مقاله بررسی مشخصات ريخته گري و ذوب

دسته بندي : فنی و مهندسی » صنایع
مقاله بررسي مشخصات ريخته گري و ذوب در 16 صفحه ورد قابل ويرايش

مشخصات ريخته گري و ذوب
آلومينيم و آلياژ هاي آن به دليل نقطه ذوب كم و برخورداري از سياليت بالنسبه خوب و همچنين گسترش خواص مكانيكي و فيزيكي در اثر آلياژ سازي و قبول پديده هاي عمليات حرارتي و عمليات مكانيكي ، در صنايع امروز از اهميت زيادي برخور دارند و روز به روز موارد مصرف اين آلياژ ها توسعه مي يابد . عناصر مختلف مانند سيليسيم ، منيزيم و مس در خواص ريخته گري و مكانيكي اين عنصر شديداً تأثير مي گذارند و يك رشته آلياژ هاي صنعتي پديد مي آورند كه از مقاوت مكانيكي ، مقاوت به خورندگي و قابليت ماشين كاري بسيار مطلوب برخوردارند . قابليت جذب گاز و فعل و انفعالات شيميايي در حالت مذاب از اهم مطالبي است كه در ذوب و ريخته گري آلومينيم مورد بحث قرار مي گيرد .
تقسيم بندي آلياژ ها

آلياژ هاي آلومينيم در اولين مرحله به دو دسته تقسيم مي گردند :

الف ) آلياژ هاي نوردي (Wrought Alloys) كه قابليت پزيرش انواع و اقسام كارهاي مكانيكي ( نورد ، اكستروژن و فلز گري ) را دارند .

ب ) آلياژ هاي ريختگي (Casting Alloys) كه در شكل ريزي و ريخته گري هاي آلومينيم با گسترش بسيار مورد استفاده اند . آلياژ هاي نوردي كه در مباحث شكل دادن فلزات مورد مطالعه قرار مي گيرند از طريق يكي از روش هاي شمش ريزي (مداوم ، نيمه مداوم ، منفرد ) تهيه مي گردند و پس از قبول عمليات حرارتي لازم ، تحت تاثير يكي از زوش هاي عمليات مكانيكي به شكل نهايي در مي آيند .

آلياژ سازها (Hardeners)

اين عناصر كه به نام هاي Temper Alloys و Master Alloysنيز ناميده مي شوند به مقدار زيادي در صنايع ريخته گري آلومينيم به كار مي روند ، زيرا آلومينيم با نقطه ذوب كم اغلب قادر به ذوب و پذيرش مستقيم عناصر با نقطه ذوب بالا نيست (مس 1083 درجه ، منگنز 1244 درجه ، نيكل 1455 درجه ، سيليسيم 1415 درجه ، آهن 1539 درجه و تيتانيم 1660درجه سانتي گراد ) . همچنين عناصر ديگري كه نقطه ذوب بالا ندارند ، داراي فشار بخار وشدت تصعيد و اكسيداسيون مي باشند كه در صورت استفاده مستقيم درصد اتلاف اين عناصر شديدا افزايش مي يابد ( منيزيم ، روي ) . تركيب شيميايي و نقطه ذوب بعضي از آلياژ ها كه در صنايع آلومينيم به كار مي رود .مشخصات متالوژيكي آلياژ ها در فصل جداگانه اي مورد مطالعه قرار خواهد گرفت . تهيه آلياژ ساز ها معمولا در كار گاههاي ريخته گري نيز انجام مي گيرد در اين مواقع اغلب روش هاي زير مورد استفاده است .

معمولا قطعات عنصر دير ذوب را ريز نموده و در فويل هاي الومينيمي پيچيده و يا در شناور هاي گرافيتي قرار داده ودر داخل مذاب الومينيم (800 درجه تا 850 درجه تحت فلاكس )فرو مي برند و سپس آن را به هم ميزنند.
احياء كننده ها

اكسيد آلومينيم به سهوات توسط عناصر ديگر احياء مي شود و فقط عناصر محدودي مانند كلسيم ، منيزيم، ليتم و برليم قادر به احياء آلومينيم مي باشند . ولي اكسيد هاي كلسيم و منيزيم به سرعت با اكسيد آلومينيم تركيب مي شده و اكسيد هاي مضاعف (اسپينل ) تشكيل مي دهند و از اين رو براي خروج اكسيدهاي آلومينيم اثرات منفي ندارد . در مقابل برليم بريا كليه آلياژ هاي آلومينيم و به خصوص آلومينيم ، منيزيم توصيه شده است .

اكسيد برليم علاوه برقابليت احياء اكسيد هاي آلومينيم و منيزيم ، مي تواند اكسيد فيلم غير متخلخل در سطح مذاب تشكيل دهد و مانع از اكسيده شدن بيشتر مذاب شود .

با توجه به اين كه فاكتور تخلخل BeO برابر 4 مي باشد در حالي كه اين فاكتور براي نزديك 2 و براي MgO8/0است ،چگونگي حفاظت سطح مذاب توسط اكسيد فيلم مشخص مي گردد .

برليم در شمش ها و قطعات آميژن با 5/1% برليم و يا به صورت تركيب به مذاب اضافه مي گردد .

ليتيم نيز كه به صورت ليتيم فلزي و يا فلوئور ليتيم Fli به مذاب آلومينيم افزوده مي شود ، در تقليل مقدار اكسيد هاي آلومينيم و منيزيم تاثير بسياري دارد . ول مشخصات كلي آن از بلريم نا مطلوب تر است ، زيرا قادر به تشكيل اكسيد غير متخلخل است و محافظت فلز را مانند برليم انجام نمي دهد و از طرف ديگر به دليل نقطه ذوب پايين ممكن است در مذاب حل شود

در خاتمه اين مبحث لازم به توضيح است كه عناصري قادر به احياء و استفاده در صنايع ذوب آلومينيم هستند كه مشخصات زير را داشته باشند :

1ـ نقطه ذوب و تبخير بالا

2ـ وزن اتمي كم

3ـ وزن مخصوص كم

4ـ قطر اتمي كوچك

و در بين عناصر ، برليم مشخصات فوق را به طور كامل دارد و از اين رو استفاده از آن در صنايع آلومينيم بيش از عناصر ديگر به عمل مي آيد .
فلاكس هاي گازي

اكسيد ها و مواد غير فلزي شناور در مذاب مي تواند با فلاكس هاي گازي فعال مانند و يا تركيبات قابل تبخير مانند از مذاب خارج مي شوند . گرچه عناصر فوق براي گاز زدايي به كار مي روند ولي در جريان خروج از مذاب قادرنند بسياري از مواد غير فلزي و آخال ها را به طريق مكانيكي به همراه خود به سطح مذاب انتقال دهند .بهر صورت عمل دگازين با كلرور ها وتركيبات كار تاثيربسيار زيادي در خارج كردن مواد ناخواسته از آلومينيم مذاب دارند ولي بايستي توجه كرد كه استفاده از اين مواد اغلب با خورندگي بوته و ايجاد گاز سمي روبرو مي باشد . فلاكس هاي حاوي كلر باعث اتلاف شديد منيزيم در مذاب مي گردد و از اين رو در مورد آلياژ هاي آلومينيم – منيزيم بيشتر از كلرور منيزيم استفاده مي كنند وبه صورت مايع عمل فلاكسينگ را انجام مي دهد .

گاز هاي بي اثر مانند ازت و آرگون تاثير كمي در تصفيه مذاب از مواد نا خواسته دارند و از اين رو عمل فلاكس هاي كلروره بيشتر در ايجاد تركيب مي باشد كه قادر است در فصل مشترك اكسيدها و مواد مذاب قرار گرفته و همراه خود ، آنها را استخراج مي سازد .

انواع و اقسام كلر ور ها و فلاكس هاي قابل تبخير در ذوب آلومينيم به كار مي روند كه مهمترين آنها عبارتند از :

استفاده از فلاكس هاي مختلف بايستي متناسب با تركيب شيميايي آلياژ باشد و در غير اين صورت نا خالصي هاي فلزي در آلياژ افزايش مي يابند :

هگزاكلرواتان ، جامد مي باشد ولي در درجه حرارت مذاب تجزيه شده و با آلياژ تركيب مي شود در اين حالت يكي و يا تمام فعل و انفعالات زير امكان پذير مي باشد .
تصفيه : فيلتر كردن

به دلايل اشكالات متالوژيكي ناشي از مصرف فلاكس ها ، سيستم فيلتر كردن در صنايع الومينيم توسعه روز افزون يافته است و اين امر با استفاده از مواد متخلخل در سيستم هاي راهگاهي و يا در مخازن نگهداري مذاب و يا در سيستم هاي فيلتر مجزا انجام مي گيرد كه هر يك در نوع خود از مزايا و محدوديت هايي بر خوردار است .

قسمت سختي سنجي :

براي سنجش ميزان سختي قطعات توليد شده از روش برينل استفاده مي شود در اين روش با اعمال نيرويي بر روي قطعه به وسيله ساچمه اي به قطر 10 ميليمتر ميزان سختي جسم را اندازه مي گيرد گلوله در قطعه فرو مي رود تا زماني كه جسم زير گلوله مقاومت كند اگر جسم سخت باشد از ماده اي به نام كاربيد تنكستن (wc) استفاده مي شود زمان اعمال نيرو 30 ثانيه مي باشد اگر ماده نرم باشد 500 كيلوگرم بدان نيرو وارد مي شود بعد از اعمال نيرو به وسيله ميكروسكوپ چشمي قطر اثر نيرو را ديده و اندازه گيري
مي كنند .

در اين قسمت براي وارد كردن نيرو به قطعه از وزن 750 كيلوگرم استفاده مي كنند نرمال سختي قطعه بين 100 الي 120 برينل مي باشند بعد از اين مرحله قطعه را با ميكروسكوپ مجهز بازينني مي كننند تا ساختار كريستالي قطعه مشخص شود ساختار بايد به صورت Modifire يا اصلاح شده باشد هنگام ديدن ساختار قطعه در زير ميكروسكوپ ذرات سيليسم به صورت پيوسته و توري شكل در زمينه AL قرار مي گيرند .

وجود ساختار سوزني سر سيلندر باعث مي شوند كه قطعه هنگام شوك حرارتي يا حتي شوك مكانيكي ترك بخورد بنابراين اگر قطعاتي وجود داشته باشد كه داراي ساختار سوزني باشند را دوباره به قسمت ذوب برگشت داده و دوباره اصلاح ساختاري روي آن صورت مي گيرد براي اصلاح ساختار از NA و يا از قرص نئوكلانت استفاده مي شود .