PDA

مشاهده نسخه کامل : مقاله ريخته گري در آلياژهاي پايه آلومينيوم



YAŞIL KÖLGƏ
2011-Mar-16, 16:47
ريخته گري در آلياژهاي پايه آلومينيوم
-------------------------------------


تاریخچه کشف آلومینیم :

" فردریک وهلر " بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله " هانس کریستین ارستد " شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، " گویتون دموروو " پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند .

پیدایش و منابع :

اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد .
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیلها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .

معرفی :

آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی 13 می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد ، عنصر بسیار مهمی است . اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد .

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است .

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند . وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است .
برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از :
حمل و نقل اتومبیل‌ها ، هواپیماها ، کامیون‌ها ، کشتی‌ها ، ناوگانهای دریایی ، راه آهن و بسته‌بندی قوطی‌ها ، فویل و ساختمان درب ، پنجره ، دیوار پوشها و ... کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... )خطوط انتقال الکتریکی به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس می‌باشد ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند . آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود .


استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al2O ) بوسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست . برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرارمی‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند . الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند.
واکنش در کاتد منفی اینگونه است:
Al3+ + 3e ----> Al
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود . آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن نماید . این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست .
املاء

املاء رسمی این عنصر ، IUPAK (Aluminium) است، گرچه عموما آمریکایی‌ها و کانادایی‌ها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ می‌کنند . "همفریدیوی" در سال 1807 Aluminum را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعدا تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminium تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکایی‌ها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال 1926 بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشرِات خود گرفت .

آلومنیم خالص(99%)

آلومینیوم فراوان ترین فلز و سومین عنصر ِفلزّی است که به مقدار زیاد ، در پوسته ی زمین یافت می شود . آلومینیوم در طبیعت به صورت «آلومینیوم سیلیکات» پایدار Al(SiO3)3 و آلمینیوم هیدرواکسید Al(OH)3 وجود دارد . در دوران باستان یونانی ها زاج که یکی از فراوان ترین کانی های آلومینیوم است را می شناختند و از آن به عنوان داروی قابض در پزشکی و به عنوان ثابت کننده ی رنگ در رنگرزی استفاده می کردند . با این همه از شناخت آلومینیوم ، یکصد و هفتاد سال (1827)نمی گذرد .
آلومینیوم هیدرواکسید (Bauxite) یک نوع خاک اوره است که در آن عنصر های آلومینیوم بسیار غنی ای وجود دارد . (حدود 50درصد این فلز تشکیل شده است .) البته در این خاک ناخالصی هایی مانند : سیلیس (SiO2) ، اکسید های آهن و اکسید تیتانیوم (TiO2) وجود دارد .
آلومینیوم کشف شده «آلومین» نامیده می شود . آلومین یک ماده ی سخت ، شامل آلومینیوم و اکسیژن است . چون دمای ذوب آلومین زیاد است ، (در حدود 2050 درجه سلسیوس) الکترولیز آن در حالت مذاب بسیار دشوار است ؛ به این دلیل آن را در کریولیت (Na3AlF6) نمکِ مذاب حل می کنند و به این ترتیب مخلوطی به دست می آید که دمای ذوب (بین 960 تا 980 ) پایین تری دارد . سپس آن را از یک جریان الکتریکی قوی عبور می دهند تا اکسیژن آن کاملاً جدا شود . البته لازم به ذکر است که کریولیت در الکترولیز شرکت نمی کند و فقط دمای ذوب را پایین می آورد همچنین در این مرحله انرژی زیادی صرف می شود برای تولید Kg 1 آلومینیوم ، Kg 6 بوکسیت (Bauxite) ، Kg 4 محصولات شیمیایی و KW 14 برق نیاز است . در حالی که برای بازیافت آن 5% انرژی لازم است و فقط 5% دی اکسید کربن تولید می کند . جالب است اگر بدانید که مقدار انرژی که از بازیافت یک قوطی کنسرو ذخیره سازی می شود ، می تواند یک تلویزیون را به مدت سه ساعت روشن نگه دارد .
محصولات اپتدایی آلومینیوم در دنیا سالانه برا بر با 24000000 تن می باشد . کشوری که در جهان بیشترین مقدار آلومینیوم را تولید می کند ، استرالیا است . البته کشور هایی مانند : جامایکا ، برزیل ، گینه ، چین و قسمت هایی از اروپا در تولید این محصول نقش مهمی را ایفا می کنند .
شرکت های بازیافتی اغلب آلومینیوم را از شرکت های صنعتی ، مسقیم خریداری می کنند . بسیاری از کارخانه ها این فلزّات را ذوب می کنند و نا خالصی های آن را جدا کرده و در قالب های مختلف ریخته گری می کنند .
حجم بیشتری از این قطعات ریخته گری شده توسط کارخانه های خودرو سازی و هواپیما سازی مصرف می شود وبرای ساخت سر سیلند و مواردی از این قبیل کاربرد دارد .
در ایالات متحده ی آمریکا بازیافت آلومینیوم از قطعات خریداری شده در مقایسه سال 2001 با2000 تا 14% کاهش پیدا کرده است . 98/2 تن از فلزات بازیافتی را ، 60% از قطعات کارخانه ای و 40% از محصولات آلومینیومی کم ارزش تشکیل می دهد . این موضوع نشان دهنده این است که در سال های اخیر به بازیافت زباله های خانگی توجه بیشتری شده است .
بسیاری دیگر از شرکت ها ، بازیافت قوطی ها را انجام می دهند . بسیاری از این قوطی ها به صورت ورقه های آلومینیومی بازیافت می شوند و دوباره به صورت قوطی های نوشابه در می آیند . گزارشات نشان می دهد که آمریکا حدود 55600000 تن ، قوطی آلومینیومی را بازیابی کرده است و این مقدار باعث صرفه جویی های بسیاری در هزینه ها شده است .
آلومینیوم دارای خواصّی است که موجب شده ، بیش از اندازه مورد توجه قرار گیرد . این خواصّ عبارت اند از:
1- کاهندگی آلومینیوم
2- چگالی کم
3- رسانش گرمایی بالا و مقاومت حرارتی بالا
4- سازش پذیری با مواد غذایی

راسخون

YAŞIL KÖLGƏ
2011-Mar-16, 16:49
آلیاژ آلومینیم – سیلیسیم‌‌

مقدمه

آلياژهاي آلومينيوم حاوي سيليسيم به عنوان آلياژي اصل به علت سياليت زياد كه ناشي از وجود حجم نسبتا زياد‌‌‌ Al-Si است. مهمترين آلياژهاي ريخته گري محسوب مي شود.مزاياي ديگر اين نوع آلياژ ريخته گري مقاومت خوردگي بالا و جوش پذيري خوب است و اينكه سيليسيم ضريب انبساط حرارتي را كاهش مي دهد در هر حال به علت وجود ذرات سخت سيليسيم در زير ساختار ماشين كاري اين آلياژ مشكل است.
حلاليت سيليسيم در آلومينيوم در درجه حرارت محيط ناچيز و حدود 0.05% مي باشد. يوتكتيك بين محلول جامد آلومينيوم حاوي بيش از يك درصد سيليسيم خالص به عنوان فاز دوم تشكيل مي شود. تركيب دقيق يوتكتيك هنوز مورد شك و ترديد است ولي امروزه تقريبا تركيب Al-12/7% si به عنوان يوتكتيك قابل قبول است. انجماد آهسته يك آلياژ ‌‌ Al-Si خالص توليد ريزساختار بسيار درشت مي كند كه در آن يوتكتيك به صورت صفحات يا سوزني هاي بسيار بزرگ سيليسيم در يك زمينه ي پيوسته ي آلومينيومي تشكيل مي شود.
خود يوتكتيك از شبكه هاي مجزا كه در آن ذرات سيليسيم ظاهرا بهم مرتبط شده اند تشكيل شده است. آلياژهاي داراي اين نوع يوتكتيك درشت به علت طبيعت ترد صفحات سيليسيم درشت داراي انعطاف پذيري پايين است . سريع سرد كردن آلياژ در هنگام ريخته گري در غالب دائمي اتفاق ميافتد كه به شدت ريز ساختار را ريز كرده و فاز سيليسيم به شكل الياف در امده كه در نتيجه آن انعطاف پذيري و استحكام كشش به مقدار بسيار زيادي بهبود مي يابد. يوتكتيك را ميتوان از طريق فرايند اصلاح كردن ريز نمود.

1- ساختار دوتائي Al-Si :

عملا نمي توان دو فلز پيدا كرد كه كاملا در يكديگر غير غابل حل باشند اما در بعضي موارد قابليت حل شدن به قدري محدود و ناچيز است كه در عمل آن را ناديده گرفته و به عنوان غير قابل حل منظور ميكنند.
قانون رائولت بيان ميكند كه نقطه انجماد يك ماده خالص با افزايش يك ماده ديگر به شرطي پايين مي آيد كه ماده افزودني در ماده خالص در حالت مايع كاملا غير قابل باشد و مقدار كاهش دماي انجماد به وزن مولكولي ماده حل شدني بستگي دارد.
اين نوع نمودار فاز را ميتوانيم از يك سري منحني هاي تبريدي به دست آوريم اما در اين حالت منحني ها رفتاري متفاوت از خود نشان ميدهند. منحني تبريدي دو فلز خالص Al-Si هر كدام يك خط افقي ساده در نقطه انجماد از خود نشان مي دهند، با كاهش پيدا كردن سيليسيم در آلومينيوم دماي شروع انجماد پايين مي آيد همچنيم با افزايش درصد آلومينيوم دماي انجمتد آلياژ كاهش مي يابد . نقطه يوتكتيك آلياژ Al-Si برابر 7/12 % مي باشد .
در تركيب معين يوتكتيك Al-Si انجماد در يك نقطه ثابت اتفاق مي افتد گر چه انجماد يوتكتيك همانند يك فلز خالص است ولي آلياژ يوتكتيك يك آلياژ ذوب هم ارز نيست بلكه جامد حاصله داراي دو فاز است . در عمل آلياژهاي چپ نقطه يوتكتيك واقع شده اند هيپويوتكتيك و آلياژهاي سمت راست را هيپريوتكتيك مي نامند. چون نقطه يوتكتيك محل تلاقي خطوط مايع و جامد است ، در اين نقطه انجماد شروع مي شود و دما تا پايان انجماد ثابت مي ماند و با لاخره مايع به صورت دو فاز منجمد مي شود . اين دو فاز هميشه عبارتند از فازهاي كه در دو انتهاي خط دماي يوتكتيك واقع شده اند كه در اينجا فلز خالص آلومينيوم در فلز خالص سيليسيم است. فرض ميكنيم كه نخست مقدار اندكي از فلز آلومينيوم منجمد شود مقدار فلز سيليسيم در مايع از حد خود تجاوز ميكند يعني مايع از فلز سيليسيم غني تر مي گردد و از اين دو تركيب مايع اندكي به طرف راست تغيير مكان ميدهد براي اين كه تركيب مايع دوباره به حالت تعادل برسد مقداري از فلز سيليسيم منجمد ميگردد و اگر مقدار بيشتر سيليسيم منجمد شود تركيب مايع اندكي به ترف چپ تغيير مكان خواهد داد يعني مقدار آلومينيوم در مايع بيشتر خواهد شد بنابرين در دماي ثابت فلز خالص Al و Si به نوبت انجماد يافته و در نتيجه مخلوط بسيار ريزي را تشكيل ميدهند كه معمولا زير ميكروسكوب قابل رويت است . اين مخلوط ، مخلوط يوتكتيك ناميده ميشود . از آنجائي كه انجماد آلياژ يوتكتيك در دماي ثابتي رخ ميدهد بنابرين منحني تبريد آن همانند فلزات خالص و آلياژهاي ذوب هم ارز بوده ولي خود انجماد يوتكتيك غير هم ارز است زيرا تركيب فاز مايع با تركيب هر يك از فازهاي جامد متفاوت مي باشد.

2-خواص مکانیکی

آلیاژ‌های دوتایی Al – Si تا ترکیب یوتکتیک انعطاف‌پذیری خوبی دارند مشروط بر این که مقدار آهن محتوی که باعث تشکیل صفات درشت و ترد ترکیب می کند در حداقل مقدار ممکن کنترل شود. در این ارتباط افزودن منگنز مفید واقع می‌شود. اگر مقدار سیلیسیم محتوی کمتر از 8٪ باشد اصلاح ساختار جهت حصول انعطاف‌پذیری قابل قبول لازم نیست، زیرا مقدار فاز اولیه آلومینیوم موجود نسبتا زیاد است. ترکیب یوتکتیک دارای سیالیت بالا و انقباض انجماد پایینی است و در تولید قطعات ریخته‌گری دیواره نازک مانند پوسته دیفرانسیل اتومبیل کاربرد اساسی ندارد مانند وسائل پخت و پز پوسته پمپ و برخی قطعات خاص اتومبیل از جمله مانیفولدی که با آب سرد می شود در ریخته‌گری ماسه‌ای و قالب دائمی استفاده می‌‌‌گردد.
وقتی که آلیاژهای ریخته‌گری آلومینیوم حاوی مقادیر قابل توجه سیلیسیم در دمای بالا قرار گیرد دراثر رسوب سیلیسیم از محلول جامد رشد ابعادی در آنها اتفاق می ‌افتد. از طریق عملیات حرارتی در دمای 0 C 250-200 به مدت چندین ساعت قبل از
ماشین‌کاری یا مصرف می‌توان پایداری ابعادی حاصل کرد و برای قطعات ریخته‌گری که باید در دماهای 0 C 150 یا بالاتر مصرف شوند باید حالت T5 یا T7 به قطعه داد.
گر چه آلیاژهای Al – Si به دلیل این که فاز آلومینیوم در سرد کردن سریع قابلیت فوق اشباع شدن با سیلیسیم را دارد در مقابل عملیات حرارتی از خود عکس العمل نشان می دهد، ولی با افزودن برخی از عناصر دیگر مانند مس و منیزیم مقاوم شدن بسیار زیادتری قابل حصول است. مس استحکام را افزایش می‌دهد و قابلیت ماشینکاری را بهبود می‌بخشد گر چه این امر با کاهش سیالیت انعطاف‌پذیری و مقاومت خوردگی توام است. سالها است که آلیاژ Al – Si- Cu در دسترس بوده و یک حالت بهینه بین خواص مختلف حاصل شده است.
ترکیب این آلیاژها اغلب در محدوده ٪5-/10-3 سیلیسیم و ٪5/4-5/1 مس قرار می گیرد از آلیاژهای پر‌سیلیسیم (مثلا Al -10 Si ) برای ریخته‌گری ماسه‌ای یا قالب دائمی استفاده می‌شود. از طریق پیر کردن مصنوعی اغلب می‌توان استحکام و قابلیت ماشینکاری برخی از این قطعات ریخته‌گری را افزایش داد. به طور کلی آلیاژهای Al – Si برای بسیاری از موارد مصرف دارند آلیاژهای ریخته‌گری نیز مانند آلیاژهای کارپذیر حاوی عناصر اضافی جزئی بیسموت و سرب هستند که خواص ماشینکاری را بهبود می‌بخشند.
وقتی که خواص ویژه‌ای مورد نیاز باشد ترکیبات پیچیده‌تری نیز در دسترس بوده و قابل استفاده است. یک نمونه در این مورد آلیاژهای پیستون موتورهای احتراق داخلی است. مانند 332 A که در مخصوصا نیکل از طریق تشکیل ترکیبات بین فلزی که خستی پراکندگی ایجاد می‌کند باعث بهبود خواص دما بالای آلیاژ می‌گردد. مثال دیگر ترکیب بعد یوتکتیک مانند390 A است که برای ریخته‌گری در ماسه و قالب‌دائمی بدنه سیلندر تمام آلومینیوم اتومبیل استفاده می‌شود. در این ارتباط جهات اصلی برنامه‌های توسعه‌ای تمایل برای حذف بوش‌های چدنی به عنوان آسترهای سیلندرها است که در بسیاری از موتورهای تولید استفاده می‌شود. در این رابطه لازم است در زمینه یوتکتیک مقدار کافی ذرات سخت سیلیسیم اولیه جهت حصول مقاومت سایشی بالا در سیلندر در خلال مصرف آن به همراه توزیع کم ذرات طوری که از مشکلات جدی، ماشینکاری پرهیز شود وجود داشته باشد. همچنین اطمینان از ریز بودن Si اولیه مورد نظر است. در این مورد ٪03/0 -01/0 فسفر به آلیاژ اضافه می شود تا با Al واکنش کرده و ذرات ریز حل Atp که به عنوان هسته‌ای که سیلیسیم بر روی آن تشکیل می‌شود عمل می کند.
تحقیقات اخیر بر روی مکانیزم سایش در آلیاژهای ریخته‌گری آلومینیوم نشان داده شده است که در زیر سطح سایش و به موازات آن نورهای فشرده برشی ایجاد می‌شود. ممکن است ترک در امتداد این نوارهای برشی آغاز و ادامه یابد تا زمانی که یک لبه یا لایه نازک در بالای آن از سطح جدا شود. همچنین نشان داده شده است که فرایند سایش تحت تاثیر برخی مشخصه‌های ریز ساختاری خاص قرار می گیرد. ذرات سخت فازها یا ترکیبات بین فازی اولیه مانند سیلیسیم اولیه و یا حضور فاز اولیه که نسبتا نرم بوده و مسیرهای خوبی برای تغییر شکل و برش آسان را فراهم می‌کند. مثالهایی که در این زمینه می باشند این مشاهدات یک زمینه سخت می باشد. ترکیب نوعی برای آلیاژ HA 3 عبارت است از Mn 5/0- Mg 5/0- Ni 2- Cu 2- SI 14- Sr 5/0 استرانیسم به عنوان اصلاح کننده ادعا شده است که آلیاژ HA 3 ترکیب منحصر به فردی از خاص شامل قابلیت ماشینکاری استحکام بالائی بهبود یافته است.
تعداد زیادی از قطعات ریخته شده در ماسه و قالبهای دائمی از آلیاژهای Al – Si-Mg مانند آلیاژ 356 ساخته می‌شوند. که در آنها مقدار نسبتا کمی منیزیم از طریق رسوب Mg2 Si در زمینه آلومینیوم پیر سختی قابل توجهی ایجاد می‌کند. برای مثال استحکام تسلیم این آلیاژ در حالت T6 بیش از دو برابر آن در آلیاژ دوتائی حاوی مقادیر مشابه Si است. به علاوه این آلیاژ‌ها مقاومت خوردگی عالی نیز نشان می دهند. این آلیاژ‌ها کاربر خاص در هواپیما و اتومبیل یافته‌اند. یک نمونه جدید این موارد چرخهای سبک وزن اتومبیلهای مسابقه‌ای است. طبیعت بحرانی بهری از این موارد منجر به مطالعاتی در ارتباط با روباط بین ریز ساختار و سختی گردید و برای برخی ترکیبات خاص عملیات حرارتی شده چقرمگی شکست تا حاصل شده است که به خوبی قابل مقایسه با مقادیر مورد انتظار آلیاژهای کارپذیر است. به این ترتیب به نظر می رسد که جایگزینی احتمالی برخی قطعات کارپذیر با این قطعات ریختگی نسبتا ارزان در آینده به اجرا درآید. نمونه‌هایی از چنین تغییرات برای برخی اتصالات بحرانی هواپیما برای سازه موتور ریخته شده در ماسه وجود دارد.
3- خواص ریخته‌گری

به علت سیالیت خیلی خوب و نقطه ذوب پایین این آلیاژ میتوان برای ریخته‌گری آن از انواع پروسه‌های ریخته‌گری مانند ریخته‌گری در ماسه، ریخته‌گری در قلب دائمی، ریخته‌گری در قالب تحت فشار محفظه سرد استفاده کرد و مذاب آلیاژ تحت نیروی ثقل به داخل قالبهای ماسه‌ای ریخته‌گری می‌گردند. برای ساخت قالب‌ها می‌توان از انواع ماسه‌های طبیعی مورد استفاده در صنعت استفاده کرد. در قالبهای فلزی مورد استفاده در روش ریخته‌گری دائمی مذاب یا تحت نیروی ثقل و یا استفاده از هوا یا سایر گازهای تحت فشار کم به داخل قالب تزریق می‌گردد. از قالبهای چدنی و فولادی و در بعضی موارد برای بالا بردن سرعت سرد کردن از قالبهای مسی استفاده می‌شود ( سریع سرد کردن باعث ریز شده دانه‌ می‌شود) در ریخته‌گری تحت فشار مذاب آلومینیوم با کمک یک پیستون هیدرولیکی با فشار زیاد به داخل قالب فولادی تزریق می‌شود. مساله اصلی در مورد قطعات ریخته‌گری انقباض نسبتا بالای بین 5/3-5/8 درصد است که در خلال انجماد صورت می‌گیرد. این انقباض باید در طراحی قالب در نظر گرفته شود تا دقت ابعادی لازم حاصل گردد و از مسائلی مانند ترک یا پارگی داغ، تنشهای باقیمانده و حفره‌های انقباضی جلوگیری شود.
استفاده از مبردهای فلزی در قالب برای افزایش نرخ انجماد می‌تواند خواص مکانیکی حاصل را افزایش بخشد برای ریخته‌گری این آلیاژها می‌توان از قالبای سرامیکی در ریخته‌گری دقیق استفاده کرد. روشهای جدیدی New and Emerging Orocesses برای ریخته‌گری این آلیاژ طی سالهای گذشته ابداع شده است که این روشها باعث می شود در حین ریخته‌گری ما به خواص مطلوب‌تری از نظر دانه‌بندی برسیم. ریخته‌گری مذاب در سطح شیب‌دار، ریخته‌گری فشاری و ریخته‌گری همراه با امواج التراسونیک از این موارد هستند.
سیالیت یکی از مشخصه‌های آلیاژ ذوب شده است که باعث ریخته‌گری و پر کردن قالب می‌شود. آلیاژها سیالیت‌های متفاوتی از خود نشان می‌دهند که این مطلب به سیالیت ذاتی (خواص فیزیکی) فلز برمی‌گردد. بنا به سیالیت‌های متفاوت آلیاژها از روش‌های مختلف ریخته‌گری استفاده می‌شود. موضوع سیالیت باعث می‌شود که گفته شود بعضی از آلیاژها قابلیت ریخته‌گری بهتری دارند. آلیاژ Al – Si از سیالیت بسیاری خوبی برخوردار است و به همین دلیل می‌توان روش‌های مختلف ریخته‌گری برای تولید قطعات استفاده کرد. این قابلیت باعث شده است که از آن به فراوانی برای تولید سیلندرهای اتومبیل و پوسته دیفرانسیل و گیربکسها استفاده شود. از این آلیاژ برای تولید قطعات نازک بسیار استفاده می شود.

1-3 - سیالیت (Fluidity)

از طریق مشاهدات در ریخته‌گری نتیجه گردیده است که هنگام پر کردن قالب با یک طرح معین که قسمت‌های نازک نیز وجود دارد و تمام پارامترهای دیگر ثابت منظور شده بعضی از آلیاژها قادر به پر کردن قالب هستند و برخی دیگر این قابلیت را ندارند. چنین پدیده‌ای از ریخته‌گران سیالیت معنی کرده‌اند و در بعضی موارد جهت اشتباه با سیالیت مورد نظر در علوم هیدرولیک به سیالیت ریخته‌گری تعبیر شده است.
سیالیت به دو فاکتور اصلی وابسته است:
1- سیالیت ذاتی فلز (پارامترهای شیمی فیزکی)
2- روش ریخته‌گری
خواص فوق اگر چه بر روی سیالیت بیشترین تاثیر را دارند ولی موارد دیگری از جمله: کشش سطحی مذاب، اکسیدهای فیلم سطحی، ناخالصیها، حالت انجماد، دمای ذوب‌ریزی، مواد قالب و تنش سطحی مذاب نیز از عوامل مهمی بر سیالیت هستند. بعضی از این عوامل ذکر شده در زیر تشریح شده‌اند.
درجه حرارت: درجه حرارت مذاب یکی از مهمترین عوامل در پرشان قالب می باشد. آزمایشات نشان داده است که سیالیت ارتباط مستقیمی با درجه حرارت دارد. هر چه فوق ذوب بالا رود میزان سیالیت نیز بالا می رود البته باید در نظر داشت که بالا بردن بیش از حد فوق ذوب مشکلات مختلفی را در پی دارد.
ترکیب: ترکیب شیمیایی یکی دیگر از عوامل موثر بر سیالیت می باشد، معمولا فلزات خالص و آلیاژهای یوتکتیک دارای سیالیت بیشتری هستند و آلیاژ‌های محلول به خصوص آنهایی که دامنه انجماد طولانی‌تری دارند از نظر سیالیت ضعیف‌تر هستند به طوری که می‌توان رابطه معکوس سیالیت و فاصله انجماد را مطرح نمود. ترکیباتی که به خوبی در هم محلول نیستند باعث پایین آمدن میزان سیالیت می‌شوند.
انجماد: نوع انجماد ( خمیری یا پوسته‌ای) بر سیالیت اثرگذار است. در حالت پوسته‌ای در موقع انجماد کانال کاملا بسته نشده است و امکان پر شدن قالب وجود دارد. در صورتی که در حالت انجماد خمیری با اولین تاثیر انجماد سیالیت به طور فاحشی کاهش می یابد. سرعت انتقال حرارت مذاب و قالب و گرمای نهان‌گداز نیز در سیالیت نقش دارند.
اکسیدهای فیلم Al2O3 : اکسیدهای فیلم سطحی Al2O3 باعث افزایش تنش سطحی مذاب می‌گردد و باعث کاهش سیالیت می‌شود.
مواد قالب: هر چند سیالیت مذاب را بایستی از تاثیر قالب بر کنار نمود ولی تاثیر مواد قالب در چگونگی پر شدن آن خالی از اهمیت نسبت از این رو قالب یا از طریق هدایت حرارتی و یا از طریق تقلیل و تغییر سرعت جریان در سیالیت اهمیت پیدا می‌کند.
سرعت سرد شدن نسبت به درجه حرارت معمولا به وسیله قابلیت نفوذ حرارت در قالب تعیین می‌گردد. اصطکاک مذاب با دیواره و سطح قالب که باعث تقلیل انرژی مذاب می‌گردد تاثیر سطح قالب را مشخص می‌کند و از این رو چگونگی ساخت قالب از نظر صافی سطوح و همچنین شکل محفظه قالب جز عوامل موثر در پر شدن قالب است در حالی که درجه حرارت قالب را نیز بایستی جز عوامل موثر منظور نمود .

2-3- اندازه‌گیری سیالیت

از آن جا که سیالیت را نمی‌توان جز یکی از خواص فیزیکی دانست از این رو آزمایشات مختلف برای تعیین سیالیت بر مبنای مقایسه و بیشتر بر اساس لوازم و موادی است که در هر کارگاه به کار می‌رود. در شرایط ثابت می‌توان با تعیین اندازه طول یا سطح نمونه‌های پر شده توسط مذاب واحدی برای سیالیت تعیین نمود. آزمایشات اولیه سیالیت توسط Krynitsky , Clark انجام پذیرفت که مستقیما مذاب را در یک کانال افقی وارد می‌گردند و سپس این آزمایش جهت تقلیل طول کانال به سیستم مارپیچ Spiral درآمد که هنوز هم در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالت کلی نوع آزمایش و تعیین ابعاد به تجربه و نوع متغیرهای مختلف بستگی دارد.

راسخون

YAŞIL KÖLGƏ
2011-Mar-16, 16:50
ریخته گری چدن داکتیل به روش فرو بری:

چدن نشکن : چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی ،خانواده ای از چدن ها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست ،شکل گرافیت در آنها به شکل کروی است.همین کروی بودن گرافیت ها ، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن های خاکستری می گردد. اصولا چدن نشکن با افزودن منیزیم در مذاب ، تولید می شود(چون منیزیم در دماهای بالا تبخیر می شود معمولا از آلیاژهای منیزیم استفاده می شود)برای کروی شدن قطعاتی که درقالب های ماسه ای تولید می شوند مقدار 0.04 تا% 0.07 منیزیم باقی مانده کافی می باشد و در قطعاتی که در قالب های فلزی تولید می شوند (مانند لوله ریزی)مقدار 0.02 در صد منیزیم باقی مانده کافی است . چدن نشکن در مقایسه با چدن خاکستری تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختاری عاری از کاربید ، مخصوصا در مقاطع نازک ، لازم است جوانه زنی با فرو سیلیسیم انجام شود.
اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد:
1-آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع
2-جوانه زایی با فروسیلیسیم در حین ریختگری می توان چدن های نشکنی با ساختار زمینه فریتی،پرلیتی،مخلوط فریت-پرلیت،آستنیت،بینیتی،مارتن زیتی را تولید نمود
. چدن های نشکن پرلیتی دارای استحکام بالایی هستندولی چقرمگی آنها کمتر است. چدن های نشکن فریتی استحکام کمتری دارند ولی ازدیاد طول نسبی بیشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.عناصری همچون سدیم،کلسیم،لیتیم،تیریم نیز می توانند عمل کروی کردن را انجام بدهند.همچنین افزودن سزیم (Ce) به مقدار جزیی در آلیاژ منیزیم شکل گرافیت را بهبود می بخشند.
تاثیر عناصر روی چدن نشکن :

1- کربن:مقدار کربن در چدن نشکن ما بین 4/3 -6/3 % در نظر گرفته می شود.تعداد گرافیت های کروی بستگی به مقدار کربن دارد.افزایش کربن سبب بهتر شدن قابلیت ریختگری از طریق افزایش سیالیت مذاب می گردد.همچنین در چدن های نشکن هیپو یوتکتیک هر قدر مقدار کربن بیشتر شود نیاز به تغذیه گذاری قطعات کمتر می گردد. مقدار کربن معادل در این نوع چدن ها برابر است با CE=%2C +0.31(Si+P) +0.03 MN
2-سیلیسم: مقدار معمول آن در چدن نشکن ما بین 8/1 -8/2 % می باشد. افزایش سیلسیم در چدن باعث بیشتر شدن گرافیت های کروی می شود.سیلسیم در چدن سبب ترغیب تشکیل فریت می گردد. نقش مهم و دیگر سیلسیم در مرحله تلقیح است. افزایش سیلسیم در چدن نشکن موجب افزایش مقدار فریت و گرافیت کروی خواهد شد اما با افزایش آن استحکام کششی و در صد ازدیاد طول نسبی کاهش می یابد.همچنین عیب انتخاب سیلسیم پایین در چدن لزوم استفاده از تغذیه های بزرگتر و کاهش بهره برداری قطعات ریختگی می باشد. افزایش سیلسیم دمای تبدیل شکست نرم به ترد را افزایش می دهد.شروع تبدیل شکست نرم به ترد در چدن های نشکن با افزایش سیلسیم از دمای اتاق بالاتر است.
3-گوگرد : مهمترین تاثیر منفی گوگرد در چدن های نشکن نیاز به استفاده از مقدار بیشتری منیزیم است.مقدار گوگرد قبل از افزودن منیزیم به مذاب زیر% 0.03 در نظر گرفته می شود که با افزودن منیزیم به مذاب مقدار آن به % 0.01 یا کمتر کاهش می یابد.
4-فسفر: از آنجایی که فسفر فاز شکننده استدیت را تشکیل می دهد لذا در بیشتر موارد مقدار آنرا در چدن های نشکن زیر% 0.05 در نظر می گیرند در قطعاتی که نیاز به استحکام بالا ،قابلیت انعطاف پذیری و چکش خواری عالی دارند مقدار فسفر را زیر % 0.02 در نظر می گیرند .
5- منگنز : اگرچه منگنز استحکام چدن را بالا می برد اما قابلیت انعطاف پذیری و چکش خواری قطعات را کاهش می دهد. لذا در بیشتر موارد مقدار منگنز را زیر % 0.4 در نظر می گیرند. تاثیر عناصر آلیاژی بر روی پرلیت : نیکل ،سیلسیم و منگنز عناصر اصلی هستند که در تولید چدن نشکن پرلیتی استفاده می شوند.این عناصر با ایجاد ورق های سمنتیتی در پرلیت ، ساختار پرلیتی را بوجود می آورند.نیکل و منگنز در کاهش دمای استحاله آستنیت به پرلیت موثر هستند.
چگونگی افزودن منیزیم به مذاب و مشکلات ناشی از آن:

امروزه برای کروی کردن گرافیت ها در چدن نشکن از منیزیم استفاده می شود. در ضمن عناصر جزیی مانند سدیم و عناصر خاکی نادر موجود در آلیاژ فرو سیلیس منیزیم Fe-Si-Mg برای خنثی کردن عناصر جزیی مضرو راندمان بهتر در عمل جوانه زایی ،اهمیت زیادی دارند. منیزیم با نقطه ذوب 651 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 1157 درجه سانتی گراد فلزی بسیار فعال است که در مجاورت هوا شدیدا اکسید می شود . از مشکلات افزودن منیزیم خالص می توان به وزن مخصوص کم – نقطه جوش پایین و میزان حلالیت پایین در مذاب چدن ، اشاره کرد(منیزیم در آهن به صورت فرومنیزیم FeMg به هیچ وجه مورد استفاده قرار نمی گیرد.
انواع آلیاژهای منیزیم کروی کننده :

1 - فرو سیلسیم منیزیم:

الف)5 تا 7 % منیزیم ،%45 سیلسیم ، % 5/1 کلسیم و بقیه آهن
ب)5 تا 7 % منیزیم ،%45 سیلسیم ، % 5/1 کلسیم و 0.8 تا 5/1 درصد مش متال (سدیم-لانتالیم)و بقیه آهن
2-نیکل منیزیم :

الف)15% منیزیم ،85% نیکل
ب)15%منیزیم ، 1 تا 0.2 % مش متال ،بقیه نیکل.
روش فروبری (راندمان 40 تا 50%) برای افزودن منیزیم به مذاب جهت ایجاد چدن با گرافیت کروی استفاده شد.
در اين روش مواد كروي كننده داخل محفظه از جنس گرافيت جاسازي شده و هنگامي كه پاتيل از مذاب پر شده محفظه داخل پاتيل مي شو د كه ميزان بازيابي منيزيم در اين روش 40 تا 50 درصد مي باشد . كه معمولا درجه حرارت ريخته گري را در اين روش 1560 درجه در نظر گرفته همچينن افت درجه حرارت در اين روش 50 درجه سانتيگراد مي باشد .

راسخون