میلگرد آلومینیومی
در دنیای صنعت و ساختوساز مدرن، میلگرد آلومینیومی به عنوان یکی از پرکاربردترین محصولات فلزی، جایگاه ویژهای یافته است. این محصول نه تنها به دلیل وزن سبک و مقاومت بالا در برابر خوردگی، بلکه به خاطر قابلیتهای ماشینکاری، رسانایی الکتریکی عالی و انعطافپذیری در طراحی، در صنایع متنوعی از جمله هوافضا، خودروسازی، ساختمانسازی و حتی تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد. فرآیند اکستروژن آلومینیوم، که با تولید پروفیل آلومینیومی مرتبط است، نقش کلیدی در شکلدهی میلگرد آلومینیومی ایفا میکند و امکان ایجاد مقاطع دقیق و سفارشی را فراهم میآورد.
میلگرد آلومینیومی یا میله آلومینیومی، یک محصول استوانهای شکل از جنس آلومینیوم خالص یا آلیاژهای آن است که در قطرهای متنوع (از ۳ میلیمتر تا ۳۰۰ میلیمتر) و طولهای استاندارد (۳، ۶ یا ۱۲ متر) تولید میشود. برخلاف میلگردهای فولادی سنتی، میلگرد آلومینیومی حدود ۶۰ درصد سبکتر است و این ویژگی آن را به گزینهای ایدهآل برای پروژههایی تبدیل میکند که وزن نقش کلیدی دارد، مانند سازههای معلق یا وسایل نقلیه الکتریکی.
طبق آمارهای جهانی، تولید آلومینیوم سالانه بیش از ۶۵ میلیون تن است و بخش قابل توجهی (حدود ۱۵%) به شکل میلگرد درمیآید. در بازار ایران، میلگرد آلومینیومی 6061 و 7075 به عنوان پرفروشترین معرفی شدهاند، با تقاضایی رو به رشد به دلیل تحریمها و تمرکز بر تولید داخلی.
فرآیند تولید میلگرد آلومینیومی
تولید میلگرد آلومینیومی عمدتاً از طریق دو روش اکستروژن و ریختهگری مداوم انجام میشود، اما اکستروژن به دلیل دقت بالا، هزینه کمتر و قابلیت تولید مقاطع پیچیده، روش غالب است (بیش از ۷۰% تولید جهانی).
مراحل تولید از طریق اکستروژن
۱. آمادهسازی بیلت آلومینیوم: شمشهای آلومینیوم (بیلت) با آلیاژهای خاص مانند 6061 یا 7000 از طریق فرآیند هال-هرولت تولید میشوند. بیلتها (قطر ۲۰۰-۱۰۰ میلیمتر) در کورههای الکتریکی تا دمای ۵۰۰-۴۵۰ درجه سانتیگراد گرم میشوند. این مرحله برای نرم کردن فلز (حالت پلاستیک) و جلوگیری از ترکخوردگی ضروری است.
۲. اکستروژن مستقیم یا غیرمستقیم: در روش مستقیم، بیلت با فشار سنبه (رام) هیدرولیکی (تا ۲۰۰۰ تن) از داخل یک قالب استوانهای عبور میکند. قالب از فولاد ابزار ساخته شده و کانالهای آن با زاویه ۳۰-۲۰ درجه طراحی میشود تا جریان یکنواخت باشد. سرعت اکستروژن حدود ۵۰-۱۰ متر بر دقیقه است و آلومینیوم مذاب به شکل میلگرد با تلرانس ۰.۰۵± میلیمتر خارج میشود. روش غیرمستقیم برای دقت بالاتر استفاده میشود، جایی که قالب حرکت میکند و اصطکاک کمتری ایجاد میشود. این روش برای تولید پروفیل های آلومینیومی پیچیدهتر، مانند پروفیلهای درب و پنجره، نیز بهینه است.
۳. عملیات حرارتی و پیرسازی: پس از اکستروژن، میلگردها سریعاً خنک (کوئنچینگ) شده و تحت عملیات T4 (حل کردن و طبیعی پیر) یا T6 (حل کردن، کوئنچینگ و مصنوعی پیر) قرار میگیرند. برای میلگرد آلومینیومی 6061-T6، این فرآیند استحکام کششی را به ۳۱۰ مگاپاسکال میرساند، در حالی که برای سری 7000، پیرسازی دو مرحلهای (T73) برای جلوگیری از ترکخوردگی تنشی استفاده میشود.
۴. برش، سردکاری، آنادایزینگ و کنترل کیفیت: میلگردها به طولهای دلخواه برش خورده، با فرآیندهای سردکاری (مانند کشش) صاف میشوند. برای افزایش مقاومت به خوردگی، لایه آنادایز (ضخامت ۲۵-۱۰ میکرون) اعمال میشود. کنترل کیفیت شامل تستهای مکانیکی، تست اولتراسونیک برای عیوب داخلی و بررسی شیمیایی با طیفسنجی است.
روشهای جایگزین تولید
- ریختهگری مداوم: برای میلگردهای با قطر کوچک (کمتر از ۱۰ میلیمتر)، از این روش استفاده میشود که دقت کمتری دارد اما هزینه پایینتری (۲۰% کمتر) ارائه میدهد. این روش کمتر برای تولید پروفیل های آلومینیومی مناسب است.
- نورد گرم: برای تولید کلافهای میلگرد (تا ۱۰۰ کیلوگرم)، مناسب آلیاژهای نرم مانند ۱۱۰۰. با این حال، اکستروژن همچنان برتری دارد.
مزایای اکستروژن شامل دقت ابعادی بالا (تلرانس کمتر از ۰.۱ میلیمتر)، تنوع آلیاژ و ضایعات کم (کمتر از ۵%) است، که آن را به گزینهای اقتصادی برای تولید پروفیل های آلومینیومی از جمله میلگرد آلومینیومی تبدیل کرده است.
آلیاژهای میلگرد آلومینیومی
آلومینیوم خالص (سری ۱۰۰۰) نرم است، بنابراین میلگرد آلومینیومی از آلیاژها ساخته میشود. سری 6061 و سری 7000 بیش از ۵۰% بازار ایران را تشکیل میدهند.
سری 6061: آلیاژی همهکاره، اقتصادی و پرفروش
میلگرد آلومینیومی 6061 حاوی ۱.۲-۰.۸% منیزیم، ۰.۸-۰.۴% سیلیکون، ۰.۴-۰.۱۵% مس و مقادیر کمی کروم و آهن است. این آلیاژ فرفورژه (قابل اکستروژن، نورد و فورج) است.
ویژگیهای فنی و شیمیایی میلگرد 6061
- استحکام مکانیکی: استحکام کششی ۲۴۰-۳۱۰ مگاپاسکال (T6)، استحکام تسلیم ۲۷۵ مگاپاسکال، ازدیاد طول ۱۲%.
- مقاومت به خوردگی عالی: لایه اکسید طبیعی (Al2O3) و قابلیت آنودایزینگ، مناسب برای محیطهای دریایی (pH ۴-۹)
- قابلیت جوشکاری و ماشینکاری خوب: جوش TIG/MIG با پرکننده ۴۰۴۳، رسانایی الکتریکی ۴۰% مس، هدایت حرارتی ۱۶۷ W/mK.
- وزن سبک و پایداری: چگالی ۲.۷ گرم بر سانتیمتر مکعب (یک سوم فولاد)، بازیافتپذیری ۹۵%.
- حالتهای حرارتی: O (نرم)، T4 (طبیعی پیر)، T6 (مصنوعی پیر)
این میلگرد در حالت Cold Drawn (سردکشیده) برای دقت ابعادی بالاتر (تلرانس h9) عرضه میشود.
کاربردهای گسترده میلگرد 6061 در صنایع
- صنعت خودرو و حملونقل: شاسی، قطعات موتور و رینگ چرخها
- ساختمانسازی و عمران: فریم پنجرهها، نردهها و تقویتکنندههای بتن سبک
- الکتریکی و الکترونیکی: هادیهای برق، قاب دستگاهها و آنتنها به دلیل رسانایی بالا
- تفریحی و ورزشی: فریم دوچرخه، قایقهای تفریحی و تجهیزات کوهنوردی
سری 7000: استحکام فوقالعاده برای کاربردهای پیشرفته
سری 7000 با عناصر اصلی روی (۸.۵-۱%)، منیزیم (۲.۵-۰.۸%) و مس (تا ۲.۵%)، قویترین آلیاژهای آلومینیومی هستند. میلگرد آلومینیومی 7075 از این سری، با استحکام کششی تا ۵۷۰ مگاپاسکال، “همرده فولادهای آلیاژی” توصیف میشود و برای بارهای سنگین ایدهآل است.
ویژگیهای فنی و شیمیایی میلگرد 7075
- استحکام مکانیکی: استحکام کششی ۵۷۰-۴۸۰ مگاپاسکال (T6)، استحکام تسلیم ۴۳۵ مگاپاسکال، ازدیاد طول ۱۱%؛ نسبت استحکام به وزن ۳ برابر فولاد
- مقاومت به خستگی و سایش: مناسب برای بارهای دینامیک، اما حساس به خوردگی تنشی (نیاز به پوشش کرومات یا آنادایز)
- هدایت حرارتی و الکتریکی: ۱۳۰ W/mK و ۳۰% مس، اما جوشپذیری متوسط
- وزن و پایداری: چگالی ۲.۸۱ گرم بر سانتیمتر مکعب، مقاوم به دمای تا ۱۵۰ درجه
- حالتهای حرارتی: T6 (پیرسازی کامل)، T73 (برای جلوگیری از ترک)
کاربردهای تخصصی میلگرد 7075
- هوافضا و نظامی: قطعات هواپیما (بال و بدنه)، موشکها و هلیکوپترها
- خودروسازی پیشرفته: تعلیق و ترمزهای مسابقهای
- ورزشی و دریایی: فریم دوچرخههای حرفهای، راکت تنیس و سازههای مقاوم به فشار
- صنایع دقیق: ابزارهای جراحی و تجهیزات نفتی
مقایسه آلیاژهای 6061 و 7075
| ویژگی | میلگرد 6061 | میلگرد 7075 (سری 7000) |
| استحکام کششی (MPa) | ۲۴۰-۳۱۰ | ۴۸۰-۵۷۰ |
| مقاومت به خوردگی | عالی (بدون پوشش) | متوسط (با پوشش الزامی) |
| وزن (g/cm³) | ۲.۷ | ۲.۸۱ |
| جوشپذیری | عالی | متوسط |
| کاربرد اصلی | عمومی/ساختمانی/خودرو | هوافضا/نظامی/ورزشی |
این مقایسه نشان میدهد که 6061 برای کاربردهای روزمره اقتصادیتر است، در حالی که 7000 برای عملکرد بالا انتخاب میشود.
ویژگیهای کلی، مزایا، معایب و مقایسه با میلگرد فولادی
ویژگیهای میلگرد آلومینیومی شامل وزن سبک، مقاومت به اکسیداسیون، قابلیت بازیافت ۱۰۰% و انعطافپذیری در شکلدهی است.
مزایای کلیدی
- سبکوزن و کارایی: کاهش بار سازه تا ۵۰%
- دوام محیطی: عمر مفید ۵۰-۲۰ سال در محیطهای اسیدی/قلیایی، بدون زنگزدگی
- اقتصادی بلندمدت: بازیافت آسان، هزینه نگهداری پایین (۱۰% فولاد)
- زیستمحیطی: تولید ۸ کیلوگرم CO2 (در مقابل ۲ کیلوگرم برای فولاد)
معایب و راهحلها
- هزینه اولیه بالاتر: ۲-۱.۵ برابر فولاد؛ راهحل: استفاده در پروژههای بلندمدت با اکستروژن کارآمد
- استحکام کمتر در دماهای بالا: نرم شدن بالای ۲۰۰ درجه؛ راهحل: آلیاژهای تقویتشده
- حساسیت به تنش: ترکخوردگی تنشی؛ راهحل: عملیات حرارتی T73
مقایسه با میلگرد فولادی
میلگرد فولادی (A3 یا A4) سنگینتر (چگالی ۷.۸) و مقاومتر به حرارت است، اما میلگرد آلومینیومی سبکتر و مقاومتر به خوردگی است. در ساختمانسازی، میلگرد آلومینیومی ۳۰% هزینه حمل را کاهش میدهد، اما میلگرد فولادی برای بتنریزی سنتی ارزانتر است.
نتیجهگیری
در پایان این بررسی، میتوان گفت که میلگرد آلومینیومی نه تنها یک محصول فلزی ساده، بلکه نمادی از نوآوری و پایداری در صنایع مدرن است. با بهرهگیری از فرآیند اکستروژن پیشرفته، که امکان تولید دقیق و کارآمد پروفیل های آلومینیومی از جمله میلگرد را فراهم میکند، این محصول توانسته است چالشهای سنتی مانند وزن بالا و خوردگی را پشت سر بگذارد. آلیاژهای کلیدی مانند سری 6061، با تعادل عالی بین استحکام، هزینه و قابلیت جوشکاری، گزینهای ایدهآل برای کاربردهای روزمره در ساختمانسازی، خودروسازی و صنایع الکتریکی به شمار میرود، در حالی که سری 7000 (مانند 7075) با استحکام فوقالعادهاش، دربهای هوافضا، صنایع نظامی و تجهیزات پیشرفته را به روی آیندهای روشن باز میکند.
