مقاله بررسی مشخصات ریخته گری و ذوب در 16 صفحه ورد قابل ویرایش

مشخصات ریخته گری و ذوب
آلومینیم و آلیاژ های آن به دلیل نقطه ذوب کم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مکانیکی و فیزیکی در اثر آلیاژ سازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مکانیکی ، در صنایع امروز از اهمیت زیادی برخور دارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژ ها توسعه می یابد . عناصر مختلف مانند سیلیسیم ، منیزیم و مس در خواص ریخته گری و مکانیکی این عنصر شدیداً تأثیر می گذارند و یک رشته آلیاژ های صنعتی پدید می آورند که از مقاوت مکانیکی ، مقاوت به خورندگی و قابلیت ماشین کاری بسیار مطلوب برخوردارند . قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است که در ذوب و ریخته گری آلومینیم مورد بحث قرار می گیرد .
تقسیم بندی آلیاژ ها

آلیاژ های آلومینیم در اولین مرحله به دو دسته تقسیم می گردند :

الف ) آلیاژ های نوردی (Wrought Alloys) که قابلیت پزیرش انواع و اقسام کارهای مکانیکی ( نورد ، اکستروژن و فلز گری ) را دارند .

ب ) آلیاژ های ریختگی (Casting Alloys) که در شکل ریزی و ریخته گری های آلومینیم با گسترش بسیار مورد استفاده اند . آلیاژ های نوردی که در مباحث شکل دادن فلزات مورد مطالعه قرار می گیرند از طریق یکی از روش های شمش ریزی (مداوم ، نیمه مداوم ، منفرد ) تهیه می گردند و پس از قبول عملیات حرارتی لازم ، تحت تاثیر یکی از زوش های عملیات مکانیکی به شکل نهایی در می آیند .

آلیاژ سازها (Hardeners)

این عناصر که به نام های Temper Alloys و Master Alloysنیز نامیده می شوند به مقدار زیادی در صنایع ریخته گری آلومینیم به کار می روند ، زیرا آلومینیم با نقطه ذوب کم اغلب قادر به ذوب و پذیرش مستقیم عناصر با نقطه ذوب بالا نیست (مس 1083 درجه ، منگنز 1244 درجه ، نیکل 1455 درجه ، سیلیسیم 1415 درجه ، آهن 1539 درجه و تیتانیم 1660درجه سانتی گراد ) . همچنین عناصر دیگری که نقطه ذوب بالا ندارند ، دارای فشار بخار وشدت تصعید و اکسیداسیون می باشند که در صورت استفاده مستقیم درصد اتلاف این عناصر شدیدا افزایش می یابد ( منیزیم ، روی ) . ترکیب شیمیایی و نقطه ذوب بعضی از آلیاژ ها که در صنایع آلومینیم به کار می رود .مشخصات متالوژیکی آلیاژ ها در فصل جداگانه ای مورد مطالعه قرار خواهد گرفت . تهیه آلیاژ ساز ها معمولا در کار گاههای ریخته گری نیز انجام می گیرد در این مواقع اغلب روش های زیر مورد استفاده است .

معمولا قطعات عنصر دیر ذوب را ریز نموده و در فویل های الومینیمی پیچیده و یا در شناور های گرافیتی قرار داده ودر داخل مذاب الومینیم (800 درجه تا 850 درجه تحت فلاکس )فرو می برند و سپس آن را به هم میزنند.
احیاء کننده ها

اکسید آلومینیم به سهوات توسط عناصر دیگر احیاء می شود و فقط عناصر محدودی مانند کلسیم ، منیزیم، لیتم و برلیم قادر به احیاء آلومینیم می باشند . ولی اکسید های کلسیم و منیزیم به سرعت با اکسید آلومینیم ترکیب می شده و اکسید های مضاعف (اسپینل ) تشکیل می دهند و از این رو برای خروج اکسیدهای آلومینیم اثرات منفی ندارد . در مقابل برلیم بریا کلیه آلیاژ های آلومینیم و به خصوص آلومینیم ، منیزیم توصیه شده است .

اکسید برلیم علاوه برقابلیت احیاء اکسید های آلومینیم و منیزیم ، می تواند اکسید فیلم غیر متخلخل در سطح مذاب تشکیل دهد و مانع از اکسیده شدن بیشتر مذاب شود .

با توجه به این که فاکتور تخلخل BeO برابر 4 می باشد در حالی که این فاکتور برای نزدیک 2 و برای MgO8/0است ،چگونگی حفاظت سطح مذاب توسط اکسید فیلم مشخص می گردد .

برلیم در شمش ها و قطعات آمیژن با 5/1% برلیم و یا به صورت ترکیب به مذاب اضافه می گردد .

لیتیم نیز که به صورت لیتیم فلزی و یا فلوئور لیتیم Fli به مذاب آلومینیم افزوده می شود ، در تقلیل مقدار اکسید های آلومینیم و منیزیم تاثیر بسیاری دارد . ول مشخصات کلی آن از بلریم نا مطلوب تر است ، زیرا قادر به تشکیل اکسید غیر متخلخل است و محافظت فلز را مانند برلیم انجام نمی دهد و از طرف دیگر به دلیل نقطه ذوب پایین ممکن است در مذاب حل شود

در خاتمه این مبحث لازم به توضیح است که عناصری قادر به احیاء و استفاده در صنایع ذوب آلومینیم هستند که مشخصات زیر را داشته باشند :

1ـ نقطه ذوب و تبخیر بالا

2ـ وزن اتمی کم

3ـ وزن مخصوص کم

4ـ قطر اتمی کوچک

و در بین عناصر ، برلیم مشخصات فوق را به طور کامل دارد و از این رو استفاده از آن در صنایع آلومینیم بیش از عناصر دیگر به عمل می آید .
فلاکس های گازی

اکسید ها و مواد غیر فلزی شناور در مذاب می تواند با فلاکس های گازی فعال مانند و یا ترکیبات قابل تبخیر مانند از مذاب خارج می شوند . گرچه عناصر فوق برای گاز زدایی به کار می روند ولی در جریان خروج از مذاب قادرنند بسیاری از مواد غیر فلزی و آخال ها را به طریق مکانیکی به همراه خود به سطح مذاب انتقال دهند .بهر صورت عمل دگازین با کلرور ها وترکیبات کار تاثیربسیار زیادی در خارج کردن مواد ناخواسته از آلومینیم مذاب دارند ولی بایستی توجه کرد که استفاده از این مواد اغلب با خورندگی بوته و ایجاد گاز سمی روبرو می باشد . فلاکس های حاوی کلر باعث اتلاف شدید منیزیم در مذاب می گردد و از این رو در مورد آلیاژ های آلومینیم – منیزیم بیشتر از کلرور منیزیم استفاده می کنند وبه صورت مایع عمل فلاکسینگ را انجام می دهد .

گاز های بی اثر مانند ازت و آرگون تاثیر کمی در تصفیه مذاب از مواد نا خواسته دارند و از این رو عمل فلاکس های کلروره بیشتر در ایجاد ترکیب می باشد که قادر است در فصل مشترک اکسیدها و مواد مذاب قرار گرفته و همراه خود ، آنها را استخراج می سازد .

انواع و اقسام کلر ور ها و فلاکس های قابل تبخیر در ذوب آلومینیم به کار می روند که مهمترین آنها عبارتند از :

استفاده از فلاکس های مختلف بایستی متناسب با ترکیب شیمیایی آلیاژ باشد و در غیر این صورت نا خالصی های فلزی در آلیاژ افزایش می یابند :

هگزاکلرواتان ، جامد می باشد ولی در درجه حرارت مذاب تجزیه شده و با آلیاژ ترکیب می شود در این حالت یکی و یا تمام فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد .
تصفیه : فیلتر کردن

به دلایل اشکالات متالوژیکی ناشی از مصرف فلاکس ها ، سیستم فیلتر کردن در صنایع الومینیم توسعه روز افزون یافته است و این امر با استفاده از مواد متخلخل در سیستم های راهگاهی و یا در مخازن نگهداری مذاب و یا در سیستم های فیلتر مجزا انجام می گیرد که هر یک در نوع خود از مزایا و محدودیت هایی بر خوردار است .

قسمت سختی سنجی :

برای سنجش میزان سختی قطعات تولید شده از روش برینل استفاده می شود در این روش با اعمال نیرویی بر روی قطعه به وسیله ساچمه ای به قطر 10 میلیمتر میزان سختی جسم را اندازه می گیرد گلوله در قطعه فرو می رود تا زمانی که جسم زیر گلوله مقاومت کند اگر جسم سخت باشد از ماده ای به نام کاربید تنکستن (wc) استفاده می شود زمان اعمال نیرو 30 ثانیه می باشد اگر ماده نرم باشد 500 کیلوگرم بدان نیرو وارد می شود بعد از اعمال نیرو به وسیله میکروسکوپ چشمی قطر اثر نیرو را دیده و اندازه گیری
می کنند .

در این قسمت برای وارد کردن نیرو به قطعه از وزن 750 کیلوگرم استفاده می کنند نرمال سختی قطعه بین 100 الی 120 برینل می باشند بعد از این مرحله قطعه را با میکروسکوپ مجهز بازیننی می کننند تا ساختار کریستالی قطعه مشخص شود ساختار باید به صورت Modifire یا اصلاح شده باشد هنگام دیدن ساختار قطعه در زیر میکروسکوپ ذرات سیلیسم به صورت پیوسته و توری شکل در زمینه AL قرار می گیرند .

وجود ساختار سوزنی سر سیلندر باعث می شوند که قطعه هنگام شوک حرارتی یا حتی شوک مکانیکی ترک بخورد بنابراین اگر قطعاتی وجود داشته باشد که دارای ساختار سوزنی باشند را دوباره به قسمت ذوب برگشت داده و دوباره اصلاح ساختاری روی آن صورت می گیرد برای اصلاح ساختار از NA و یا از قرص نئوکلانت استفاده می شود .