการทหารใช้ในการผลิตชิ้นส่วนอาวุธและอุปกรณ์ ในด้านอุปกรณ์กีฬาระดับไฮเอนด์ เช่น เฟรมจักรยานและหัวไม้กอล์ฟ มีการใช้คุณลักษณะด้านความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

5083 อลูมิเนียมอลูมินัม

องค์ประกอบทางเคมี

• องค์ประกอบการผสมหลักคือแมกนีเซียม และยังมีแมงกานีส (Mn) และองค์ประกอบอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย ปริมาณแมกนีเซียมที่สูงทำให้โลหะผสมมีความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงได้ดี

คุณสมบัติทางกายภาพ

• ความหนาแน่นประมาณ 2.66g/cm3³ซึ่งค่อนข้างต่ำในบรรดาวัสดุอลูมิเนียมเหล่านี้ มีค่าการนำความร้อนและการนำไฟฟ้าได้ดี และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนปานกลาง

คุณสมบัติทางกล

• ความแข็งแกร่ง: ความต้านทานแรงดึงสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 315MPa และความแข็งแรงของผลผลิตอยู่ที่ประมาณ 230MPa มีความแข็งแรงสูงและสามารถทนต่อแรงดึงและการดัดงอได้มาก
• ความแข็งแบบแข็ง: ความแข็งของ Brinell อยู่ที่ประมาณ 90HB และความแข็งสามารถตอบสนองข้อกำหนดการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไป
• ความเหนียว: มีความเหนียวเป็นเลิศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ยังคงรักษาความเหนียวได้ดี และไม่แตกหักง่าย เหมาะสำหรับบางโอกาสที่ต้องการประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำ

ลักษณะการประมวลผล

• ประสิทธิภาพการเชื่อม: ประสิทธิภาพการเชื่อมเป็นเลิศ และวิธีการเชื่อมที่หลากหลาย (เช่น การเชื่อมอาร์ก การเชื่อมด้วยความต้านทาน ฯลฯ ) สามารถใช้ในการเชื่อมได้ รอยเชื่อมมีความแข็งแรงสูงและคุณภาพการเชื่อมที่ดี มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่เชื่อม
• การตัดการตัด: ประสิทธิภาพการตัดที่ดี ง่ายต่อการแปรรูปเป็นชิ้นส่วนที่มีรูปร่างต่างๆ

กระบวนการบำบัดความร้อน

• โดยปกติแล้วจะไม่มีการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อเสริมความแข็งแกร่ง และความแข็งแรงจะดีขึ้นโดยการชุบแข็งในงาน ในระหว่างการทำงานเย็น เช่น การรีดเย็นและการดึงเย็น ความแข็งแรงของโลหะผสมจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น ในขณะที่ยังคงความเป็นพลาสติกและความเหนียวไว้

ความต้านทานการกัดกร่อน

• อลูมิเนียม 5083 มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมทางทะเลและตัวกลางที่มีคลอไรด์ไอออน องค์ประกอบของโลหะผสมช่วยให้สร้างฟิล์มออกไซด์ที่เสถียรบนพื้นผิว ต้านทานการกัดเซาะของน้ำทะเล น้ำเกลือ ฯลฯ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการต่อเรือ วิศวกรรมทางทะเล และสาขาอื่นๆ แม้ว่าจะต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรงเป็นเวลานาน แต่ก็สามารถรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ดีและเสถียรภาพด้านประสิทธิภาพได้

ฟิลด์แอปพลิเคชัน

• ส่วนใหญ่ใช้ในการต่อเรือ วิศวกรรมทางทะเล ภาชนะรับความดัน อุปกรณ์ทำความเย็น และสาขาอื่น ๆ ในการต่อเรือ ใช้ในการผลิตโครงสร้างตัวเรือ ดาดฟ้า ผนังกั้น ฯลฯ ในด้านวิศวกรรมทางทะเล สามารถใช้ในการผลิตแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ท่อส่งใต้น้ำ ฯลฯ ในด้านภาชนะรับความดันเนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดีจึงสามารถใช้ในการผลิตภาชนะสำหรับเก็บของเหลวหรือก๊าซต่างๆ ในอุปกรณ์ทำความเย็น จะใช้ความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำและทนต่อการกัดกร่อนเพื่อผลิตตัวรถบรรทุกห้องเย็น แผงผนังห้องเย็น ฯลฯ

สรุป

วัสดุอลูมิเนียมสี่ชนิด 6061-T6, 6063, 7075 และ 5083 มีความแตกต่างที่ชัดเจนในองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติทางกล ลักษณะการประมวลผล กระบวนการบำบัดความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อน และสาขาการใช้งาน ในการใช้งานทางวิศวกรรมจริง จำเป็นต้องพิจารณาและเลือกวัสดุอะลูมิเนียมที่เหมาะสมอย่างครอบคลุมโดยอิงตามความต้องการการใช้งานเฉพาะ เช่น ความแข็งแรง ความแข็ง ความเหนียว ความต้านทานการกัดกร่อน ความยากในการประมวลผล ต้นทุน และปัจจัยอื่นๆ ด้วยวิธีนี้เท่านั้นที่สามารถนำข้อดีของวัสดุอลูมิเนียมมาใช้อย่างเต็มที่เพื่อตอบสนองความต้องการของสาขาและโครงการทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน และส่งเสริมการพัฒนาและความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูงของการบินและอวกาศหรือในอุตสาหกรรมทั่วไป เช่น การตกแต่งอาคารและการผลิตสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวัน วัสดุอะลูมิเนียมเหล่านี้มีบทบาทสำคัญและไม่สามารถทดแทนได้ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยี ประสิทธิภาพของพวกเขาจะได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพและขยายเพิ่มเติม และโอกาสในการประยุกต์ใช้งานจะกว้างขึ้น