تاريخچه آلومينيم:
در بيشتر فرآيندهاى استخراجى الكتريسيته نقش بسزايى دارد، مانند: فرآيند هال- هرول قرن 19 كه گام مؤثرى در استفاده از نيروى برق براى توليد فلز مى باشد. در انگلستان همفرى ديوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج اين فلز(آلومينيم) از تركيبات آن كوشيد ولى تنها آلياژى از آلومنيوم، آهن به دست آورد. كوششهاى بعدى او در اين مورد نيز نتيجه اى نبخشيد. ديوى عنصرى راكه سعى مى كرد از اكسيدآلومينيم (كه درآن زمان هم آلومينا" ناميده مى شد) به دست آورد آلومينيمAluminium) )(آلومينيم) ناميد،و
بعد ها آلومينيم Aluminum آلومينم ناميد، كه اين نام اخير هنوز در آمريكا مصطلح است، ولى در كشورهاى انگليسى زبان و در اروپا آلومينيم را به كار مى برند. در سال 1825 فيزيكدان دانماركى هانس كريستين اورستد روش ديگرى براى استخراج را آزمايش كرد، حبه هاى كوچكى از فلز را كه احتمالأ حاوى آلومينيم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را بايد راهگشاى واقعى دستيابى به آلومينيوم محسوب كرد. فريدريش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به كارگيرى آن در تحقيقات بيشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومينيوم را به صورت ورقه هاى نازك توليد كند. در همان سال او خواص شيميايى اين فلز را براى اولين بار گزارش كرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادير كمى آلومينيم را به صورت ذرات سوزنى شكل توليد كن كه براى اولين بار از آنها براى تعيين خواص فيزيكى اين فلز استفاده كرد. هانرى سن كلردوويل فرانسوى بر اساس نتايجى كه وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بيشترى شد و روش ديگرى كه از نظر فنى براى استخراج آلومينيوم عملى بود به دست آورد. اولين قطعه آلومينيم توليد شده به اين روش، خلوصى بين 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمايشگاه بين المللى پاريس به نمايش گذاشته شد. در آن زمان
هنوز آلومينيم را به عنوان فلزى كمياب، بسيار گران مى شناختند كه نمى توانستند قيمتى براى آن تعيين كنند چون هنوز فقط چند كيلوگرم از آن را در دست داشتند. گفته مى شود كه در قصر ناپلئون سوم فقط براى او، ملكه، ميهمانان ويژه، اعضاى خاندان سلطنتى از ظروف آلومينيمى استفاده مى شد و براى ساير ميهمانان از ظروف طلا استفاده مى كردند. در سال 1886 پل. هرولت فرانسوى، چارلز مارتين هال آمريكايى همزمان، مستقل از هم توانستند از طريق تجزيه الكتروليتى اكسيد آلومينيم حل شده در مذاب كريوليت اين فلز را توليد كنند. در آن زمان، تهيه انرژى الكتريكى لازم براى الكتروليز ديگر مشكلى نبود، زيرا در سال 1866 ورنرفون زيمنس آلمانى
دينام
ژنراتور را اختراع كرده بود. امروزه در كليه فرآيندهاى توليد آلومينيم در سراسر دنيا همچنان بر اساس اصول كلى كشف شده توسط هرولت و هال عمل مى شود و بنابراين مى توان گفت سال1886، سال آغاز توليد صنعتى آلومينيم است. در آن زمان، قبل از اين كه بتوان عمل استخراج فلز را در مقياس بزرگ آغاز كرد يك مشكل ديگر به وضوح به چشم مى خورد و آن توليد ماده اوليه يعنى اكسيد آلومينيم از سنگ معدن بوكسيت در مقياس زياد بود. باير اتريشى در سال1893 با حل كردن بوكسيت در سود سوزآور براى تهيه اكسيد از بوكسيت فرآيندى مقرون به صرفه به دست آورد. امروزه اغلب كارخانجات تهيه اكسيدآلومينيم، اكسيد
لازم براى الكتروليز را بر اساس فرآيند باير تهيه مى كنند
-خواص آلومینیم
آلومینم دارای خواص بسیار گسترده ای است که مهمترین آن ها به قرار زیر است ؟آلومینیم سبک است به طور یکه یک متر مربع از ورق آلومینمی به ضخامت یک 7/2 کیلو گرم وزن دارد وزن چنین وزن ورقی اگر از فولاد باشد 8/7 کیلوگرم و اگر از مس یاشد 9/8 کیلوگرم است در عین حال از 2/7 کیلو گرم می توان یک متر مربع ورق آلومینمی به ضخامت یک میلیمتر تولید کرد اما برای تولید 34/0 متر مربع ورق فولاد به 7/2 کیلو گرم فولاد و برای تهیه 30/0 متر مربع ورق مس به 7/2 کیلو گرم مس نیاز داریم سیک بودن آلومینیم سیی می شود با وجود بالا تر بودن قیمت یک کلیو گرم آن در مقایسه با آن فولاد و سایر فلزات سنگین رقیب مناسبی در مقابل آنها محسوب شود یکی دیگر از خواص بسیار گسترده آلومینیم محکم بودن آن است برخی از آلیاژهای آلومینمی استحکامی قابل مقایسه با استحکام فولاد های ساختمانی غیر آلیاژی دارند آلومینم هم مانند تمام فلزات دیگر هر چه خالصتر باشد استحکام کمتری دارد استحکام این فلز به روش های مختلف می توان تا 540 یا بیشتر افزایش داد آلومینیم در مقابل خوردگی اتمسفری و در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است آلومینمی را به آسانی می توان شکل داد وروی آن کار کدر می توان این فلز را نورد کرد چکش کاری کرد ، فشار کاری ( اکستروژن ) کرد چین داد شیار دار کرد لبه داد حک کرد هم کرد برش داد کشش عمیق داد و برید همچنین می توان آلومینیم را اره کرد مته زد تراش داد سنگ زد پرداخت و حتی به ضخامت 004/0 میلی متر نورد کرد ریخته گری آلومینم همراه سیلیسیم منیزیم مس به عنوان عناصر آلیاژِ در قالبهای ماسه ای فلزی وتحت فشار (تزریقی ) آسان است آلومینم را می توان از طریق کلید روش های معمولی جوشکاری و لحیم کاری چسب زدن یا پرچکاری به هم اتصال داد آلومینم از نظر حرارتی و هدایت الکتریکی هادی بسیار خوبی است
-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):
این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود.
نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم .
-مشخصات فيزيكي مس:
مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب دارد
مس داراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد . :
1- داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد
2- داراي سياليت كم
3- اكسيداسيون بالا
4- 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 :1- شمش هاي اوليه 2-شمش هاي ثانويه 3-قراضه ها 4- برگشتي ها 5- 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 .
-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
3- 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
-مشخصات كلي آلومينيوم و آلياژهاي آن:
خصوصيات انواع مختلف آلياژهاي ريختگي آلومينيوم، براساس عنصر آلياژي اصلي طبقه‌بندي مي‌شوند. به عنوان مثال: Al-Mg-Al و غيره. هر كدام از آلياژها بوسيله‌ي تركيب شيميايي اصلي آنها مشخص مي‌گردند.
اگرچه آلياژهاي ريختگي در دسترس، بسيار متفاوت مي‌باشند، تعداد آلياژهايي كه در حجم زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بسيار اندك هستند. انتخاب آلياژها براي قطعات ريختگي كه بوسيله‌ي فرآيندهاي مختلف ريخته‌گري توليد مي‌شوند، در وحله‌ي اول به تركيب آلياژ كه به نوبه‌ي خود كنترل كننده‌ي مشخصات آلياژ، از قبيل دامنه‌ي انجماد، سياليت و غيره مي‌باشد، قطعات ريخته‌گري شده در ماسه كمترين محدوديت را در رابطه با انتخاب آلياژ ايجاد كرده و به طور معمول در موردآلياژها بكار مي‌رود.
در مورد آلياژهاي مورد استفاده در ريخته‌گري تحت فشار مسأله‌ي اصلي دماگداز پايين آلياژ مي‌باشد كه باعث افزايش سرعت توليد و كاهش سائيدگي قالب مي‌گردد.
گروههاي مختلف آلياژهاي آلومينيوم را مي‌توان برحسب ترتيب كاهش قابليت ريخته‌گري بصورت ××7، ××4، ××5، ××2 و ××7 طبقه‌بندي نمود. مقاومت به خوردگي اين آلياژها نيز تابع تركيب شيميايي بوده و آلياژهاي عاري از مس معمولاً مقاومت برخوردگي بيشتري نسبت به آلياژهاي حاوي مس دارند. آلياژهاي سري ××8 كه عنصر آلياژي آن قلع مي‌باشد، براي ياتاقان‌ها استفاده مي‌شوند.
-آلياژ آلومينيم مس : Al-Cu
-مشخصات كلي آلياژ Al-Cu:
AlCuكه با حروف اختصاري C مشخص مي شود مثل : C4A
آلياژهايي كه عنصر اصلي آلياژي آنها مس مي‌باشد، اگرچه امروزه بسيار ي از آنها متروك شده‌اند، ولي جزء اولين آلياژهاي ريختگي آلومينيوم هستند كه بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اغلب آلياژهايي كه اكنون كاربرد دارند، علاوه بر مس، حاوي عناصر ديگر آلياژي نيز هستند. اين گروه از آلياژهاي ريخته‌گري، آلومينيوم در معرض بعضي از مسائل ريخته‌گري از قبيل ترك گرم و مشكلات تغذيه‌گذاري قرار دارند. اين آلياژها از قابليت عمليات حرارتي رسوب سختي بالايي برخوردار هستند.
آلياژهايي با تركيب شيميايي مختلف در اين گروه كه خواص مطلوب در دماهاي بالا را تأمين مي‌كند، توليد مي‌گردند. هر كدام از آنها آلياژهاي اين گروه از طريق تلفيق مكانيزم رسوب سختي و سخت‌گرداني انتشاري بوسيله‌ي تركيبات بين فلزي، مستحكم شده و سختي و استحكام آنها تا دماي C ْ250پايدار مي‌ماند. اخيراً آلياژ Al-Cu- Ag- Mg كه قابليت رسوب سختي بالايي را دارا است، توليد گرديده است.
-آلياژ آلومينيوم- مس(Al-Cu):
در سيستم Al-Cu محلول جامد نهايي غني از Al با تركيب بين فلزي A با فرمول CuAl2 در تعادل است و گرچه مقداري هم حلاليت در جامد وجود دارد. افزودن منيزيم به اين سيستم، امكان تشكيل تركيبات بين فلزي ديگر را فراهم مي‌كند يا آلياژي موردنظر از نوع پر آلومينيوم است.
بنابراين فازهاي در تعادل با در نظر است. براي رسوب سخت‌كردن اين آلياژ اولين مرحله در عمليات گرمايي متعادل كردن آلياژ در منطقه آلياژ است. يعني عمليات گرمايي محلولي روي آلياژ براي همگن كردن ساختار آلياژ بايد آنرا به صورت كافي (در حدود چند ساعت 5-4) در دماي 500 تا 570 درجه گرما داده و ساختار ريختگي و حل كردن ذرات فاز دوم ممكن است تا 100 ساعت زمان لازم داشته باشد. پس از انجام عمليات گرمايي محلول آلياژ، بايد با آهنگ كافي براي جلوگيري از رسوب‌گذاري تا 20 درجه سرد شود.
1- اين آلياژ در درجه حرارت 548 درجه سانتيگراد ( يوتكتيك ) داراي حد حلاليتي برابر 5.7 % مي باشد كه در درجه حرارت محيط به 0.5% كاهش پيدا مي كند . حد حلاليت بالاي آن برابر 94.3% آلومينيم كه در درجه حرارت محيط به 99.5 % آلومينيم افزايش مي يابد . اين آلياژ داراي قابليت پير سازي بوده و بر اثر پير سازي اين آلياژ فاز تتا (Cu-Al2O3) باعث مي شود كه نمودار اين آلياژ به نمودار نوع سوم تغيير يابد و با توجه به اين كه فاز تتا فازي سخت و شكننده مي باشد باعث افزايش استحكام قطعه مي شود .
اغلب آلياژ هاي آلومينيم-مس كمتر از 10 درصد مس دارند و عموما آلياژ هاي صنعتي آن داراي 5 الي 2 درصد مس مي باشند مرغوبترين گروه اين آلياژ ها آلياژ دورالومين مي باشد . كه داراي 3.4 تا 4.5 درصد مس و 1 تا 1.5 درصد منيزيم و 0.6 درصد نيز سيليسيم مي باشد اين آلياژ قابليت انجام عمليات پير سازي را داشته و براي انجام اين عمليات ابتدا نياز به محلول سازي در درجه حرارت 420 درجه سانتي گراد به مدت 8 ساعت دارد . و پس از انجام عمليات بايد به سرعت در آب سرد شود كه مدت زمان كوئينچ بين 3 تا 4 ثانيه مي باشد . كه بعد از سرد كردن اين آلياژ ،آلياژ محلول سازي شده ي آن به دست مي آيد كه پس از آن عمليات پير سازي در درجه حرارت 180 درجه سانتي گراد به مدت 5 ساعت انجام مي شود كه معمولا در كوره و يا هوا به صورت آهسته سرد مي شود . نكته قابل توجه در اين عمليات اين مي باشد كه اگر مدت عمليات پير سازي از 5 ساعت بيشتر شود به آن فرآيند فرا پير سازي اطلاق مي شود كه اين امر باعث كاهش سختي قطعه مي شود
نكته : معمولا فرآيند پير سازي براي آن گروه از آلياژ هاي آلومينيم مس كه بيشتر از 2% مس دارند انجام مي شود .
-ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم مس Al-Cu:
مس به دليل نقطه ذوب بالا نسبت به آلومينيم (1083) درجه به صورت خالص به آلياژ آلومينيم اضافه نمي شود . و عمدتا از اميژن هاي 50-50 يا آميژن هاي 33-67 آلومينيم – مس استفاده مي شود .
براي ساخت آميژن ها ابتدا مس را ذوب كرده و به حداقل فوق ذوب آن مي رساند سپس قطعات آلومينيم را به دفعات 4 تا 5 مرتبه به مذاب مس اضافه مي كنند جهت اضافه كردن آميژن به مذاب آلومينيم پس از محاسبه مقدار آميژن مصرفي فوق ذوب الومينيم را تا 30 درجه افزايش داده سپس آميژن را به نسبت مورد نياز به مذاب اضافه مي كنيم بايد توجه داشت كه كليه عمليات كيفي مذاب بعد از افزايش مس انجام مي شود و فقط فلاكس هاي پوششي مي توان قبل از افزايش آميژن مس همراه با مواد شارژ به بوته اضافه كرد.
-شرايط ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم و آلومينيم مس Al-Cu:
اين آلياژ در داراي خواص مكانيكي بالايي مي باشد عمدتا در قالب هاي ماسه اي و ريخته گري قابليت ريخته گري داشته و عموما قابليت ريخته گري تحت فشار را ندارد كه اين امر به علت سرعت انجماد بالا در ريخته گري تحت فشار مي باشد اما بعد از عمليات ريخته گري تحت عمليات حرارتي قرار مي گيرد كه در درجه حرارت 530 درجه سانتي گراد خواص اين آلياژ افزايش مي يابد
شرايط ريخته گري اين آلياژ
1- تميز بودن مواد شارژ نسبت به اكسيد ها و مواد اكسيدي
2- عدم استفاده بيش از 50 درصد از مواد قراضه در شارژ
3- جلوگيري از تماس محصولات احتراق با شارژ
4- درجه حرارت مذاب كمتر از 750 درجه سانتيگراد
5- استفاده از مواد دگازور و فلاكس هاي پوششي
6- جلوگيري از تماس مستقيم ابزار ها و ادوات آهني با مذاب
روش هاي قالب گيري آلياژ هاي آلومينيم و آلومينيم مس Al-Cu :
آلياژ آلومينيم به دو روش موقت و دائم قالب گيري و ريخته گري مي شود .
1- روش موقت : كه شامل روش ماسه اي تر – ماسه اي خشك –CO2 و پوسته اي مي شود .
الف: ماسه اي خشك چسب مورد استفاده در اين روش خاك رس مي باشد كه به علت ديرگدازي پايين آلومينيم در ريخته گري اين آلياژ استفاده مي شود در اين مخلوط رطوبت ماسه كمتر از 5 درصد بوده و در معدود مواردي نيز از بنتونيت به عنوان چسب در مخلوط ماسه استفاده مي كنند همچنين با استفاده از مواد سلولزي (آرد و حبوبات و خاك اره ) مي توان نفوذ پذيري ماسه را افزايش داد كه اين امر به علت قابليت جذب گاز آلومينيم از اهميت بيشتري برخوردار است .
ب: روش پوسته اي دراين روش مخلوط مورد نظر را با رزين هاي حرارتي مخلوط مي كنند سپس اين ذرات در يك مدل فلزي قرار گرفته ودر معرض حرارت قرار مي گيرند .در اثر حرارت مخلوط خودگير و سفت مي شود . و دور تا دور مدل فلزي فرم پوسته قرار مي گيرد . سپس فرم پوسته اي را در داخل محفظه قالب گذاشته و با استفاده از ماسه پشت بند آن را ثابت مي كنند و عمليات ريخته گري را انجام مي دهند .
2- روش دائم : كه شامل روش هاي تزريق و رژه مي شود
الف:تزريق : اين روش كه خود به دو روش تزريق كم فشار و تزريق پرفشار (دايكست ) تقسيم مي شود .
نكته : معمولا براي ريخته گري آلومينيم از ماشين هاي محفظه سرد استفاده مي شود
-ويژگي هاي آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس Al-Cu در ريخته گري :
براي طراحي سيستم راهگاهي بايد ابتدا ويژگي هاي ريخته گري آلومينيم را بدانيم كه
-اين ويژگي ها را مي توان به شش دسته تقسيم بندي كرد . :
آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu تمايل به اكسيداسيون شديد دارند
آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu به تلاطم شديد و انحلال گاز شديد دارند .
آلومينيم و آلومينيم مس al-cu خاصيت شديد جذب گاز هيدروژن دارند
اين آلياژ داراي دامنه انجماد طولاني بوده بخصوص در آلياژ هاي آلومينيم مس كه دامنه انجماد طولاني تري دارند و همچنين آلياژ هاي آلومينيم سيليسيم كه كمترين دامنه انجماد را دارند .
5- آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu داراي انقباض حجمي زيادي مي باشند
6- آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu داراي انقباض پراكنده و هدايت حرارتي بالايي مي باشند
به دليل ويژگي هاي فوق سيستم هاي راهگاهي مورد استفاده در آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu غير فشاري منظور مي شوند و مهمترين نسبت هاي سيستم هاي راهگاهي دراين آلياژ 1:2:2 و 1:4:4 و 1:6:6 استفاده مي شود نكته قابل توجه در اين اعداد اين مي باشد كه اولين عدد از سمت چپ نسبت راهگاه باريز دومين عدد از سمت چپ نسبت مجموع كانال هاي اصلي و سومين عدد از سمت چپ نسبت مجموع كانال هاي فرعي مي باشد كه هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نيز بيشتر مي شوند .
1- محاسبات شارژ Al-Cu:
:Al-Cuبرای تولید این آلیاژابتدا 2600 گرم آلومینیم خالص را وزن کرده،سپس ان را شارژ بوته کردیم و داخل کوره قرار دادیم.
Al-Cu2%:
برای تهیه آلیاژ 2درصد دما را تا 900درجه سانتیگراد رسانده و تحت فلاکس کاورال سیم مسی وزن شده را (53.06گرم) در چند نوبت به مذاب اضافه و به هم زدیم.
محاسبات:
AL CU
98 2 X=5200/98=53.06gr
2600 X
Al-Cu4%:
در تهیه این آلیاژ باید از آمیژان الومینیم مس استفاده کرد.که برای تولید ابتدا مقدار آمیژان مورد نیاز را محاسبه کرده و سپس در چند نوبت به مذاب اضافه کرده و به هم میزنیم.
محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده از الیاژ2درصد مس و 50 گرم سیم مسی.
پس کل ذوب برابر است با: ←← گرم 2590=90-2650
میزان هاردنر مورد نیاز:
AL CU
→X=5180/48=108gr 100 2
2590+X X/2
Al-Cu6%:
برای تهیه این آلیاژ هم میزان هاردنر را باید محاسبه و طی چند نوبت به مذاب الومینیم مس 4درصد اضافه کرد.
محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده بنابراین کل مذاب برابر است با:
2500=90-2590
بنابراین میزان هاردنر برابر است با:
از فرمول بالا: AL CU
100 2 →X=69.5
2500+X X/2
Al-Cu8%:
محاسبات:
140گرم میزان نمونه ریخته شده از آلیاژ6درصد مس بنابراین کل مذاب ما برابر است با: gr 2460=140-2500
و میزان هاردنر مورد نیاز مانند بالا:
AL CU
100 2 X=4920/48=102.5gr
2460+X X/2
Al-Cu12%:
110گرم میزان نمونه ریخته شده از الیاژ 8 درصد مس بنابراین میزان کل ذوب برابر است با: 2350=110-2460
و مقدار هاردنر مورد نیاز برابر است با:
AL CU
100 4 X=9400/46=204gr
2350+X X/2
آزمايش تعيين سختي Al-Cu به روش برينل:
وساي مورد نياز:
2- 1-دستگاه سختي سنج برنيل؛
3- 2-نمونه؛
4- 3-ميكروسكوپ ميكرومتردار؛
در روش برنيل يك ساچمه از كاربيد تنگستن يا فولاد به قطر(D) روي جسم با نيروي (P) به مدت ثابتي(10 ثانيه براي آلياژهاي آهني و 30 تا 60 ثانيه براي آلياژهاي غيرآهني) توسط ماشين مربوط فشار ايجاد مي‌كند. از تقسيم نيروي وارد بر سطح ايجاد شده(سطح عرقچين كروي) عدد سختي در اين روش بدست مي‌آيد. سختي برنيل را به اختصار با B.H.N نمايش مي‌دهند. مقدار اين سختي از رابطه‌ي زير بدست مي‌آيد:
كه در آن P عبارت است از نيروي وارد بر ساچمه(بار) و A سطح عرقچين كروي ايجاد شده روي فلز يا آلياژ مورد آزمايش است.
آلياژ/ سختي 1 2 3 ميانگين
Al-Cu -- -- -- ----
Al-Cu2% 46 46 47 46
Al-Cu4% 49 48 46 48
Al-Cu6% 61 61 61 61
آلياژ/ سختي 1 2 3 ميانگين
Al-Cu18% 64 67 66 65.5
Al-Cu12% 76 76 76 76
-متالوگرافي:
بررسي و مطالعه ساختار دروني فلزات و آلياژها به منظور پي‌بردن به نحوه‌ي انجماد، ريزي و درشتي دانه‌ها، فازها و ساختارها و تشخيص حفره‌هاي انقباض و گازي و ترك‌ها در سطح قطعات مي‌باشد.
مطالعه‌ي قطعات به دو صورت مي‌باشد:
5- 1-مطالعه ماكروسكوپي.
6- 2-مطالعه‌ي ميكروسكوپي
-محلول‌هاي پوليش:
اكسيد Al(Al2 O3) براي فلزات آهني؛
اكسيد Mg(Mgo) براي فلزات غيرآهني؛
اچ كردن:
اين عمل باعث ايجاد يك خوردگي ضعيف توسط اسيدهاي آلي- غيرآلي كه با الكل معمولاً تركيب شده‌اند به وجود مي‌آيد كه به مدت 10 الي 15 ثانيه انجام مي‌گيرد.
محلول‌هاي اچ براي آلومينيوم و آلياژهاي آن:
اسيد نيتريك = % 20
اسيد كلريدريك = 20%
اسيد فلوريدریک = 10
آب = 50%
آماده سازي نمونه:
ابتدا نمونه موردنظر را بريده و سپس سوهان مي‌زنيم تا سطح آن صاف شود و بعد از آن بوسيله سمباده كه از 240 تا 2000 شماره‌گذاري شده آنرا سمباده مي‌زنيم تا سطح آن كاملاً صاف و صيقلي شود.
پوليش كردن:
حساسترين و مهمترين مراحل آماده‌سازي براي آزمايش متالوگرافي، پوليش كردن است. عمل پوليش كردن توسط دستگاه پوليش كه داراي يك صفحه‌ي صاف و گرد مي‌باشد و توسط الكترو موتور چرخه‌ي آن انجام مي‌شود، روي صفحه‌ي گردان آن پارچه‌ي ماهوت كشيده شده است. عمل پوليش با مواد ساينده كه اكسيد منيزيم براي آلومينيوم است. استفاده مي‌كنيم. تعداد دور صفحه‌ي دوار معمولاً بين 300 تا 500 دور بر دقيقه است. در هنگام پوليش كردن حتماً آب بايد از بالا به مقدار مناسب به وسط صفحه‌ي پوليش ريخته شود تا براده‌هاي ايجاد شده را با خود ببرد. فشار قطعه برروي صفحه‌ي پوليش بايد مناسب باشد. اگر فشار زياد باشد، صفحه‌ي پوليش باعث خط انداختن روي قطعه مي‌گردد.
مشاهدات آلياژهاي آلومينيوم پس از اچ كردن(متالوگرافي):
الف:
ب:
پ:
ت:
ث:
ریز ساختار: الف. Al-Cu 2%ب. Al-Cu4% پ. Al-Cu6% ت. Al-Cu 8%ث. Al-Cu 12%
عملیات رسوب سختی al-cu:
رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu توضیح داده میشود. قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(0.25 % در دمای 250 C به حداکثر 5.65 % در 548 C دمای یوتکیتیک) در آلیاژهای Al-Cu که دارای 0.2-5.6 % مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی solvus مس کاملا حل می شودو اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود.و در دماهای کمتر از solvus حالت تعادلی از دو فاز تشکیل می شود.محلول جامد α و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al2Cu) . اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای solvus کاملا بصورت محلول جامد است تا مای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.
عملیات حرارتی al-cu:
در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heat treatable می گویند.در برابر این آلیاژهایی وجود دارند مه که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد.برای مشخص کردن و تمییز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heat treatable می نامند.تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی و کاهش استحکام (آنیل) متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش هاس متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند
در آلیاژهای Al-Cu رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد. توالی تشکیل رسوبات بصورت زیر است :SSSS → GP zones → Ө ״ → Ө′ →Ө (Al2Cu)
دردماهای پیرسازی طبیعی (-20 .. 60 C) آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی کوهئرنتی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP می باشد.دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al2Cu تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد. در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө می توانند همزمان وجود داشته باشند.هر چه دما یا زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө ذر ریزساختار افزایش می یابد. خواص مکانیکی کاهش می یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage رخ می دهد
آندسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شودعبارتند از 7xxx,6xxx,2xxx (به غیر از 7072) و نیز آلیاژهای ریختگی 2xx.x,3xx.x و 7xx.x .برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز،منیزیم و روی نیز دارند.مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود .
در برخی از آلیاژها، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد. این آلیاژهای را گاها رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد فلذا بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند
رسوبسختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای 115-190 C و بمدت 5- 48 ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب بهین است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است
عملیات حرارتی که برای افزایش استحکام بکار میرود(در آلیاژهای الومینیوم) از سه مرحله بنیادی زیر تشکیل می شو د
عملیات حرارتی انحلالی: انحلال فازهای قابل حل
کوئنچ: گسترش محلول فوق اشباع پیرسازی: رسوب اتمهای حل شده در دمای اتاق(پیرسازی طبیعی)یا در دماهای بالاپیرسازی مصنوعی یا همان رسوب سخت)
در بيشتر فرآيندهاى استخراجى الكتريسيته نقش بسزايى دارد، مانند: فرآيند هال- هرول قرن 19 كه گام مؤثرى در استفاده از نيروى برق براى توليد فلز مى باشد. در انگلستان همفرى ديوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج اين فلز(آلومينيم) از تركيبات آن كوشيد ولى تنها آلياژى از آلومنيوم، آهن به دست آورد. كوششهاى بعدى او در اين مورد نيز نتيجه اى نبخشيد. ديوى عنصرى راكه سعى مى كرد از اكسيدآلومينيم (كه درآن زمان هم آلومينا" ناميده مى شد) به دست آورد آلومينيمAluminium) )(آلومينيم) ناميد،و
بعد ها آلومينيم Aluminum آلومينم ناميد، كه اين نام اخير هنوز در آمريكا مصطلح است، ولى در كشورهاى انگليسى زبان و در اروپا آلومينيم را به كار مى برند. در سال 1825 فيزيكدان دانماركى هانس كريستين اورستد روش ديگرى براى استخراج را آزمايش كرد، حبه هاى كوچكى از فلز را كه احتمالأ حاوى آلومينيم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را بايد راهگشاى واقعى دستيابى به آلومينيوم محسوب كرد. فريدريش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به كارگيرى آن در تحقيقات بيشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومينيوم را به صورت ورقه هاى نازك توليد كند. در همان سال او خواص شيميايى اين فلز را براى اولين بار گزارش كرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادير كمى آلومينيم را به صورت ذرات سوزنى شكل توليد كن كه براى اولين بار از آنها براى تعيين خواص فيزيكى اين فلز استفاده كرد. هانرى سن كلردوويل فرانسوى بر اساس نتايجى كه وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بيشترى شد و روش ديگرى كه از نظر فنى براى استخراج آلومينيوم عملى بود به دست آورد. اولين قطعه آلومينيم توليد شده به اين روش، خلوصى بين 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمايشگاه بين المللى پاريس به نمايش گذاشته شد. در آن زمان
هنوز آلومينيم را به عنوان فلزى كمياب، بسيار گران مى شناختند كه نمى توانستند قيمتى براى آن تعيين كنند چون هنوز فقط چند كيلوگرم از آن را در دست داشتند. گفته مى شود كه در قصر ناپلئون سوم فقط براى او، ملكه، ميهمانان ويژه، اعضاى خاندان سلطنتى از ظروف آلومينيمى استفاده مى شد و براى ساير ميهمانان از ظروف طلا استفاده مى كردند. در سال 1886 پل. هرولت فرانسوى، چارلز مارتين هال آمريكايى همزمان، مستقل از هم توانستند از طريق تجزيه الكتروليتى اكسيد آلومينيم حل شده در مذاب كريوليت اين فلز را توليد كنند. در آن زمان، تهيه انرژى الكتريكى لازم براى الكتروليز ديگر مشكلى نبود، زيرا در سال 1866 ورنرفون زيمنس آلمانى
دينام
ژنراتور را اختراع كرده بود. امروزه در كليه فرآيندهاى توليد آلومينيم در سراسر دنيا همچنان بر اساس اصول كلى كشف شده توسط هرولت و هال عمل مى شود و بنابراين مى توان گفت سال1886، سال آغاز توليد صنعتى آلومينيم است. در آن زمان، قبل از اين كه بتوان عمل استخراج فلز را در مقياس بزرگ آغاز كرد يك مشكل ديگر به وضوح به چشم مى خورد و آن توليد ماده اوليه يعنى اكسيد آلومينيم از سنگ معدن بوكسيت در مقياس زياد بود. باير اتريشى در سال1893 با حل كردن بوكسيت در سود سوزآور براى تهيه اكسيد از بوكسيت فرآيندى مقرون به صرفه به دست آورد. امروزه اغلب كارخانجات تهيه اكسيدآلومينيم، اكسيد
لازم براى الكتروليز را بر اساس فرآيند باير تهيه مى كنند
-خواص آلومینیم
آلومینم دارای خواص بسیار گسترده ای است که مهمترین آن ها به قرار زیر است ؟آلومینیم سبک است به طور یکه یک متر مربع از ورق آلومینمی به ضخامت یک 7/2 کیلو گرم وزن دارد وزن چنین وزن ورقی اگر از فولاد باشد 8/7 کیلوگرم و اگر از مس یاشد 9/8 کیلوگرم است در عین حال از 2/7 کیلو گرم می توان یک متر مربع ورق آلومینمی به ضخامت یک میلیمتر تولید کرد اما برای تولید 34/0 متر مربع ورق فولاد به 7/2 کیلو گرم فولاد و برای تهیه 30/0 متر مربع ورق مس به 7/2 کیلو گرم مس نیاز داریم سیک بودن آلومینیم سیی می شود با وجود بالا تر بودن قیمت یک کلیو گرم آن در مقایسه با آن فولاد و سایر فلزات سنگین رقیب مناسبی در مقابل آنها محسوب شود یکی دیگر از خواص بسیار گسترده آلومینیم محکم بودن آن است برخی از آلیاژهای آلومینمی استحکامی قابل مقایسه با استحکام فولاد های ساختمانی غیر آلیاژی دارند آلومینم هم مانند تمام فلزات دیگر هر چه خالصتر باشد استحکام کمتری دارد استحکام این فلز به روش های مختلف می توان تا 540 یا بیشتر افزایش داد آلومینیم در مقابل خوردگی اتمسفری و در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است آلومینمی را به آسانی می توان شکل داد وروی آن کار کدر می توان این فلز را نورد کرد چکش کاری کرد ، فشار کاری ( اکستروژن ) کرد چین داد شیار دار کرد لبه داد حک کرد هم کرد برش داد کشش عمیق داد و برید همچنین می توان آلومینیم را اره کرد مته زد تراش داد سنگ زد پرداخت و حتی به ضخامت 004/0 میلی متر نورد کرد ریخته گری آلومینم همراه سیلیسیم منیزیم مس به عنوان عناصر آلیاژِ در قالبهای ماسه ای فلزی وتحت فشار (تزریقی ) آسان است آلومینم را می توان از طریق کلید روش های معمولی جوشکاری و لحیم کاری چسب زدن یا پرچکاری به هم اتصال داد آلومینم از نظر حرارتی و هدایت الکتریکی هادی بسیار خوبی است
-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):
این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود.
نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم .
-مشخصات فيزيكي مس:
مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب دارد
مس داراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد . :
1- داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد
2- داراي سياليت كم
3- اكسيداسيون بالا
4- 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 :1- شمش هاي اوليه 2-شمش هاي ثانويه 3-قراضه ها 4- برگشتي ها 5- 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 .
-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
3- 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
-مشخصات كلي آلومينيوم و آلياژهاي آن:
خصوصيات انواع مختلف آلياژهاي ريختگي آلومينيوم، براساس عنصر آلياژي اصلي طبقه‌بندي مي‌شوند. به عنوان مثال: Al-Mg-Al و غيره. هر كدام از آلياژها بوسيله‌ي تركيب شيميايي اصلي آنها مشخص مي‌گردند.
اگرچه آلياژهاي ريختگي در دسترس، بسيار متفاوت مي‌باشند، تعداد آلياژهايي كه در حجم زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بسيار اندك هستند. انتخاب آلياژها براي قطعات ريختگي كه بوسيله‌ي فرآيندهاي مختلف ريخته‌گري توليد مي‌شوند، در وحله‌ي اول به تركيب آلياژ كه به نوبه‌ي خود كنترل كننده‌ي مشخصات آلياژ، از قبيل دامنه‌ي انجماد، سياليت و غيره مي‌باشد، قطعات ريخته‌گري شده در ماسه كمترين محدوديت را در رابطه با انتخاب آلياژ ايجاد كرده و به طور معمول در موردآلياژها بكار مي‌رود.
در مورد آلياژهاي مورد استفاده در ريخته‌گري تحت فشار مسأله‌ي اصلي دماگداز پايين آلياژ مي‌باشد كه باعث افزايش سرعت توليد و كاهش سائيدگي قالب مي‌گردد.
گروههاي مختلف آلياژهاي آلومينيوم را مي‌توان برحسب ترتيب كاهش قابليت ريخته‌گري بصورت ××7، ××4، ××5، ××2 و ××7 طبقه‌بندي نمود. مقاومت به خوردگي اين آلياژها نيز تابع تركيب شيميايي بوده و آلياژهاي عاري از مس معمولاً مقاومت برخوردگي بيشتري نسبت به آلياژهاي حاوي مس دارند. آلياژهاي سري ××8 كه عنصر آلياژي آن قلع مي‌باشد، براي ياتاقان‌ها استفاده مي‌شوند.
-آلياژ آلومينيم مس : Al-Cu
-مشخصات كلي آلياژ Al-Cu:
AlCuكه با حروف اختصاري C مشخص مي شود مثل : C4A
آلياژهايي كه عنصر اصلي آلياژي آنها مس مي‌باشد، اگرچه امروزه بسيار ي از آنها متروك شده‌اند، ولي جزء اولين آلياژهاي ريختگي آلومينيوم هستند كه بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اغلب آلياژهايي كه اكنون كاربرد دارند، علاوه بر مس، حاوي عناصر ديگر آلياژي نيز هستند. اين گروه از آلياژهاي ريخته‌گري، آلومينيوم در معرض بعضي از مسائل ريخته‌گري از قبيل ترك گرم و مشكلات تغذيه‌گذاري قرار دارند. اين آلياژها از قابليت عمليات حرارتي رسوب سختي بالايي برخوردار هستند.
آلياژهايي با تركيب شيميايي مختلف در اين گروه كه خواص مطلوب در دماهاي بالا را تأمين مي‌كند، توليد مي‌گردند. هر كدام از آنها آلياژهاي اين گروه از طريق تلفيق مكانيزم رسوب سختي و سخت‌گرداني انتشاري بوسيله‌ي تركيبات بين فلزي، مستحكم شده و سختي و استحكام آنها تا دماي C ْ250پايدار مي‌ماند. اخيراً آلياژ Al-Cu- Ag- Mg كه قابليت رسوب سختي بالايي را دارا است، توليد گرديده است.
-آلياژ آلومينيوم- مس(Al-Cu):
در سيستم Al-Cu محلول جامد نهايي غني از Al با تركيب بين فلزي A با فرمول CuAl2 در تعادل است و گرچه مقداري هم حلاليت در جامد وجود دارد. افزودن منيزيم به اين سيستم، امكان تشكيل تركيبات بين فلزي ديگر را فراهم مي‌كند يا آلياژي موردنظر از نوع پر آلومينيوم است.
بنابراين فازهاي در تعادل با در نظر است. براي رسوب سخت‌كردن اين آلياژ اولين مرحله در عمليات گرمايي متعادل كردن آلياژ در منطقه آلياژ است. يعني عمليات گرمايي محلولي روي آلياژ براي همگن كردن ساختار آلياژ بايد آنرا به صورت كافي (در حدود چند ساعت 5-4) در دماي 500 تا 570 درجه گرما داده و ساختار ريختگي و حل كردن ذرات فاز دوم ممكن است تا 100 ساعت زمان لازم داشته باشد. پس از انجام عمليات گرمايي محلول آلياژ، بايد با آهنگ كافي براي جلوگيري از رسوب‌گذاري تا 20 درجه سرد شود.
1- اين آلياژ در درجه حرارت 548 درجه سانتيگراد ( يوتكتيك ) داراي حد حلاليتي برابر 5.7 % مي باشد كه در درجه حرارت محيط به 0.5% كاهش پيدا مي كند . حد حلاليت بالاي آن برابر 94.3% آلومينيم كه در درجه حرارت محيط به 99.5 % آلومينيم افزايش مي يابد . اين آلياژ داراي قابليت پير سازي بوده و بر اثر پير سازي اين آلياژ فاز تتا (Cu-Al2O3) باعث مي شود كه نمودار اين آلياژ به نمودار نوع سوم تغيير يابد و با توجه به اين كه فاز تتا فازي سخت و شكننده مي باشد باعث افزايش استحكام قطعه مي شود .
اغلب آلياژ هاي آلومينيم-مس كمتر از 10 درصد مس دارند و عموما آلياژ هاي صنعتي آن داراي 5 الي 2 درصد مس مي باشند مرغوبترين گروه اين آلياژ ها آلياژ دورالومين مي باشد . كه داراي 3.4 تا 4.5 درصد مس و 1 تا 1.5 درصد منيزيم و 0.6 درصد نيز سيليسيم مي باشد اين آلياژ قابليت انجام عمليات پير سازي را داشته و براي انجام اين عمليات ابتدا نياز به محلول سازي در درجه حرارت 420 درجه سانتي گراد به مدت 8 ساعت دارد . و پس از انجام عمليات بايد به سرعت در آب سرد شود كه مدت زمان كوئينچ بين 3 تا 4 ثانيه مي باشد . كه بعد از سرد كردن اين آلياژ ،آلياژ محلول سازي شده ي آن به دست مي آيد كه پس از آن عمليات پير سازي در درجه حرارت 180 درجه سانتي گراد به مدت 5 ساعت انجام مي شود كه معمولا در كوره و يا هوا به صورت آهسته سرد مي شود . نكته قابل توجه در اين عمليات اين مي باشد كه اگر مدت عمليات پير سازي از 5 ساعت بيشتر شود به آن فرآيند فرا پير سازي اطلاق مي شود كه اين امر باعث كاهش سختي قطعه مي شود
نكته : معمولا فرآيند پير سازي براي آن گروه از آلياژ هاي آلومينيم مس كه بيشتر از 2% مس دارند انجام مي شود .
-ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم مس Al-Cu:
مس به دليل نقطه ذوب بالا نسبت به آلومينيم (1083) درجه به صورت خالص به آلياژ آلومينيم اضافه نمي شود . و عمدتا از اميژن هاي 50-50 يا آميژن هاي 33-67 آلومينيم – مس استفاده مي شود .
براي ساخت آميژن ها ابتدا مس را ذوب كرده و به حداقل فوق ذوب آن مي رساند سپس قطعات آلومينيم را به دفعات 4 تا 5 مرتبه به مذاب مس اضافه مي كنند جهت اضافه كردن آميژن به مذاب آلومينيم پس از محاسبه مقدار آميژن مصرفي فوق ذوب الومينيم را تا 30 درجه افزايش داده سپس آميژن را به نسبت مورد نياز به مذاب اضافه مي كنيم بايد توجه داشت كه كليه عمليات كيفي مذاب بعد از افزايش مس انجام مي شود و فقط فلاكس هاي پوششي مي توان قبل از افزايش آميژن مس همراه با مواد شارژ به بوته اضافه كرد.
-شرايط ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم و آلومينيم مس Al-Cu:
اين آلياژ در داراي خواص مكانيكي بالايي مي باشد عمدتا در قالب هاي ماسه اي و ريخته گري قابليت ريخته گري داشته و عموما قابليت ريخته گري تحت فشار را ندارد كه اين امر به علت سرعت انجماد بالا در ريخته گري تحت فشار مي باشد اما بعد از عمليات ريخته گري تحت عمليات حرارتي قرار مي گيرد كه در درجه حرارت 530 درجه سانتي گراد خواص اين آلياژ افزايش مي يابد
شرايط ريخته گري اين آلياژ
1- تميز بودن مواد شارژ نسبت به اكسيد ها و مواد اكسيدي
2- عدم استفاده بيش از 50 درصد از مواد قراضه در شارژ
3- جلوگيري از تماس محصولات احتراق با شارژ
4- درجه حرارت مذاب كمتر از 750 درجه سانتيگراد
5- استفاده از مواد دگازور و فلاكس هاي پوششي
6- جلوگيري از تماس مستقيم ابزار ها و ادوات آهني با مذاب
روش هاي قالب گيري آلياژ هاي آلومينيم و آلومينيم مس Al-Cu :
آلياژ آلومينيم به دو روش موقت و دائم قالب گيري و ريخته گري مي شود .
1- روش موقت : كه شامل روش ماسه اي تر – ماسه اي خشك –CO2 و پوسته اي مي شود .
الف: ماسه اي خشك چسب مورد استفاده در اين روش خاك رس مي باشد كه به علت ديرگدازي پايين آلومينيم در ريخته گري اين آلياژ استفاده مي شود در اين مخلوط رطوبت ماسه كمتر از 5 درصد بوده و در معدود مواردي نيز از بنتونيت به عنوان چسب در مخلوط ماسه استفاده مي كنند همچنين با استفاده از مواد سلولزي (آرد و حبوبات و خاك اره ) مي توان نفوذ پذيري ماسه را افزايش داد كه اين امر به علت قابليت جذب گاز آلومينيم از اهميت بيشتري برخوردار است .
ب: روش پوسته اي دراين روش مخلوط مورد نظر را با رزين هاي حرارتي مخلوط مي كنند سپس اين ذرات در يك مدل فلزي قرار گرفته ودر معرض حرارت قرار مي گيرند .در اثر حرارت مخلوط خودگير و سفت مي شود . و دور تا دور مدل فلزي فرم پوسته قرار مي گيرد . سپس فرم پوسته اي را در داخل محفظه قالب گذاشته و با استفاده از ماسه پشت بند آن را ثابت مي كنند و عمليات ريخته گري را انجام مي دهند .
2- روش دائم : كه شامل روش هاي تزريق و رژه مي شود
الف:تزريق : اين روش كه خود به دو روش تزريق كم فشار و تزريق پرفشار (دايكست ) تقسيم مي شود .
نكته : معمولا براي ريخته گري آلومينيم از ماشين هاي محفظه سرد استفاده مي شود
-ويژگي هاي آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس Al-Cu در ريخته گري :
براي طراحي سيستم راهگاهي بايد ابتدا ويژگي هاي ريخته گري آلومينيم را بدانيم كه
-اين ويژگي ها را مي توان به شش دسته تقسيم بندي كرد . :
آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu تمايل به اكسيداسيون شديد دارند
آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu به تلاطم شديد و انحلال گاز شديد دارند .
آلومينيم و آلومينيم مس al-cu خاصيت شديد جذب گاز هيدروژن دارند
اين آلياژ داراي دامنه انجماد طولاني بوده بخصوص در آلياژ هاي آلومينيم مس كه دامنه انجماد طولاني تري دارند و همچنين آلياژ هاي آلومينيم سيليسيم كه كمترين دامنه انجماد را دارند .
5- آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu داراي انقباض حجمي زيادي مي باشند
6- آلومينيم و آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu داراي انقباض پراكنده و هدايت حرارتي بالايي مي باشند
به دليل ويژگي هاي فوق سيستم هاي راهگاهي مورد استفاده در آلياژ هاي آلومينيم مس al-cu غير فشاري منظور مي شوند و مهمترين نسبت هاي سيستم هاي راهگاهي دراين آلياژ 1:2:2 و 1:4:4 و 1:6:6 استفاده مي شود نكته قابل توجه در اين اعداد اين مي باشد كه اولين عدد از سمت چپ نسبت راهگاه باريز دومين عدد از سمت چپ نسبت مجموع كانال هاي اصلي و سومين عدد از سمت چپ نسبت مجموع كانال هاي فرعي مي باشد كه هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نيز بيشتر مي شوند .
1- محاسبات شارژ Al-Cu:
:Al-Cuبرای تولید این آلیاژابتدا 2600 گرم آلومینیم خالص را وزن کرده،سپس ان را شارژ بوته کردیم و داخل کوره قرار دادیم.
Al-Cu2%:
برای تهیه آلیاژ 2درصد دما را تا 900درجه سانتیگراد رسانده و تحت فلاکس کاورال سیم مسی وزن شده را (53.06گرم) در چند نوبت به مذاب اضافه و به هم زدیم.
محاسبات:
AL CU
98 2 X=5200/98=53.06gr
2600 X
Al-Cu4%:
در تهیه این آلیاژ باید از آمیژان الومینیم مس استفاده کرد.که برای تولید ابتدا مقدار آمیژان مورد نیاز را محاسبه کرده و سپس در چند نوبت به مذاب اضافه کرده و به هم میزنیم.
محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده از الیاژ2درصد مس و 50 گرم سیم مسی.
پس کل ذوب برابر است با: ←← گرم 2590=90-2650
میزان هاردنر مورد نیاز:
AL CU
→X=5180/48=108gr 100 2
2590+X X/2
Al-Cu6%:
برای تهیه این آلیاژ هم میزان هاردنر را باید محاسبه و طی چند نوبت به مذاب الومینیم مس 4درصد اضافه کرد.
محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده بنابراین کل مذاب برابر است با:
2500=90-2590
بنابراین میزان هاردنر برابر است با:
از فرمول بالا: AL CU
100 2 →X=69.5
2500+X X/2
Al-Cu8%:
محاسبات:
140گرم میزان نمونه ریخته شده از آلیاژ6درصد مس بنابراین کل مذاب ما برابر است با: gr 2460=140-2500
و میزان هاردنر مورد نیاز مانند بالا:
AL CU
100 2 X=4920/48=102.5gr
2460+X X/2
Al-Cu12%:
110گرم میزان نمونه ریخته شده از الیاژ 8 درصد مس بنابراین میزان کل ذوب برابر است با: 2350=110-2460
و مقدار هاردنر مورد نیاز برابر است با:
AL CU
100 4 X=9400/46=204gr
2350+X X/2
آزمايش تعيين سختي Al-Cu به روش برينل:
وساي مورد نياز:
2- 1-دستگاه سختي سنج برنيل؛
3- 2-نمونه؛
4- 3-ميكروسكوپ ميكرومتردار؛
در روش برنيل يك ساچمه از كاربيد تنگستن يا فولاد به قطر(D) روي جسم با نيروي (P) به مدت ثابتي(10 ثانيه براي آلياژهاي آهني و 30 تا 60 ثانيه براي آلياژهاي غيرآهني) توسط ماشين مربوط فشار ايجاد مي‌كند. از تقسيم نيروي وارد بر سطح ايجاد شده(سطح عرقچين كروي) عدد سختي در اين روش بدست مي‌آيد. سختي برنيل را به اختصار با B.H.N نمايش مي‌دهند. مقدار اين سختي از رابطه‌ي زير بدست مي‌آيد:
كه در آن P عبارت است از نيروي وارد بر ساچمه(بار) و A سطح عرقچين كروي ايجاد شده روي فلز يا آلياژ مورد آزمايش است.
آلياژ/ سختي 1 2 3 ميانگين
Al-Cu -- -- -- ----
Al-Cu2% 46 46 47 46
Al-Cu4% 49 48 46 48
Al-Cu6% 61 61 61 61
آلياژ/ سختي 1 2 3 ميانگين
Al-Cu18% 64 67 66 65.5
Al-Cu12% 76 76 76 76
-متالوگرافي:
بررسي و مطالعه ساختار دروني فلزات و آلياژها به منظور پي‌بردن به نحوه‌ي انجماد، ريزي و درشتي دانه‌ها، فازها و ساختارها و تشخيص حفره‌هاي انقباض و گازي و ترك‌ها در سطح قطعات مي‌باشد.
مطالعه‌ي قطعات به دو صورت مي‌باشد:
5- 1-مطالعه ماكروسكوپي.
6- 2-مطالعه‌ي ميكروسكوپي
-محلول‌هاي پوليش:
اكسيد Al(Al2 O3) براي فلزات آهني؛
اكسيد Mg(Mgo) براي فلزات غيرآهني؛
اچ كردن:
اين عمل باعث ايجاد يك خوردگي ضعيف توسط اسيدهاي آلي- غيرآلي كه با الكل معمولاً تركيب شده‌اند به وجود مي‌آيد كه به مدت 10 الي 15 ثانيه انجام مي‌گيرد.
محلول‌هاي اچ براي آلومينيوم و آلياژهاي آن:
اسيد نيتريك = % 20
اسيد كلريدريك = 20%
اسيد فلوريدریک = 10
آب = 50%
آماده سازي نمونه:
ابتدا نمونه موردنظر را بريده و سپس سوهان مي‌زنيم تا سطح آن صاف شود و بعد از آن بوسيله سمباده كه از 240 تا 2000 شماره‌گذاري شده آنرا سمباده مي‌زنيم تا سطح آن كاملاً صاف و صيقلي شود.
پوليش كردن:
حساسترين و مهمترين مراحل آماده‌سازي براي آزمايش متالوگرافي، پوليش كردن است. عمل پوليش كردن توسط دستگاه پوليش كه داراي يك صفحه‌ي صاف و گرد مي‌باشد و توسط الكترو موتور چرخه‌ي آن انجام مي‌شود، روي صفحه‌ي گردان آن پارچه‌ي ماهوت كشيده شده است. عمل پوليش با مواد ساينده كه اكسيد منيزيم براي آلومينيوم است. استفاده مي‌كنيم. تعداد دور صفحه‌ي دوار معمولاً بين 300 تا 500 دور بر دقيقه است. در هنگام پوليش كردن حتماً آب بايد از بالا به مقدار مناسب به وسط صفحه‌ي پوليش ريخته شود تا براده‌هاي ايجاد شده را با خود ببرد. فشار قطعه برروي صفحه‌ي پوليش بايد مناسب باشد. اگر فشار زياد باشد، صفحه‌ي پوليش باعث خط انداختن روي قطعه مي‌گردد.
مشاهدات آلياژهاي آلومينيوم پس از اچ كردن(متالوگرافي):
الف:
ب:
پ:
ت:
ث:
ریز ساختار: الف. Al-Cu 2%ب. Al-Cu4% پ. Al-Cu6% ت. Al-Cu 8%ث. Al-Cu 12%
عملیات رسوب سختی al-cu:
رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu توضیح داده میشود. قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(0.25 % در دمای 250 C به حداکثر 5.65 % در 548 C دمای یوتکیتیک) در آلیاژهای Al-Cu که دارای 0.2-5.6 % مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی solvus مس کاملا حل می شودو اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود.و در دماهای کمتر از solvus حالت تعادلی از دو فاز تشکیل می شود.محلول جامد α و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al2Cu) . اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای solvus کاملا بصورت محلول جامد است تا مای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.
عملیات حرارتی al-cu:
در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heat treatable می گویند.در برابر این آلیاژهایی وجود دارند مه که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد.برای مشخص کردن و تمییز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heat treatable می نامند.تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی و کاهش استحکام (آنیل) متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش هاس متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند
در آلیاژهای Al-Cu رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد. توالی تشکیل رسوبات بصورت زیر است :SSSS → GP zones → Ө ״ → Ө′ →Ө (Al2Cu)
دردماهای پیرسازی طبیعی (-20 .. 60 C) آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی کوهئرنتی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP می باشد.دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al2Cu تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد. در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө می توانند همزمان وجود داشته باشند.هر چه دما یا زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө ذر ریزساختار افزایش می یابد. خواص مکانیکی کاهش می یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage رخ می دهد
آندسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شودعبارتند از 7xxx,6xxx,2xxx (به غیر از 7072) و نیز آلیاژهای ریختگی 2xx.x,3xx.x و 7xx.x .برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز،منیزیم و روی نیز دارند.مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود .
در برخی از آلیاژها، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد. این آلیاژهای را گاها رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد فلذا بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند
رسوبسختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای 115-190 C و بمدت 5- 48 ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب بهین است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است
عملیات حرارتی که برای افزایش استحکام بکار میرود(در آلیاژهای الومینیوم) از سه مرحله بنیادی زیر تشکیل می شو د
عملیات حرارتی انحلالی: انحلال فازهای قابل حل
کوئنچ: گسترش محلول فوق اشباع پیرسازی: رسوب اتمهای حل شده در دمای اتاق(پیرسازی طبیعی)یا در دماهای بالاپیرسازی مصنوعی یا همان رسوب سخت)
نظرات
ارسال یک نظر