مقاله بررسی اكستروژن آلیاژها

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع
مقاله بررسي اكستروژن آلياژها در 12 صفحه ورد قابل ويرايش

مقدمه :

اكستروژن جزء فرآيندهاي شكل دهي است كه درمقايسه با ديگر فرآيندهاي شكل دهي ماند فورجينگ از عمر كمتري برخوردار است . الكساندر ديك (Alexander Dick) با بكارگيري فولادهاي ابزار كه مي توانند در دماهاي كاري بالا مقاومت خوبي از خود نشان دهند راه را براي اكستروژن آلياژها باز كرد و اساس اكستروژن مدرن را بنا نهاد . كارهاي اوليه در اكستروژن پودر فلزات مربوط به اواخر دهه 1950 است كه به كمك آن توانستند قطعات بريليمي مورد استفاده در نيروگاههاي هسته اي با داكتيليته كنترل شده توليد نمايند [1] . اكستروژن پودرهاي آلياژسازي مكانيكي شده براي اولين بار توسط بنجامين (Benjamin) گزارش شده است . وي سوپرآلياژ پايه نيكل تقويت شده با اكسيديتريم را از اين طريق توليد نموده است . در كشور سوئد نيز با استفاده از اكستروژن گرم پودر فولاد زنگ نزن تيوبهاي بدون درز توليد گرديد [2] . درطول دو دهه اخير توجه زيادي به توسعه مواد پراكنده سخت شده حاوي اكسيد يا كاربيد در آلومينيم كه براي استفاده در دماي بالا مناسبند شده است [3] . با پيشرفتهاي بدست آمده آلياژهاي آلومينيوم به خصوص Al-Ti جايگزين مناسبي براي آلياژهاي پايه Ni , Ti هستند [4,5] .



دو مكانيزم اصلي براي اكستروژن وجود دارد : مستقيم و معكوس شكل1 در اكستروژن مستقيم ، سنبه قطعه كار را فشار مي دهد و با عبور قطعه كار از قالب، سطح مقطع آن كاهش مي يابد . در اكستروژن معكوس قطعه كار نسبت به مخزن اكستروژن ثابت مي ماند و اصطكاكي بين قطعه كار و محفظه اكستروژن وجود ندارد . از هردو روش مي توان براي اكستروژن پودر فلزات استفاده كرد . اكستروژن پودر روشي براي توليد مقاطعي است كه از ساير روشها نمي توان بدست آورد . ساخت لوله هاي بي درز ، سيمها و مقاطع پيچيده با اكستروژن پودر معمول است . اكستروژن پودر يك فرايند پرهزينه است اما همگن بودن محصول و يكسان بودن فرايند براي ساخت محصول در بسياري موارد آن را يك شيوه مطلوب توليد نموده است . اكستروژن پودر مي تواند موجب بهبود خواص مكانيكي آلياژها در مقايسه با محصولات با تركيب مشابه كه با ساير روشها بدست آمده اند گردد . به عنوان مثال اين امر درتوليد آلياژهاي Al-Si-X ديده شده است . [6] . البته اكستروژن پودر مي تواند بعنوان مرحله اوليه توليد قطعه درنظر گرفته شود و بعد از اين مرحله روي قطعات ، ديگر فرآيندهاي شكل دهي اعمال گردد . مثلا در يكي از تحقيقات انجام شده كامپيوزيت Al6061 تقويت شده با SiC را با اكستروژن پودر تهيه كردند و بعد به وسيله نورد آن را به شكل موردنظر در آورند و با انجام عمليات حرارتي مختلف خواص محصول را بررسي نمودند [7] .

يكي از آلياژهايي كه اخيرا به كمك متالوژي پودر تهيه مي شوند و به شدت موردتوجه مي باشند آلياژها زمينه آلومينيومي هستند . البته ديگر فلزات مانند فولادهاي ابزاري ، سوپر آلياژها ، تيتانيوم ، مس ، … و آلياژهاي آنها نيز با اين روش شكل داده مي شوند كه در ابزارسازي و هوا فضا قابل استفاده است .

تغييرشكل برشي همراه با فشار منجر به شكست لايه هاي اكسيدي وساير فيلم روي سطح ذرات شده و موجب پيوندهاي مناسب بين ذرات خواهد شد . بدين دليل اكستروژن پودرهاي آلومينيوم كه داراي لايه هاي اكسيدي زيادي است يك كار مفيدي است . تحقيقات روي مواد با خواص بهبود يافته و قابل استفاده در دماهاي بالا يكي ديگر از توانايي هاي اكستروژن پودر محسوب مي شود . سيستم هاي فلزي همراه با فازهاي پراكنده غيرفلزي شامل اكسيدها و كاربيدها و نيتريدها و يا فازهاي بين فلزي از آن جمله اند . از اكستروژن پودر مي توان براي توليد ماكروكامپوزيت ها و ميكوركامپوزيت ها استفاده نمود جزء تقويت كننده هم مي تواند حين فرآيند و توسط واكنش هاي متالوژيكي بوجود آيد و يا اينكه به عنوان يك جزء جداگانه به مخلوط پودر اضافه شود . كامپوزيت هاي تقويت شده با ذرات خاص به علت استحكام ، مدول ويژه بالا ، مقاومت به سايش بهتر و پايداري حرارتي انگيزه زيادي براي توسعه و ساخت دارند . آنها را مي توان از طريق ريخته گري يا متالوژي پودر تهيه نمود . روش ريخته گري يك روش ساخت نسبتا كم هزينه است اما در عين حال در اين روش بين زمينه فلزي و عامل تقويت كننده واكنش ديده مي شود كه تا حد زيادي خواص كامپوزيت را تحت تأثير خود قرار مي دهد . استفاده از متالوژي پودر اگر چه پرهزينه تر است ولي بهبود دهنده خواص مكانيكي است [8] . علاوه بر كامپوزيت ها همراه با خواص خوب و كاربردهايشان يكدسته ديگر از موادي كه مي توانند تحت اكستروژن پودر قرارگيرند آلياژهاي بين فلزي اند . در گروه آلياژهاي زمينه آلومينيوم مهمترين آنها ، آلياژ Al-Ti كه به دليل ويژگيهاي خاصي كه دارد به شدت موردتوجه است . درقسمتهاي بعدي در اين مورد بيشتر صحبت خواهد شد .

مزاياي استفاده از قوطي در روش سوم :

- جداسازي ماده اصلي از اتمسفر و مواد روانكار .

- جداسازي موادسمي مثل بريليم و اورانيوم براي حمل و نقل ايمن .

- كپسوله كردن پودرهاي كروي و ساير پودرهايي كه فشرده كردن آنها براي به شكل بيلت در آوردن مشكل است .

- بهبود حركت و سيلان فلز براي عبور از فصل مشترك قالب با انتخاب صحيح ماده قوطي .

- جداسازي مواد اصلي از قالب اكستروژن و ناحيه برشي شديد كه براي مواد با انعطاف پذيري كم حائظ اهميت است .

در ابتدا فشار بصورت خطي با حركت نسبه افزايش مي يابد تا بيلت كاملا مخزن اكستروژن را پر كند . به محض اينكه قطعه كاملا شروع به سيلان از داخل قالب نمود فشار به ماكزيمم خود مي رسد كه به عنوان فشار عبور از قالب (break trough) شناخته مي شود . در اكستروژن معكوس با جلو رفتن سنبه فشار اكستروژن به يك حالت پايدار مي رسد . در اكستروژن مستقيم فشار به طور پيوست كاهش مي يابد كه بعلت كاهش اصطحكاك بين بيلت و مخزن اكستروژن بدليل كاهش سطح تماس بين آنهاست . ثابت بودن فشار در اكستروژن معكوس به اين دليل است كه هيچ حركت نسبي و درنتيجه هيچ اصطحكاكي بين بيلت و مخزن اكستروژن وجود ندارد . افزايش ناگهاني فشار پاياني نيز به علت مقاومت فرآينده سيلان بيلت باقيمانده و شروع مرحله دوم اكستروژن است . اين تأثير ممكن است بوسيله جا ماندن موادمصرفي بين بيلت و سنبه كه تميز شدن قالب بوسيله بيلت را ناشي مي شود ايجاد شود .

فشار اكستروژن تابعي از تنش تسليم ماده ، دما ، اصطحكاك ، نرخ كرنش و تغيير شكل است .