آلومینیم
آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید.

نقطه ذوب ۶۶۰ درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن ۲۷۵۰ درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای ۱۰۰۰ درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص ۷/۲ می باشد و در حالت مذاب ۳/۲ بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع ۱۰% و در حین انجماد ۸/۶% است و به دلیل انقباض های زیاد به

تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد.

منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .

در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد.
عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت ۱۸۰ درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید ۶/۰ % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد.

گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .

کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :

۱- سمی بودن کلر ۲- تلفات آلومینیم
عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا ۲%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با ۱۰ % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.

آلیاژهای Si-Al-Mg :
دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند.
این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود ۳/۰ % و درصد های بالای Si یعنی ۶-۸ %می باشد.

افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند .

به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود.
از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.
وزن مخصوص كم:

یك متر مكعب آلومینیوم خالص ۸/۲۸۲۷ كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود ۲۹۵۳ كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل ۱۹۷۸ كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.

پوشش سخت دادن Hard Coating:
یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود ۵ برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:

بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

ریخته گری در قالبهای مختلف آلومینیم :
ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه

در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود ۱۲% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود ۶% از دیادطول کاهش می یابد.
در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود ۲۲% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد .

افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای ۱۳ تا ۲۳ % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی ۵۸۰ درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.

روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند.

ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.

اثرات متقابل هيدروژن محلول در مذاب و عمليات بهسازي با استرانسيم بر تخلخل در آلياژ آلومينيم ۳۱۹
دكتر سيد مهدي ميراسماعيلي ؛ دكتر سعيد شبستري ؛ دكتر سيد محمد علي بوترابي ص ۲
چکيده مطلب

افزودن استرانسيم اصلاح ساختار سيلسيم يو تكتيكي از حالت درشت و سوزني به حالت ظريف و رشته اي شكل ، هم اكنون بعنوان يك فرايند مهم در ذوب آلياژهاي آلومينيوم – سيلسيم مورد استفاده قرار مي گيرد. يكي از اثرات جانبي عمليات بهسازي با استرانسيم ، افزايش تخلخل در قطعات ريخته گري است. در اين پژوهش اثر عمليات بهسازي بر تخلخل در شرايط انجماد اتمسفري (فشار ۱ اتمسفر ) و انجماد تحت خلا نسبي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بدست آمده نشان داد در صورت استفاده از قالب فنجاني شكل جدار نازك (قالب متداول در آزمايشات انجماد تحت خلا نسبي ) عمليات بهسازي با استرانسيم تاثير قابل ملاحظه اي بر تخلخل ندارد.

تاثير عوامل مختلف بر ريز ساختار آلومينيم و چدن نشكن نيمه جامد در روش سطح شيبدار
فرشيد پهلواني ؛ سحر سالارفر ؛ محمود نيلي احمدآبادي ص ۳۹
چکيده مطلب

روش استفاده از سطح شيبدار يكي از جديدترين روشهاي توليد قطعات از طريق ريخته گري نيمه جامد – نيمه مايع مي باشد كه از تكنولوژي ساده تري نسبت به روشهاي متداول ديگر از قبيل ريخته گري همزدني يا مغناطيسي برخوردار است. پارامترهاي موجود در اين روش مانند طول و زاويه سطح شيبدار تعيين كننده زمان و ميزان اعمال تنش بر مخلوط نيمه جامد در حين عبور از سطح شيبدار هستند. در تحقيق حاضر تاثير پرامترهاي مذكور بر ريز ساختار آلياژ A1365 و چدن نشكن با استفاده از سطح شيبدار مسي مورد بررسي قرار گرفته است…

کليدواژگان:Gray Cast iron , Silicon content , Microstructure , cooling curve , Mechanical properties.

بررسی عوامل موثر بریز دانگی آلیژاهای آلومینیوم
امیرعابدی۱،ابوطالب عسگری۲ و محسن قناتی۲

۱- عضو هییت علمی گروه متالورژی دانشگاه شهید رجایی
۲- دانشجوی کارشناسی گروه متالورژی دانشگاه شهید رجایی

چكيده :
در تحقيق حاضر تاثير انواع متغير هاي ريخته گري را بر روي ريز دانگي آلیاژهای آلومینیوم مطالعه و بررسي شده است. تحقيقات نشان داده است كه عوامل متعدد و روشهاي گوناگوني جهت ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم وجود دارد. بطور عمده به سه روش گرمايي (۱-سرعت سرد كردن ۲-فوق ذوب ۳-فشار ) ، شيميايي (۱- مواد جوانه زا ۲-پودر فلزات ) و ديناميكي (۱-لرزانش ۲-حبابهاي گازي ۳-پوششهاي فرار) تقسيم بندي مي شوند. در پروژه حاضر عوامل و روشهاي گوناگون به طور مطلوبي بررسي شده و يكي از روشها كه لرزانش مذاب است بطور عملي آزمايش گردیده است. به اين منظور ۶ نمونه ریخته شده و مورد بررسيهاي ماكروسكوپي قرار گرفتند. این بررسی ها نشان داد كه در عمليات لرزانش ريزدانگي به صورت بسيار خوبي صورت گرفته است ولي در عين حال سبب افزايش خلل وفرج شده است.

مقدمه
عموما ساختارهای ریز دانه دارای خواص مطلوب تری از ساختارهای درشت دانه می باشند.به این منظور همواره ریخته گران به دنبال یافتن روشهای برای ریز کردن دانه ها می باشند.اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترین روش ریز کردن دانه ها می باشد. علاوه بر این روش، عوامل و روشهای دیگری نیز برای ریز کردن دانه ها وجود دارد که در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند. این پژوهش در پی آن است که عوامل و روشهاي گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسی نماید. همچنین روش لرزانش مذاب در همگام انجماد را بصورت عملی مورد آزمایش قرار دهد.

۱-بررسی مقالات علمي :
روشهای ریز کردن دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم بطور عمده به سه روش گرمايي (۱-سرعت سرد كردن ۲-فوق ذوب ۳-فشار ) ، شيميايي (۱- مواد جوانه زا ۲-پودر فلزات ) و ديناميكي (۱-لرزانش ۲-حبابهاي گازي ۳-پوششهاي فرار) تقسيم بندي مي شوند، که در زیر به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند.

۱- ۱- روشهاي گرمايي:

۱-۱-۱- تاثير سرعت سرد كردن بر اندازه دانه:
سرعت سرد شدن به عنوان يك پارامتر مهم در انجماد قطعات ريختگي همواره مورد توجه بوده است . سرعتهاي انجمادي مختلف باعث تغيير ريز ساختار ، اندازه دانه ، مورفولوژي سيليسيم

يوتكتيكي ، فاصله بين بازوهاي دندريت و فازهاي بين فلزي و بطور كلي خواص مكانيكي آلیاژ های آلومينيم مي گردد .
براي بررسي اثر سرعت سرد كردن دو گونه آزمايش انجام شده است. تعدادی با استفاده از نمونه پله اي جهت بررسي اثر ضخامتهاي مختلف (سرعتهاي مختلف سرد شدن ) بر روي ريز دانگي و تعداد دیگری با استفاده از انواع مختلف قالب ( جنس قالب و ميزان انتقال حرارت در آن ) به بررسی اثر نوع قالب بر روي ريز دانگي پرداخته اند.

پس از بررسي نمونه ها مشاهده گرديده است با افزايش ضخامت از ۵ تا ۳۰ ميليمتر اندازه دانه ها زياد مي شود علت افزايش اندازه دانه در ضخامتهاي بالاتر افزايش زمان انجماد و كاهش سرعت سردشدن مي باشد كه منجر به ايجاد دانه هاي درشت تر در انتهاي انجماد مي گردد . با توجه به نتايج تجربی بدست آمده ( شکل (۱)) مقدار افزايش اندازه دانه حدود ۸ درصد مي باشد. [۱]

شکل (۱) نتايج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله اي[۱]

براي بررسی اثر نوع قالب نمونه هايي در قالب هاي ماسه اي و فلزي ریخته شده و نتايج حاصل را بر روي اندازه دانه در جدول (۱) مشاهده مي كنيم:

جدول (۱)تاثير سرعت سرد شدن با تغيير نوع قالب و دمای فوق گداز بر روي اندازه دانه های نمونه های آلومینیومی ریخته شده:

۱-۱-۲- اثر فوق ذوب بر ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم:
دماي فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومينيومي مي گردد. در صورتي كه فوق گداز زیاد باعث درشت دانگي می گردد. به خلاصه نتایج آزمایشات تجربی در جدول (۱) توجه کنید.[۲]

۱-۱-۳- تاثير فشار در ريز كردن دانه ها :
با افزايش فشار نقطه ذوب اكثر آلياژها در يك دماي مطلق افزايش يافته بنابراين با افزايش فشار يك مادون انجماد حرارتي بوجود آمده و سرعت جوانه زني به شدت افزايش مي يابد و از طرف ديگر با افزايش فشار فاصله هوايي ميان قالب و مذاب از ميان رفته سرعت انتقال حرارت افزايش يافته و يك ريز دانگي نسبتا مطلوبي را مي توان حاصل مي شود. [۳]

۱- ۲- روشهاي شيميايي
۱-۲-۱- ريز دانگي با استفاده از ريز كننده ها Ti)،B، Zr، (Sc:
افزايش برخي عناصر آلياژي،بدون آنكه تاثير قابل ملاحظه اي از نظر آلياژي كردن داشته باشند،باعث ريز شدن دانه ها مي شوند .
ريز كننده ها ذرات معلق در مذاب هستند كه مانند هسته هاي غير يكنواخت در انجماد عمل مي كنندوبا افزايش مراكز جوانه زني موجب كوچك و يكنواخت شدن دانه ها مي شوند .نقطه ذوب بالا ،شباهت ساختمان كريستالي ونزديكي ابعاد سلولي آن به ساختمان جامد آلومينيوم، قابليت چسبندگي وآغشته پذيري بالااز مشخصه هاي عمومي اين ذرات است. [۴]

نتايج حاصل از آزمايشات حاکی از اين است که استفاده ازTi در حد ۱/۰ تا ۱۵/۰ درصد، جهت ريزدانگی آلياژهایAl موثر است. آزمایشات بیشتر نشان داد که B اثر بیشتری در ریز کردن دانه نسبت به Ti دارد. این نتیجه زمانی معکوس میشود که Al خالص یا آلیازهای بالای ۹۸%Al ریخته شود.

اضافه کردن Zr و Sc به صورت مجزا و يا ترکيبی در آلياژهای ۳۵۶ نتايج مشابهی نسبت به Ti و B داشته است. Zr در محدوده %۳/۰- %۱/۰ بهترين رسوبات وذرات اينترمتاليک را برای جلوگيری از رشد دانه ها و بازيابی آنها در آلياژهای کارشده Al دارد. افزودن Zr در آلياژهای ريختگی Al مفيد بودن آنرا برروی ريزدانگی ثابت می کند اما تاثيركمتري نسبت به Ti دارد . Zr را می توان به صورت آميژان Al- Zr ويا Zr اسفنجی اضافه نمود .افزايش واندازه گيری باقيمانده بعد از عمليات ريزدانگی به عمل ذوب و عملياتی نظير گاززدايی و زدن فلاکس بستگی دارد . بطور کلی می توان گفت که تاثير همه ريز کننده ها با غلظت تغيير می کند . Sc در محدوده ۷۵/۰- ۳۹/. درصد و Zr در محدوده ۶۹/۰ – ۳۷/۰ درصد ريز کننده می باشند.

گزارشات نشان میدهند که Sc بر روی ريزدانگی آلياژهای کار شده Al موثر است وسبب بهبودی خواص مکانيکی آنها می شود. در سال ۱۹۷۱ مشخص شد که افزايش ۵ – ۰۱ /۰ درصد از Sc در آلياژهای کار شده Al سبب بهبود خواص فيزيكی و خواص کششی آن می شود . همچنين نشان داده شده که با انتخاب شرايط دما و زمان جهت عمليات پيرسازی Sc در Al ترکيب می شودو فاز AL3 Sc شكل گرفته و پايدار می شود که رسوباتی کاملا کروی شکلی تشکيل می دهند . طبق گزارشات Sc سبب افزايش پراکندگی و نيز افزايش استحکام ريزدانگی ونيز جلوگيری از تبلور مجدد می شود . مسلما کاربرد آن مخصوصا در کشش های عميق و قطعات کار شده سبب افزايش استحکام تا بالای ۵۰% استحکام آلياژهای Al می شود. بنابر اين سبب بهبودی داکتيله و کاهش و حذف ترکهای گرم در اغلب آلياژهای Al خواهد شد. [۵]

 

۱-۲-۲- استفاده از پودر فلزات بعنوان جوانه زا:
در اين روش آلياژ ۷۰۷۵به عنوان آلياژ مبدا و با توجه به عناصر موجود در اين آلياژ از پودر آلومينيوم، پودر برنج۳۰-۷۰ و پودر آلومينيوم-برنز(۱۰-۹۰) استفاده به عمل آمده است. در زمان ذوب اقدامات لازم براي جلوگيري از آلودگي مذاب انجام گرفت و پس از ذوب با توجه به كنترل دما در محدودهء oC750 با استفاده از قرصهاي C2Cl6انجام گرفته و دردماي حدود ۱۰oC+720 جوانه زنی بر حسب ضرورت انجام گرفته است، با كنترل صحیح زمان نگهداري نشان داده شده است که اندازه دانه ها در اين روش ريز كردن ، با تلقيح ساير مواد جوانه زا يكي مي باشد وبطور كل به دليل كم بودن زمان ميرايي و حل شدن سريع اين جوانه ها در مواردي كه زمان سرعت ريخته گري بالا است و زمان ميرايي نداريم از اين روش ميتوان استفاده نمود. [۶]

۱- ۳- روشهاي ديناميكي
۱-۳-۱- بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر روي ريز دانگي آلياژهاي آلومينيم :
بررسي هاي به عمل آمده بيانگر مزاياي فراوان لرزانش مذاب در حين انجماد است. در اثر اين عمليات ساختار دانه بندي قطعات ريختگي از حالت ستوني به محوري ظريف تبديل مي گردد. البته اثرات قابل توجه اين عمليات بر اصلاح و ظريف سازي ساختار دانه بندي در شرايطي حاصل مي گردد كه مذاب در حال انجماد به مدت زمان نسبتا زياد تحت عمليات لرزانش مكانيكي قرار گيرد .

اثرات قابل ملاحظه لرزانش مذاب بر ساختار ميكروسكوپي ناشي از ايجاد جريانات شديد داخلي در مذاب است. با شروع انجماد جوانه هاي منجمد شده عمدتا در نزديكي ديواره هاي قالب جمع مي گردند. از طرفي در شرايط طبيعي رشد دندريتي از ديواره ها شروع وبه سمت مناطق داخلي پيش مي رود . لرزانش مذاب از يك سو سبب توزيع جوانه هاي منجمد شده در همان شروع انجماد به سمت مناطق داخلي و مركزي مي گردد . از طرفي تشكيل مجدد جوانه ها در نزديكي

ديواره ها به دليل انتقال حرارت شديد در اين مناطق براي ادامه انجماد ضروري است. در واقع لرزانش مذاب با جلو گيري از تجمع جوانه ها در نزديكي ديواره هاي قالب از رشد آنها جلوگيري كرده و سبب مي گردد كه انجماد با تعداد بسيار بيشتري از جوانه هاي توزيع شده در مناطق مختلف قطعه شروع و ادامه يابد كه اين خود سبب ظريف شدن ساختار ميكروسكوپي وماكروسكوپي مي گردد. از طرفي لرزانش مذاب با اعمال نيروهاي شديد داخلي در مذاب سبب خرد شدن

بازوهاي دندريتي در حال رشد مي گردد اين عمل سبب توزيع بيشتر و بهتر و افزايش قابل توجه تعداد جوانه هاي جامد در مذاب در حال انجماد گرديده و عمليات لرزانش مذاب از اين طريق نيز سبب افزايش سرعت جوانه زني و نهايتا ظريف سازي ساختار مي گردد . همچنين ارتعاشات بوجود آمده سبب بوجود آمدن يك موج سينوسي در مذاب مي گردد كه اين امرخود باعث افزايش فشار در برخي از نقاط در داخل مذاب شده و افزايش فشار طبق معادله كلاسيوس كلاپايرون

باعث افزايش نقطه ذوب در برخي از نقاط شده و در يك دماي مطلق سبب بوجود آمدن يك مادون انجماد حرارتي در مذاب در حال انجماد شده كه اين نيز به نوبه خود در تشكيل جوانه و ايجاد ساختاري با دانه هاي ريز مؤثر مي باشد. لرزانش مذاب همچنين با افزايش انرژي داخلي مذاب و حركت بهتر سيال سبب بهبود شرايط در مذاب رساني به منظور جبران تخلخل هاي انقباضي مي گردد و از اين طريق سبب كاهش تخلخل در قطعات ريختگي مي گردد. البته به منظور رسيدن به بهترين شرايط از نظر كاهش تخلخل مي بايست پارامترها در لرزانش مذاب در شرايط بهينه تنظيم گردند . بر اساس تحقيق به عمل آمده در بسياري از موارد افزايش شديد دامنه ارتعاشات در لرزانش مذاب آلياژهاي Al – Si مي تواند بجاي كاهش تخلخل سبب افزايش تخلخل گردد. [۷]

 

۱-۳-۲ – ريز كردن دانه ها از طريق هم زدن مذاب با استفاده از حبابهاي گاز در خلال انجماد :
آزمايشات نشان داده است كه فرآيند ايجاد حباب گاز (بوسیله دمش گاز) در هنگام انجماد مي تواند در توليد شمشهاي با ساختار هم محور در شرايط تجربي بطور وسيعي مؤثر باشد . با استفاده از تجربيات موجود بايد نتيجه گيري كرد كه هم زدن فلز مذاب در قالب موجب افزايش و تشويق تشكيل ساختار هم محور مي شود .
در حال حاضر مكانيزم تشكيل ديناميكي ساختارهاي هم محور با چهار نظريه مختلف بيان مي شود اين مكانيزمها عبارتند از :
۱- مكانيزم حفره اي، كه در سيستم های تحت انرژي ارتعاشي بالا قرار گرفته باشد، عمل می کند.
۲- مكانيزم تكثير بلوري، كه مي تواند در اثر تشديد انتقال حرارت از مذاب و در نتيجه توليد نوسانات درجه حرارت كه باعث ذوب شدن جزئي شاخه هاي انجماد مي شود فعالتر گردد.
۳- مكانيزم بارشي، كه با تشكيل يك منطقه هم محور در سطح آزاد مذاب شروع شده واز آنجا ذرات بلوري در اثر هم زدن مكانيكي بصورت بارشي بطرف پايين سرازير مي شوند تا تشكيل يك منطقه هم محور مركزي را بدهند.
۴- مكانيزم جدايش بلورها، كه در مراحل اوليه انجماد اتفاق مي افتد و در آن بلورهاي هم محور از ديواره قالب و يا از سطح سرد شده مذاب شروع شده و بصورت يك شكل ساده رشد كرده و قبل از تشكيل پوسته جامد پايدار از هم جدا مي شوند . اين بلورها رسوب كرده و به هم آمده و تشكيل منطقه هم محور مركزي را مي دهند.
بجز مكانيزم حفره اي كه تاثير ضعيفي بر روي تشكيل بلورهاي هم محور دارد ساير مكانيزمها مي توانند بوجود آمده و هر يك از طريق مكانيزم خاص خود در تشكيل بلورهاي هم محور نقش داشته باشند.
در كل توسط اين چهار مكانيزم ريز دانگي حاصل مي شود و افزايش دبي گاز بيشتر از يك ليتر در دقيقه فقط در افزايش منطقه ريز شده نقش داشته و در ريز كردن بيشتر دانه ها نقشي ندارد.[۸]

۱-۳-۳ – ريز كردن دانه ها با استفاده از پوششهاي فرار:
پوششهاي فرار بر روي دیواره داخلی قالب میتواند باعث ريز شدن ديناميكي دانه هاي شمش آلومينيومي شود. در اينجا عملكرد پوششهاي فرار را بر روي ريز دانگي و استحكام نهايي وبررسي هاي ميكروسكوپي از قبيل ريز مك (micro porosity) بررسي ميگردد.
اين روش بر اساس به كار گيري يك پوشش فرار مناسب بر روي سطوح قالب استوار است پوشش مذكور از مخلوط هگزا كلرور اتان (C2Cl6)و پودر آلومينا با نسبت مشخصي از آب تهيه مي گردد.
هنگامی که مذاب وارد قالب می گردد بلا فاصله جوششی از حبابهای گازی در حين انجماد مذاب به وجود می آيد که مربوط به هگزاکلرور اتان فرار و بخار مرطوب در پوشش است.
اين جريانات اغتشاشی باعث فعال شدن جوانه زنی شده ودر نتيجه ريز شدن ديناميکی دانه ها را در پی خواهد داشت . اين روش را می توان برای ريخته گری فلزات و آلياژهای غيرآهنی به خوبی مورد استفاده قرار داد . اگر چه موادی که بتوانند به عنوان ناقل مناسبی برای هگزاکلرور اتان در پوشش دادن قالب به کار روند متعددند ولی تجربه نشان داده است که بهترين مخلوط به عنوان ناقل هگزاکلرور اتان پودر آلومينا همراه با آب است. جهت فعال کردن مخلوط حداقل ۱۰% هگزاکلرور اتان مورد نياز است. اگر چه برای اطمينان از ايجاد شدن کامل حبابهای گازی مقدار ۵۰% هگزا کلرور اتان توصيه می شود تجربه نشان میدهد که هيچ تمايزی نمی توان بين گازهای متصاعد شده از پوشش فوق و گازهايی که از مواد ديگر بدست می آيد قايل شد . اثر پوشش مورد بحث دراين فرآيند در فوق گدازهای پايين زيادتر بوده و به تدريج با افزايش ديواره قالب فوق گداز ثابت می ماند هنگامی که فوق گداز افزايش می يابد با وجود آن که در ابتدای ديواره قالب مقدار ناچيزی از نواحی ستونی وجود دارد اما به تدريج اثر ريز کنندگی دانه ها از بين خواهد رفت . دامنه فوق گداز جهت موثر بودن اين روش از مقادير خيلی کم تا ۸۰ درجه سانتیگراد مشاهده شده است. [۹]

۲- روش آزمايش عملي بررسي اثر لرزانش مذاب بر روي ريزدانگي :
جهت ريختن نمونه هاي آزمايشي از شمش Al-5%Si استفاده شده است.ذوب شمش در بوته گرافيتي و در كوره زميني صورت گرفت. پس از اينكه شمش در بوته ذوب گرديد با قرار دادن ترموكوپل در آن دماي ذوب كنترل شده و طي تمام آزمايشات دماي ۷۵۰oC بوده است.
قالبهاي تهيه شده از جنس ماسه CO2 بوده كه جهت طولاني بودن زمان انجماد از آنها بهره گرفته شده است. طي اين آزمايش ۶ نمونه ریخته گری شد كه سه تاي آنها در حالت Static (عادي) و سه تاي ديگر در خالت لرزش ريخته گري شدند. برای ایجاد لرزش قالب بر روی دستگاه ویبره قرار داده می شد. دستگاه ویبره مورد استفاده در این آزمایش دارای فرکانس Hz15 و ارتفاع موج ۵ میلیمتر بود.
پس از عمليات ريخته گري نمونه ها را از وسط بريده وپس از پوليشكاري نمونه ها آنها رادر محلول اچ با تركيب شيميايي زير اچ كرده و نمونه ها را ماكرو اچ نموديم :
H2O 25ml , HNO3 45ml
HCL 25ml , HF 25 ml

نحوه تعیین درصد تخلخل به این صورت بوده است که ابتدا قسمتی از نمونه تعیین شده و سپس نسبت سطح تخلخل را به سطح کل قسمت مذکور محاسبه نمودیم و تعیین اندازه دانه ها به این شکل بوده است که نمونه هایی که ویبره نشده بودند راتوسط خط کش و نمونه هایی را که عمل ویبره روی آنها انجام شده بود در زیر میکروسکوپ وبا بزرگنمایی ۵۰× اندازه آنها را بدست آوردیم.

۳-نتایج آزمایش:

نمونه های متالوگرافی شده در شکل (۲) و (۳) مشاهده میگردد.

شکل (۲) ساختار ماکروسکپی نمونه شماره ۳ ( ریخته گری Static )

شکل (۳) ساختار ماکروسکپی نمونه شماره ۱ ( ریخته گریVibrated )
چنانچه مشاهده میکنید اسنفاده از لرزش اثر شدیدی در کاهش اندازه دانه داشته است. نتايج حاصل از اندازه گیری های ساختار نمونه های ریخته شده در جدول(۲) خلاصه شده است.

جدول (۲) اندازه دانه و درصد تخلخل در نمونه های مورد آزمایش

۳-۱-نتیجه گیری از آزمایش:
پژوهش حاضر نشان مي دهد كه لرزانش مذاب در حين انجماد اثرات قابل ملاحظه اي بر ساختار ماكروسكوپي آلياژهاي Al – Si دارد در اين آلياژها لرزانش مذاب سبب تشكيل دانه هاي محوري ريز به جاي دانه هاي درشت و ستوني در ساختار ماكروسكوپي مي گردد. (جدول ۲) از طرف دیگر مشاهده می گردد که با ریز شدن دانه بندی، میزان تخلخل بشدت افزایش یافته و از چند درصد به بیش از ۱۰ درصد افزایش یافته است. این امر باعث میگردد که بهبود خواص مکانیکی که از ریز بودن دانه بندی انتظار میرود بدلیل وجود تخلخل زیادتر حاصل نگردد.

این بدین معنا است که ریز کردن دانه ها به وسیله لرزانش باعث افزایش تخلخل نیز می گردد و در نتیجه در مجموع باعث میگردد خواص مکانیکی افزایش نیابد و در نهایت قطعات تولیدی دارای کیفیت کمی باشند. این موضوع (ایجاد تخلخل) محدودیتی است که گسترش استفاده از لرزانش را در تولید قطعات تا ده ها سال پس از دست یابی بشر به این دانش فنی در دهه ۱۹۳۰ میلادی به تاخیر انداخت. در دهه ۱۹۶۰ میلادی تکنولوژی استفاده از (Hot Isostatic Press) HIP به منظور مسدود کردن تخلخل ها پس از ریخته گری باعث گسترش استفاده از لرزانش در تولید قطعات ریخته گری گردید.[۱۰]

HIP روشی است که در آن قطعات در دماهای بالا تحت فشار همه جانبه بالایی قرار میگیرد و طی آن تخلخل های درونی قطعه از بین می رود.
اندازه متوسط دانه ها بشدت به دامنه ارتعاشات بستگي دارد و با افزايش دامنه ارتعاشات اندازه دانه ها كاهش مي يابد. از طرف ديگر لرزانش مذاب سبب ريزتر و كروي تر شدن فاز سيليسيم مي گردد اين عمليات در صورت كم بودن دامنه ارتعاشات سبب كاهش مقدار تخلخل مي گردد ولي در نمونه ريخته شده به دليل زياد بودن دامنه ارتعاشات افزايش ميزان تخلخل مشهود مي باشد.

 

تشکر و قدردانی:
در پایان لازم می دانیم از همکاری صمیمانه تکنسین های کارگاه ریخته گری و آزمایشگاه متالورژی دانشگاه شهید رجایی بخصوص آقای مهندس کلانتر نیستانکی که در انجام این پروژه ما را یاری دادند، تشکر و قدردانی می نماییم.

در ضمن اصل پروژه فوق جهت استفاده علاقه مندان در دانشگاه شهید رجائی موجود می باشد.

منابع :
۱-دکتر سعید شبستری،مهندس سعید کاظمی،مهندس حامد علی اکبرزاده،مهندس توحید نیک آمیز، ″بررسی تاثیر سرعت سرد شدن وجوانه زایی بر اندازه دانه و DAS آلیازآلومینیومAS5U3G ″،مجله جامعه ریخته گران ایرن-سال بیست ودوم شماره شصت وهفتم،صفحه۲۶
۲- فخر الدين اشرفي زاده، ″ آلومينيوم ريختگي با كيفيت بالا″، مجله جامعه ريخته گران –صفحه ۳۴
۳- دكتر حميد رضا هاشمي و دكتر پرويز دوامي و دكتر حسين عاشوري، ″ بررسي ساختاري آلياژي از گروه Al-Zn-Mg-Cu تحت فرايند ريخته گري كوبشي″ ، مجله جامعه ريخته گران ايران – سال بيستم شماره شصت ودوم،صفحه۳۷

۴- حميد مهدوي، ″ جوانه زني و مكانيسم ريز شدن دانه هاي الومينيوم و آلياژهاي آن″، مجله آلومينيوم پائيز ۷۶،صفحه۳۱
۵– F.A.Fasoyinu, D.COUSINEAU, P.Newcombe, T.CASTLES and M.Sahoo,”Grain Refinment of Alloy 356with Scandium,Zirconium,and a combination of Titanium and Born”,2001,American Foundry Socity

۶- دكتر جلال حجازي و دكتر يوسف خرازي، ″ استفاده از پودر فلزات به عنوان جوانه زا در آلياژهاي ۷۰۷۵ آلومينيوم″ مجله جامعه ريخته گران ايران –سال پانزدهم شماره ۱ ،صفحه۱
۷- دكتر سيد مهدي مير اسماعيلي، ″ بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر خواص آلياژهاي ريختگي″،ویزه نامه جامعه ريخته گران ايران –بهار هشتاد وچهارشماره ۲۹،صفحه۱۱
۸- اردشير طهماسبي ، ″ريز كردن دانه ها از طريق هم زدن مذاب با استفاده از حبابهاي گاز در خلال انجماد″، مجله ریخته گری، سال ششم–بهار ۶۴–شماره ۴ – صفحه۱۸۲

۹- مهندس مهدي اعتزاري، ″ ريز كردن دانه ها با استفاده از پوششهاي فرار در ريخته گري آلومينيوم″،مجله جامعه ريخته گران ايران–صفحه۸۰
۱۰- “Superalloys, supercomposites and superceramics”, J.K.Tien and T. Casulfield, Academic Press, Inc., London, 1989.
نرمی آلومینیم در حالت سرد

اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی

آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است منابع و ماخذ ۱- جلال حجازی ( اصول ریخته گری ) دانشگاه علم و صنعت ایران ۲- عملیات کارگاهی آلومینیم ( همگن ویلهام ) ترجمه اردشیر طهماسبی۳- اصول علم مواد ( تالیف حسن تویسرکانی )۴- متالورژی فیزیکی ( ترجمه مهندس علی اکبر آهنی ( نوشته س. هـ . اونر

مس
معمولا اين نوع آلياژ ها در صنايع الكترونيك و برق استفاده مي شود كه تا حدود ۲ درصد شامل ناخالصي مي باشد و جود ناخالصي باعث كاهش هدايت الكتريكي آلياژ مي شود ناخالصي هاي موجود شامل روي آرسنيك كادميم سيليسيم كرم ونقره مي باشد به علت قابليت اكسيداسيون بالا و انجماد خميري و سياليت پايين ريخته گري اين آلياژ مشكل مي باشد

برنج آلياژ مس – روي (برنج) ………………………………………………………………………..
فاز B و B’ داراي سختي و مقاومت به سايش بالا مي باشد و باعث افزايش استحكام و سختي آلياژ مي شود افزايش بيشتر روي در آلياژ باعث تشكيل فاز گاما مي شود Cu5Zn8 اين فاز فوق العاده شكننده بوده و باعث ايجاد ترك و كاهش خواص مكانيكي در آلياژ مي شود وجود ناخالصي ها در برنج ها باعث تشكيل فاز هاي مياني Cu2ZnAl و Cu2ZnSn,Cu5ZnMg اين فاز ها به شكل ناخالصي و آخال باعث كاهش خواص آلياژ مي شود .
نوع آلياژ رنگ و مشخصات مس
Cu>98 رنگ و مشخصات مس
بين ۹۸ تا ۹۰ طلايي تيره زرد تيره
بين ۸۵تا ۸۰ رنگ سرخ مس
بين ۶۵ تا ۷۰ رنگ زرد – زرد روشن
كمتر از ۶۰ رنگ زرد متمايل به سفيد

آلياژ مس قلع( برنز) ……………………………………………………………………………………..
وجود قلع در مس باعث افزايش استحكام و خواص مكانيكي مي شود حد حلاليت قلع در مس در فاز آلفا حدود ۱۳٫۵ درصد است و در درجه محيط مقادير بسيار كوچك و صفر مي رسد

قلع در مس تشكيل فاز بين فلزي دلتا را مي دهد Cu3Sn8 اين فاز ، فاز سختي بوده و باعث افزايش سختي آلياژ مي شود عموما آلياژ هاي مس قلع زير ۲۰ درصد قلع دارند و آلياژ هايي كه ۵ تا ۱۰ درصد قلع دارند داراي فاصله انجماد بسيار طولاني ۲۰۰درجه و لذا انجماد خميري دارند يكي از آلياژ هاي برنز آلياژ زنگ مي باشد كه داراي ۲۰ تا ۲۳ درصد قلع مي باشد و سختي و شكنندگي زياد دارد وجود سرب باعث افزايش خاصيت ماشين كاري مي شود وجود آلومينيم در آلياژ هاي مس قلع باعث افزايش سختي و شكنندگي اين نوع آلياژ ها مي شود و همچنين وجود آهن در تركيب شيميايي اين نوع آلياژ ها به ريز شدن شبكه كريستالي كمك مي كند .

آلياژ هاي برنز در ياتاقان ها و نقاطي كه ميزان خوردگي بالا مي باشد استفاده مي شود مانند اسكله ها و كشتي ها همچنين درجه حرارت ريخته گري برنز ۱۰۷۰ تا ۱۱۵۰ درجه مي باشد
(آلياژ هاي مس نيكل ( ورشو…………………………………………………………………………..
ورشو آلياژي از مس و نيكل بوده اين آلياژ جلاي فلزي بالايي دارد و عموما در ساخت صنايع و اشياء هنري و صنايع غذايي استفاده مي شود همچنين اين آلياژ به نقره آلماني نيز معروف مي باشد

آلياژ مس – قلع روي بوده عموما ۱۰ قلع و ۲۰ درصد روي دارد اين نوع آلياژ مقاومت به خوردگي بالايي در آب دريا داشته لذا در صنايع دريايي از آن استفاده مي شود .
آلياژ مس سرب .:………………………………………………………………………………………
حلاليت سرب در مس پايين بوده كه حلاليت ۰٫۰۰۲ درصد مي باشد وجود عناصر مانند قلع باعث افزايش حلاليت سرب در مس مي شود حلاليت را تا ۰٫۰۰۵ افزايش پيدا مي كند سرب به دليل وزن مخصوص بالايي كه دارد تمايل به جدايي زيادي در آلياژ دارد لذا در حين ريخته گري پايين عمليات مخلوط كردن و هم زدن انجام شود سرب در اكثر برنج ها و برنز ها تا حدود ۲ درصد وجود دارد كه بعلت افزايش قابليت ماشين كاري و روغن كاري مي شود اما د رآلياژ هاي ياتاقان ميزان سرب تا ۵۰% افزايش پيدا مي كند معروف ترين آلياژ مس سرب آلياژ ۸۵ % مس ۵% روي ۵% سرب ۵% قلع كه آلياژ معمولا براي ساخت قطعات هيدروليكي استفاده مي شود فوق ذوب در آلياژ هاي مس سرب در حدود ۱۵۰ درجه بوده كه براي جلوگيري از رسوب در فاز مذاب مي باشد .
مس بريليم – مس ليتيم : اين آلياژ به علت دامنه انجماد خميري

مواد قالب گيري در ريخته گري مس : …………………………………………………………….
ريخته گري مس هم در داخل قالب هاي دائمي و هم قالب هاي موقت انجام مي شود ريخته گري قالب هاي موقت به روش هاي ماسه اي تر ماسه اي خشك پوسته اي CO2 انجام مي شود كه حسب مورد استفاده آن بنتونيت همراه مواد افزودني مي باشد كه آرد حبوبات به دليل افزايش استحكام، خاك اره به جهت افزايش نفوذ گاز مي باشد در آلياژ هاي مس بايد نفوذ گاز ماسه به دليل انجماد خميري بالا باشد همچنين گرد زغال باعث افزايش مقاومت به ماسه سوزي ماسه استفاده مي شود .

ريخته گري قالب هاي دائمي : ………………………………………………………………………..
به دو روش ريژه وتزريقي انجام مي شود كه عمر قالب هاي دائمي در آلياژ هاي مس در مقايسه با ساير آلياژ هاي غير آهني كوتاه تر مي باشد كه به دليل درجه حرارت ريخته گري بالاي مس ودانسيته بالاي مس مي باشد
نكته : چگالي و دانسيته مس ۸٫۴ مي باشد

جهت افزايش عمر قالب: ۱- استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگيري از شوك حرارتي به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن يا فولاد مي باشد كه در آلياژ هاي مس در داخل فولاد تمركز حرارتي شديدي وجود دارد كه به علت انتقال حرارتي كم فولاد مي باشد به دليل انتقال حرارتي شديد مذاب و انتقال حرارتي كم قالب تمركز حرارتي در قالب هاي فولادي به وجود مي آيد .

سيستم هاي راهگاهي : ………………………………………………………………………………….
كه با توجه به سياليت پايين مذاب مس در مقايسه با آلياژ هاي غير آهني ديگر معمولا ابعاد سيستم راهگاهي در آلياژ هاي مس بزرگتر از آلياژ هاي ديگر مي باشد

سيتسم راهگاهي در اين نوع قالب ها به دو دسته تقسيم مي شوند :…………………………………..
قطعات كوچك با ابعاد يكنواخت : در اين گونه قطعات سيستم راهگاهي به گونه اي طراحي مي شود كه كار تغذيه را سيستم راهگاهي انجام مي دهد و عملا نيازي به تغذيه گذاري نداريم نسبت به سيستم راهگاهي در اين حالت ۱-۹-۳ و ۱-۸-۲ مي باشد
براي قطعات بزرگ و يكنواخت : در اين روش نياز به تغذيه گذاري مي باشد كه نسبت سيستم راهگاهي در اين حالت ۲-۳-۲ و ۱-۸-۲ مي باشد
تغذيه هاي به كار گرفته شده دراين سيستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد مي باشد
فرمول:
محاسبات سيستم راهگاهي : ………………………………………………………………………………
تغذيه گذاري : ………………………………………………………………………………………….
تغذيه گذاري در آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد دارد
انواع آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد : ………………………………………………………………..

عموما به سه دسته تقسيم مي شوند : ۱- آلياژ ها با دامنه انجماد كوتاه و انجماد پوسته اي مانند مس – آلومينيم در اين گونه قطعات ميزان مك و حفرات گازي پراكنده كمتر و بيشترين انقباض در قسمت وسط يا گرمترين نقطه انجماد در نظر گرفته مي شود داراي ۴٫۵ تا ۴% انقباض مي باشد
۲- آلياژ ها با دامنه و انجماد خميري مانند آلياژ هاي مس – روي ، برنز ها – مس –سرب اين نوع آلياژ ها داراي انجماد شديد خميري مي باشند ميزان مك و حفرات انقباضي پراكنده در اين گونه آلياژ ها زياد مي باشد لذا تعيين محل تغذيه مشكل مي باشد بنابراين بايد با استفاده از مبرد و يا مواد اگزوترم مواد گرما زا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوريم تا حداقل ميزان مك و حفرات انفباضي و گازي در قطعه توليد شوند كه معمولا در اين قطعات از تغذيه گرم استفاده مي شود

۳- آلياژ هايي با دامنه انجاد متوسط مي باشد اين نوع آلياژ ها در حدفاصل دو حالت بالا قرار مي گيرند معمولا در اين نوع قطعات هم انقباضات متمركز و هم غير متمركز ديده مي شود كه اين امر را مي توان با اگزوتر و مبرد برطرف كرد مانند مس – بريليم
مس و آلياژ هاي مس

مشخصات فيزيكي مس :………………………………………………………………………………..
مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت ۱۰۸۳ درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود ۸٫۹ گرم بر سانتي متر مكعب دارد

مس داراي پارامتر شبكه ۳٫۶ آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي ۲٫۵۵ آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد . :
۱- داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد
۲- داراي سياليت كم

۳- اكسيداسيون بالا
۴- آلياژ مس داراي دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري مي باشد به خصوص در آلياژ هاي برنج كه اين دامنه انجماد خيلي طولاني مي شود
مواد شارژي كه براي ساخت آلياژ هاي مس به كار مي رود شبيه آلياژ هاي آلومينيم مي باشد كه شامل :۱- شمش هاي اوليه ۲-شمش هاي ثانويه ۳-قراضه ها ۴- برگشتي ها ۵- هاردنر ها

قابل توجه است كه مس قابليت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراين ساخت آلياژ هاي مس همراه عنصري نظير Ni,Si,Zn امكان پذير مي باشد .
شمش هاي اوليه : ……………………………………………………………………………………….

اولين گزينه در مواد شارژ شمش هاي اوليه مي باشد كه شامل شمش مس قلع سيليسيم روي و سرب مي باشد .
نكته : شمش مس به شكل ورق يا مفتول استفاده مي شود كه با درجه خلوص ۹۹٫۹ تا ۹۹٫۵ درصد معمولا داراي ناخالصي هاي نظير قلع نيكل آهن آنيتموان سرب بيسموت مي باشد كه معمولا بيشترين ناخالصي در اين آلياژ آهن و نيكل مي باشد

الف:شمش قلع : اين شمش عموما براي ساخت برنز هاي قلع دار استفاده مي شود كه داراي نقطه ذوب ۲۳۲ درجه سانتيگراد مي باشد كه وزن مخصوص آن در حدود ۷٫۳ گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد . اين عنصر داراي درجه خلوصي در حدود ۹۹٫۵ تا ۹۹٫۹ درصد مي باشد كه داراي ناخالصي هايي نظير مس آهن سرب آلومينيم بيسموت آنتيموان مي باشد و عموما به شكل شمش هاي ۲۵ كيلويي و يا مفتول استفاده مي شود
ب: شمش سيليسيم كه عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده مي شود و به شكل آميژن و هاردنر به مذاب مس اضافه مي شود .
ج: شمش روي : اين شمش عموما براي ساخت برنج ها استفاده مي شود كه داراي وزن مخصوص ۷٫۱ گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و نقطه ذوب آن ۴۲۰ درجه سانتي گراد مي باشد

د: شمش سرب : اين شمش داراي نقطه ذوب ۳۲۷ درجه سانتيگراد و وزن مخصوص ۱۱٫۳ گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و در صنعت به عنوان سنگين ترين عنصر شناخته مي شود اين عنصر عموما در برنز هاي سرب دار و برنج هاي استفاده مي شود
هـ : شمش نيكل : نيكل از لحاظ خواص فيزيكي بسيار شبيه مس بوده و داراي نقطه ذوب ۱۴۵۳ درجه سانتيگراد و دانسيته ۸٫۹ گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد .
نيكل عموما در برنج هاي مخصوص استفاده مي شود كه در اصطلاح به اين برنج ها ورشو مي گويند .
۲- شمش هاي ثانويه : اين شمش ها از ذوب مجدد و تصويه آلياژ هاي مس به دست مي آيد كه از نظر كنترل تركيب شيميايي مناسبت تر و مرغوب تر مي باشد همچنين داراي عناصر آلياژي مي باشد معمولا شمش هاي ثانويه داراي ۲ تا ۷ درصد قلع ۴ تا ۱۰ درصد روي و ۲ تا ۶ درصد سرب مي باشد .
۳- قراضه ها : كه معمولا ضايعات مس بوده كه قبل از استفاده بايد پيش گرم شده و عمليات اسيد شويي و چربي گيري بر روي آن ها انجام مي شود
۴- آميژن ها : دليل استفاده از آميژن ها در آلياژ هاي مس به اين دليل مي باشد كه آلياژ سازي كه علاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخير عناصر آلياژي و تلفات مذاب جلوگيري مي كند .

انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس : ……………………………………………………………………
۱- آميژن مس – سيليسيم : جهت توليد اين آلياژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سيليسيم را به شكل ذرات ريز به مذاب اضافه مي شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن ۷ تا ۸ مرتبه مي باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پيدا مي كند تا از تلفات Si در Cu جلوگيري شود .
۲- آميژن Al-Cu : روش تهيه اين نوع آميژن به اين صورت مي باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه مي كنند اما روش دوم ساخت آميژن به اين صورت مي باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند كه پس از هر بار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگيري شود

۳- آميژن سه گانه Cu,Al,Ni: براي تهيه اين هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هيچ گونه مشكلي ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ايجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند .

پس از آماده سازي مواد شارژ و پيش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفيه عناصر آلياژي به مذاب اضافه مي شود .
بهترين نوع كوره ها در ذوب Cu كوره هاي القايي مي باشد اما از كوره هاي و روبربرگ نيز استفاده مي شود
عمليات كيفي تهيه مذاب Cu: ………………………………………………………………………

كه شامل مرحل : ۱- اكسيژن زدايي ۲ هيدروژن زدايي ۳ كنترل تركيب شيميايي ۴- تصفيه
۱- اكسيژن زدايي : اكسيژن يكي از مهمترين عناصري كه ميل تركيبي زيادي با مس و آلياژ هاي مس دارد كه با افزايش درجه حرارت تا حدود ۷۰۰ درجه مس با اكسيژن توليد اكسيد مس دو ظرفيتي مي كند .

در ۱۰۵۰ تا ۱۱۰۰ درجه اكسيد ۲ ظرفيتي مس تبديل به اكسيد يك ظرفيتي مي شود .
اگر درجه حرارت از ۱۱۰۰ بيشتر شود مجددا اكسيد مس تجزيه مي شود به مس و اكسيژن محلول كه اين اكسيژن در داخل مذاب حل شده و توليد اكسيد مي كند
واكنش ديگري را كه انجام مي دهد با هيدروژن مي باشد كه توليد رطوبت و اكسيد فلزات موجود در مذاب را مي كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسيد هاي موجود نيز به شكل ناخالصي در مذاب به وجود مي آيد براي حذف اكسيژن و اكسيد هاي فلزي در آلياژ هاي مس از سه روش استفاده مي شود :
۱- استفاده از فلاكس هاي پوششي: اين مواد مانع از ورود اكسيژن و هيدوژن به داخل مذاب Cu مي شود . فلاكس هاي مورد استفاده معمولا تركيبات كربني – خورده شيشه – و براكس مي باشد( براكس كه تركيبات سديم و پتاسيم كريوليت مي باشد )و خورده شيشه نيز تركيبات سيليسي بوده كه علاوه بر مانع شدن ورود اكسيژن به مذاب باعث افزايش سياليت مذاب و سرباره گيري آسان مي شود .
۲- استفاده از مواد غير محلول در مذاب جهت حذف اكسيژن:……………………………………………………..
مواد غير محلول در سطح مذاب قرار داده كه اين مواد در روي سطح شروع به انجام واكنش شيميايي كرده و در ضمن احياء اكسيد هاي مذاب به عنوان مواد پوششي در سطح مذاب از اكسيد شدن مذاب جلوگيري مي كنند كه مهمترين آن ها عبارتند از كاربيد كلسيم CaO2، پرايد منيزيم Mg3O2 فلاكس هاي مايع نظير اسيد بوريك زغال چوب اين مواد ضمن خاصيت احيايي داراي وزن مخصوص پايين مي باشد و روي مذاب قرار مي گيرند بعضي از واكنش هايي كه اين مواد انجام مي دهند شامل:
۳ :استفاده از اكسيزن زداهاي محلول در مذاب :………………………………………………………….
اين نوع اكسيژن زداهاي محلول در مذاب :
اين نوع اكسيژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واكنش مي دهند معمولا احياء كننده هاي قوي هستند كه عناصري مانند فسفر روي منگنز سيليسيم ليتيم آلومينيم و در بعضي از مواد سرب شامل اين دسته از اكسيژن زداها مي باشد اين عناصر قابليت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابليت احياء كنندگي قوي اكسيد مس را احياء مي كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و يا به صورت گاز از مذاب خارج مي شود واكنش هايي كه اين عناصر انجام مي دهند شامل :
عناصر Al- ليتيم –سيليسيم پس از پايان واكنش محصولات واكنش در آنها باقي مي ماند لذا كمتر استفاده مي شود و بهترين اكسيژن زداي محلول فسفر مي باشد كه پس از واكنش از مذاب خارج مي شود و با كاهش انحلال اكسيژن در مذاب از طرف ديگر انحلال هيدروژن افزايش پيدا مي كند لذا بعد از مرحله اكسيژن زدايي بايد عمليات ريخته گري بلافاصله انجام شود .
هيدروژن زدايي : ……………………………………………………………………………………
اين عنصر ماننداكسيژن از اتمسفر محيط و يا رطوبت موجود در مواد شارژ و محيط قالب وارد مواد شارژ مي شود اگر داخل مذاب ميزان اكسيژن بالا باشد باعث كاهش حلاليت هيدروژن مي شود .
هيدروژن در مرحله انجماد تبديل به مولكول هيدروژن مولكولي در داخل حفرات انقباضي قرار گرفته و مانع از تغذيه حفرات انقباضي توسط مذاب مي شود در نتيجه حفرات انقباضي تشديد مي شوند.
نكته : حفرات گازي هستند كه در مقطع برشي آن حفرات به صورت گرد و منظم مي باشد اما حفرات انقباضي حفراتي مي باشند كه در مقطع شكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزني شكلي نيز در دور آن تشكيل شده است
بخار آب موجود به سه شكل در قطعات توليدي اثر مي گذ ارد ۱- مقدار بخار آب توليدي كمتر از حد بحراني باشد در اين شرايط اگر درجه حرارت ذوب و يا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نيز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محيط را پيدا مي كند ۲- مقدار بخار آب توليدي حدود حد بحراني باشد در اين شرايط در اثر افزايش دما و كاهش چگالي بخار آب و افزايش حجم بخار و همچنين افزايش فشار بخار سرعت خروج بخار از محيط قالب برابر با سرعت توليد گاز توسط مذاب است در اين شرايط ميزان عيوب گازي به حداقل مي رسد.
۳- ميزان بخار آب توليدي بيشتر از حد بحراني باشد تشكيل بخار و عدم خروج بخار از محيط باعث افزايش مك تحلخل حفرات گازي و انقباضي در قطعه مي شود .
روش هاي حذف هيدروژن : ……………………………………………………………………
استفاده از فلاكس و سرباره هاي اكسيدي : اين نوع سرباره ها با هيدروژن موجود در مذاب واكنش داده و تشكيل بخار آب مي دهد اين بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هيدروژن زدايي تشكيل مي شود اين روش در صنعت كمتر استفاده مي شود كه به دلايل زير مي با شد
۱- واكنش هاي ايجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره مي شود .