خواص و کاربرد آلومینیوم آلیاژ 3003

خواص کاربرد آلومینیوم آلیاژ 3003 را در این مقاله مطالعه فرمایید.

در این مقاله در مورد آلومینیوم آلیاژ 3003 که یکی از پرکاربردترین انواع آلومینیوم است مطرح خواهد شد.

این آلیاژ از سری آلیاژهای 3000 است که همه از منگنز به عنوان عنصر آلیاژی اصلی آنها استفاده می کنند و یکی از بهترین آلیاژهای آلومینیومی با هدف کلی محسوب می شود.

در این مقاله خصوصیات بدنی ، استحکام و کاربردهای 3003 آلومینیوم مورد بررسی قرار می گیرد و مشخص می شود که با استفاده از این تحقیقات که چه استفاده هایی از این آلیاژ می تواند داشته باشد.

3003 یک آلیاژ تولید شده در کارخانه آلومینیوم در خانواده آلومینیوم سری 3000 است و بیشتر از منگنز ساخته شده است. مانند سایر آلیاژهای منگنز آلومینیوم ، 3003 یک آلیاژ با هدف کلی با مقاومت متوسط ، کارایی مناسب و مقاومت در برابر خوردگی مناسب است.

معمولاً محصولات با این آلیاژ نورد و اکسترود می گردند. آلیاژهای آلومینیوم از خاصیت انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی بالایی برخوردار هستند.

آلومینیوم 3003 از مقاومت متوسط و مقاومت در برابر خوردگی خوبی برخوردار است. استحکام این آلیاژ را می توان با سردکاری افزایش داد.

آلیاژ 3004 معمولاً در ساخت قوطی های نوشیدنی استفاده می شود. استفاده از این آلیاژ به علت ضخامت نازک قوطی است. به دلیل افزودن منیزیم 1٪، می تواند نازک تر شود.

آلیاژ آلومینیوم 3003: ویژگی‌ها، مزایا و مقایسه با آلیاژهای مشابه

آلیاژ آلومینیوم 3003 یکی از پرکاربردترین آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف است که به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و قابلیت فرم‌پذیری بالا، در تولید ورق‌ها، لوله‌ها، و سایر محصولات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ که عمدتاً از ترکیب آلومینیوم با مقدار کمی منگنز (حدود 1.2 درصد) تشکیل شده است، در گروه آلیاژهای سری 3xxx قرار دارد. در این مقاله، به بررسی ویژگی‌های این آلیاژ، کاربردهای اصلی و مقایسه آن با دیگر آلیاژهای آلومینیوم می‌پردازیم.

ترکیب شیمیایی آلومینیوم آلیاژ 3003

جدول زیر ترکیب شیمیایی آلومینیوم آلیاژ 3003 را نشان می دهد.

خواص و ویژگی‌های آلیاژ آلومینیوم 3003

آلیاژ آلومینیوم 3003 به دلیل ترکیب شیمیایی خود دارای ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی است. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. مقاومت به خوردگی بالا: این آلیاژ به دلیل حضور منگنز در ساختار خود، مقاومت خوبی در برابر خوردگی در شرایط محیطی مختلف از جمله محیط‌های مرطوب و قلیایی دارد.
2. فرم‌پذیری و شکل‌دهی عالی: آلومینیوم 3003 به راحتی قابل خم شدن، کشش و شکل‌دهی است و به همین دلیل در تولید ورق‌های فلزی، قوطی‌ها و قطعات دکوراتیو استفاده می‌شود.
3. مقاومت کششی متوسط: این آلیاژ دارای مقاومت کششی متوسطی (حدود 145 تا 195 مگاپاسکال) است که آن را برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت کششی بسیار بالا ندارند، مناسب می‌سازد.
4. قابلیت جوشکاری: آلومینیوم 3003 قابلیت جوشکاری بالایی دارد و می‌توان از روش‌های جوشکاری گاز محافظ یا جوشکاری نقطه‌ای برای اتصال قطعات آن استفاده کرد.

خواص فیزیکی آلومینیوم آلیاژ 3003

جدول زیر خواص مکانیکی آلومینیوم آلیاژ 3003 را نشان می دهد.

آلیاژهای آلومینیوم بسته به نوع و درصد عناصر آلیاژی آنها متفاوت است. آلیاژهای با <4٪ عناصر آلیاژی “آلیاژهای کارپذیر” نامیده می شوند ، در حالیکه آنهایی که تا 22٪ آلیاژی “ریخته گری” هستند.

آلومینیوم نوع 3003 به عنوان یک آلیاژ آلومینیوم است که دارای اسمی 0.12٪ مس ، 1.2٪ منگنز و 98.6٪ Al است.

توجه داشته باشید که این درصد ها بر اساس نحوه ساخت آلیاژ آلومینیوم کمی نوسان دارند و سایر ناخالصی ها در مقادیر طبیعی است.

آلومینیوم از نظر ترکیب نسبتاً ساده است ، عمدتا به این دلیل که فقط مقدار مشخصی از منگنز را می توان با موفقیت به آلومینیوم (1.5 ~ M منگنز) برای ساخت یک آلیاژ اضافه کرد. چگالی 3003 آلومینیوم 2.73 گرم در سانتی متر مکعب (0.0986 پوند در اینچ) است.

خواص مکانیکی تیپیک آلومینیوم آلیاژ 3003

جدول زیر خواص فیزیکی آلومینیوم آلیاژ 3003 را نشان می دهد.

هنگام مشخص کردن 3003 آلومینیوم ، باید از معیارهای خاصی از قبیل مقاومت نهایی ، مقاومت برشی ، مدول الاستیسیته و مدول برشی شناخته شده باشد.

همانطور که قبلاً توضیح داده شد ، تمام مقادیر مکانیکی از آلیاژ آلومینیوم 3003-H18 گرفته شده است ، اما می دانید که مقادیر استحکام آن بر اساس فرآیند سخت شدن کمی تغییر می کند.

بازده و نقاط قوت مورد انتظار برای تعیین آنالیز آلومینیوم ضروری است و حداکثر میزان تنش را در نقاط معین در فرآیند تغییر شکل نشان می دهد.

استحکام عملکرد کششی برای 3003 آلیاژ آلومینیوم 186 MPa 27000) psi) و قدرت نهایی 200MPa) 29000 psi) است که باعث می شود 3003 آلومینیوم به یک ماده نسبتاً قوی تبدیل شود.

استحکام عملکرد بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا حداکثر میزان تنش را قبل از تغییر شکل تعریف می کند، که این یک محدودیت لازم برای کاربردهای استاتیکمثل سازه ها ، معماری و غیره است.

مقاومت برش ورق آلومینیوم 3003

3003 آلیاژ آلومینیوم معمولاً از ورق فلز بریده می شود، بیشتر برای مواردی که در معرض فشارهای برشی قرار دارد. با نزدیک شدن پره های قیچی ، دو نیروی مخالف در امتداد صفحه مسطح کاغذ افزایش می یابند ، و نیروهای برشی تغییر شکل داده یا “برش” کاغذ را می دهند.

برش ورق فلز به همان روش برش کاغذ کار می کند، البته با ماشین آلات بسیار سنگین تر از قیچی و ورق آلومینیوم به جای کاغذ است.

اندازه گیری چسبندگی ماده به تنش در برابر مقاومت به مقاومت در برابر برشی، مقاومت برشی نامیده می شود و شناختن آلیاژهایی که می توان از آن به عنوان ورق های فلزی مانند 3003 آلومینیوم استفاده کرد ، بسیار ارزشمند است.

برای آلیاژ آلومینیوم از نوع 3003 ، مقاومت برشی 110 مگاپاسکال (16000 psi) است ، بدین معنی که به راحتی می توان آن را به هر شکل دلخواه برش داد.

پاسخ ماده به تنش های خاص (یا نیروهایی در بعضی از نقاط آن) توسط مدول ارتجاعی و مدول برشی آن تعریف شده است. این مقادیر از آزمایشات استرس تجربی محاسبه می شوند ، جایی که استرس فزاینده و تأثیر بدنی آن بر روی یک تکه آلیاژ روی منحنی تنش در مقابل کرنش ثبت می شود.

مدول الاستیسیته و مدول برشی فقط شیب این نمودارها در ناحیه الاستیک است ، یا ناحیه ای که قطعه آلومینیوم به طور غیر دائمی تغییر شکل می یابد (مثل یک باند لاستیکی فکر کنید ، جایی که مواد به حالت اولیه خود برگردد).

این شیب اندازه گیری مقاومت مواد در برابر تغییر شکل است و می تواند برای درک کلی از مقاومت یک ماده مفید باشد. برای آلومینیوم 3003 ، مدول الاستیسیته و مدول برشی 68.9 GPa 10،000) ksi) و 25 GPa 3630) ksi) است.

خصوصیات حرارتی آلومینیوم 3003

خصوصیات حرارتی آلیاژ آلومینیوم 3003 در جدول زیر آورده شده است.

Properties	Conditions
T (ºC)	Treatment
Thermal expansion co-efficient	23.2 (10-6/ºC)	20-100	–
Thermal conductivity	162 W/mK	25	H12

نام های معادل آلومینیوم 3003

سایر نامهای معادل آلومینیوم 3003 در جدول زیر ذکر شده است.

ASME SFA5.3 (E3003)	ASTM B234	ASTM B345	AWS A5.3 (E3003)	QQ A-200/1
ASTM B209	ASTM B241	ASTM B404	MIL A-52174	QQ A-225/2
ASTM B210	ASTM B247	ASTM B483	MIL E-15597 (MIL-3003)	QQ A-250/2
ASTM B211	ASTM B313	ASTM B491	MIL P-25995	QQ A-430
ASTM B221	ASTM B316	ASTM B547	MIL S-12875	QQ WW-T-700/2
SAE J454

ساخت و عملیات حرارتی آلومینیوم 3003

• ماشین کاری
  آلومینیوم 3003 از ویژگی های ماشین کاری خوبی برخوردار است.
• شکل گیری
  آلومینیوم 3003 با استفاده از روش گرم کاری معمولی یا روش کار سرد می تواند حالت دهی شود.
• جوشکاری
  آلومینیوم 3003 از جوشکاری خوبی برخوردار است.
• عملیات حرارتی
  آلومینیوم 3003 به عملیات حرارتی پاسخ نمی دهد و برای این کار مناسب نیست.
• فرم دهی
  آلومینیوم 3003 را می توان در دمای 260 تا 510 درجه سانتیگراد (500 تا 950 درجه نهایت) فرم داد.
• گرم کاری
  آلومینیوم 3003 در دمای 260 تا 510 درجه سانتیگراد (500 تا 950 درجه فارنهایت) گرم و حالت پذیر می شود.
• سرد کاری
  آلومینیوم 3003 با استفاده از تمام تکنیک های معمولی می تواند سرد شود.
• آنیل
  آلیاژ آلومینیوم 3003 در دمای 413 درجه سانتیگراد (775 درجه نهایت) آنیل می شود.

خواص و کاربرد آلومینیوم آلیاژ 3003

بدنه قوطی های نوشابه، وسایل ذخیره و جابجایی مواد شیمیایی، سازه های ساختمانی، بدنه لامپهای فلورسنت و نیز در موارد مشابهی که شکل پذیری خوب و استحکامی بالاتر از آلیاژ 3003 موردنیاز باشد از این آلیاژ استفاده می شود.

آلکلاد 3004 در ساخت حفاظهای جانبی کانالهای آب و صنایع پوششی و سقف سازی کاربرد دارد.

کاربرد های آلومینیوم آلیاژ 3003

آلومینیوم 3003 در کارخانجات ، تجهیزات شیمیایی و کارهای فلزی عمومی استفاده می شود. همچنین در ساخت موارد زیر استفاده می شود:

• ظروف پخت و پز
• مخازن تحت فشار
• سینی های مکعب یخ
• خطوط گاز
• درهای گاراژی
• پانل های یخچال و فریزر
• مبدل های حرارتی
• مخازن بنزین
• مخازن ذخیره سازی
• انواع قطعات کشیده شده و چرخانده شده

کاربردهای آلیاژ آلومینیوم 3003

به دلیل ویژگی‌های مطلوبی که ذکر شد، آلومینیوم 3003 در صنایع مختلفی کاربرد دارد. برخی از کاربردهای رایج این آلیاژ عبارتند از:

• صنعت بسته‌بندی: از این آلیاژ برای ساخت قوطی‌های نوشیدنی و مواد غذایی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی استفاده می‌شود.
• تولید لوله‌ها و مبدل‌های حرارتی: به دلیل رسانایی حرارتی خوب، این آلیاژ در ساخت لوله‌ها و مبدل‌های حرارتی به کار می‌رود.
• قطعات دکوراتیو و ساختمانی: به دلیل شکل‌دهی و ظاهر خوب، از این آلیاژ برای تولید قطعات دکوراتیو، پنل‌های ساختمانی و تزیینات داخلی استفاده می‌شود.

مقایسه آلیاژ آلومینیوم 3003 با آلیاژهای مشابه

در میان آلیاژهای سری 3xxx، آلیاژهای 3003 و 3105 از معروف‌ترین و پرکاربردترین‌ها هستند. در ادامه به مقایسه آلیاژ 3003 با چند آلیاژ مشابه می‌پردازیم:

مقایسه با آلیاژ 3105

آلیاژ 3105 از نظر ترکیب شیمیایی بسیار به آلیاژ 3003 شبیه است، اما دارای مقدار بیشتری منگنز و منیزیم می‌باشد که باعث بهبود مقاومت مکانیکی آن می‌شود.

این آلیاژ مقاومت بالاتری در برابر سایش و خوردگی دارد و به همین دلیل در تولید ورق‌ها و پنل‌های ساختمانی بیشتر استفاده می‌شود. در مقایسه، آلیاژ 3003 به دلیل قابلیت شکل‌دهی بهتر، در کاربردهایی مانند تولید قوطی‌ها و لوله‌های حرارتی برتری دارد.

مقایسه با آلیاژ 5052

آلیاژ 5052 از سری 5xxx بوده و به دلیل حضور منیزیم در ترکیب خود، مقاومت بهتری نسبت به آلیاژ 3003 در برابر خوردگی دارد. این آلیاژ برای محیط‌های دریایی و شرایطی که نیاز به مقاومت بالا در برابر آب شور وجود دارد، انتخاب مناسبی است. در مقابل، آلیاژ 3003 به دلیل هزینه تولید کمتر و قابلیت فرم‌پذیری بیشتر، در کاربردهای عمومی و داخلی ترجیح داده می‌شود.

مقایسه با آلیاژ 1100

آلیاژ 1100 از سری 1xxx بوده و تقریباً از آلومینیوم خالص تشکیل شده است. این آلیاژ بیشترین شکل‌پذیری را در میان آلیاژهای آلومینیوم دارد، اما از نظر مقاومت مکانیکی و استحکام، ضعیف‌تر از آلیاژ 3003 می‌باشد.

از آلیاژ 1100 بیشتر در تولید ورق‌های نازک و قطعاتی که نیاز به دقت بالا دارند، استفاده می‌شود. در حالی که آلیاژ 3003 به دلیل مقاومت بالاتر، برای تولید قطعاتی که نیاز به استحکام بیشتری دارند، مناسب‌تر است.

خواص و کاربرد آلومینیوم آلیاژ 3003 در یک کلام

آلیاژ آلومینیوم 3003 به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی همچون مقاومت به خوردگی، قابلیت شکل‌دهی بالا و هزینه تولید مناسب، یکی از محبوب‌ترین آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف است.

این آلیاژ در مقایسه با آلیاژهای مشابه، تعادل خوبی میان خواص مکانیکی و قابلیت‌های شکل‌دهی ارائه می‌دهد و برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی مناسب است.

انتخاب این آلیاژ یا آلیاژهای مشابه، بستگی به نوع کاربرد و شرایط محیطی مورد نظر دارد. در نتیجه، قبل از انتخاب هر آلیاژ باید خواص مکانیکی، شیمیایی و هزینه‌ها را به دقت مورد بررسی قرار داد.