فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه

مشخصات فيزيكي 1

مشخصات ريخته گري ذوب 2

تقسيم بندي آلياژها 3

آلياژسازها (Hardeners) 7

كنترل تركيب 10

برگشتي ها و قراضه ها 12

گاززدايي Degassing 17

اكسيژن زدايي 20

احياء كننده ها 21

فلاسك هاي گازي 23

تصويه : فيلتر كردن 25

جوانه زاها Grainrefiners 27

آلومينيوم مس 33

توليد آلياژ 36

آلومينيوم – سيليسيم 37

توليد آلياژ 38

ماهيچه 40

- قسمت ماهيچه سازي 42

- قسمت ريخته گري 43

-سالن ويبراسيون 45

-مراحل سنگ زني و تراشكاري 46

-تست عمليات حرارتي 46

-كوره aging 47

-قسمت كنترل 48

-مرحله شستشو 50

 

 

 

مشخصات فيزيكي

آلومينيم يكي از عناصر گروه سديم در جدول تناوبي است كه با تعداد پروتون 13 و نوترون 14 طبقه بندي الكتروني آن به صورت زير مي باشد :

(1S2);(2S2)(2P6);(3S2)(3P1)

كه در نتيجه مي توان علاوه بر ظرفيت 3 ، ظرفيت 1 را نيز در بعضي شرايط براي آلومينيم در نظر گرفت .

آلومينيم از يك نوع ايزوتوپ تشكيل شده است و جرم اتمي آن در اندازه گيري هاي فيزيكي 9901/26 و در اندازه گيري هاي شيميايي 98/26 تعيين گرديده است . شعاع اتمي اين عنصر در 25 درجه سانتي گراد برابر 42885/1 آنگسترم و شعاع يوني آن از طريق روش گلداسميت برابر A57/0 بدست آمده است كه در ساختمان FCC و بدون هيچ گونه تغيير شكل آلوتروپيكي متبلور مي شود .

مهمترين آلياژ هاي صنعتي و تجارتي آلومينيم عبارت از آلياژ هاي اين عنصر و عناصر دوره تناوبي سديم مانند منيزيم ، سيليسيم و عناصر دوره وابسته تناوب مانند مس و يا آلياژ هاي توام اين دو گروه است .

(Al-CuMgSi);(Al-CuMg);(Al-SiMg);(Al-Cu);(Al-Si);(Al-Mg)

سيليسيم و منيزيم با اعداد اتمي 14 و12 همسايه هاي اصلي آلومينيم مي باشند و بسياري از كاربرد هاي تكنولوژيكي آلومينيم بر اساس چنين همسايگي استوار است .

ثابت كريستالي آلومينيم A0414/4 = a و مطابق شرايط فيزيكي قطر اتمي آن 8577/2 = dAl مي باشد . بديهي است حلاليت آلومينيم به نسبت زيادي به قطر اتمي بستگي دارد و مطابق آنچه در مباحث متالوژي فيزيكي بيان مي گردد ، اختلاف قطر اتم هاي حلال و محلول نبايد از 15 % تجاوز نمايد ، در حالي كه شكل ساختماني و الكترون هاي مدار آخر نيز در اين حلاليت بي تاثير نيستند .

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 هاي ريختگي آلومينيم كه مورد بحث اين پروژه نيز مي باشند از طرق مختلف ريخته گري ( ماسه اي ، پوسته اي ، فلزي و تحت فشار )شكل مي گيرنند و مستقيماً و يا بعد از عمليات حرارتي ( در صورت لزوم )در صنعت استفاده مي شوند .

در مورد آلومينيم و ساير آلياژ ها كشور هاي مختلف استاندارد هاي متفاوتي به كار مي برند كه مشخصه درجه خلوص و يا ميزان نا خالصي ها و ساير تركيبات آلياژ مي باشد . استاندارد آلياژ هاي آلومينيم علاوه بر مشخصه هاي ارقامي كه در جداول 1 و 2 درج گرديده است به كمك رنگهاي اصلي نيز آنجام مي گيرد . نمونه چنين رنگهايي در استاندارد انگليسي عبارت است از :

آلومينيم خالص رنگ سفيد

آلومينيم ـ مس رنگ سبز

آلومينيم ـ منيزيم رنگ سياه

آلومينيم ـ مس ـ نيكل رنگ قهوه اي

آلومينيم ـ روي ـ مس رنگ آبي

آلومينيم ـ سيليسيم (منيزيم ) رنگ زرد

آلومينيم ـ سيليسيم ( مس ) رنگ قرمز

در ايران متأسفانه هنوز استانداردي براي صنايع آلومينيم بكار نمي رود و به رابطه كارخانه با كشور هاي مختلف سيستم هاي متفاوت انگليسي ، امريكايي ، بلژيكي و غيره بستگي دارد. مقايسه استاندارد هاي مختلف جهاني تقريباً مشكل و در مورد آلياژ هاي ريختگي نيز با اندك تفاوت چنين مقايسه اي آمكان پذير مي باشد .

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.

در بعضي موارد ودر صورت امكان از دو كوره ذوب استفاده مي نمايند و بعد از ذوب دو عنصر ،آن ها را باهم مخلوت ميكنند. اين عمل در مورد اجسامي كه تا 1100 درجه سانتي گراد نقطه ذوب دارند مقرون به صرفه است ولي در مورد عناصر با نقطه ذوب بالا عملا مشكلاتي را فراهم ميكند.

در جريان ذوب وساخت الياژ وتنظيم شارژ علاوه بر مشخصات تركيبي الياژ بايستي ميزان اتلاف در جريان ذوب كه به نوع كوره ،روش ذوب وروش تصفيه بستگي دارد ،مورد توجه قرار گيرد.

نقطه ذوب	تركيب	نقطه ذوب	تركيب
560 640   830 770 915   850 800 1020 1150	11 89 9 91 Al-Mg   11 89 9 91Al-Mn 25 75   11 89 9 91 20 80Al-Fe 50 50	660 620 1046     570 600 600   680 730 765	15-85 12-88Al-Si 50-50     50-50 45-55Al-Cu 3-97Al-Be   11-89 9-91Al-Ni 20-80

تركيب شيميايي و نقطه ذوب آلياژ ساز ها درآلومينيم

كنترل تركيب

الياژهاي متعدد و متفاوت الومينيم هر يك به نوعي داراي ناخالصي هاي طبيعي هستند كه در شمش هاي اوليه آنان موجود ميباشد وعلاوه بر آن شارژ نا مناسب وعدم دقت در شارژ باعث بروز انواع نا خالصي ها در فلز مذاب ميگردد.عناصر نا خالصي اغلب از حد حلاليت متجاوز هستند و به صورت فازهاي فلزي وتر كيبات فلزي در قطعه ريخته شده ظاهرمي گردند .

تركيبات بين فلزي همچنين تحت تا ثير پديده جدايش در مذاب حاصل ميشوند كه در عمل براي جلوگيري از اين پديده تنظيم شرايط ريخته گري و انجماد الزامي ميگردد. بعضي از عناصر متشكله آلياژ ماندد منيزيم ،برليم ،سديم و كلسيم در اثر حرارتهاي محيط ذوب و وجود هوا اكسيده ميگردند ودرصد اتلاف انان در مذاب افزايش مي يابد،به خصوص اگر زمان نگاه داري مذاب در درجه حرارتهاي بالا زياد باشد از اين رو تركيب شيميا يي الاژ تغييرات عمده خواهد داشت.از طرف ديگر عناصري مانند مس،آهن،كرم،نيكل،منگنز تمايل چنداني به اكسيده شدن ندارند ولي پديده جدايش در حضور اين عناصر با سهولت بيشتري انجام ميگيرد،كه براي جلو گيري از آن بهم زدن مذاب در طول ذوب و در زمان ريختن الزامي است(بديهي است بهم زدن مذاب بايستي به گونه اي باشد تا اكسيده شدن مذاب را تشديد نكند).

در بسياري موارد براي جلو گيري از اكسيداسيون مواد شارژ،آن ها را با فلاكس( Coveral Flux )پوشش مي دهند.

در حالت كلي بايستي تركيب دقيق مواد شارژ و درصد اتلافات كوره نسبت به هر يك از عناصر آلياژي كه به درجه حرارت ان نيز بستگي دارد،كاملا از طريق تجزيه وازمايش روشن گردد.در جدول 4 درصد تقريبي اتلافات عناصر مختلف بر حسب نوع شارژ و كوره مورد استفاده درج گرديده است.

 

 

 

 

 

 

برگشتي ها و قراضه هاي شمش هاي اوليه

جدول 4 درصد اتلاف عناصر مختلف در تحت شرايط نوع شارژ و كوره

كوره بوته اي	كوره شعله اي	كوره الكتريكي	كوره بوته اي	كوره شعله اي	كوره الكتريكي	عنصر
2-5/1 6-3 6-3 7-4 4-2 2-1 2-5/1 5/0 5/0 2-1 2-1 2-1	3-5/2 10-3 10-5 10-5 5-3 3-2 2-5/1 1-5/0 1-5/0 2-5/1 3-2 5/2-5/1	2-1 5-3 5-3 5-3 3-2 2-1 5/1-1 5/0 5/0 5/1-1 2-1 2-1	5/1-1 5/3-5/2 5/3-5/2 5/3-5/2 3-1 1-5/0 1-5/0 5/0 5/0 1-5/0 1-5/0 2-1	2-1 5-3 5-3 5-3 4-2 2-1 5/1-1 1-5/0 1-5/0 5/1-1 2-1 2-1	2/1-1 3-2 3-2 3-2 3-1 5/0 5/0 5/0 5/0 5/0 5/0 2-5/0	آلومينيم منيزيم برليم سديم روي منگنز قلع آهن نيكل سيليسيم مس سرب