فورج آلياژهاي آلومينيم
(بخش اول)
مقدمه :
با توجه به اينكه تا به حال مقاله‌اي در مورد فورج فلزات غير آهني به چاپ نرسيده است سعي گرديده تا با ترجمه متن فوق كمكي به صنعت كشور در زمينه فورج آلومينيم بشود. اين سلسله مقالات شامل قستمهاي مختلفي از جمله فورج پذيري آلومينيم، تجهيزات فورج آلومينيوم، تكنولوژي طراحي قالب و آلياژهاي مختلف آلومينيوم مي‌باشد. در نخستين بخش در مورد روشهاي مختلف شكل دادن آلياژهاي آلومينيوم بحث خواهد شد.

آلياژهاي آلومينيوم در انواع و اشكال مختلف و در طيف وسيعي براي كاربردهاي مختلف مي‌توانند فورج شوند. فورج آلياژ آلومينيوم، مخصوصاً در فورج Close-die ، شكل نهايي قطعه فورج توليد شده را صافتر و شفافتر از فورج گرم آلياژ فولاد مي گرداند. آلياژ آلومينيوم بازتاب هاي مختلفي در حرارتهاي زياد در خلال فورج از خود نشان مي‌دهد. صنعتگرائي كه به آلومينيم دسترسي دارند، مي توانند از آلياژهاي آلومينيم به جاي فولاد اسفتاده كنند چون اين دو در خيلي از موارد قابل مقايسه با يكديگر مي‌باشند. براي شكل دادن قطعات آلياژ آلومينيم، فشار مورد نياز در فورج مي‌تواند مختلف باشد كه بستگي به تركيبات شيميايي آلياژ، مراحل فورج به كار رفته، نرخ تغيير قطعه در فورج، نوع قطعه فورج، شرايط روانكاري و حرارت قالب دارد.

نمودار ۱ تنشهاي جاري در فورج آلياژهاي آلومينيم در ۳۵۰ تا ۲۷۰ را مقايسه مي‌كند و نرخ تغييرات از ۴ تا ۱۰ در فولاد ۱۰۲۵ را با نرخ تغييرات حرارت در آلياژهاي ديگر مشخص مي‌كند. تنشهاي جاري سبب پايين بودن فشار مورد نياز راي فورج هستند، اگر چه، فشار حقيقي قطعه فورج معمولاً بيشتر است زيرا مراحل ديگر فاكتورهايي را به چارچوب بالا اضافه مي كنند. براي بعضي از آلياژها آلومينيوم از ضعيف تا متوسط مانند ۱۱۰۰ و ۶۰۶۱، تنشهاي مخصوصاً‌ آلياژهاي سري xxx7 مانند ۷۰۷۵، ۷۰۱۰، ۷۰۴۹،۷۰۵۰ ، تنشهاي جاري و در نتيجه فشار فورج در مقايسه با فولاد بيشتر است.

بالاخره، آلياژهاي ديگر آلومينيوم، مانند ۲۲۱۹ ، تنشهاي جاري كاملاً مشابهت با فولاد دارد.
ضمناً بايد متذكر شويم كه در مقايسه آلياژ‌هاي مورد توجه آلومينيم با فولاد، فورج آلياژهاي آلومينيم مشكلتر مي باشد. تركيبات شيميايي و خواص مكانيكي آلياژهاي آلومينيوم رابه جلد دوم از چاپ نهم METALS HANDBOOK ارجاع مي دهيم.

فورج پذيري Forgeability
در مقايسه آلياژهاي نيكل، كبالت و تيتانيوم، آلياژهاي آلومينيم توانايي فورج قابل توجهي دارند، مخصوصاً در مراحل تكنولوژي فورج كه قالبها يا كمتر، بايد گرم شوند.
نمودار ۲ نسبت توانايي فورج ۱۰ آلياژ آلومينيم كه شامل يك حجم مشخص مي‌باشد را نشان مي‌دهد.
تغييرات دماي فورج بكار برده شده براي آلياژها توانايي تغيير شكل هر كدام را تغيير مي‌دهد. همچنين مطلب قابل توجه در اين قسمت اين است كه تغيير شكلي كه در آن ترك ايجاد نگردد مشكل است. آلياژهاي آلومينيم مانند ۱۱۰۰ و ۳۰۰۳ توانايي فورج را با توجه به موارد بالا دارند، اگر چه اين آلياژها كاربرد محدودي در فورج به خاطر نداشتن مقاومت كافي در حرارت دارند.

تأثير حرارت: همانطور كه در نمودار ۲ نشان داده شده است، توانايي فورج كليه آلياژهاي آلومينيوم با افزايش دما زياد مي‌شود، و اين تغييرات قابل توجه در اثر دما براي آلياژها رسم شده است. براي مثال آلياژ حاوي سيليكون (۴۰۳۲) بيشترين تاثير را نشان مي‌دهد، در حاليكه آلياژهاي حاوي Cu,Mg,Zn.Al سري XXX7 تاثير كمي را نشان مي‌دهند. نمودار ۳ اثر حرارت را بر حسب تنشهاي جاري با نرخ تغيير ۱۰ براي آلياژ ۶۰۶۱ نشان مي دهد كه توانايي فورج خوبي در آلياژهاي آلومينيم دارد. نزديك به ۵% افزايش در تنشهاي جاري بين بيشترين دما ( ۴۸۰ يا ۹۰۰ بيشترين دماي

پيشنهادي براي ۶۰۶۱) و ( ۳۷۰ و ۷۰۰ كمترين دماي پيشنهادي براي ۶۰۶۱) مي‌باشد. براي موارد ديگر مثل آلياژهاي xxx2 و xxx7 مشكلات بيشتري در فورج وجود دارد، چون تغييرات دما در فلز كم است. (تغييرات تنشهاي جاري با دما بيشتر است). ۱۵ نوع آلياژ آلومينيم كه شبيه به هم فورج مي شوند، تغييرات دماي پيشنهادي آنها در جدول ۱ ليست شده است.

تمام اين آلياژها معمولاً‌ با يك فشار فورج مي‌شوند، اگر چه بعضي از آلياژها معمولاً بايك فشار فورج مي‌شوند، اگر چه بعضي از آلياژها احتياج به قدرت بيشتري دارند و با عمليات فورج بيشتري نسبت به بقيه دارند، تغييرات دماي فورج براي بيشتر آلياژها معمولاً كوچك است ( به طور معمول كمتر از ۵۵ يا ۱۰۰) و براي هيچ آلياژي بيشتر از ۸۵ ( ۱۵۵) نيست. بدست آوردن خواص مورد نظر در فورج آلومينيم يك موفقيت چشمگير در مراحل فورج مي‌باشند. دماي قالب و نرخ تغيير شكل كليد به دست آوردن حرارت فورج واقعي مي باشد.

تاثير نرخ تغيير شكل : آلياژهاي آلومينيم با وسايل متعدد قابل فورج هستند. نرخ فشار يا تغيير شكل وارد آمده اختلاف قابل توجهي در تغيير شكل فلز به وجود مي آورد، مانند تغييرات خيلي تند (مثل بزرگتر از ۱۰ با دستگاههايي مانند Hammer، پرسهاي ضربه‌ايي و پرسهاي با نرخ انرژي زياد) نسبت به تغييرات كم (مانند كوچكتر از ۱/۰ براي دستگاههايي مانند پرس هيدروليك بنابراين تغيير شكل يا نرخ فشار عناصر بحراني در قطعات فورج داده شده است. نمودار ۴ تاثير دو نرخ فشار ۱۰ و ۱/۰ را براي تنشهاي دو آلياژ آلومينيوم ۶۰۶۱ و ۴۰۱۴ در ۵۷۰ نشان مي‌دهد. اين مسئله واضح است كه بالا بردن نرخ فشار تنش را در آلياژ آلومينيم افزايش مي‌دهد و اين افزايش تنش مشكلاتي را در فورج آلياژهاي آلومينيم مخصوصاً سريهاي xxx2 و xxx7 افزايش

مي دهد. براي آلياژ ۶۰۶۱ توانايي فورج خيلي بيشتر است، و افزايش تنش معادل ۷۰% افزايش نرخ فشار مي‌باشد، و براي آلياژ ۲۰۱۴ بالا بردن نرخ فشار دقيقاً دو برابر تنش مي باشد. اگر چه در آلياژهاي آلومينيم معمولاً توجهي به حساسيت نرخ فشار مانند تيتانيوم ،نيكل و كبالت نمي شود.
تاثير دماي قالب : برخلاف مراحل فورج براي كربن و آلياژ فولادها، قالبهاي مورد استفاده در مراحل فورج آلومينيوم به منظور تسهيلدر مراحل فورج، گرم مي‌شوند. بنابراين حرارت قالب مسئله بحراني

در توانايي فورج است و مراحل فورج را بهينه مي‌كند. جدول ۲ خلاصه‌ايي از تغييرات دماي قالب مورد استفاده براي چندين مرحله فورج آلومينيوم نشان مي‌دهد . بهينه كردن مراحل بستگي به بيشترين حرارت قالب، دستگاههاي مورد استفاده ، آلياژي كه فورج مي‌شود، و مقاومت تغيير شكل يا طراحي قالب صحيح دارد. براي تغيير شكل آرام، مانند پرسهاي هيدروليك فورج، حرارت قالب به وسيله فلزاتي كه در موقع حرارت تغيير شكل داده مي‌شوند كنترل مي گردد، و در حقيقت فورج آلياژهاي آلومينيوم در پرسهاي هيدروليك فورج ايزوترمال مي‌باشد و قالب همان درجه حرارت فلز را پيدا مي كند. بنابراين حرارت قالب ايجاد شده در پرسهاي هيدروليك از تغيير شكل در پرسهاي مكانيكي و Hammer تجاوز مي‌كند.
روشهاي فورج Forging Mehtods

قطعات آلياژهاي آلومينيومي با تمام روشهايي كه در دسترس مي‌باشد مي توانند توليد گردند كه شامل ring rolling, mandrel forging, spin forging, orbital forging, roll forging, up settind , close, die, open, die و اكستروژن مي باشد. انتخاب بهترين روش فورج كه شامل يك طرح خوب و قيمت مناسب مي باشد يك اصل در قطعات فورج مي باشد. در خيلي از حالات دو يا چند روش به منظور به دست آوردن شكل قطعه مورد نظر لازم مي باشد. بعنوان مثال معمولاً در فورج open- die نيز استفاده مي‌شود.

Open-die Forginigs : معمولاً براي فورج قطعات كوچك آلياژ آلومينيوم استفاده مي‌گردد، چون قالب open- die پرهزينه است و توجيه نمي‌گردد. همچنين در بعضي حالات لازم است كه براي آماده سازي قطعه براي قالب open- die از قالب open- die استفاده بشود. اگر چه فورج open- die به اين منظور نيست كه محدود به قطعات كوچك يا مقدار مشخصي از توليد گردد، بلكه در بعضي ازحالات استفاده از اين روش اثر اقتصادي دارد. براي مثال براي توليد بيش از ۲۰۰۰ قطعه بيسكويت از فورج open- die استفاده مي‌شود، چون با همان خواصي كه در close-die مي باشد توليد مي گردد و ارزش اقتصادي بهتري نياز دارد.

فورج open- die شكلهاي متنوعي توليد مي كند و شمش گرد ساده را به مربع يا مربع مستطيل يا شكلهاي مركب ديگر تبديل مي كند. در گذشته تلرانسها قطعه فورج توليد شده بستگي به مهارت اپراتور پرس داشت، در صورتيكه با برنامه هاي كنترل كامپيوتري پرسهاي فورج open- die آلياژهاي آلومينيوم پيش فرمي براي فورج close-die مي باشد، اين كار بايستي خيلي دقيق انجام شود و اصلاح كردن اندازه ها و تلرانسها در فورج close- die ايجاد گردد تا هزينه كار كاهش بيابد. اطلاعات بيشتر از فورج open- die را رد همين فصل مشاهده مي‌كنيد.
Close-die Forgings : بيشتر قطعات آلياژ آلومينيوم به روش Clsoe-die توليد مي‌گردند. ۴ نوع قالب در فروج Close-die وجود دارد كه عبارتند از : blocker-type(‌فورج نهايي)، Conventional ( block و فورج نهايي يا فقط فورج نهايي ) – high- definition ( نزديك به شكل نهايي) و Precision (شكل نهايي) . اين نوع Close-die در شكل ۵ مشاهده مي‌شود.
Blocker-Type Forgings: (شكل a5) يك دست از اين قالب نسبتاً ارزان ت

هيه مي شود. در اندازه هاي نهايي و تلرانسها دقت كمي دارد و براي تبديل به Conventional يا high-definition احتياج به ماشين كاري بيشتري دارد. قالب فورج blokcer-type هزينه كمتري نسبت به Converntional يا high-definition دارد.