دانلود تحقیق کوره های الکتریکی

تولید و ذوب آلومینوم در مقادیر زیاد و برای اجتناب از اکسیداسیون مذاب و جلوگیری از ورود گازهای ناشی از احتراق سوختگیهای فسیلی و افزایش کیفیت مذاب آلومینوم کوره های الکتریکی در انواع کوره های مقاومتی بوته ای ، روبرو کوره های القائی مورد استفاده قرار می گیرند .

مکانیسم اصلی کوره های مقاومتی استفاده از گرمای حاصل از مقاومت میله ( الکترودهائی ) در مقابل عبور جریان می باشد .

معمولا مقاومت ها از نیکروم ( نیکل ، کرم ، آهن ) و کرومل ( اهن ، کروم ، آلومینوم ) ساخته می شوند .

در نوع کوره های مقاومتی بوته ای که با ظرفیت حداکثر 500 کیلوگرم به کار می روند ، بوته از چدن خاکستری ساخته می شود و قدرت الکتریکی این کوره معمولا 40 تا 80 کیلو وات می باشد.

کوره های روبرو الکتریکی و بوته ای مقاومتی تفاوت چندانی با آنچه در قسمت های قبل گفته شد ندارند و فقط تفاوت عمده در منبع حرارتی است که الکتریکی و مقاومتی بوه و از این رو کنترل حرارت و کیفیت محصول بهتر و مطلوب تر می باشد.

در بعضی از کوره های مقاومتی بوته از فلز ساخته می شود و مکانسیم را طوری تهیه می کنند که بوته مرکز و هسته اصلی مقاومت و ایجاد حرارت باشد.

1-3-2 کوره های القائی کوره های القائی از نظر افزایش ظرفیت و تقلیل مصرف انرژی نسبت به کوره های مقاومتی دارای مزایائی می باشند.

این کوره ها در ظرفیت های مختلف قادر به ذوب 15کیلوگرم تا چندین تن آلومینوم هستند.

در این کوره ها هیچ گونه فعل و انفعال شیمیائی که باعث افزایش ناخالصی و تغییرات ترکیبی مذاب گردد، انجام نمی شود و علاوه بر آن به دلیل عدم استفاده الکترود امکان ورود ناخالصی های مواد از طرق مکانیکی نیز امکان پذیرنیست و از نظرمسائل الکتریکی محدودیتی برای افزایش درجه حرارت ندارند.

تا سال 1950 فقط کوره های القائی با فرکانس زیاد مورد استفاده قرار می گرفت که از نظر نیاز به تاسیسات و ژنراتور ها و همچنین ظرفیت بسیارکم ، از نظر سرمایه گذاری و هزینه تمام شده مقرون به صرفه نبود.

در سال 1950 استفاده از کوره های القائی با فرکانس کم ( 50 تا 60 سیکل ) بدون هسته و کانال جریان ( ساده ) آغاز گردید که بنحو قابل ملاحظه ای هزینه سرمایه گذاری و قیمت تمام شده تقلیل پیدا کرد و افزایش ظرفیت و کارآئی آنها به سرعت بالا رفت بطوریکه امروز کوره هائی باظرفیت 70 تن چدن و 500/17 کیلو وات قدرت در مورد کوره های القائی با هسته و کانال جریان و 260 تن و 4000 کیلو وات قدرت در مورد کوره های القائی ساده مورد استفاده قرار می گیرد .

کوره های القائی به سه دسته : کوره های فرکانس کم بدون هسته و کانال جریان کوره های فرکانس کم با هسته و کانال جریان و کوره های فرکانس زیاد، تقسیم می شوند که استفاده از دو نوع اول رو به افزایش می باشد.

کوره های القائی نوع اول بسیار ساده و مشتمل بر بوته و سیم پیچ های جریان است که به وسیله آب همواره خنک می شوند در حالی که در کوره های نوع دوم مذاب بین دو قطب اصلی ( هسته ) جریان پیدا می کند .

تفاوت عمده این دو نوع کوره در استفاده از جریان برق و تبدیل به انرژی حرارتی می باشد.

کوره های نوع اول بیشتر در مورد ذوب شمش و قطعات بکار می روند و کوره های نوع دوم برای فوق ذوب ، تصفیه ، کنترل و نگاهداری مذاب مورد استفاده واقع می شوند و راندمان حرارتی و الکتریکی آنها زیادتر است و همان گونه که از شکل 4-2 استنباط می گردد منطقه ذوب آنها بسیار کوتاه می باشدو از این رو درجه حرارت و سرعت حرکت مذاب به حدی باید باشد تا درجه حرارت لازم در تمام قسمت های بوته تامین گردد.

اشکال عمده دیگر در کوره های القائی با هسته و کانال جریان درآنست که این کوره ها همواره برای شروع نیاز به مذاب دارند که در کنار کانال های جریان قادر به تشکیل هسته های القائی باشند .

در کوره های القائی ساده شکل 5-2 که با تغییرات بسیار جزئی در اغلب کارخانجات مورد استفاده قرار می –گیرند، سیم پیچ های مسی ( کویل ) که در داخل آنها آب جریان دارد مهمترین عامل انتقال جریان الکتریسیته به حرارت می باشد و به دلائل الکترو مغناطیسی اندازه های کوچک این نوع کوره ها از راندمان مطلوب برخوردار نیستند .

این کوره ها معمولا با فرکانس 1000 سیکل کار می کند و انتقال مذاب به قسمت های مختلف با شدت و تحت تاثیر جریان انجام می گیرد.

کوره های القائی با فرکانس زیاد معمولا شامل یک موتور ژنراتور به قدرت 5 تا 1000 کیلو وات است که فرکانس معمولی را به 10000 می رساند.

اصول کلی ساخت این کوره ها باکوره های القائی ساده کم فرکانس تفاوت زیادی ندارند جز آنکه برای تامین انرژی و فرکانس به ژنراتورها و ترانسفورماتورهای قوی نیاز دارد و ظرفیت آنها نیز کم و محدود می باشد و حداکثر از 35 کیلوگرم آلومینوم تجاوز نمی کند.

کوره های با فرکانس زیاد معمولا از سیستم یک فاز تغذیه می شوند و یک مخزن و ژنراتور برای عرضه راندمان انرژی در سیستم های 3 فاز در آنها بکار گرفته می شود ، فاکتور انرژی این کوره ها معمولا 2/0 و به وسیله سلف و یا مخزن بزرگ به 1/0 تصحیح می شود که معمولا قیمت این مخزن قیمت کل دستگاه می باشد.

ولتاژ لازم برای کورهای کوچکتر (2000 کیلوواتی ) تا 800 ولت و برای کوره های بزرگ تا 2600 ولت می رسد .

از این رو وجود ترانسفور مرهای تبدیل ولتاژ و جریان ضروری است .

بوته ها و مواد نسوز در داخل کوره های القائی بایستی 2 پارامتر متضاد را مشمول شوند اول آنکه برای انتقال جریان و القاء آن نازک و از قابلیت انتقال برخوردار باشند و دوم آنکه به اندازه کافی ضخامت داشته باشند تا از استحکام برخوردار گردند ، که معمولا این ضخامت را 8% قطربوته منظور می کنند.

بوته در سیستم کوره های القائی با کوبیدن مواد نسوز در داخل کوره انجام می گیرد و ماکزیمم چگالی مواد نسوز مورد نیاز است ، مواد نسوز معمولا از منیزیت ،mgo آلومین و مخلوط آنها و گاه سیلیس sio2 و مواد چسبی جامد ( پودر ) ترموست تشکیل می شود ( اسید بوریک ).

مخلوط ماسه و چسب که بدون رطوبت در اطراف یک ورقه فولادی ( شکل داخلی بوته ) کوبیده می شوند در جریان شارژگرم شده و از استحکام زیاد برخوردار می گردند .

قبل ازریختن و کوبیدن مواد نسوز ، از مواد عایق برای جلوگیری از اتصال سیم پیچ ها استفاده می کنند و بعد از کوبیدن سطح آزاد رویش را معمولا با چسب های زودگیر ( سیلیکات سدیم ) پوشش می دهند .

در کوره های القائی با هسته و کانال جریان معمولا بدنه کوره بوسیله 10 تا 15 سانتیمتر نسوز آلومینیا پوشش داده می شود .

کانال ها و میله های اصلی جریان و حوزه ذوب از مخلوط پرکلین ، آلوندم ، خاک نسوز و پودر باریت به صورت محلول مایع ( تقریبا خمیری ) پوشش می شوند و پس از خشک شدن مورد استفاده قرار می گیرند ( معمولا 24 ساعت ).

کوره های القائی با فرکانس زیادنیز درد و نوع بوته متحرک باظرفیت 5/2 کیلوتا 30 کیلو گرم آلومینوم و نوع بوته ثابت با ظرفیت تا 500 کیلوگرم بکار می روند .

بوته این کوره ها مانند کوره های بوته ای از خاک نسوز و گرافیک ساخته می شوند و قبل از ذوب درون کوره جای می گیرند.

بخش سوم فعل و انفعالات شیمیای در مذاب ( ترکیبات و گازها ) آلومینوم فلزیست که بخصوص در حالت مذاب قابلیت فعل و انفعال شیمیائی و حلالیت فیزیکی با بسیاری از عناصر را دارد.

این عنصر به سهولت نسبت به مواد محیط خود مانند هوا ، محصولات سوخت ، قالب ، مواد آلیاژی و سایر عناصر که برای مقاصد خاص به آن افزوده می گردد واکنش نشان می دهد ، و نتایج این واکنش به صورت ترکیبات فلزی ، ترکیبات غیر فلزی ( اینکلوژن ها ) و گازهای حاصل و تخلخل در قطعه ریخته شده ظاهر می شوند که هر یک به نوعی خواص مکانیکی و ریخته گری فلز را تقلیل می دهند .

در این بخش ابتدا فعل و انفعالات موجود در آلومینوم مذاب و مواد محیطی آن و سپس هر یک از ترکیبات و محلول های ناخواسته مورد تشریح قرار می گیرند.

1-3 فعل و انفعالات عمومی در درجه حرارت ذوب آلومینوم ، فعل و انفعالات شیمیائی مختلف بین مواد اکسیدی و ترکیبات مختلف و آلومینوم و مواد آلیاژی آن انجام می گیرد که حاصل آن به صورت مواد جامد غیر فلزی ( اکسیدی ) و یا حباب های گازی در قطعه باقی می ماند .

1-1-3 فعل و انفعلات با هوا اکسیژن هوا و همچنین ازت موجود در آن مهمترین منشاء وجود ترکیبات غیر فلزی در مذاب آلومینوم هستند .

تمام عناصر حاصل از فعل و انفعال در حالت مذاب جامد بوده و تحت تاثیر قوانین استوک در مذاب شناور میشوند و به صورت مواد ناخواسته غیر فلزی در قطعه معایبی را ایجاد می کنند.

2-1-3 فعل و انفعالات با محصولات سوخت سوخت های فسیلی در تحت درجه حرارت اشتغال از صورت فرمولی زیر به ،، تجزیه می شوند.

سایر ترکیبات سوخت مانند ،، می توانند تا حدودی ازشدت اکسیداسیون بکاهد ولی اغلب آنان به صورت دیگری گازهای محلول در مذاب را افزایش می دهند.

بایستی توجه داشت که کلیه گازها مانند ،،،، در مذاب آلومینوم نا محلول می باشند و فقط هیدروژن در آن حل می گردد و نیز در اثر تجزیه کربن حاصل در فعل و انفعالات فوق در صورت وجود تیتان در مذاب با آن ترکیب شده و بصورت در ریز کردن دانه های آلومینوم ((grain refinerتاثیر شدید دارد .

3-1- 3 فعل و انفعالات با بخار آب (هوا ، قالب ) بخار آب از هر منبعی که حاصل شود با آلومینوم مذاب و با مواد آلیاژی آن ترکیب می شود که نتیجه آن علاوه بر ترکیبات اکسیدی وجود هیدروژن بصورت اتمی می باشد که در مذاب حل می گردد.

4-1-3 فعل و انفعالات با مواد نسوز مواد نسوز مورد استفاده در صنایع آلومینیم بیشتر از انواع گرافیت و ترکیبات سیلیسی می باشند تا امکان ترکیبات مختلف را کاهش دهد مواد نسوز اغلب از طریق مکانیکی شکسته و به مذاب آلومینوم افزوده میشوند.

ولی در درجه حرارتهای ذوب نیز وجود فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد.

به استثناء فعل و انفعال با سیلیس که هنوز مورد تایید کامل قرار نگرفته است فعل و لنفعالات دیگر در شرایط ذوب حاصل می گردند .

5-1-3 فعل و انفعال با هیدروژن هیدروژن تنها گاز قابل حل در آلومینوم مذاب می باشد و بدلیل آنکه حلالیت آن در حالت جامد بسیار کم است گازهای خارج شده از حلالیت بصورت حباب و تخلخل در قطعه ریخته شده خواص مکانیکی را به شدت تقلیل می دهند.

هیدروژن از طریق بخارآب و یا بصورت هیدروژن موجود در هوا و در تعادل حلالیت که G=0 می باشد و یا بعبارت دیگر که در آن و از آنجا که با توجه به ثابت بودن می توان نوشت که در آن عبارت است از تعداد اتم هیدروژن که تحت فشار در آلومینوم حل می شود و چون اغلب فشار برابر فشار اتمسفر می باشد .

و در هنگامی که فشار بیشتر از فشار اتمسفر باشد که چنانچه بجای تعداد اتم N درصد ترکیبی آن را بر 100 گرم مذاب منظور کنند و از معادلات ترمودینامیکی نیز معلوم است که : و در نتیجه در تحت هرفشار و درجه حرارت می توان درصد حلالیت ئیدروژن را در آلومینوم مذاب پیدا کرد.

در منحنی 1-3 حلالیت ئیدروژن در آلومینوم مذاب با توجه به افزایش درجه حرارت نشان داده شده است .

شکل 1-3 حلالیت ئیدروژن در آلومینیم مذاب همانگونه که عناصر آلیاژی در چگونگی فعل و انفعالات شیمیایی و افزایش ( تقلیل ) اکسیداسیون مذاب موثر می باشند در میزان حلالیت گاز ئیدروژن در مذاب نیز موثر هستند.

به طور مثال مس و سیلیسیم حلالیت ئیدروژن در آلومینوم را تقلیل می دهند ولی منیزیم حلالیت را تشدید می کند بطوریکه آلیاژی با 10% منیزیم دارای حلالیت تقریبا 2 برابر آلومینوم خالص است و 5% مس یا 6% سیلسیم نیز قادرند حلالیت ئیدروژن را تا 30 % کاهش دهند .

علاوه بر فعل و انفعالات فوق مواد ناخالصی و مواد غیر فلزی از طریق مکانیکی ، در جریان ذوب ، کاربرد وسائل ذوب حمل و نقل ، مواد قالب و ……..

نیز داخل مذاب رانده می شوند که ممکن است به همان صورت در مذاب باقی بمانند و یا در تحت تاثیر یکی از فعل و انفعالات فوق تغییرات ترکیبی آلیاژ را نیز باعث شوند.

2-3 ترکیبات در ذوب آلومینوم ترکیبات مختلفی که در آلیاژهای آلومینوم پدید می آید و جزء ترکیبات و یا فازهای اصلی خواسته شده و در مذاب نیستند به صورت ناخالصی های فلزی ، ترکیبات فلزی ، ترکیبات غیر فلزی و ترکیبات گازی دسته بندی می شوند که هر یک به نوعی خواص آلیاژی را تحت تاثیر قرار می دهند.

ناخالصی های فلزی عموما تحت نام ناخالصی مشکلات جدی را فراهم نمی کنند ،زیرا بیشتر عناصر در محدوده کوچکی قابلیت انحلل در آلومینوم مذاب را دارند و نا خالصی های موجود اغلب در حد حلالیت باقی می مانند.

ناخالصی های فلزی همان گونه که از جدول بخش اول استنباط می گردد بیشتر از مواد معدنی و در تهیه شمش ها حاصل می گردند و چنانچه مقدار آنها از حد حلالیت تجاوز نماید به صورت ترکیبات غیر فلزی و با تشکیل فاز دوم در آلیاژ ظاهر می شوند که اگر ترکیب آنها جزء خواسته های آلیلژی نباشد خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ را شدیدا تغییر می دهند.

1-3-2 ترکیبات بین فلزی ترکیبات بین فلزی در دو صورت کاملا مجزا در آلیاژ آلومینوم ظاهر می شود .

در حالت اول ترکیب جزء خواست آلیاژی است و خواصی از آن انتظار می رود و در حالت دوم ترکیباتی هستند که در اثر سگرگاسیون و یا حضور ناخالصی های غیر فلزی حاصل می شوند.

ترکیبات فلزی عموما سخت و دیر ذوب هستند و در ته بوته و یا در سیاره متمرکز میشوند، مهمترین ترکیبات فلزی در آلیاژ های آلومینوم عبارتند از : الف – ترکیبات آهن : آهن یکی از ناخالصی های معمولی در آلومینوم می باشد و میتواند تا میزان 50/0 درصد در آلومینوم جامد حل شود و 7/1 درصد و در درجه حرارت C ْ655 با آلومینوم تشکیل او تیکتیک دهد.

چنانچه آهن از میزان حلالیت تجاوز نماید وجود ترکیب که قابلیت حل مقدار کمی منگنز و مس را نیز دارد حتمی است .

آلومینوم می تواند آهن را از هر منبعی ( مانند ابزار و وسائل ذوب ، و مخلوط کننده ها ) و یا تجزیه اکسید آهن جذب نماید.

دارای سختی حدود 550 برنیل می باشد و از این رو حضور این عنصر در آلیاژ آلومینوم شکنندگی آن را شدیدا افزایش می دهد.

حضور منگنز و سیلسیم بصورت ناخالصی همراه با آهن باعث ترکیبات بسیار سخت و شکننده می گردد که قابلیت تغییر فرم آلیاژ را کاهش می دهد.

ب- ترکیبات سیلیسیم : سیلیسیم به تنهائی هیچ گونه ترکیبی با آلومینوم ندارد میزان حلالیت آن در حالت جامد با تقلیل درجه حرارت پائین آمده به طوریکه در درجه حرارت محیط به صفر می رسد .

این عنصر به صورت ناخالصی در شمشهای اولیه وجود دارد و همچنین می تواند بوسیله فعل و انفعالات مواد قالب و یا بوته به داخل مذاب جذب شود.

چنانچه آلیاژ مذاب حاوی منیزیم باشد ، ترکیب در مذاب و جامد آلومینوم وجود پیدا می کند.

پ- ترکیبات تیتانیوم : تیتانیوم که حلالیت بسیار کمی در آلومینوم مذاب دارد به سهولت ترکیبات را که سختی حدود 770 برنیل دارد تولید می کند.

ترکیبات تیتانیوم اغلب برای ریز کردن دانه ها به صورت و با ترکیبات به کار می روند.

سایر ترکیبات که در ذوب آلومینوم صنعتی حاصل می شوند عبارت از و و ترکیبات سه گانه آنها می باشند که به سهولت قابل تشکیل نیستند.

در جدول 1-3 که توسط آندرسن و وان لانک جداگانه تهیه شده و در این کتاب مشترک مورد استفاده قرار گرفته اند حد حلالیت و فاز دوم بسیاری از عناصر در آلومینوم در ج گردیده است .

2-2-3 ترکیبات غیر فلزی ترکیبات غیر فلزی از هر منبعی که حاصل شود ( به کتاب اصول ریخته گری رجوع نمائید ) می تواند به 4 دسته اصلی زیر طبقه بندی گردد: اکسیدها ، نیترورها ، کربورها و کلرورها الف – اکسیدها : آلومینوم با تمام مواد و عناصر اکسید کننده ترکیب گردیده و نتیجه حاصل اکسید آلومینوم است که جمله محققین بر این اتفاق نظر دارند که اکسید آلومینوم در آلومینوم مذاب و جامد اصولا قابلیت انحلال ندارد.

اغلب عناصر و اکسیدها مانند ، می توانند به عنوان اکسید کننده برای آلومینوم منظور شوند و فقط بعضی عناصر مانند منیزیم تا C ْ1600، کلسیم ، برلیوم ولیتیوم میل ترکیبی بیشتری با اکسیژن دارند و از این رو اغلب اکسیدها در آلومینوم شامل و یا مخلوط آنها می باشد.

آلومینوم و اکسیژن می توانند یک رشته ترکیبات مختلف مانند و که از نظر شکل ساختمانی و کریستالی متفاوتند تولید نمایند ولی مهمترین این ترکیبات ، به عنوان اکسید فیلم که عنصر اصلی تشکیل دهنده سرباره آلومینوم می باشد و دیگر است که تحت نام کوراندم بعد از الماس سخت ترین عناصر است .

اکسید فیلم آلومینوم قادر به حفاظت بقیه مذاب از اکسید شدن می باشد زیرا این اکسید بر خلاف اکسیدهای آهن ، مس و بسیاری عناصر دیگر متخلخل نیست و فاکتور تخلخل آن از یک بزرگتر است ( بر اساس رابطه ) فاکتور تخلخل عبارتست از R که در آن به ترتیب وزن ملکولی و وزن مخصوص اکسید و وزن اتمی ( ملکولی ) و وزن مخصوص مذاب می باشد از طرف دیگر درجه حرارت مذاب ، زمان نگاهداری مذاب و رشد انرژیتیک اکسید تاثیر شدیدی در مقدار اکسید دارند، اکسید فیلم در آلومینوم تا درجه حرارت 700 بی شکل می باشد ولی در درجه حرارت بالاتر از 700 یک نوع ساختمان ناپایدار تشکیل می دهد.

مطالعات تجربی kissling ثابت نموده است که در سرباره آلومینوم مذاب علاوه بر مقدار زیادی اکسید فیلم ، مقداری نیترو ، کربور و حتی سولفور آلومینوم وجود دارد.

یا کوراندم معمولا بایستی از تجزیه سایر اکسیدها حاصل گرددولی چنانچه در درجه حرارت های بیش از C ْ 800 نگاهداری شود انتقال از حالت به انجام می پذیرد .

همچنین در تماس بین اکسید فیلم و مذاب آلومینوم تشکیل کوراندم در درجه حرارت پائین نیز امکان پذیر می باشد .

بطور کلی می توان چنین استنباط نمود که ابتدا اکسید فیلم تشکیل میشود و پس از مدتی به تبدیل می گردد.

وزن مخصوص کوراندم برابر می باشد در حالی که وزن مخصوص اکسید فیلم و سرباره های آلومینوم حدود 7/2 تا 9/3 گزارش شده است و از این رو با توجه به قانون استوک عمل رسوب و یا ورود اکسیدها به سرباره با اشکالات زیادی توام است .

بدیهی است در این موارد نمی توان وزن مخصوص فشرده اکسیدها را ملاک قرار داد زیرا وزن مخصوص ظاهری اکسیدها همواره کمتر می باشد، اکسید منیزیم که در اثر ترکیب با اکسیژن مواد اکسید آن حاصل می گردد نیز ازجمله اکسیدهای موجود در آلومینوم مذاب است.

در سطح مذاب باعث ایجاد رنگ تقریبا طلائی و یا سیاه خواهد شد و در بعضی مواقع وجود پودر سفید در سطح مذاب دال بر وجود اکسید منیزیم است .

این اکسید در درجه حرارت 2720 تجزیه می گردد ولی هنگامی که مقدار آن زیاد باشد با اکسید آلومینوم تولید اکسید مضاعف ( اسپنیل ) می نماید که از کوراندم سبک تر و نقطه ذوب آن C ْ 2135 می باشد .

سایر ناخالصی ها ( عناصر آلیاژی ) مانند مس ، آهن ، روی ، منگنزتاثیر شدیدی در اکسیداسیون آلومینوم ندارند و از این رو می توان نتیجه گرفت که اکسیدهای موجود در آلومینوم مذاب ،آلومین ، منیزیت و اسپنیل می باشند و سایر اکسیدها در صورت حضور در مذاب از طرق مکانیکی وارد شده اند .

ب- نیترورها : نیترورها مانند بر اثر روابط شیمیائی امکان تشکیل دارند ولی در آلومینیم مذاب فقط نیترو آلومینیم و نیترو منیزیم ( در مورد آلیاژهای آلومینیم ، منیزیم ) تشکیل می شوند.

حلالیت ازت در آلومینیم ناچیز می باشد و بنابراین وجود مقداری ازت باعث تشکیل نیترو آلومینیم خواهد شد.

وزن مخصوص ALN حدودا برابر خ05/3 و این پدیده برای به 3 گرم بر سانتی متر مکعب می رسد.

نکته قابل توجه این است که در شرایط ذوب معمولی وجود نیترورها در اثر فعل و انفعالات شیمیائی به ندرت اتفاق میافتد و این بیشتر در درجه حرارت های بیش از 800 پدید می آید .

از طرف دیگر وجود اکسیژن و سایر عناصر که میل ترکیبی شدیدی با آلومینیم و عناصرالیاژی آن دارند وجود نیترو آلومینیم را تقریبا غیر ممکن می سازد بطوریکه این عنصر برای گاززدائی ئیدروژن بعنوان گاز بی اثر بکار می رود ( باستثنای آلیاژهای آلومینیم ، منیزیم ).

پ- کربورها : حلالیت کربن در آلومینیم بسیار ناچیز و در C ْ 1000 کمتر از 01/0 درصد گزارش شده است و به دلیل آفینیته ترکیبی بین کربن و آلومینیم وجود هر مقدار کربن باعث تشکیل در درجه حرارت های ذوب معمولی می گردد.

این ترکیب نتیجه ای از فعل و انفعالات مواد سوخت و بوته های گرافیکی با آلومینیم مذاب می باشد.

مهمترین مواد کربوری که در مذاب ( جامد ) آلومینیم گزارش گردیده است و و ‏tic می باشند.

کربور آلومینیم در حضور اکسیژن ناپایدار می باشد و همچنین بدلیل وزن مخصوص کم آن 36/2 معمولا کربور در سطح آلومینیم مذاب تشکیل می شود .

چنانچه کربن به حالت اتمی در مذاب باقی بماند در صورت وجود تیتانیوم به Tic تبدیل می شود tic در حرارت C ْ 3250 ذوب می گردد و می تواند بعنوان هسته های غیر یکنواخت در ریز کردن شبکه موثر باشد.

تاثیر درجه حرارت درشدت کلی تمام فعل و انفعالات فوق بر اساس روابط ترمودینامیکی کاملا اثبات شده است همچنین زمان نگاهداری مذاب در درجه حرارت های بالا و نفوذ گازهای مختلف بخصوص ئیدروژن به د اخل مذاب از عواملی است که در مورد آلیاژهای متفاوت به تجربیات و آزمایش های متعدد نیاز دارد که در شکلهای 2-3 و 3-3 تاثیر زمان نگاهداری و تلاطم سطح مذاب در جذب ئیدروژن توسط آلیاژ آلومینیم خالص تجارتی و آلیاژ نشان داده شده است .

ت – کلرورها : انواع کلرورها مانند در آلومینیم امکان تشکیل دارند که معمولا از منابع دگازرها و فلاکس های حاوی کلر حاصل میشوند.

وزن مخصوص این عناصر حدود 9/2 میباشد و بدلیل درجه حرارت تبخیر پائین ( حدود C ْ 200 ) معمولا در سطح مذاب مجتمع می گردند به طوریکه از این مواد اغلب بعنوان فلاکس و گاززدار استفاده می شوند.

ج- گازها : هیدروژن مهمترین گازیست که در آلومینیم حل می شود و حلالیت آن لگارتیمی با درجه حرارت و مستقیم با ریشه دوم فشار محیط تغییر می کند.

در جریان سرد شدن هیدروژن مازاد بر حد حلالیت ، به حالت ملکولی تبدیل شده و تولید حباب می نماید که تشکیل هسته های گازی میدهد و رشد آنها توسط تنش سطحی مذاب محدود می گردد به طوریکه برای تشکیل حباب های گازی حداقل 2/0 ئیدروژن لازم است تا اندازه حبابها قابل مطالعه گردد و بتواند وزن مخصوص مذاب را تحت تاثیر قرار دهد.

مطالعات انجام شده توسط مولف ثابت کرده است که وجود ترکیبات غیر فلزی ( اینکلژن ها ) در مذاب آلومینیم شرایط تشکیل حباب های گازی را آسان می نماید .

بسیاری از محققین و همچنین آزمایشات مولف ثابت نموده است که حباب های گازی و انیکلوژن های غیر فلزی تا حدود زیادی بهم پیوسته اند ، به طوریکه خروج یکی از این مواد خروج عنصر دیگر را نیز دنبال دارد ، بدیهی است در مورد حباب های گازی و رشد آنها ، چگونگی سرد شدن و روش انجماد تاثیر شدیدتری دارند 3-3 تاثیر ترکیبات و مواد ناخواسته در خواص آلومینیوم 1-3-3 تاثیر در خواص ریخته گری ترکیبات غیر فلزی ، و گازها معمولا بعنوان هسته های ضعف در ساختمان ماکروسکپی آلیاژ و خواص مختلف آن عمل می کنند.

سیالیت سیالیت آلیاژهای آلومینیوم د رحضور ترکیبات غیر فلزی و ترکیبات فلزی شدیدا کاهش می یابد و این بیشتر به دلیل افزایش تنش سطحی مذاب آلومینیوم در قبال این عناصر است .

تعیین کاهش سیالیت توسط مواد اکسیدی و مواد ترکیبی در آزمایش های مختلف: شکل 4-3 تاثیر گازها ، اینکلوژن ها و عناصر ناخالصی در خواص آلیاژهای آلومینیوم الف : تاثیر مقدار گاز جذب شده در تخلخل آلیاژهای مختلف ب : تاثیر مقدار گاز جذب شده در ازدیاد طول عرضی آلیاژنوردی AL-zn-mg-cu ت: تاثیر اینکلوژن ها در منحنی کششی آلیاژ AL-Si- Cu ج: تاثیر عناصر ناخالصی در هدایت الکتریکی آلیاژ آلومینیوم به ثبوت رسیده است ولی از آنجایی که سیالیت بیشتر تحت تاثیر تغییرات درجه حرارت می باشد نمی توان انتظار داشت که سیالیت عناصر در مقابل وجود ترکیبات مختلف شدیدا کاهش یابد.

تغذیه در مورد عمل تغذیه و در صد افزایش ( تقلیل ) انقباض کتمرکز آلومینیوم تحت تاثیر مواد ترکیبی مطالعات متعددی انجام گرفته است که نتیجتا حاصل می گردد که : الف – مواد ترکیبی هیچ گونه تاثیری در کار کل انقباض حجمی آلیاژی آلومینیوم ندارند.

ب – درصد انقباض متمرکز آلیاژهای آلومینیوم در اثر وجود هسته های غیر یکنواخت و ایجاد انجماد تقریبا خمیری کاهش شدیدا پیدا می نماید نکته اخیر از طرف محققین متعدد در حالی که مقدار ترکیبات غیر فلزی متشابه باشد مورد قبول قرار گرفته است .

تاثیر در خواص مکانیکی در این مورد مطالعات متعددی انجام گرفته است که جملگی بر این نظر متفق میباشد که گازها ، اینکلوژن ها ، خواص مکانیکی آلیاژ را شدیدا کاهش می دهند که برای جلوگیری از اطناب کلام تاثیر این مواد در خواص مکانیکی در شکل های 4-3 نشان داده شده است : سرباره از آنچه گفته شد نتیجه گرفته می شود که بسیاری از فعل و انفعالات درون مذاب انجام می گیرد که بر حسب وزن مخصوص ممکن است به صورت سرباره ( Dross ) ویا ته نشین ( لجن ) (Sludge ) درآیند .

علاوه برآن بسیاری از ترکیبات نیز به حالت شناور در مذاب باقی می مانند.

سربار و یا مواد ته نشین همواره با مقادیر زیادی آلومینیوم همراه می باشند که در صورت عدم تفکیک آنها اتلاف مذاب بسیار زیاد خواهد بود که در این مواقع از فلاکس ها و دگازرها استفاده می کنند که در بخش بعد مورد مطالعه قرار می گیرند.

از این رو ترکیبات مختلف که در جریان ذوب آلومینیوم حاصل می گردند بنابر وزن مخصوص و چگونگی توزیع در یکی از سه دسته سرباره ، ته نشین و شناور قرار خواهند گرفت که در جدول 2-1 مشخصات کلی آنها درج گردیده است .

در خاتمه یک بار دیگر منابع و منشاء وجود ترکیبات مختلف در مذاب آلومینیوم بطور خلاصه تشریح می گردند: فعل و انفعالات با هوا ، باعث تشکیل انواع اکسیدها ، حباب های گازی و نیترورها می گردد.

فعل و انفعالات با سوخت ، که باعث تشکیل انواع اکسیدها ، کربورها و حباب های گازی می شود.

فعل و انفعالات با مواد نسوز ، که اکسیدها و ناخالصی های فلزی را شامل می گردد.

فعل و انفعالات با وسائل ذوب ، که انواع اکسیدها و ترکیبات فلزی را حاصل می نماید.

فعل و انفعالات با مواد قالب ، که جذب گاز و اکسیداسیون را تشدید می نماید.

دخول مکانیکی عناصر و وسائل ذوب و قالب گیری در اثر عدم وقت.

بخش چهارم عملیات کیفی مذاب در ریخته گر ی آلیاژهای آلومینیوم بسیاری از عناصر بصورت های ناخالصی فلزی ، ترکیبات بین فلزی ، گازها و اینکلوژن ها از منابع متنوع و متعدد به مذاب افزوده می گردند که در صورت عدم کنترل دقیق بر آنها و یا انجام عملیات خاص جهت حذف این مواد و یا تقلیل خواص مضر آنان ، آلیاژ ریخته شده از کیفیت مطلوب برخوردار نخواهد بود.

وجود مواد اکسیدی ، حباب های گازی ، و درشت بودن شبکه از جمله مسائلی است که در ذوب آلومینیوم همواره مورد توجه و بررسی قرار می گیرد.

از این رو عملیات کیفی در مذاب آلومینیوم به دسته های مختلف تقسیم می گردد که به ترتیب و در حد جلوگیری از اطناب کلام در زیر مورد بررسی قرار می گیرند.

1-4 کنترل ترکیب آلیاژهای متعدد و متفاوت آلومینیوم هر یک به نوعی دارای ناخالصی های طبیعی هستند که در شمش های اولیه آنان موجود می باشد و علاوه بر آن شارژ نامناسب و عدم دقت در شارژ باعث بروز انواع ناخالصی ها در فلز مذاب می گردد .

عناصر ناخالصی اغلب از حد حلالیت متجاوز هستند و به صورت فازهای فلزی و ترکیبات فلزی در قطعه ریخته شده ظاهر می گردند.

ترکیبات بین فلزی هم چنین تحت تاثیر پدیده سگرگاسیون در مذاب حاصل میشوند که در عمل برای جلوگیری از این پدیده تنظیم شرایط ریخته گری و انجماد الزامی میگردد.

بعضی از عناصر متشکله آلیاژ مانند منیزیم ، برلیوم ، سدیم ، کلسیم در اثر حرارت های محیط ذوب و وجود هوا اکسیده می گردند و در صد اتلاف آنان در مذاب افزایش می یابد بخصوص اگر زمان نگاهداری مذاب در درجه حرارتهای بالا زیاد باشد از این رو ترکیب شیمیایی آلیاژ تغییرات عمده خواهد داشت ، از طرف دیگر عناصری مانند مس ، آهن ، کرم ، نیکل ، منگنز تمایل چندانی به اکسید شدن ندارند ولی پدیده سگر گاسیون در حضور این عناصر با سهولت بیشتری انجام می گیرد ، که برای جلوگیری از آن بهم زدن مذاب در طول ذوب و در زمان ریختن الزامی است ( بدیهی است بهم زدن مذاب بایستی به گونه ای باشد تا اکسیده شدن مذاب را تشدید نکند.

در بسیاری موارد برا ی جلوگیری از اکسیداسیون مواد شارژ آنها را با فلاکس (Coveral Flux ) پوشش می دهند .

در حالت کلی بایستی ترکیب دقیق مواد شارژ و در صد اتلاف کوره نسبت به هر یک از عناصر آلیاژی که به درجه حرارت آن نیز بستگی دارد کاملا از طریق تجزیه و آزمایش روشن گردد.

در جدول 1-4 درصد تقریبی اتلاف عناصر مختلف بر حسب نوع شارژ و کوره مورد استفاده درج گردیده است .

از جدول 1-4 نتیجه می گرد که برنوع کوره اندازه قطعات و همچنین چگونگی آلیاژ آن در میزان اتلاف موثر می باشد .

درآزمایشات مولف در آلیاژ که بصورت شمش و براده های ماشین شده انجام گرفت ثابت شد که میزان اتلاف ناشی از مراحل ذوب از 2% به 7% افزایش یافته است که قسمت اعظم این افزایش مربوط به اتلاف منیزیم و آلومینیوم بوده است .

آهن یکی از عناصریست که بسهولت از وسائل ذوب به آلومینیوم نفوذ می کند و به همراه منگنز و کرم در صورت وجود ، ترکیبات بین فلزی بسیار سخت تولید می کند و همچنین همراه با مقادیرزیادی آلومینیوم در ته بوته به صورت ته نشین ( لجن ) رسوب می کند .

برای جلوگیری از این امر بایستی توجه داشت که همواره رابطه زیر برقرار باشد :