Aluminum เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยธาตุ ทองแดง (Copper/Cu), แมกนีเซียม (Magnesium/Mn), แมงกานีส (Manganese/Mg), ซิลิกอน (Silicon/Si) และสังกะสี (Zinc/Zi) สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มหลักดังนี้
1. อลูมิเนียมหล่อผสมอัลลอย (Casting Alloys) แบ่งหมวดย่อย Heat-Treatable / Non Heat-Treatable
2. อลูมิเนียมผสมอัลลอย (Wrought Alloys) แบ่งหมวดย่อย Heat-Treatable / Non Heat-Treatable
ประมาณ 85% ของอลูมิเนียมใช้ทำแผ่นรีดฟอยล์ และบีดอัดเป็นท่อน (Extrusions) อลูมิเนียมผสมอัลลอย(Casting Alloys) เป็นผลิตภัณฑ์ที่คุ้มค่าใช้จ่ายเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ แต่โดยปกติจะมีความแข็งแรงน้อยกว่า อลูมิเนียมผสมอัลลอย (Wrought Alloys) และที่สำคัญที่สุดของระบบผสมอัลลอยคือ ปริมาณของอลูมิเนียม (Al) ซิลิกอน (Si) ที่ระดับสูงของซิลิกอน (4.0% ถึง 13%) นำไปสู่การหล่ออลูมิเนียมที่มีคุณภาพดี โดยมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมโครงสร้าง และชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่ต้องการ ความทนทานต่อการกัดกร่อน รวมถึงน้ำหนักเบา
อัลลอยโลหะผสมส่วนใหญ่ใช้ประโยชน์จากโลหะที่น้ำหนักเบา 2 ชนิด คือ อลูมิเนียม และแมกนีเซียมอัลลอยที่มีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (Aerospace Manufacturing) เนื่องจาก อลูมิเนียม-แมกนีเซียมเป็นอัลลอยโลหะผสมที่มีทั้งเบากว่าโลหะผสมอลูมิเนียมอื่นๆ และทำปฏิกิริยากับไฟน้อยกว่าโลหะผสมชนิดอื่นที่มีแมกนีเซียมผสมอยู่ในปริมาณสูงมากๆ พื้นผิวของอลูมิเนียมผสมอัลลอย(Aluminum Alloy Surfaces) มีความเงางามชัดเจนแม้ในสภาพแวดล้อมที่แห้งเนื่องจากการก่อตัวของผิวเคลือบที่ป้องกันอลูมิเนียมออกไซด์ ในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นการกัดกร่อนของกรดทางเคมีและปฎิกิริยาทางไฟฟ้า จะเกิดขึ้นเมื่อโลหะผสมอลูมิเนียมถูกใช้เป็นสื่อผ่านของกระแสไฟฟ้ากับโลหะอื่นๆ ที่มีศักยภาพเชิงลบมากกว่าการกัดกร่อนก็จะเกิดขึ้นมากกว่าอลูมิเนียมทั่วไปAerospace_021
อลูมิเนียมผสมอัลลอย(Aluminum Alloys) ที่มีคุณสมบัติที่หลากหลายสามารถนำมาใช้ในงานวิศวกรรมโครงสร้างต่างๆ โดยมีการใช้มาตรฐานเทียบของอเมริกา (ANSI), เยอรมัน/ยุโรป (DIN), นานาชาติ (UNS/ISO) เป็นต้น การคัดเลือกอัลลอยให้ถูกต้องตามลักษณะการใช้งานปรกติจะพิจารณาระดับ ความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength), ความหนาแน่น (Density), ความเหนียว (Ductility), ความสามารถในการขึ้นรูป (Formability), ความสามารถในการทำงาน (Workability), ความสามารถในการเชื่อม (Weldability), ความทนทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) เป็นต้น ปัจจุบันมีการใช้อลูมิเนียมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแกร่งต่อน้ำหนักที่เหมาะสม ในขณะที่ อลูมิเนียมบริสุทธิ์อ่อนเกินไปสำหรับการใช้งาน และขาดความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength) ที่จำเป็นสำหรับ เครื่องบิน และเฮลิคอปเตอร์
อลูมิเนียมผสมอัลลอยกับประเภทของเหล็ก (Aluminum Alloys versus Type of Steels)
อลูมิเนียมผสมอัลลอยโดยทั่วไปมักจะมีค่ายืดหยุ่นโมดูลัส (Elastic Modulus) ประมาณ 70 GPa ซึ่งประมาณหนึ่งในสามของเหล็กและเหล็กอัลลอยในตลาดก็มีค่ายืดหยุ่นโมดูลัสที่ผ่านองค์ประกอบนี้ ดังนั้น ชิ้นส่วนอุปกรณ์ทีทำจากอลูมิเนียมผสมอัลลอยมีโอกาสยืดตัวจนเสียรูปร่างได้มากกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนทีทำจากเหล็กกล้าที่มีขนาดและรูปร่างเดียวกัน แม้จะมีอลูมิเนียมผสมอัลลอยบางชนิดที่มีค่าความสามารถในการทนแรงดึง (Tensile Strength) ที่สูงกว่าเหล็กกล้าบางชนิดและถูกใช้ทดแทนก็ตาม ผลิตภัณฑ์โลหะใหม่ได้ถูกเลือกออกแบบด้วยการเลือกใช้เทคโนโลยีการผลิตที่เหมาะสม
การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลุ่ม อลูมิเนียม (Aluminum/Al), แมงกานีส (Manganese/Mg), ซิลิกอน (Silicon/Si) สามารถผ่านกระบวนการบีบอัด (extruded) เพื่อสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนได้
โดยทั่วไป การออกแบบโลหะที่แข็ง และเบาสามารถเกิดขึ้นได้กับอลูมิเนียมผสมอัลลอยมากกว่าจะเกิดขึ้นกับเหล็ก เช่น การดัดท่อผนังที่บาง ความเครียดจะลดลงสำหรับขนาดที่ใหญ่ขึ้น การเพิ่มสัดส่วนและรัศมีความหนาของผนังจะเป็นการเพิ่มรัศมี (และน้ำหนัก) โดย 26% เพื่อสามารถลดความเครียดผนัง ด้วยเหตุนี้ โครงจักรยานที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยจะใช้ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่กว่าท่อเหล็ก หรือไททาเนียมเพื่อให้ได้ความเหนียวและความแข็งแรง ในงานวิศวกรรมยานยนต์, รถที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยใช้ตัวถังที่ทำจากวัสดุที่ใช้ในยานอวกาศ ที่ผ่านการบีบอัดโครงสร้างเพื่อให้มั่นใจด้านความแข็งแกร่ง ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงวิธีการออกแบบรถเหล็กปัจจุบันขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของตัวถังที่ถูกออกแบบเป็นชิ้นเดียว
อลูมิเนียมอัลลอยถูกใช้อย่างแพร่หลายในวิศวกรรมเครื่องยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บล็อกเครื่องยนต์ (Cylinder Blocks) และ ห้องจุดระเบิด (Crankcases) เนื่องจากสามารถลดน้ำหนักได้จริง เนื่องจากอลูมิเนียมอัลลอยถูกตั้งข้อสงสัยเกี่ยวกับความทนทานต่อการงอที่อุณหภูมิสูง ระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นสิ่งสำคัญ เทคนิคในการผลิตและความก้าวหน้าโลหะถูกนำออกมาใช้และประสบความสำเร็จอย่างสูงในอุตสาหกรรมรถยนต์ ไม่ว่าจะเป็น หัวสูบ (Cylinder Heads) และ ห้องจุดระเบิด (Crankcases) ข้อจำกัดทางโครงสร้างที่สำคัญของอลูมิเนียมอัลลอย คือ ความทนทานต่อการล้าต่ำเมื่อเทียบกับเหล็ก ในสภาพห้องปฏิบัติการควบคุมเหล็กแสดงอาการล้า ซึ่งเป็นระดับความเครียดต่ำโดยไม่มีความผิดพลาดเกิดขึ้น อลูมิเนียมอัลลอย จึงถูกใช้อย่างระมัดระวังเฉพาะในส่วนที่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการล้าได้อย่างแน่นอน
ประเภทของอลูมิเนียมอัลลอย (Aluminum Alloys)
.
1. กลุ่มไม่สามารถทำ Heat Treatment (Non-Heat-Treatable Aluminum Alloys)
1050/1080/1200 – อลูมิเนียมบริสุทธิ์ (Pure Aluminum) ที่ใช้ทั่วไป ทนทานต่อสารเคมีและสภาพอากาศ สามารถใช้งานและเชื่อมได้ง่าย แต่เป็นเกรดที่มีความแข็งต่ำที่สุด เหมาะสำหรับเครื่องอุปกรณ์ทางเคมี งานที่ต้องการความสะอาดบริสุทธิ์ หรือเครื่องอัดต่างๆ
.
1350 – เป็น Electrical Quality Alloy ใช้กับงานไฟฟ้า
.
3003/3103 (Aluminum Sheets and Plates) – ทนทานต่อการกัดกร่อน และเชื่อมได้ มีความแข็งแรง เหมาะทำเป็น ถังกักเก็บ (Storage tanks), อุปกรณ์ทางเคมี (Chemical equipment), งานเชื่อมต่างๆ (Brazing Applications), ตัวถังรถตู้ และ การใช้งานในอุณหภูมิต่ำ (Cryogenic)
.
5005 – เหมาะกับงานเคลือบสี (Anodised Coating) ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่า 3003/3103 ใช้ได้ดีกับงานละเอียดซับซ้อน งานออกแบบตกแต่ง งานออกแบบโครงสร้าง และอุปโภคบริโภคทั่วไป
.
5052 (2.5% Mag common in USA)/5251 (2% Mag for UK only) / 5754 (3% Mag an EU standard) – อยู่ในสภาพพร้อมอบคืนไฟ ทนทานต่อการกัดกร่อน และเชื่อมได้ดี เหมาะกับงานทนแรงดันของเรือ (Pressure Vessels), ถัง (Tanks), อุปกรณ์เชื่อมต่อ (Fittings), งานที่ต้องการความแข็งแรง เช่น เรือลากจูง ตัวถังรถยนต์
.
5083 (Similar to 5154) – เหมาะกับงานเชื่อมที่ต้องการความแข็งแรงของจุดเชื่อม เช่น รางขนถ่าย อุปกรณ์ชิ้นส่วนในเรือ สะพาน การใช้งานในอุณหภูมิต่ำ(Cryogenic) เครน(Cranes) สามารถเชื่อม(Weldability) ทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม ไม่เหมาะกับงานที่อยู่ในอุณหภูมิต่ำกว่า 65.5°C
5086 (Common in USA) – เหมาะกับงานเชื่อมโครงสร้าง เรือลากจูง โครงสร้างขนาดมหึมา รถบรรทุก สามารถทนแรงดันของเรือ อุปกรณ์และโครงสร้างเรือใช้งานในอุณหภูมิต่ำ (Cryogenic Vessels) ที่ต้องทนต่อการสั่นสะเทือน (Energy Absorption) ไม่เหมาะกับงานที่อยู่ในอุณหภูมิต่ำกว่า 65.5°C
aerospace_07
.
5454 – เหมาะกับงานเชื่อมโครงสร้าง ผ่าน ASME Approved เพื่อใช้งานทีอุณหภูมิสูงถึง 204.4°C เช่น รถบรรทุกยางมะตอยร้อนเพื่อทำถนน (Hot Asphalt Road Tankers), ตัวถังรถขนถ่าย (Dump Body) สามารถทนแรงดันของเรือ (Pressure Vessels) และโครงสร้างกลางทะเล
.
2. กลุ่มสามารถทำ Heat Treatment (Heat-Treatable Aluminum Alloys)
2014/2024 – เป็น High Strength Alloys สามารถตัดแต่งชิ้นงานได้ดีเยี่ยม เพื่อทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ในเครื่องบิน (Aircraft) มีข้อจำกัดด้านการขึ้นรูป และทนการกัดกร่อนในอุณหภูมิสูงได้บ้างเท่านั้น ไม่แนะนำให้เชื่อมด้วยวิธี Fusion Welding เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูงเช่น เครื่องบิน และเครื่องจักรม เฟือง ข้อต่อ ตัวถังรถยนต์ เป็นต้น
6082 (สภาพจำหน่ายเป็น Heat Treated)/6061 (Common in USA) – ใช้กับงานโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรง น้อย-ปานกลาง สามารถขึ้นรูป/เชื่อม/ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี มีความแข็งหลังทำ Heat Treatment เนื่องจากสูณเสียความแข็งระหว่างการเชื่อม
7020 – สามารถตัดแต่งได้ดี เหมาะกับการใช้งานบนพื้นดิน
7075 (Aircraft Alloy) – แข็งแรง สามารถตัดแต่งดี ไม่เหมาะกับงานเชื่อม/สภาวะกัดกร่อน
.
3. กลุ่ม Tooling Plate
Cast Plate – ผ่านการอบคลายเครียส (Thermal Stress Relieved) มาแล้ว เหมาะกับงานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูง (Precision Applications) เช่น แผ่นยึดอุปกรณ์ต่างๆ สามารถเชื่อม/เคลือบสีและมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เหมาะกับการขึ้นรูป (No Forming)
Rolled Plate – คือ 5000 series เป็นเกรด Super Annealed มีความเสถียรและความเที่ยงตรงสูง
.
5558 – ถูกออกแบบเพื่อใช้เป็นงานเครื่องมือ โดยเฉพาะฐานเครื่องจักร สามารถเชื่อม ขัดเงา เคลือบสี
Mould Plate – คือ Rolled Tooling Plate สำหรับเครื่องรีดต่างๆ มีความทนทานเหมาะทำเป็นชิ้นส่วนเครื่องจักร เหมาะใช้ทำแม่พิมพ์พลาสติก
ขอบคุณข้อมูลจาก : https://goo.gl/X0u5qw
………………………………………………………….
อ่านบทความอื่นๆ เพิ่มเติมได้ที่
www.pakoengineering.com/blog
www.pakoengineering.com
www.pako.co.th
ช่องทางใหม่ล่าสุด
ให้คุณได้รับข่าวสารสินค้าใหม่และโปรโมชั่นพิเศษก่อนใคร
แอดมาเลย ที่ @pakoeng (อย่าลืมใส่ @ ข้างหน้าด้วยนะ)