تولید آلومینیوم ۲۰۲۴ به روش اکستروژن:

به دنبال کشف اولین آلیاژ آلومینیوم سخت با قابلیت پذیرش عملیات حرارتی (AA2017)، تحقیقات گسترده‌ای در مورد تولید آلومینیوم از آلیاژهای سری ۲۰۰۰ انجام شد.
نتایج به دست آمده از این تحقیقات، منجر به تولید آلیاژهای دیگری از این سری گردید که از آن جمله آلیاژ AA2024 است.
در سال ۱۹۳۰ این آلیاژ به عنوان جایگزینی مناسب برای آلیاژ AA2017 در صنایع فضایی و هوایی انتخاب شد. امروزه آلیاژ سخت AA2024 به طور وسیعی در صنایع مختلف کاربرد دارد. این آلیاژ جزو گروه آلیاژی Al-Cu-Mg است که تقریبا ۷۰ سال پیش توسط ویلم (Wilm) کشف شد.
آلیاژ AA2024، آلیاژی با استحکام متوسط است؛ عناصر آلیاژی اصلی آن مس و منیزیم است که عناصر دیگری مانند منگنز، کروم یا زیرکونیم به میزان کم به آن اضافه می‌شود.

هدف اصلی افزودن مس و منیزیم، افزایش استحکام آلیاژ است که با رسوب فازهای این عناصر طی فرآیند رسوب‌سختی به دست می‌آید.
این در حالی است که عناصر آلیاژی منگنز و کروم، اندازه دانه‌ها و تبلور مجدد آلومینیوم را در حین عملیات حرارتی هموژن و پیش‌گرم نمودن کنترل می‌کنند.
اگرچه Si معمولا به عنوان عنصری برای افزایش سختی و استحکام در آلیاژهای آلومینیوم شناخته می‌شود ولی در این آلیاژ Si و Fe نقش ناخالصی را بازی می‌کنند. بنابراین همواره باید سعی شود مقدار آن‌ها در حداقل خود باشند تا از تشکیل آخال‌های درشت در حین شکل دادن فلز جلوگیری شود.
آلیاژ AA2024 دارای قابلیت پذیرش عملیات حرارتی و نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی است به طوری که محصولات اکستروژن این آلیاژ در حالت آنیل‌شده دارای استحکام تسلیم حداکثر ۱۲۵Mpa است و بعد از عملیات حرارتی محلول و پیرسختی این میزان به حداقل ۴۰۰Mpa می‌رسد.

ویژگی‌های آلیاژ ۲۰۲۴:

ویژگی‌های دیگر این آلیاژ از قبیل چقرمگی شکست عالی، مقاومت در برابر رشد ترک‌های خستگی، مقاومت در برابر رشد ترک‌های خستگی، مقاومت در برابر خوردگی تنشی و خوش‌تراش بودن؛ کاربرد این آلیاژ را در صنایع مختلف به صورت گسترده‌ای افزایش داده است.
از طرف دیگر تولید آلومینیوم به روش اکستروژن در آلیاژ AA2024 بسیار دشوار است. به طوری که اگر قابلیت اکستروژن آلیاژ AA6063 با عدد ۱۰۰ نشان داده شود، قابلیت اکستروژن آلیاژ AA2024 با عدد ۱۵ نشان داده می‌شود.
خصوصیات متفاوت این آلیاژ نسبت به آلیاژهای دیگر آلومینیوم، اکستروژن آن را نیازمند به چرخه عملیات حرارتی و کنترل پارامترهای اکستروژن به گونه‌ای متفاوت از آلیاژهای معمول آلومینیوم می‌سازد.

محصولات متنوعی از آلومینیوم را می‌توان به روش اکستروژن تولید کرد؛ از جمله میلگرد آلومینیوم ، انواع پروفیل آلومینیوم ، لوله و… .

مشکلات اکستروژن آلیاژ ۲۰۲۴:

اکستروژن آلیاژ AA2024 عموما با دو مشکل کلی سرعت پایین اکستروژن و وجود عیوب در محصول که خواص مکانیکی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد؛ مواجه است.
مهم‌ترین این عیوب عبارت‌اند از:

 – ورود اکسیدها به قسمت مرکزی محصول

یکی از مشکلات در اکستروژن آلیاژهای آلومینیوم، ورود اکسیدهای سطحی بیلت به داخل محصول است. با پیش‌گرم کردن بیلت‌ها (به خصوص در کوره‌های مشعلی) به دلیل میل شدید آلومینیوم به اکسید شدن؛ سطح بیلت اکسید می‌شود و با اکستروژن بیلت، اکسیدهای سطحی به داخل محصول جریان می‌یابند.

 – پارگی شدید سطحی

اگر بیلت‌های آلومینیوم را به صورت لایه‌های لوله‌ای شکل که از مرکز بیلت روی هم قرار گرفته‌اند در نظر بگیریم در اکستروژن این آلیاژ، لایه‌های مرکزی بیلت به راحتی حرکت کرده و جریان می‌یابند.
در صورتی که به دلیل وجود اصطکاک در فصل مشترک بیلت و کانتینر و هم‌چنین فصل مشترک محصول و قالب، لایه‌های بیرونی سرعت جریان کمتری دارند.
این اختلاف جریان فلز در مرکز و سطح بیلت باعث تنش کششی در لایه‌های سطحی محصول می‌شود و اگر تنش کششی در سطح محصول بیش از تنش جریان آلیاژ AA2024 باشد باعث ایجاد پارگی‌های سطحی شدید می‌شود.

 – ترک‌های سطحی

در اثر اصطکاک بین بیلت و کانتینر، گرما تولید می‌شود که گرمای حاصل به دمای پیش‌گرم بیلت اضافه شده و باعث ذوب منطقه‌ای آلیاژ می‌شود.
نقطه ذوب مناطقی که دارای فازهای اوتکتیک هستند، پایین‌ترند و در نتیجه زودتر ذوب می‌شوند. گرمای ایجاد شده تابعی از ترکیب شیمیایی آلیاژ، سرعت اکستروژن، نسبت اکستروژن، پیچیدگی شکل مقطع پروفیل، دمای کانتینر و دمای پیش‌گرم بیلت است.

 – خطوط سطحی محصول

اثر مخرب سطحی دیگر در اکستروژن آلیاژهای آلومینیوم، خطوط ناشی از قالب و خراش‌های سطوح است.
این خطوط در اثر عبور آخال‌ها و فازهای بین فلزی زیر و بین ۳ تا ۴ میکرون در آلیاژ، از روزنه قالب است.
با توجه به آن که در آلیاژهای AA2024 غالبا جهت از بین بردن لایه‌ی سطحی تبلور مجدد شده قطعات ماشین‌کاری می‌شوند. این گونه عیوب زیاد مورد توجه واقع نمی‌شوند.
بنابراین شناختن مقادر بهینه پارامترهای مختلف در فرآیند تولید محصولات اکستروژن آلیاژ AA2024 اعم از دما، فرآیند هموژن‌سازی بیلت، پیش‌گرم کردن، اکستروژن، عملیات حرارتی، کشیدن و عملیات پیرسختی بسیار مهم است.