دانلود تحقیق روش الکترولیز سه لایه

حمام مذاب در این روش از سه لایه جداگانه تشکیل می شود.

لایه تحتانی که مشخصه آندها را دارد از آلیاژ ناخالص تشکیل می شود و حدود 30% مس جهت افزایش وزن مخصوص به آن اضافه می گردد.

لایه میانی از فلاکس هایی تشکیل می گردد که دارای نقطه ذوب و وزن مخصوص بیشتری نسبت به آلومینیم خالص می باشند.

این فلاکس ها حاوی فلوئور آلومینیم و سدیم و مقداری کلرور باریم و فلوئور باریم هستند.

لایه فوقانی از آلومینیم خالص تشکیل می شود و مشخصه کاتدی دارد و برای اتصال جریان از کربن خالص استفاده می کنند و عمل تخلیص را انجام می دهند که حاوی درجه خلوصی حدود 99/99% می باشد.

این روش به دلیل هزینه زیاد فقط در مورد تولید آلیاژهای بسیار خالص از قراضه ها و برگشتنی ها مورد استفاده قرار می گیرند.

2-4- کاتدی همان گونه که در مباحث قبل و کتاب اصول ریخته گری تشریح گردیده است گازهای محلول در مایع بعد از انجماد به دلیل تنش سطحی مذاب و عدم امکان خروج کامل به صورت حباب هایی با اندازه های مختلف در قطعه ریخته شده باقی می مانند که خواص مکانیکی و وزن مخصوص قطعه را شدیداً کاهش می دهند.

در مورد ذوب آلیاژ های آلومینیم هیدروژن تنها گازی است که به صورت محلول در مایع و حباب در جامد ظاهر می گردد و از این رو عملیات گاززدایی (ئیدروژن زدایی) در ذوب آلومینیم و آلیاژهای آن از اهمیت خاص برخوردار است.

میزان حلالیت ئیدروژن در مذاب آلومینیم به درجه حرارت و فشار خارج (نسبت به فشار داخل) بستگی دارد و همین امر پایه و اساس گاززدائی آلومینیم را تشکیل می دهد.

لذا کنترل درجه حرارت برای اجتناب از جذب گاز که بایستی حداقل ممکن باشد اولین عاملی است که در جریان ذوب مورد توجه قرار می گیرد.

معمولاً درجه حرارت مذاب را 720-740 اختیار می کنند تا علاوه بر تهدید حلالیت گاز از سیالیت نسبتاً مناسب و ویسکوزیته کم برخوردار باشد.

1-2-4- ذوب در خلاء (فشار کم) ذوب در خلاء به دلیل عدم وجود گازهای محیطی علاوه بر تقلیل میزان هیدروژن از شدت اکسیداسیون و امکان وجود سایر ترکیبات غیر فلزی نیز می کاهد.

مهمترین اصل در این روش تقلیل فشار خارجی است که در نتیجه حلالیت ئیدروژن را به نسبت زیادی تقلیل می دهد.

این روش در صنایع امروز در حال توسعه است.

2-2-4- گاززدائی با گازهای بی اثر افزودن گازهای بی اثر مانند ازت، آرگون، باعث آن می گردد که فشار نسبی داخل مذاب افزایش پیدا کرده و در نتیجه از حلالیت ئیدروژن کاسته شود.

آزمایشات را نسلی نشان می دهد که چنانچه گاز آرگون و یا ازت به مقدار 1cc بر دقیقه به داخل مذاب رانده شود.

فشار داخلی راندمان استخراج ئیدروژن برابر 52% است و چنانچه گاز بی اثر برابر دقیقه 5cc به داخل مذاب دیده می شود.

بایستی توجه داشت که: PH2=pi که در آن در صد ئیدروژن در مخلوط گازی می باشد و از اینرو گازهای بی اثر مانند آرگون، هلیم، ازت (در صورت عدم وجود منیزیم) می توانند به عنوان مواد دگازر به کار روند.

آلومینیم مذاب معمولاً توسط آرگون خشک برای تقلیل فشار خارجی (افزایش فشار داخلی) به نسبت 100/1 گاززدائی می شود که در نتیجه مقدار ئیدروژن را از 34/0 سانتیمتر مکعب بر 100 گرم به 34% تقلیل می دهد.

و معمولاً این عمل در کوره های بوته ای ثابت توسط کپسول های گاز آرگون (مخلوط گازی) انجام می شود.

ترکیب فلوئور مضاعف سدیم سیلسیم Na2sif6 نیز که در درجه حرارت مذاب تجزیه می شود و گاز f4si را که نسبت به مذاب آلومینیم بی اثر است تولید می کند نیز با همان نتایج گازهای ازت و آرگون روبرو است جز آنکه سدیم حاصل نمی تواند در آلیاژهای منیزیم دار به کار رود.

3-2-4- گاززدائی با کلرو ترکیبات قابل تبخیر آن بهترین روش موثر در ئیدروژن زدایی از آلومینیم مذاب استفاده از کلر می باشد.

در 1000k که معمولاً درجه حرارت گاززدائی است انرژی فعل و انفعال عبارتست از: و چون PH=pc1 می باشد.

که همزمان ترکیبات MnCl2 , AlCl3 , NaCl2 , MgCl2 و Cacl2 نیز تشکیل می شوند که هر یک به نوبه خود در درجه حرارت مذاب قابل تبخیر بوده و به صورت گاز بی اثر و یا فعل و انفعال با ئیدروژن باعث تقلیل مقدار آن در مذاب خواهند شد نکته قابل توجه در آن است که برای انجام عمل دگازین و خروج ترکیبات غیر فلزی کلروره از مذاب بر اساس رابطه استوک 5 دقیقه اختلاف بین زمان ریختن و عمل گاززدائی الزامی است.

بدیهی است در کوره های بزرگ این زمان تا 15 دقیقه نیز افزایش می یابد به جای استفاده از گاز کلر اغلب ترکیبات قابل تبخیر آن و بخصوص هگزارکلرواتان C2CL6 استفاده می شود.

مقدار کمی از C به صورت پراکنده در مذاب باقی می ماند که در صورت وجود تیتانیم با یک سری فعل و انفعالات متعدد به مواد ترکیبی تبدیل می شود.

و در همان زمان نیز Tic حاصل همان گونه که در قسمتهای دیگر این بخش اشاره خواهد شد خاصیت ریسک کردن شیکه های آلومینیم را دارا می باشد.

در بسیاری از موارد تتراکلرورکربن Ccl4‌مخلوط با ازت نیز به عنوان مواد گاززدا به کار می رود.

و همچنین به دلیل مسموم بودن گاز کلر در کارخانجات امروز از مخلوط 3 به 1 گاز ازت و کلر استفاده می کنند.

بایستی توجه داشت که عمل گاززدائی هنگامی کامل صورت می گیرد که ویسکوزیته آلیاژ مذاب در اثر حذف اکسیدها و سرباره ها به طریق مختلف کاهش یافته باشد.

در شکل 1-4- تأثیر گاززدائی و زمان آن توسط کلر در یک نوع آلیاژ آلومینیم، سیلیسیم نشان داده شده است.

3-4- اکسیژن زدایی، خارج کردن مواد غیر فلزی فلاکس ها موادی هستند که برای افزایش کیفیت مذاب و تقلیل مواد ترکیبی (غیر فلزی) بدون تغییر کلی در ترکیب آلیاژ و یا با اندکی تغییر به کار می روند.

چگونگی فعل و انفعال فلاکس مذاب و چگونگی خروج اکسیدها از آن هنوز مورد تردید و بحث می باشد زیرا پایداری اکسید آلومینیم مانع از آن است که خروج این عنصر از مذاب به سهولت خروج اکسید آهن و اکسید مس انجام پذیرد.

نظرات مختلف ترکیبی (شیمیایی) و مکانیکی هنوز به قوت خود باقی است و مهمتر از همه نظریه (west) می باشد.

مبنی بر اینکه فلاکس ها در فصل مشترک ترکیبات و مذاب قرار گرفته و به سهولت آنها را از هم جدا می نمایند.

فلاکس ها و کاربرد آنان بسیار متنوع می باشد تقسیم بندیهای مختلفی در مورد آنان انجام گرفته است که مولف تقسیم بندی زیر را در مورد آلیاژهای آلومینیم مناسب تشخیص می دهد.

احیاء کننده ها (فلزات) فلاکس های گازی فلاکس های جامد محلول و یا نمکها قبل از تشریح انواع فلاکس ها توزیع این نکته ضروری است که اغلب ترکیبات فلاکسها دارای مواد گاززدا نیز می باشند و از اینرو فلاکس ها برای منظورهای مختلف و یا توامی از گاززدائی و خارج کردن مواد غیر فلزی و حفاظت مذاب بکار می روند و در صنایع ذوب آلومینیم از اهمیت ویژه برخوردارند.

1-3-4- احیاء کننده ها اکسید آلومینیم به سهولت توسط عناصر دیگر احیا می شود و فقط عناصر محدودی مانند کلسیم، منیزیم، لیتوم و برلیوم قادر به احیاء اکسید آلومینیم می باشند ولی اکسیدهای کلسیم و منیزیم به سرعت با اکسید آلومینیم ترکیب شده و اکسیدهای مضاعف 3Cao, Al2o3 , Mgo, Al2o3 (اسپنیل) تشکیل می دهند و از اینرو برای خروج اکسیدهای آلومینیم اثرات مفیدی ندارند در مقابل برلیوم برای کلیه آلیاژهای آلومینیم و بخصوص آلومینیم منیزیم توصیه شده است.

اکسید برلیوم علاوه بر قابلیت احیاء اکسیدهای آلومینیم و منیزیم می تواند اکسید فیلم غیر متخلخل در سطح مذاب تشکیل دهد و مانع از اکسیده شدن بیشتر مذاب شود.

با توجه به اینکه فاکتور تخلخل Beo برابر 4 می باشد در حالیکه این فاکتور برای Al2o3 نزدیک 2 و برای 0/8 Mgo است چگونگی حفاظت از سطح مذاب توسط اکسید فیلم مشخص می گردد.

برلیوم در شمش ها و قطعات هاردنربا 5/1% برلیوم و یا به صورت ترکیب Bef2 به مذاب اضافه می گردد.

در شکل 2-4 تأثیر افزایش برلیوم و درجه حرارت در تقلیل اکسید آلومینیم نشان داده شده است.

لیتیوم نیز که به صورت لیتیوم فلزی یا فلوئور لیتیوم Fli به مذاب آلومینیم افزوده می شود.

در تقلیل مقدار اکسیدهای آلومینیم و منیزیم تأثیر بسیار دارد ولی مشخصات کلی آن از برلیوم نامطلوبتر است زیرا قادر به تشکیل اکسید غیر متخلخل نیست و حفاظت فلز را مانند برلیوم انجام نمی دهد و از طرف دیگر به دلیل نقطه ذوب پایین ممکن است در مذاب حل شود.

در خاتمه این مبحث لازم به توضیح است که عناصری قادر به احیاء و استفاده در صنایع ذوب آلومینیم هستند که مشخصات زیر را داشته باشند: 1- نقطه ذوب و تبخیر بالا 2- وزن اتمی کم 3- وزن مخصوص کم 4-قطر اتمی کوچک و در بین عناصر برلیوم مشخصات فوق را به طور کامل دارد و از اینرو استفاده از آن در صنایع آلومینیم بیش از عناصر دیگر به عمل می آید.

2-3-4- فلاکس های گازی اکسیدها و مواد غیر فلزی شناور در مذاب می توانند با فلاکس های گازی فعال مانند Bcl3 , cl2 و یا ترکیبات قابل تبخیر مانند C2Cl6 از مذاب خارج شوند.

گرچه عناصر فوق برای گاززدائی به کار می روند ولی در جریان خروج از مذاب قادرند بسیاری از مواد غیرفلزی و و انیکلوژن ها را به طریق مکانیکی همراه خود به سطح مذاب انتقال دهند.

به هر صورت عمل دگازین با کلرورها و ترکیبات کلر تأثیر بسیار زیادی در خارج کردن مواد ناخواسته از آلومینیم مذاب دارند ولی بایستی توجه کرد که استفاده از این مواد اغلب با خورندگی بوته و ایجاد گازهای سمی روبرو می باشد.

فلاکس های حاوی کلر باعث اتلاف شدید منیزیم استفاده می کنند که به صورت مایع عمل فلاکسینگ را انجام می دهد.

گازهای بی اثر مانند ازت و آرگون تاثیر کمی در تصفیه مذاب از مواد ناخواسته دارند و از این رو عمل فلاکس های کلروره بیشتر در ایجاد ترکیب Alcl3 می باشد که قادر است در فصل مشترک اکسیدها و مواد مذاب قرار گرفته و همراه خود آنها را خارج سازد.

انواع و اقسام کلرورها و فلاکس های قابل تبخیر در ذوب آلومینیم بکار می روند که مهمترین آنها عبارتند از:‌ TiCl4 , BCl3 , Cl3Al , Cl2Mg , ClNH4 , Cl2Zn استفاده از فلاکس های مختلف بایستی متناسب با ترکیب شیمیایی آلیاژ باشد و در غیر اینصورت ناخالصی های فلزی در آلیاژ افزایش می یابند: هگزاکلرواتان C2cl6 جامد می باشد ولی در درجه حرارت مذاب تجزیه شده و با آلیاژ ترکیب می شود در این حالت یکی و یا تمام فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد.

3-3-4- فلاکس های جامد یا نمک ها بیشتر فلاکس های قابل حل در مذاب آلومینیم مخلوطی از فلوئورهای قلیایی و کلرورها می باشند و هیچ کدام از آنها قادر به تجزیه اکسیدها به حالت فلزی نیستند.

ولی فلاکس های ساخته شده از کریولیت می توانند مقدار کمی از Al2O3 را در خود حل نمایند و از این رو مهمترین عمل فلاکس ها جدا کردن فلز و آلیاژ از سرباره، اکسیدها و لجن ها می باشد.

برای انجام این عمل بایستی تنش های جذبی بین آلومین و فلاکس و آلومینیم و فلاکس بیشتر از قابلیت چسبندگی آلومین و آلومینیم باشد.

کیسلینک kissling معتقد است که فلاکس ها عموماً فیلم نازکی بین ترکیبات ناخواسته و مذاب پدید می آورند که همین امر باعث جدا شدن و خارج شدن آنها می شود.

فلاکس های فلوئوره در برخورد با مذاب تولید Alf3 می نمایند که به دلیل گاز بودن بسیاری از مواد شناور را با خود خارج می نماید.

همچنین انجام فعل و انفعالات زیر نیز امکان پذیر است: فلاکس های مورد استفاده در آلیاژهای آلومینیم، منیزیم بیشتر بر اساس CaCl2 , Cl2Mg , Cik قرار دارند.

علاوه بر فلاکس های مذکور فلاکس های دیگری که قادرند با تشکیل فیلم ضخیم در سطح مذاب از ورود گاز و اکسیژن به داخل آن جلوگیری نمایند به نام فلاکس های پوششی (Coverals) بکار می روند.

مشخصه عمومی این فلاکس ها وزن مخصوص کم و نقطه ذوب پایین و نقطه تبخیر بالاتر از درجه حرارت مذاب می باشد و از این رو به صورت مایع در سطح مذاب قرار می گیرند.

این فلاکس ها با ترکیبات مختلف اغلب بر مبنای ترکیبات CaCl2 , Fna , Clk , ClNa قرار دارند که معمولاً همراه با فلز جامد شارژ می گردند.

در جدول 2-4- ترکیبات فلاکس های مختلف که در ذوب آلیاژهای آلومینیم به کار می روند درج شده است و همچنین تأثیر فلاکس ها و دگازرها در وزن مخصوص آلیاژ آلومینیم در شکل 3-4- نشان داده شده است.

4-4- تصفیه: فیلتر کردن به دلایل اشکالات متالورژیکی ناشی از مصرف فلاکس ها سیستم فیلتر کردن در صنایع آلومینیم توسعه روزافزون یافته است و این امر با استفاده از مواد متخلخل در سیستم های راهگاهی و یا در مخازن نگاهداری مذاب و یا در سیستم های فیلتر مجزا انجام می گیرد که هر یک در نوع خود از مزایا و محدودیتهایی برخوردار است.

استفاده از فیبرهای شیشه ای در قسمتهای مختلف راهگاه شکل 4-4- از ابتدایی ترین سیستم فیلتر کردن مذاب آلومینیم می باشد و همچنین سه روش عمده فیلتر کردن به نام های 94- AlCoa 181- AlCoa و 469 AlCoa هر یک دارای مشخصات متفاوتی است که روش عمده در آنها عبور مذاب از میان مواد نسوز و بی تأثیر می باشد که اغلب این مواد با فلاکس پوشیده شده اند و یا اینکه عمل فیلتر و فلاکس و دگازین تواماً در آنها انجام می گیرد شکل های 5-4- روش دیگری نیز توسط Emly تهیه شده که بیشتر بر مبنای توامی فلاکس و فیلتر قرار دارد.

آزمایشات مولف در سیستم های مختلف فیلتر که عموماً بر مبنای تغییرات مواد نسوز درون فیلتر استوار گردید بر این نکته تأئید نمودند که مواد مورد استفاده به عنوان فیلتر بایستی دارای شرایطی باشند تا بتوانند از ورود مواد شناور به مذاب جلوگیری کرده و همچنین خود موادی به آن القاء ننمایند.

لذا شرایط مواد فیلتر به صورت زیر دسته بندی می گردند: اندازه مواد فیلتر: اندازه ذرات در راهگاههای عبوری مذاب موثر بوده و در صورت کوچک بودن قادر به جلوگیری از ذرات شناور ریزتر نیز می باشند.

شکل مواد: فشردگی مواد گوشه دار به مراتب بیشتر از مواد کروی می باشد و از این رو دهانه عبور مذاب در چنین حالتی کوچک تر می باشد.

سطح خارجی: سطح متخلخل مواد فیلتر همواره جای مناسبی برای رسوب مواد ناخواسته ایجاد می کند و از این رو عمل فیلتر کردن به سهولت انجام می گیرد.

قابلیت چسبندگی مواد توسط مذاب از اهم مطالبی است که در مورد فیلتر بایستی رعایت گردد.

در خاتمه عمل فیلتر و بی اثر بودن مواد در مقابل فعل و انفعالات مذاب نیز جزء پارامترهایی است که دقیقاً مورد توجه قرار می گیرد.

در این مورد اکسید آلومینیم، بوکسیت و کالبرایت (% 38 Al2O3 , Sio2) بهترین مواد برای فیلتر کردن مواد مذاب تشخیص داده شده است.

تأثیر فیلتر کردن در حذف مواد ناخواسته و افزایش خواص مکانیکی آلیاژ دورآلومین در جدول 4-4- درج گردیده است.

5-4- ریز کننده ها qrainrefiners ریزکننده ها ذرات جامد معلق در مایع می باشند که به عنوان هسته های غیر یکنواخت در انجماد عمل می کنند و با افزایش تعداد هسته ها باعث کوچک و یکنواخت شدن شبکه های کریستالی آلیاژ جامد می گردند.

مشخصات عمومی این عناصر در کتاب اصول ریخته گری تشریح گردیده اند که نقطه ذوب بالا شباهت ساختمان کریستالی و نزدیکی ابعاد سلولی به ساختمان جامد آلومینیم و قابلیت چسبندگی Wetability از آن جمله می باشند.

Tic که در cْ 3250 ذوب می شود و دارای ساختمان کریستالی FCC است ضلع ثابت آن 329/4=ْa قطر اتمی تیتان و کربن به ترتیب برابر 91/2 و 54/1 آنگسترم می باشد و نسبت اندازه اتمی Tic به آلومینیم برابر می باشد که تغییرات ابعادی آن 7% + و دقیقاً می تواند به عنوان هسته غیر یکنواخت در آلومینیم مذاب حضور داشته باشد.

TiN همچنین با ساختمان ClNa و ضلع ثابت 23/4 و نقطه ذوب cْ 2950 یکی دیگر از ترکیبات برای کوچک کردن دانه های ساختمان آلیاژهای آلومینیم می باشد.

ترکیبات تیتان توسط هاردنرهای آلومینیم و تیتانیوم و یا توسط فلاکس K2Tif6 به مذاب افزوده می گردد.

زیرکنیوم که همراه با فلاکس K2Zrf6 به مذاب افزوده می گردد ( این فلاکس خاصیت گاززدائی مهمی ندارد) در آلیاژ مذاب تبدیل به Zrc می گردد که در ساختمان FCC نوع نمک طعام دارای ثابت کریستالی 763/4=a و نسبت سلولی می باشد و بالطبع خاصیت ریز کردن کمتری از Tic , Tin دارد.

تلقیح ترکیبات بر به صورت KBF4 که در درجه حرارت مذاب به سهولت به KF و BF3 تجزیه می شود.

در ریز کردن شبکه کریستالی آلومینیم تأثیر فراوان دارد.

BF3 در اثر ترکیب با آلومینیم تولید ALB2 می نماید که دارای ساختمان کریستالی منشور می باشد و تا حرارت Cْ 1350 پایدار است و بعد از آن به AlB12 تبدیل می گردد.

ثابت کریستالی AlB2 01/3=a و 25/3=C می باشد و از اینرو نسبت سلولی این عنصر و آلومینیم زیاد می باشد ولی در تحت پدیده ای که هنوز مشخص نگردیده است تاثیر B در ریز کردن دانه های کریستالی آلومینیم از Tic نیز بیشتر است.

تیتانیوم موجود در آلومینیم و همچنین زیرکنیوم نیز به سهولت با B ترکیب شده و ترکیبات TiB2 و ZrB2 در ساختمان های منشوری پدید می آورند که تأثیر آنها در ریز کردن دانه های کریستالی قابل ملاحظه است.

در حالت کلی افزایش 1/0 درصد وزنی تیتانیوم و 01/0 درصد وزنی بر برای ریز کردن و یکنواخت کردن کامل شبکه کافی است.

کرم می تواند با بر ترکیب شده و CrB حاصل بخصوص در حضور تیتانیوم بشدت موثر می باشد.

مهمترین عنصر در ریز کردن دانه ها وجود تیتانیوم می باشد و بایستی توجه کرد که چنانچه مقدار تیتانیوم از حدود بحرانی 2/0 درصد تجاوز نماید بسیاری از اینترمتالیک های تیتان حاصل می گردد که قابلیت مکانیکی آلیاژ را شدیداً کاهش می دهند.

از طرف دیگر وجود بر بیش از اندازه مورد لزوم (03/0 درصد) باعث افزایش مقدار ئیدروژن محلول در مذاب می گردد.

ذوب مجدد آلیاژهای حاوی تیتانیوم و بر امکان ریز نمودن شبکه را ندارد و ترکیبات مختلف در مذاب بدون تأثیر خواهند بود و همچنین گاززدائی و عملیات فلاکس تأثیر ریزکننده ها را از بین خواهد برد از اینرو بایستی این مواد در انتهای عملیات ذوب افزوده شوند و به دلیل امکان رسوب ترکیبات زمان نگاهداری مذاب بعد از عملیات ریز کردن نبایستی طولانی باشد.

در خاتمه توضیح این نکته ضروریست که ریز کردن دانه ها تحت تأثیر شرایط سرد کردن نیز انجام می گیرد و بخصوص در شمش ریزی های مداوم و نیمه مداوم به دلیل سرعت زیاد انجماد اندازه کریستال ها بسیار کوچک می باشند و از طرف دیگر ریز کردن دانه ها که قابلیت کار مکانیکی آلیاژ را افزایش می دهد بیشتر در مورد آلیاژهای نوردی مورد استفاده قرار می گیرد و آلیاژهای ریختگی فقط در اثر شرایط خاص مشمول این عملیات می گردند.

سدیم در آلیاژهای آلومینیم – سیلسیم (سیلومین ها) نه به عنوان ریز کننده و هسته های غیر یکنواخت بلکه به عنوان ظریف کننده بکار می رود در مقابل این عنصر در مورد آلیاژهای منیزیم دار بسیار مضر می باشد.

سدیم اغلب بصورت فلاکس های کلروره و فلوئوره ClNa , Naf بکار می رود که عملاً ساختمان سوزنی شکل و پراکنده سیلسیم در آلومینیم را متمرکز و به صورت کروی در می آورد.

افزودن سدیم به آلیاژ آلومینیم ، سیلسیم باعث وجود ترکیب سه گانه NaAlSi می گردد که زیان چندانی ندارد و فقط شبکه سیلومین را ظریف می نماید و در حضور منیزیم ترکیب فوق در جهت ایجاد سدیم آزاد که خواص مکانیکی آلیاژ را شدیداً در اثر جذب ئیدروژن تقلیل می دهد عمل می نماید.

تأثیر ظریف کردن آلیاژهای سیلسیم دار توسط سدیم در آلیاژی با 10% سیلیسیم در جدول 5-4- نشان داده شده است.

در خاتمه این مبحث لازم به تذکر است که کارخانجات سازنده مواد مختلف جهت تصفیه اکسیژن زدائی، گاززدائی و ریز کردن دانه ها مواد ترکیبی مناسب را به صورت قرص های متفاوت تهیه و تحت نام های تجارتی مختلف به فروش می رسانند.

بخش پنجم مشخصات آلیاژهای آلومینیم آلومینیم به دلیل خواص ضعیف مکانیکی کمتر در صنعت به صورت خالص مورد استفاده قرار می گیرد.

از طرف دیگر این عنصر با عناصر فلزی و غیر فلزی مانند مس، منیزیم، سیلسیم، روی و منگنز و کرم، قلع و تیتانیوم حدود 200 نوع آلیاژ مختلف نوردی و ریخته گری تولید می کند که اغلب آنها با انجام یک سری عملیات حرارتی خاص دارای خواص مکانیکی و مهندسی نزدیک به فولاد می گردند که چنانچه نسبت به وزن مخصوص آلیاژهای این عنصر سنجیده شود قبول نیروهای مکانیکی و با انتقال الکتریکی آنان بیش از فولادها و آلیاژهای مس می باشد.

اغلب عناصر قابلیت انحلال کمی در آلومینیم جامد دارند و از اینرو وجود فازهای دوم و ترکیبات بین فلزی متعدد در این آلیاژ انجام عملیات حرارتی را مقدور می سازد.

همچنین در ساخت آلیاژهای این عنصر به دلیل نقطه ذوب پایین اغلب هاردنرهای آن مورد استفاده قرار می گیرند که در این مبحث مشخصات ریخته گری و خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیم و ترکیبات آلیاژ سازهای آن مورد مطالعه واقع می شوند.

1-5- آلومینیم، مس تأثیر مس در آلومینیم توسط دیاگرام تعادل دو گانه مس –آلومینیم در شکل 1-5- نشان داده شده است.

این دیاگرام نشان می دهد که حلالیت مس در آلومینیم جامد با افزایش درجه حرارت از 5/0 درصد در حرارت محیط به 65/5% در درجه حرارت او تکتیک ازدیاد پیدا می کند.

مس مازاد بر حلالیت در هر درجه حرارت در شبکه به فرمول تقریبی CuAl2 ظاهر می شود که سخت و شکننده است و از این رو افزایش مس در آلومینیم باعث افزایش درصد فاز و در نتیجه افزایش مقاومت و سختی آلیاژ و کاهش انعطاف پذیری آن می گردد.

و همچنین سیالیت آلیاژ را به مقدار کمی کاهش می دهد اغلب آلیاژهای آلومینیم و مس کمتر از 10% مس دارند و آلیاژهای صنعتی آنها نیز حدود 2 تا 5% مس دارند.

آلیاژهای معروف دور آلومین نیز حدود 5/3 تا 5/4 درصد مس دارند (عناصر دیگر : منیزیم 5/1-1% و سیلیسیم 6/0 درصد) بر اساس آنچه قبلاً توضیح داده شده است مس شدت اکسیداسیون مذاب و همچنین درصد حلالیت ئیدروژن را کاهش می دهد.

آلیاژهای آلومینیم و مس به سهولت عملیات حرارتی محلولی (Solution treatment) و زمان سختی (ago hardening) را پذیرا می شوند.

بخصوص چنانچه عناصر دیگری مانند منیزیم و سیلیسیم و روی در آلیاژ وجود داشته باشند در شرایط معمولی سرد شدن برای آلیاژهای تا 5% مس فاز و فاز محلول جامد آلومینیم در کنار هم قرار می گیرند که حرارت دادن آلیاژ تا حدود 420 سانتیگراد و نگاهداری آن تا مدت 8 ساعت و سرد کردن سریع باعث ایجاد محلول جامد اشباع شده و حذف فاز می گردد.

برای ازدیاد مقاومت این آلیاژ عملیات رسوب سختی (زمان سختی) در درجه حرارت cْ 180 و به مدت حداکثر تا 5 ساعت سختی آلیاژ و خواص مکانیکی آن را بعد از عملیات حرارتی محلولی افزایش می دهد.

چون انجام عملیات حرارتی در مورد آلیاژها جزء مشخصات اصلی این کتاب نیست فقط اشاره به این نکته کافی است که آلیاژهای آلومینیم و مس (بیش از 2% مس ) جزء آلیاژهایی است که عملیات حرارتی روی آنها انجام می گیرد.

1-1-5- تولید آلیاژ مس به دلیل نقطه ذوب بالا 1083 درجه سانتیگراد به صورت خالص به آلیاژ اضافه نمی شود و بیشتر از هاردنر 50-50 و هاردنر اوتکتیک 33-67 استفاده می کنند برای ساخت هاردنرها ابتدا مس را ذوب می کنند و از ایجاد حرارت فوق ذوب جلوگیری نموده و آلومینیم را در قطعات کوچک و بدفعات 4 تا 5 مرتبه به آن می افزایند.

در عمل بعد از ذوب آلومینیم درجه حرارت فوق ذوب را تا cْ30 بالا می برند و سپس هاردنر را به نسبت مورد لزوم به آن می افزایند.

کلیه عملیات کیفی مذاب بعد از افزایش مس انجام می گیرد و فقط فلاکس های پوششی قبل از افزایش هاردنر مس همراه با شارژ به بوته داده می شوند.

2-5- آلومینیم – سیلیسیم سیلیسیم در تمام آلیاژهای تجارتی آلومینیم وجود دارد و در انواع آلیاژهای ریخته گری و بخصوص در سلومین ها مقدار آن تا 13% می رسد.

از دیاگرام تعادل این دو عنصر نتیجه می گردد که حلالیت سیایسیم در آلومینیم در درجه حرارت محیط ناچیز است و از 05/0 درصد تجاوز نمی کند و سیلیسیم نامحلول با فاز آلومینیم با حلالیت ناچیز در شبکه ساختمانی خود باقی می ماند که دارای ساختمان اوتکتیکی و درشت و سوزنی شکل است و به همین دلیل به وسیله سدیم شبکه آن در ظریف می کنند.

تأثیر سیلیسیم در خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم به ساختمان میکروسکپی و چگونگی انجماد آن بستگی دارد و از این رو این آلیاژ در شرایط مختلف تولید (ماسه، فلزی، تحت فشار) خواص متفاوتی دارد که در شکل 3-5 مشخصات کلی آنان درج گردیده است و از آنها چنین استنباط می گردد که قالب های فلزی بهترین نتیجه را در ریخته گری این آلیاژ دارد.

این آلیاژها عملیات حرارتی بخصوصی ندارند و خواص مکانیکی آنها تغییرات عمده ای در اثر عملیات محلولی و زمان سختی ندارد.

سیلیسیم با افزایش سیالیت آلیاژ (ترکیب اوتکتیک) و کاهش درصد جذب گاز و تسهیل انجماد پوسته ای خواص ریخته گری آلیاژ را بهبود می بخشد و از این نظر آلیاژ بسیار مناسبی می باشد.

سیلیسیم معمولاً به صورت هارد نر آلومینیم – سیلیسیم با ترکیب 13% یا 22% سیلیسیم به مذاب افزوده می شود که این آلیاژ خود در اثر القاء سیلیسیم خورده شده به مذاب آلومینیم تولید می گردد.

سیلومین ها به سهولت در آلومینیم مذاب حل می شوند نقطه ذوب آنها حدود cْ 580 می باشد.

بایستی توجه داشت که اعمال دگازین و فلاکسینگ همواره قبل از ظریف کردن با سدیم انجام می گیرد.

3-5- آلومینیم و منیزیم چگونگی واکنش منیزیم در آلومینیم تقریباً مانند مس می باشد و دیاگرام تعادل این دو عنصر در شکل 4-5- نشان داده شده است که مشخص کننده تغییرات حلالیت منیزیم در آلومینیم (فاز ) از 9/14% در درجه حرارت اوتکتیک cْ451 تا 9/2% در درجه حرارت محیط است.

فاز B (فاز میانی) تقریباً سخت و از مازاد حلالیت منیزیم در آلومینیم حاصل می گردد و از این رو آلیاژهای آن (بیش از 3% منیزیم) عملیات حرارتی را می پذیرند.

منیزیم تأثیر شدیدی در ایجاد انواع ترکیبات فلزی و غیرفلزی مانند Mg2Si, MgO, Al2O3, Mgo.

Mg3N2, MgCl2 دارد که هر یک به شدت خواص مکانیکی در ریخته گری آلیاژ را تقلیل می دهند.

آلیاژهای منیزیم آلومینیم به دلیل شدت اکسیداسیون و جذب گاز در عملیات ذوب احتیاج به محافظت بیشتری دارند و همان گونه که در بخشهای پیشین ذکر گردید انواع و اقسام فلاکس ها و دگازرهای حاوی سدیم نمی توانند در این آلیاژ بکار روند.

1-3-5- تولید آلیاژ آلیاژهای منیزیم تا 2% می توانند مستقیماً با افزایش منیزیم خالص به مذاب ایجاد گردند.

بدیهی است اتلافات در جریان ذوب این عنصر همواره زیاد می باشد و از این رو اغلب از هاردنر Al-Mg با 10 درصد منیزیم استفاده می کنند.

اکسیژن زدائی در این آلیاژها توسط برلیوم انجام می گیرد که در مباحث قبلی مورد مطالعه قرار گرفته است.

سیالیت آلیاژهای حاوی منیزیم کم می باشد از این رو سیستم های راهگاهی معمولاً از اندازه های عادی بزرگتر در نظر گرفته می شوند و همچنین فعل و انفعالات قالب و مواد آن در این آلیاژ شدید است.

4-5- سایر آلیاژها آلیاژهای چندگانه (آلومینیم ، منیزیم، مس) آلومینیم ، روی و مس و آلومینیم – منیزیم – سیلیسیم هر یک در صنایع ریخته گری مورد استفاده فراوان قرار می گیرند که مشخصات عمومی ترکیبی آنها در بخش اول نشان داده شده است.

این آلیاژها همواره حاوی ناخالصی های آهن، روی، قلع، آنتیموان، کادمیوم و سرب می باشند که با ایجاد فازهای میانی و ترکیبات فلزی خواص آلیاژ را تغییر می دهند.

بیشتر آلیاژهای ریخته گری آلومینیم را می توان به یکی از دستجات زیر منصوب نمود: آلومینیم – مس که در سیستم ASTM با کد C مشخص گردیده اند و بر حسب مقدار مس (بیش از 2 درصد) به قابل عملیات حرارتی و غیرقابل عملیات حرارتی تقسیم می شوند.

آلومینیم- سیلیسیم که عموماً عملیات حرارتی ندارند و در سیستم ASTM با کد S مشخص می گردند.

آلومینیم- مس- سیلیسیم که از نظر عملیات حرارتی بر حسب ترکیب به دو دسته اصلی تقسیم می شوند و با کد SC یا CS مشخص می گردند.

آلومینیم – منیزیم با کد G که همچنین از نظر قبول عملیات حرارتی به دو دسته تقسیم می شوند.

آلومینیم – سیلیسیم – منیزیم که عملیات حرارتی در آنها موثر است.

آلیاژهای آلومینیم- روی آلیاژهای مخصوص ، مس- نیکل- آلومینیم و مس – قلع – آلومینیم در دسته بندی فوق آلیاژهائی که عملیات حرارتی را قبول می کنند تحت تأثیر عملیات حرارتی محلولی خواص مکانیکی مطلوب می یابند و همچنین این آلیاژها در اثر عملیات حرارتی و تغییر شکل ترکیبات فلزی ناشی از ناخالصی ها از شکنندگی زیاد بر کنار می مانند.

5-5- خواص مکانیکی و ریخته گری آلیاژهای آلومینیم مسلماً اولین نیاز در ریخته گری و تولید هر آلیاژ خواص مکانیکی و مقاومت های مکانیکی آن می باشد همچنین قابلیت ماشین کاری مقاومت به خورندگی، هدایت و قیمت تمام شده از جمله مسائلی است که بایستی مورد توجه قرار گیرند.

همچنین بسیاری از آلیاژها به دلیل انجماد و جهات انقباضی فقط در یک سیستم خاص تولیدی تهیه می شوند و یا مرجح می گردند.

در این قسمت به جای هر گونه شرح و بسط در جداول 1-5 تا 11-5 مشخصات ریخته گری مکانیکی و فیزیکی آلیاژهای مهم ریخته گری و استانداردهای مختلف آن در حد امکان درج گردیده است.

نکات قابل توجه در استفاده از جداول این بخش به شرح زیر می باشد: جداول 1-5 مشخصات ریخته گری و موارد استفاده آلیاژهای ریخته گری در سیستم انگلیسی که ترکیب شیمیایی آنها در جداول 3-1 درج شده است را نشان می دهد در این جدول حروف استفاده شده به ترتیب عبارتند از: E مالی G خوب F متوسط P ضعیف U نامناسب جدول 2-5 مقاومت و خواص مکانیکی آلیاژهای ریختگی در سیستم انگلیسی را در دو نوع ریخته گری در ماسه و در قالب فلزی نشان می دهد در این جدول علائم استفاده شده عبارتند از: M شرایط ریختگی W عملیات حرارتی محلولی P عملیات رسوب سختی یا زمان سختی در جدول 10-5 خواص مکانیکی آلیاژهای ریخته گری در تحت شرایط مختلف عملیات حرارتی درج گردیده است نکات حائز اهمیت در این جدول عبارتند از: F شرایط ریخته گری T4 عملیات حرارتی محلولی T6 عملیات حرارتی محلولی و رسوب سختی TT آنیل شده (نرم شده) T5 عملیات حرارتی زمان سختی T7 عملیات حرارتی محلولی و زمان سختی زیاد در خاتمه باید اضافه کرد که جداول 1-5 تا 11-5 به نوعی ارائه گردیده است که علاوه بر استفاده آموزشی و کلاسیک قابلیت استفاده عملی و تکنولوژیکی را نیز داشته باشد.