بچه های ریخته گری آموزشکده فنی شماره 2 تبریز

kids casting

 
آلیاژ شناسی
نویسنده : بهرام فرجی - ساعت ۱٠:٥٧ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٩/٩
 

 آلیاژهای غیرآهنی(آلومینیوم)

 آلیاژهای غیرآهنی(مس)

 آلیاژهای غیرآهنی(برنج)

 آلیاژهای غیرآهنی(روی)

 طبقه بندی چدنها

چدن خاکستری

  آلیاژهای چدن داکتیل

مطالب این بخش طولانی میباشد


 چدن‌ها

 چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

 

چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چدن های معمولی

 

این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

 

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای

 

چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

 

چدن های مالیبل یا چکش خوار

 

چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

 

چدن های گرافیت کروی یا نشکن

 

این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

 

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل

 

این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است.

 

ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.

 

چدن نسوز

 

این نوع از چدن ها به گروهی از آلیاژهی آهنی گفته میشود که شرایط کاری آنها در محیط  گرم ودر درجات حرارتی تا حدود 1100 درجه سانتی گراد می باشد در چنین درجات  حرارتی چدن ها نبایستی اکسیده شده وتحمل نیرو های مکانیکی را نیز دارا باشند. در هنگامی  که حد اکثر درجه حرارت 600 درجه سانتی گراد باشد این نوع چدن ها حتی میتوانند تحت  شرایط دینامیکی( همان نیروهای سیکلی یا متحرک بر قطعه ) به خوبی کار کنند نیکل  کرم  و مولیبدن از مهمترین عناصری هستند که دراین نوع چدن هاوجود دارد دارند . علاوه بر مسئله مقاوم بودن این نوع چدن ها در مقابل اکسیداسیون بایستی در اثر حرارت  دیدن باد نکرده وترک نخورند. میزان باد کردگی و رشد چدن ها در درجه حرارتی بالای400  درجه سانتی گراد زیاد بوده می تواند تا 10 درصد نیز برسد علت رشد وباد کردگی چدن ها  به دلیل تجزیه شدن سمنتیت به آهن وگرافیت در اثر حرارت است که توام با رشد وباد  کردگی قطعات خواهد بود لذا برای جلوگیری از این مشکل  از عناصری نظیر مولیبدن مس و کرم و فسفر استفاده می گردد به طور کلی منظور از افزودن عناصر آلیاژی حفظ استحکام چدن در درجه حرارت کار قطعه – اکسیده نشدن وعدم رشد و باد کردن چدن می باشند   مهمترین عنصر آلیاژی و ارزانترین آن کرم می باشد. چدن هایی که دارای 20 درصد کرم هستند می توانند تا درجات حدود 1000 درجه سانتی گراد کار نموده وچدن هایی که دارای 35 درصد کرم هستند تا درجه حرارت 1150 درجه سانتی گراد اکسیده نمی شوند

 

تر کیبات مربوط  به این نوع چدن ها

 

کربن 2تا6/2 – سیلسسیم حدود 1 – تا 5/1 در صد نیکل – کرم 18 تا 23 مس حدود5/1 – گوگرد کمتر از 06/0 – فسفر حدود1/0 درصد مقدار کرم در این نوع چدن ها را می توان تا 35 درصد نیز افزایش داد نمونه ای دیگر از ترکیب این نوع چدن ها : کربن 1تا 2 – سیلیسیم 5/0 تا 2/2 – منگنز حد  اکثر 25/0 گوگرد 05/0 – فسفر حد اکثر 1/0 وکرم 30 تا 34 درصد در تولید این نوع چدن ها از فروتیتا نیم یا فروکرم به عنوان جوانه زا استفاده می شود انواع دیگر چدن هابژی مقاوم در مقابل حرارت چدن های پر سیلیسیم می باشد این نوع چدن  ها در شرایطی مصرف می گردند که درجه حرارتی کار بالا تر از 900 درجه سانتی گراد نباشد .

 

 ترکیبات نمونه ای از این نو ع چدن ها

 

کربن 2/2 تا 3/2- سیلیسیم 5/4 ت 5/5 – منگنز 1تا 5/1 نیکل 18 تا 22 کرم 8/1 تا 5/4

 

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص

 

کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

 

چدن های بدون گرافیت

 

شامل سه نوع زیر می باشد:

 

چدن سفید پرلیتی

 

ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

 

چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت)

 

نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.

 

چدن سفید پرکرم

 

چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:

 

چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28

 

چدنهای فریتی با 34-30% Cr

 

چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.

 

طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.

 

چدن های گرافیت دار

 

چدن های آستنیتی

 

شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

 

چدن های فریتی

 

شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.

 

چدن های سوزنی

 

در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.

 

UP

 

 

 

اکستروژن معکوس مخلوط مذاب- جامد آلیاژ 27-ZA

 

چکیده

 

عملیات اکستروژن معکوس آلیاژ 27-ZA در حالت نیمه جامد به عنوان یک فرایند تکمیلی جهت حذف خلل و فرج و افزایش کیفیت سطحی قطعات تولید شده به روش ریخته گری مخلوط مذاب- جامد مورد استفاده قرار گرفت. این عملیات منجر به افزایش مذاب از جامد اتفاق افتاد که میزان این جدایش در دماها و نسبتهای اکستروژن بالاتر بیشتر بود. همچنین به علت شدت جدایش و تجمع فوق العاده مذاب در قسمتهای فوقانی محصولات اکستروژن یک منطقه دندریتی جدید یا ساختاری بسیار ریز در این نواحی مشاهده شد.

 

مقدمه

 

به علت محدوده انجمادی وسیع آلیاژ 27-ZA (حدود c110) ریخته گری به کار گرفته شده بر روی مخلوط مذاب جامد روشی مناسب جهت کاهش مشکلات ریخته گری می باشد. از آنجایی که در حین فرآیند بهم زدن مذاب و ریخته گری آن محصولات در صد بالایی از تخلخل پیدا می نمایند، عوارض نامطلوبی در این رابطه ملاحظه می شود، لذا انجام یک عملیات مکانیکی تکمیلی نظیر شکل دادن سبب بهبود خواص آلیاژ می گردد. از جمله مزایای تغییر فرم در حالت نیمه جامد نسبت به تغییر فرم حالت کاملاً جامد می توان به نیروی تغییر فرم کمتر، امکان شکل دادن قطعات پیچیده و سرعت بالای تغییر فرم اشاره کرد. یکی از مسائل موجود در تغییر فرم نیمه جامد جدایش بین فازهای مذاب و جامد است به طوریکه ضمن تغییر فرم یک اسکلت جامد متخلخل تشکیل می شود و فاز مذاب در فضای لابه لای آن به حرکت در می آید. در این شرایط بسته به نوع آلیاژ و مورفولوژی ذرات جامد سرعت تغییر فرم بحرانی در مقادیری که بیشتر  از آن جدایش مذاب از جامد اتفاق نمی افتد تعریف می شود.

 

به علت وجود تحول پریتکتیک در آلیاژ27-ZA ، در فرایند اکستروژن نیمه جامد آلیاژ مساله لزوم کنترل دقیق دما در محدوده، این واکنش بسیار مهم می باشد به طوریکه با اندکی جا به جایی حول دمای پریتکتیک، کسر جامد و در نتیجه نیروی لازم برای اکستروژن به شدت تغییر می کند به علت اعمال نرخ برش بالا به کمک اکستروژن معکوس و نزدیکی به شرایط صنعتی تولید قطعه، این روش اکستروژن از اهمیت خاصی برخوردار است. به همین دلیل به کمک این روش با تغییر در نسبت اکستروژن و سرعت سمبه بهینه تامین محدوده وسیعی از نرخ برش برای آلیاژ امکان بررسی رفتار مکانیکی و سیلانی مخلوط نیمه جامد در محدوه دمایی وسیعی میسر می گردد، در ضمن مطالعه ساختار میکروسکپی، خصوصاً جدایش فاز مذاب از جامد در این شرایط بسیار اهمیت دارد.

 

ادمه مطلب

 

 UP

 

 

 

تأثیر عوامل مختلف بر ریز ساختار آلومینیم و چدن نشکن نیمه جامد در روش شیبدار

 

چکیده

 

روش استفاده از سطح شیبدار یکی از جدیدترین روشهای تولید قطعات از طریق ریخته گری نیمه جامد- نیمه مایع می باشد که از تکنولوژی ساده تری نسبت به روشهای متداول دیگر از قبیل ریخته گری همزدنی یا مغناطیسی برخوردار است. پارامترهای موجود در این روش مانند طول و زاویه سطح شیبدار تعیین کننده زمان و میزان اعمال تنش بر مخلوط نیمه جامد در حین عبور از سطح شیبدار مسی مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهدات ریز ساختاری نشان می دهد در زاویه 45 درجه و طول 400 میلی متر برای آلومینیم و در زاویه 5/7 درجه و طول 560 میلی متر برای چدن نشکن ریز ساختار بهینه از نظر در صد کرویت و توزیع یکنواخت حاصل می گردد.

 

مقدمه

 

فرایند ریخته گری و شکل دهی در حالت نیمه جامد، در چند دهه اخیر به عنوان یک روش قابل اعتماد و موفق جهت ساخت قطعاتی نزدیک به شکل نهایی، خواص مکانیکی بالا و ریز ساختار یکنواخت مورد توجه قرار گرفته است. در فرایند ریخته گری در حالت نیمه جامد ساختار دندریتی آلیاژ هنگام انجماد، بوسیله اعمال تنش در ناحیه دو فازی به روشهای مختلف (از قبیل همزدن مکانیکی و همزدن الکترومغناطیسی ) به ساختار ریز و یا کروی بدیل می شود. روش استفاده از سطح شیبدار یکی از روشهای جدید اعمال تنش می باشد که به دلیل برخورداری از تکنولوژی ساده به خصوص در ریخته گری مداوم مورد توجه قرار گرفته است. در این روش مذاب با فوق گداز مناسب از روی یک سطح شیب دار به داخل یک محیط خنک کننده هدایت می شود دراثر تماس مذاب با سطح شیبدار و انتقال حرارت جوانه های جامد تشکیل می شوند که این جوانه ها به دلیل جریان مذاب و اعمال نیروی برشی از سطح جدا شده و در داخل مذاب توزیع می شوند. در روش استفاده از سطح شیبدار پارامترهای مختلفی از قبیل میزان فوق گداز، طول سطح شیبدار می توانند در ریز ساختارهای نهایی تأثیر گذار باشند.

 

اگر چه فرآیند تولید مواد مذاب نیمه جامد در سال 1971 ابداع شد، اما استفاده وسیع در مقیاس از آن از سال 1996 آغاز شد یعنی زمانی  که صنایع اتومبیل به قطعاتی با کارکرد طولانی،  قابل اعتماد و سبک وزن (که با روشهای معمول ریخته گری تحت فشار قابل تولید نیستند) نیاز پیدا کردند. امروزه تحقیقات متعددی در زمینه شکل دادن نیمه جامد فلزات و آلیاژهای مختلف انجام می شود. تحقیقات مذکور عمدتاً روی آلیاژهای با نقطه ذوب پایین متمرکز شده اند اما اخیراً تلاشهای نیز جهت تهیه قطعاتی با خصوصیات مکانیکی مناسب از جنس آلیاژهای با نقطه ذوب بالا آغاز شده است که با موفقیتهای نیز همراه بوده اند، اگر چه تحقیقاتی در زمینه فرایند نیمه جامد چدن خاکستری صورت گرفته ولی تا کنون گزارشی در مورد فرایند نیمه جامد چدن نشکن منتشر نشده است که یکی از دلایل آن مشکل میرایی جوانه های گرافیت در طول فرایند نیمه جامد و  همچنین دمای بالای ذوب می باشد.

 

گزارش حاضر جهت تعیین شرایط بهینه ریخته گری، به بررسی تأثیر زاویه و طول سطح شیبدار مسی روی ریز ساختار نمونه های آلومینمی Al356 و چدن نشکن نیمه جامد پرداخته است.

 

ادمه مطلب

 

 

 

 UP

 

 

 

تأثیر پارامترهای مختلف همزدن در ناحیه دو فازی جامد- مذاب بر ریز ساختار چدن نشکن

 

Iron on – The Effect of Stirring Semi-Solid Ductile Microstructure

 

چکیده:

 

قطعات ریخته گری بدلیل ساختار دندریتی و وجود حفرات گازی و انقباضی همواره دارای خواص پایین تری در مقایسه قطعات آهنگری می باشند. از طرفی دیگر ریخته گری قطعات نازک نیز به دشواری امکان پذیر می باشد. یکی از راه  حلهای ارائه شده برای این موضوع استفاده از ریخته گری در حالت نیمه جامد است .

 

در چدن های نشکن بدلیل انجماد دندریتی جدایش زیادی در ساختار بوجود می آید که باعث افت خواص می شود و در عین حال امکان فرایند ریخته گری تحت فشار (Die cast) چدن نشکن نیز وجود دارند. بنابراین برای حل این مشکل فرایند نیمه جامد مورد بررسی قرارگرفت در این تحقیق با استفاده پرده های طراحی شده مذاب چدن نشکن در کوره  با سرعت ها و در زمانهای مختلف همزده شد. نتایج نشان می دهد که افزایش زمان همزدن باعث تشکیل گرافیتهای ورقه ای می شود و با افزایش سرعت همزدن شکل ذرات جامد به سمت کروی شدن میل می کنند. نتایج آزمایشات بیانگر این است که با سرعت همزدن 150 دور در دقیقه و مدت همزدن 9 دقیقه شرایط بهینه جهت تهیه چدن نشکن نیمه جامد می باشد.

 

مقدمه :

 

فرآوری نیمه جامد یک فرایند تهیه فلزات و آلیاژها است که در چند سال اخیر توسعه سریعی داشته است در این فرایند آلیاژ مورد نظر ابتدا تحت شرایط کنترل شده ای ذوب شده، سپس درست از بالای خط لیکویید مذاب تنش برش کافی وارد می شود. مذاب با سرعت مشخصی شروع به سرد شدن می کند تا درصد جامد مورد نظر حاصل شود. در این فرایند اعمال تنش برشی کافی در منطقه دو فازی بین خط لیکوئیدس و سالیدوس منجر به تخریب ساختار دندریتی می گردد و می توان مخلوط مایع – جامد را به راحتی به قطعه ای با ساختار مورد نظر و شکل نهایی تبدیل کرد.

 

در مقایسه تولید شده به روش ریخته گری تحت فشار با سایر روشهای معمول ریخته گری قطعات تولید شده در حالت نیمه جامد دارای تخلخل کمتر و خواص مکانیکی بهتری می باشد. این امر نتیجه دو عامل است: الف)کاهش حجم ماده ای که باید هنگام انجماد منقبض گردد. ب) ایجاد یک الگوی یکنواخت در پر شدن حفره قالب خواص مکانیکی این قطعات معادل قطعات فورج شده است و در عین حال می توان قطعاتی با هندسه پیچیده تر را نیز تولید نمود.

 

الیاژهای با نقطه ذوب پایین در حال انجام است با توجه به نیاز صنایع کشور به تولید محصولاتی با کیفیت وکارایی بهتر نسبت به قطعات فعلی، تولید چدن نشکن  به این روش گام مهمی در پشرفت  صنایع جهان و کشور خواهد بود. هدف این تحقیق بررسی تأثیر پارامترهای روش همزدن مذاب در ناحیه دو فازی جامد- مذاب بر ریز ساختار چدن نشکن می باشد.

 

ادمه مطلب

 

 

 

 UP

 

 

 

اثر میدان مغناطیسی عمودی بر روی ریخت شناسی دندریت در هنگام رشد کریستالی بریجمن Al-4.5wt% Cu

 

چکیده:

 

تاثیر میدان مغناطیسی عمودی قوی (به میزان 10 تسلا) بر روی ریخت شناسی دندریت در حال رشد بریجمن در آلیاژ Al-4.5wt% Cu به صورت آزمایشگاهی بررسی شده. متوجه شدیم که میدان موجب بی نظمی در دندریتها و انحراف از محورشان می گردد. به ازاء افزایش میدان مغناطیسی وکاهش سرعت انجماد ( سرعت رشد)، دندریتها شکسته شده و به جای رشد در جهت <100> در جهت <111> در امتداد جبهه انجماد تغییر جهت می دهد. همچنین میدان فاصله دندریتها را زیاد کرده و باعث ازدیاد شاخه های دندریتی تا بزرگترین حالت شاخه ها می شود. پدیده مذکور را به اثر گرمای همرفت میدان مغناطیسی و جهتگیری به علت میدان مغناطیسی بالا منسوب می گردد.

 

مقدمه:

 

انجماد در میدان مغناطیسی قوی موضوع جالب و مورد توجه محققین بوده است. صرف نظر از اثر تعدیل همرفت در حجم مذاب در حین فرآیند انجماد،که موضوع تحقیقاتی خوبی است، اخیرا نتایج غیر منتظره ای به خاطر حضور میدان مغناطیسی قوی مشاهده شده است.

 

 Youdelis و Dorward  از میدان 4/3تسلا متقاطع با جهت انجماد آلیاژAl-Cu  استفاده کردند و در نتیجه با اعمال میدان مغناطیسی ضریب توزیع موثر انحلال کاهش یافته که به افزایش انتقال جرم توسط میدان مغناطیسی در مذاب اشاره دارد. Alboussiere و همکارانش و Lakar متوجه لکه های ظاهر شده در Al-4.5wt%Cu و Sn-40wt%Be شدند که به خاطر انجماد عمودی با یک میدان مغناطیسی افقی 6/0 تسلا یا میدان عمودی 5/1 تسلا می باشد. آنها نتایج را به پدیده ای نسبت میدهند که آن را اصطلاحا دمای الکترو مغناطیسی(ترموالکترومغناطیس) همرفتی می نامند (TEMC). کنترل نظم و بافت ساختار در انجماد بوسیله اعمال میدان مغناطیسی یک تحقیق جالب می باشد.Asai در آلیاژ Al-Se-Fe  در هنگام انجماد در یک میدان مغناطیسی قوی محور های ستونی را مشاهده نمود.Yasuda  و همکارانش و Ren فازهای هم محور اولیه MnBi را در میدان مغناطیسی بررسی نموده ومتوجه شدند که محور C  کریستال MnBi در راستای میدان مغناطیسی کشیده شده اند. ساختار کریستال رشد یافته Bi-2212  و Bi(pb)2212 در یک میدان مغناطیسی قوی بدست آمده است. همه کارهای انجام شده نشان می دهد که یک میدان مغناطیسی قوی ثابت اثرات بسزایی بر روی انجماد می گذارد و نیازمند تحقیق بیشتری می باشد.رشد دندریت به عنوان یک پدیده طبیعی و فرآیند اولیه مواد، موضوع مهم و جالب برای تحقیق می باشد، هر چند تا کنون کار کمی بر روی اثرات میدان مغناطیسی قوی استاتیکی بر روی رشد دندریت صورت گرفته است. انتظار میرود که رشد دندریت در یک میدان مغناطیسی قوی تغییر کرده و یا امکان دارد اثرات جدیدی بر روی انجماد اعمال نماید.در این مقاله تاثیر یک میدان مغناطیسی قوی (در حدود 10 تسلا) بر رشد دندریت هنگام رشد بریجمن آلیاژ   Al-4.5wt% Cu به صورت آزمایشگاهی، تحقیق به عمل آمده. در این تحقیق رفتار رشد دندریت بسیار تغییر کرده و میدان مغناطیسی اثر جدیدی بر روی رشد دندریت داشته است.

 

ادمه مطلب

 

 

 UP

 

 

 

انجماد جهت دار SCN خالص و آلیاژهای SCN - Salol

 

چکیده

 

SCN خالص SCN)) وآلیاژهای SCN - Salol با چهار غلظت مختلف Salol به صورت غیر جهت دار در 5 سرعت رشد مختلف در یک شیب دمایی منجمد می شوند . پارامترهای ریز ساختار عبارتند از فاصله ی بازوهای دندریت اولیه : λ1 و شعاع نوک دندریت : R  و عمق ناحیه خمیری ( طول دندریت اولیه ) که اندازه گیری می شوند تاثیرات پارامترهای ریز ساختار بر روی پارامترهای انجماد برای SCN  خالص و آلیاژهای SCN - Salol بوسیله آنالیزهای برگشت خطی معلوم می شود . نتایج بدست آمده با نتایج منتشر شده مقایسه می شود .

 

کلمات کلیدی

 

آلیاژهای اصلی (آلی) ، انجماد جهت دار ، ریز ساختار و رشد دندریتی .

 

مقدمه

 

یک ساختار دندریتی بیشترین ساختار دیده شده در هنگامی که یک ماده منجمد می شود است . رشد دندریتی بررسی می شود بوسیله اعمال نفوذ هر یک از:

 

1) شیب حرارتی در مواد خالص .

 

2) شیب حل شده در یک سیستم آلیاژی .

 

دور نمای مواد آلی به صورت موفقیت آمیزی برای مطالعه انجماد بوسیله دیگر مؤلفان استفاده شده است . {18-3} یک ساختار دندریتی به وسیله پارامترهای λ1 ، λ2 و R و D  مشخص می شود که در شکل 1 نشان داده شده است . متغیرات انجماد تحت نفوذ شیب حرارتی (G) و سرعت رشد (V) برای انجماد جهت دار مواد خالص هستند . شیب حرارتی نفوذی (G) ، سرعت رشد(V)  و ترکیب آلیاژها (C 0 ) پارامترهای انجماد برای انجماد جهت دار آلیاژهای دوتایی هستند . در انجماد جهت دار تأثیر پارامترهای انجماد بر روی پارامترهای ریز ساختاری بررسی می شود . پارامترهای ریز ساختار نقش مهمی را در خواص مکانیکی مواد فلزی بازی می کنند .

 

ادمه مطلب

 

UP

 

بررسی امکان تولید کامپوزیت به روش ریخته گری فومی

 

An  Investigation  on  the Production of Casting Composite Via Lost Foam Process

 

چکیده

 

روش ریخته گری است که حدوداً از سال 1950 برای تولید قطعات بزرگ صنعتی و یا تولید انبوه قطعات کوچک و متوسط به کار گرفته شده است. یکی از ویژگی های این روش، امکان قرار دادن الیاف یا ذره در داخل فوم یا در واقع مغزه گذاری(Coring) و سپس انجام عملیات ریخته گری است. به این ترتیب امکان تولید قطعات کامپوزیتی با خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب وجود داشته و باعث گسترده شدن دایره کاربرد این روش می شود. در این تحقیق سیم مسی با قطر 2/0 ،4/0 ، 6/0 و 8/0 میلیمتر در داخل مدل فومی جاگذاری شده وپس از ریخته گری آلیاژ آلومینیم 356 ،تغییرات ایجاد شده در ساختار، فازها و ترکیبات بین فلزی ایجاد شده در آن و نحوه انحلال سیم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که این روش در حالیکه می تواند به عنوان یک روش تولید کامپوزیت مطرح باشد قابلیت آنرا نیز دارد که برای ایجاد و مطالعة گروهی از ساختارهای فازی در محدودة آلیاژی دو تایی آلومینیم- مس مورد استفاده قرار گیرد.تنوع ساختاری حاصله در اطراف سیم جاگذاری شده با استفاده از میکروسکوپ نوری والکترونی قابل مطالعه و آنالیز کمی و کیفی است

 

مقدمه

 

استفاده از فرآیند ریخته گری توپر(ریخته گری فومی) سابقه ای حدوداً 50 ساله دارد. در ابتدا از این روش تنها برای تولید قطعات ریختگی محدود استفاده می شد. در سال های 1960 و 1970 ، این فرآیند به وسیلة صنایع اتومبیل سازی وبرای تولید قطعات تکی بزرگ، مانند  قالب و پایه های پرس مورد استفاده قرار گرفت، تا اینکه در سال 1981 به اوج خود رسید. با ورود این روش به عرصه تولید انبوه قطعات خودرو و زمینه های توسعه این روش به عنوان یک روش تولید زیست سازگار و کاملاً اقتصادی در شرایطی رقابتی با سایر روشهای ریخته گری مطرح می باشد. گزارشهای منتشره در مورد آخرین وضعیت فرآیند ریخته گری فومی گویای این موضوع است که فعالیت ها و تحقیقات، به خصوص در زمینة نحوه حرکت سیال، اثرات کاربرد پوشش،دقت ابعادی قطعات پیچیده، مشکلات این فرآیند و نیز رفع موانع و محدودیت های آن ادامه دارد{1-4}.

 

ادمه مطلب

 

UP

 

 

 

آلومینیم

 

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب 660   درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000  درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم  و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی  و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد.

 

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

 

عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .

 

کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :

 

1- سمی بودن کلر     2- تلفات آلومینیم

 

عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al  که تا 2%Mg  خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg  کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.

 

آلیاژهای Si-Al-Mg 

 

دو عنصر آلیاژی Si  و  Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند. این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم  Mg  تا حدود 3/0 %  و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد. افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند .

 

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

 

وزن مخصوص کم:

 

 یک متر مکعب آلومینیوم خالص 8/2827 کیلوگرم وزن دارد و یک متر مکعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 کیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 کیلوگرم در هر متر کعب سبک‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.

 

پوشش سخت دادن Hard Coating

 

 یکی از فرآیندهای آندایزه کردن است که به تدریج اهمیت پیدا می‌کند و آن را آندایزه کردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه کردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریک و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد که لایه اکسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه کردن معمولی برسد.

 

پوشش آلومینیومی دادن Alcladding

 

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

 

ریخته گری در قالبهای مختلف

 

ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی  افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد. در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد . افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.

 

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

 

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

 

نرمی آلومینیم در حالت سرد

 

اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار  سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت  ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .

 

 منابع و ماخذ

 

 جلال حجازی ( اصول ریخته گری )     دانشگاه علم و صنعت ایران

 

عملیات کارگاهی آلومینیم              همگن ویلهام  ترجمه اردشیر طهماسبی

 

اصول علم مواد                            تالیف حسن تویسرکانی

 

متالورژی فیزیکی                          ترجمه مهندس علی اکبر آهنی  نوشته س. هـ . اونر

 

 UP

 

 

 

مس

 

مشخصات فیزیکی مس

 

.مس دارای ساختار FCC بوده و تغیرات آلوتروپیک در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتیگراد ذوب شده و دانستیته در حدود 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب دارد مس دارای پارامتر شبکه 3.6 آنگسترم بوده و دارای قطر اتمی 2.55 آنگسترم می باشد همچنین دارای مشخصات ریخته گری به شرح زیر می باشد

 

1-دارای نقطه ذوب بالایی نسبت به آلیاژ های غیر آهنی می باشد

 

2-دارای سیالیت کم

 

3- اکسیداسیون بالا

 

4- آلیاژ مس دارای دامنه انجماد طولانی و انجماد خمیری می باشد به خصوص در آلیاژ های برنج که این دامنه انجماد خیلی طولانی می شود مواد شارژی که برای ساخت آلیاژ های مس به کار می رود شبیه آلیاژ های آلومینیم می باشد که شامل :

 

1- شمش های اولیه

 

 2-شمش های ثانویه

 

 3-قراضه ها

 

 4- برگشتی ها

 

 5- هاردنر ها

 

 قابل توجه است که مس قابلیت انحلال اکثر عناصر را دارد بنابراین ساخت آلیاژ های مس همراه عنصری نظیر Ni,Si,Zn امکان پذیر می باشد .

 

شمش های اولیه

 

در مواد شارژ شمش های اولیه می باشد که شامل شمش مس قلع سیلیسیم روی و سرب می باشد .نکته : شمش مس به شکل ورق یا مفتول استفاده می شود که با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا دارای ناخالصی های نظیر قلع نیکل آهن آنیتموان سرب بیسموت می باشد که معمولا بیشترین ناخالصی در این آلیاژ آهن و نیکل می باشد .

 

 شمش قلع

 

این شمش عموما برای ساخت برنز های قلع دار استفاده می شود که دارای نقطه ذوب 232 درجه سانتیگراد می باشد که وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد . این عنصر دارای درجه خلوصی در حدود 99.5 تا 99.9 درصد می باشد که دارای ناخالصی هایی نظیر مس آهن سرب آلومینیم بیسموت آنتیموان می باشد و عموما به شکل شمش های 25 کیلویی و یا مفتول استفاده می شود

 

شمش سیلیسیم

 

که عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده می شود و به شکل آمیژن و هاردنر به مذاب مس اضافه می شود .

 

شمش روی

 

این شمش عموما برای ساخت برنج ها استفاده می شود که دارای وزن مخصوص 7.1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتی گراد می باشد د: شمش سرب : این شمش دارای نقطه ذوب 327 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص 11.3 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و در صنعت به عنوان سنگین ترین عنصر شناخته می شود این عنصر عموما در برنز های سرب دار و برنج های استفاده می شود

 

شمش نیکل

 

نیکل از لحاظ خواص فیزیکی بسیار شبیه مس بوده و دارای نقطه ذوب 1453 درجه سانتیگراد و دانسیته 8.9 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد . نیکل عموما در برنج های مخصوص استفاده می شود که در اصطلاح به این برنج ها ورشو می گویند .

 

شمش های ثانویه

 

این شمش ها از ذوب مجدد و تصویه آلیاژ های مس به دست می آید که از نظر کنترل ترکیب شیمیایی مناسبت تر و مرغوب تر می باشد همچنین دارای عناصر آلیاژی می باشد معمولا شمش های ثانویه دارای 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روی و 2 تا 6 درصد سرب می باشد .

 

 قراضه ها

 

که معمولا ضایعات مس بوده که قبل از استفاده باید پیش گرم شده و عملیات اسید شویی و چربی گیری بر روی آن ها انجام می شود .

 

 آمیژن ها

 

دلیل استفاده از آمیژن ها در آلیاژ های مس به این دلیل می باشد که آلیاژ سازی که علاوه بر کاهش نقطه ذوب از تبخیر عناصر آلیاژی و تلفات مذاب جلوگیری می کند .

 

انواع هاردنر ها در آلیاژ های مس

 

آمیژن مس – سیلیسیم

 

جهت تولید این آلیاژ ساز ابتدا مس را ذوب کرده سپس سیلیسیم را به شکل ذرات ریز به مذاب اضافه می شود معمولا تعداد دفعات اضافه کردن 7 تا 8 مرتبه می باشد که بعد از هر دفعه اضافه کردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش کاهش پیدا می کند تا از تلفات Si در Cu جلوگیری شود .

 

آمیژن Al-Cu

 

روش تهیه این نوع آمیژن به این صورت می باشد که در صورت وجود دو کوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شکل بارکه مذاب به Al اضافه می کنند اما روش دوم ساخت آمیژن به این صورت می باشد که مس را ذوب کرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند که پس از هر بار اضافه کردن Al درجه حرارت را کاهش داده تا از تلفات Alجلوگیری شود

 

 آمیژن سه گانه Cu,Al,Ni

 

برای تهیه این هاردنر به علت آنکه اضافه کردن Niبه مس هیچ گونه مشکلی ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ایجاد کرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند . پس از آماده سازی مواد شارژ و پیش گرم کردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفیه عناصر آلیاژی به مذاب اضافه می شود . بهترین نوع کوره ها در ذوب Cu کوره های القایی می باشد اما از کوره های و روبربرگ نیز استفاده می شود . معمولا این نوع آلیاژ ها در صنایع الکترونیک و برق استفاده می شود که تا حدود 2 درصد شامل ناخالصی می باشد و جود ناخالصی باعث کاهش هدایت الکتریکی آلیاژ می شود ناخالصی های موجود شامل روی آرسنیک کادمیم سیلیسیم کرم ونقره می باشد به علت قابلیت اکسیداسیون بالا و انجماد خمیری و سیالیت پایین ریخته گری این آلیاژ مشکل می باشد .

 

مواد قالب گیری در ریخته گری مس

 

ریخته گری مس هم در داخل قالب های دائمی و هم قالب های موقت انجام می شود ریخته گری قالب های موقت به روش های ماسه ای تر ماسه ای خشک پوسته ای CO2 انجام می شود که حسب مورد استفاده آن بنتونیت همراه مواد افزودنی می باشد که آرد حبوبات به دلیل افزایش استحکام، خاک اره به جهت افزایش نفوذ گاز می باشد در آلیاژ های مس باید نفوذ گاز ماسه به دلیل انجماد خمیری بالا باشد همچنین گرد زغال باعث افزایش مقاومت به ماسه سوزی ماسه استفاده می شود .

 

ریخته گری قالب های دائمی

 

به دو روش ریژه وتزریقی انجام می شود که عمر قالب های دائمی در آلیاژ های مس در مقایسه با سایر آلیاژ های غیر آهنی کوتاه تر می باشد که به دلیل درجه حرارت ریخته گری بالای مس ودانسیته بالای مس می باشد نکته : چگالی و دانسیته مس 8.4 می باشد جهت افزایش عمر قالب:

 

استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگیری از شوک حرارتی به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن یا فولاد می باشد که در آلیاژ های مس در داخل فولاد تمرکز حرارتی شدیدی وجود دارد که به علت انتقال حرارتی کم فولاد می باشد به دلیل انتقال حرارتی شدید مذاب و انتقال حرارتی کم قالب تمرکز حرارتی در قالب های فولادی به وجود می آید .

 

سیستم های راهگاهی

 

که با توجه به سیالیت پایین مذاب مس در مقایسه با آلیاژ های غیر آهنی دیگر معمولا ابعاد سیستم راهگاهی در آلیاژ های مس بزرگتر از آلیاژ های دیگر می باشد سیتسم راهگاهی در این نوع قالب ها به دو دسته تقسیم می شوند .

 

 قطعات کوچک با ابعاد یکنواخت :

 

در این گونه قطعات سیستم راهگاهی به گونه ای طراحی می شود که کار تغذیه را سیستم راهگاهی انجام می دهد و عملا نیازی به تغذیه گذاری نداریم نسبت به سیستم راهگاهی در این حالت 1-9-3 و 1-8-2 می باشد .

 

قطعات بزرگ و یکنواخت :

 

در این روش نیاز به تغذیه گذاری می باشد که نسبت سیستم راهگاهی در این حالت 2-3-2 و 1-8-2 می باشد تغذیه های به کار گرفته شده دراین سیستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد می باشد .

 

تغذیه گذاری

 

تغذیه گذاری در آلیاژ های مس بسته به نوع انجماد دارد انواع آلیاژ های مس بسته به نوع انجماد عموما به سه دسته تقسیم می شوند :

 

1-      آلیاژ ها با دامنه انجماد کوتاه و انجماد پوسته ای مانند مس – آلومینیم در این گونه قطعات میزان مک و حفرات گازی پراکنده کمتر و بیشترین انقباض در قسمت وسط یا گرمترین نقطه انجماد در نظر گرفته می شود دارای 4.5 تا 4% انقباض می باشد

 

2-       آلیاژ ها با دامنه و انجماد خمیری مانند آلیاژ های مس – روی ، برنز ها – مس –سرب این نوع آلیاژ ها دارای انجماد شدید خمیری می باشند میزان مک و حفرات انقباضی پراکنده در این گونه آلیاژ ها زیاد می باشد لذا تعیین محل تغذیه مشکل می باشد بنابراین باید با استفاده از مبرد و یا مواد اگزوترم مواد گرما زا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوریم تا حداقل میزان مک و حفرات انفباضی و گازی در قطعه تولید شوند که معمولا در این قطعات از تغذیه گرم استفاده می شود  .

 

3-       آلیاژ هایی با دامنه انجاد متوسط می باشد این نوع آلیاژ ها در حدفاصل دو حالت بالا قرار می گیرند معمولا در این نوع قطعات هم انقباضات متمرکز و هم غیر متمرکز دیده می شود که این امر را می توان با اگزوتر و مبرد برطرف کرد مانند مس – بریلیم .

 

عملیات کیفی تهیه مذاب Cu

 

 که شامل مرحل :

 

 1-اکسیژن زدایی

 

 2-هیدروژن زدایی

 

 3-کنترل ترکیب شیمیایی

 

4- تصفیه

 

اکسیژن زدایی

 

اکسیژن یکی از مهمترین عناصری که میل ترکیبی زیادی با مس و آلیاژ های مس دارد که با افزایش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اکسیژن تولید اکسید مس دو ظرفیتی می کند . در 1050 تا 1100 درجه اکسید 2 ظرفیتی مس تبدیل به اکسید یک ظرفیتی می شود . اگر درجه حرارت از 1100 بیشتر شود مجددا اکسید مس تجزیه می شود به مس و اکسیژن محلول که این اکسیژن در داخل مذاب حل شده و تولید اکسید می کند واکنش دیگری را که انجام می دهد با هیدروژن می باشد که تولید رطوبت و اکسید فلزات موجود در مذاب را می کند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اکسید های موجود نیز به شکل ناخالصی در مذاب به وجود می آید برای حذف اکسیژن و اکسید های فلزی در آلیاژ های مس از سه روش استفاده می شود :

 

 استفاده از فلاکس های پوششی:

 

این مواد مانع از ورود اکسیژن و هیدوژن به داخل مذاب Cu می شود . فلاکس های مورد استفاده معمولا ترکیبات کربنی – خورده شیشه – و براکس می باشد( براکس که ترکیبات سدیم و پتاسیم کریولیت می باشد )و خورده شیشه نیز ترکیبات سیلیسی بوده که علاوه بر مانع شدن ورود اکسیژن به مذاب باعث افزایش سیالیت مذاب و سرباره گیری آسان می شود .

 

 استفاده از مواد غیر محلول در مذاب جهت حذف اکسیژن :

 

مواد غیر محلول در سطح مذاب قرار داده که این مواد در روی سطح شروع به انجام واکنش شیمیایی کرده و در ضمن احیاء اکسید های مذاب به عنوان مواد پوششی در سطح مذاب از اکسید شدن مذاب جلوگیری می کنند که مهمترین آن ها عبارتند از کاربید کلسیم CaO2، پراید منیزیم Mg3O2 فلاکس های مایع نظیر اسید بوریک زغال چوب این مواد ضمن خاصیت احیایی دارای وزن مخصوص پایین می باشد و روی مذاب قرار می گیرند بعضی از واکنش هایی که این مواد انجام می دهند شامل

 

استفاده از اکسیزن زداهای محلول در مذاب :

 

این نوع اکسیژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واکنش می دهند معمولا احیاء کننده های قوی هستند که عناصری مانند فسفر روی منگنز سیلیسیم لیتیم آلومینیم و در بعضی از مواد سرب شامل این دسته از اکسیژن زداها می باشد این عناصر قابلیت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابلیت احیاء کنندگی قوی اکسید مس را احیاء می کنند و محصولات واکنش عموما وارد سرباره شده و یا به صورت گاز از مذاب خارج می شود واکنش هایی که این عناصر انجام می دهند شامل عناصر Al- لیتیم –سیلیسیم پس از پایان واکنش محصولات واکنش در آنها باقی می ماند لذا کمتر استفاده می شود و بهترین اکسیژن زدای محلول فسفر می باشد که پس از واکنش از مذاب خارج می شود و با کاهش انحلال اکسیژن در مذاب از طرف دیگر انحلال هیدروژن افزایش پیدا می کند لذا بعد از مرحله اکسیژن زدایی باید عملیات ریخته گری بلافاصله انجام شود .

 

هیدروژن زدایی

 

 این عنصر ماننداکسیژن از اتمسفر محیط و یا رطوبت موجود در مواد شارژ و محیط قالب وارد مواد شارژ می شود اگر داخل مذاب میزان اکسیژن بالا باشد باعث کاهش حلالیت هیدروژن می شود . هیدروژن در مرحله انجماد تبدیل به مولکول هیدروژن مولکولی در داخل حفرات انقباضی قرار گرفته و مانع از تغذیه حفرات انقباضی توسط مذاب می شود در نتیجه حفرات انقباضی تشدید می شوند .

 

نکته : حفرات گازی هستند که در مقطع برشی آن حفرات به صورت گرد و منظم می باشد اما حفرات انقباضی حفراتی می باشند که در مقطع شکست آن شکل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزنی شکلی نیز در دور آن تشکیل شده است

 

بخار آب موجود به سه شکل در قطعات تولیدی اثر می گذ ارد

 

1- مقدار بخار آب تولیدی کمتر از حد بحرانی باشد در این شرایط اگر درجه حرارت ذوب و یا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نیز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محیط را پیدا می کند

 

2- مقدار بخار آب تولیدی حدود حد بحرانی باشد در این شرایط در اثر افزایش دما و کاهش چگالی بخار آب و افزایش حجم بخار و همچنین افزایش فشار بخار سرعت خروج بخار از محیط قالب برابر با سرعت تولید گاز توسط مذاب است در این شرایط میزان عیوب گازی به حداقل می رسد .

 

3-میزان بخار آب تولیدی بیشتر از حد بحرانی باشد تشکیل بخار و عدم خروج بخار از محیط باعث افزایش مک تحلخل حفرات گازی و انقباضی در قطعه می شود .

 

روش های حذف هیدروژن

 

استفاده از فلاکس و سرباره های اکسیدی :

 

این نوع سرباره ها با هیدروژن موجود در مذاب واکنش داده و تشکیل بخار آب می دهد این بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هیدروژن زدایی تشکیل می شود این روش در صنعت کمتر استفاده می شود که به دلایل زیر می با شد

 

1-      واکنش های ایجاد شده در سرباره باعث کاهش سرباره می شود .

 

2-       باعث افزایش تلفات مذاب می شود

 

3-       ممکن است بخار آب موجود در فصل مشترک مذاب و بخار دوباره تجزیه شود و هیدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود  .

 

 دمش گاز خنثی :

 

 با دمش گاز خنثی مثل نیتروژن و آرگون می توان هیدروژن موجود در مذاب را به شکل فیزیکی و مکانیکی به سطح مذاب هدایت کرد علاوه بر گاز های هیدروژن و اکسیژن که ممکن است در مذاب وجود داشته باشد دی اکسید کربن CO2 و دی اکسید گوگرد SO2 نیز در مذاب وجود دارد که منشا این عناصر محصولات حاصل از احتراق می باشد CO2 می تواند با مذاب واکنش داده و تشکیل سولفید مس دهد : که سولفید مس می تواند به صورت ناخالصی در حفرات باقی بماند .

 

کنترل ترکیب شیمیایی

 

مواد شارژ حین تهیه مذاب دارای تلفات می باشد این نوع تلفات باعث بر هم خوردن ترکیب شیمیایی مذاب می شود

 

منشاء تلفات عناصر آلیاژی در مذاب

 

تلفات مذاب و عناصر آلیاژی در سرباره :

 

به علت قابلیت چسبندگی مذاب و عناصر آلیاژی با سرباره مقداری از مذاب و عناصر آلیاژی همراه با سرباره خارج میشود .

 

تمایل ترکیب عناصر آلیاژی با اکسیژن :

 

درجه حرارت بالای مذاب که باعث تصعید و تبخیر عناصر آلیاژی می شود .

 

 تلاطم مذاب :

 

باعث افزایش سطح تماس مذاب و سرباره می شود که این امر باعث افزایش تلفات مذاب و عناصر آلیاژی می شود .

 

روش ذوب :

 

اگر در روش ذوب تقدم و تاخر اضافه کردن عناصر آلیاژی در نظر گرفته نشود باعث افزایش تلفات مذاب و عناصر آلیاژی می شود .

 

UP

 

 

 

برنج

 

 آلیاژ مس – روی (برنج)

 

 فاز B و B' دارای سختی و مقاومت به سایش بالا می باشد و باعث افزایش استحکام و سختی آلیاژ می شود افزایش بیشتر روی در آلیاژ باعث تشکیل فاز گاما می شود Cu5Zn8 این فاز فوق العاده شکننده بوده و باعث ایجاد ترک و کاهش خواص مکانیکی در آلیاژ می شود وجود ناخالصی ها در برنج ها باعث تشکیل فاز های میانی Cu2ZnAl و Cu2ZnSn,Cu5ZnMg این فاز ها به شکل ناخالصی و آخال باعث کاهش خواص آلیاژ می شود . نوع آلیاژ رنگ و مشخصات مس Cu>98 رنگ و مشخصات مسبین 98 تا 90 طلایی تیره زرد تیره بین 85تا 80 رنگ سرخ مس بین 65 تا 70 رنگ زرد – زرد روشن کمتر از 60 رنگ زرد متمایل به سفید

 

آلیاژ مس قلع( برنز)

 

وجود قلع در مس باعث افزایش استحکام و خواص مکانیکی می شود حد حلالیت قلع در مس در فاز آلفا حدود 13.5 درصد است و در درجه محیط مقادیر بسیار کوچک و صفر می رسد . قلع در مس تشکیل فاز بین فلزی دلتا را می دهد Cu3Sn8 این فاز ، فاز سختی بوده و باعث افزایش سختی آلیاژ می شود عموما آلیاژ های مس قلع زیر 20 درصد قلع دارند و آلیاژ هایی که 5 تا 10 درصد قلع دارند دارای فاصله انجماد بسیار طولانی 200درجه و لذا انجماد خمیری دارند یکی از آلیاژ های برنز آلیاژ زنگ می باشد که دارای 20 تا 23 درصد قلع می باشد و سختی و شکنندگی زیاد دارد وجود سرب باعث افزایش خاصیت ماشین کاری می شود وجود آلومینیم در آلیاژ های مس قلع باعث افزایش سختی و شکنندگی این نوع آلیاژ ها می شود و همچنین وجود آهن در ترکیب شیمیایی این نوع آلیاژ ها به ریز شدن شبکه کریستالی کمک می کند .

 

آلیاژ های برنز در یاتاقان ها و نقاطی که میزان خوردگی بالا می باشد استفاده می شود مانند اسکله ها و کشتی ها همچنین درجه حرارت ریخته گری برنز 1070 تا 1150 درجه می باشد .

 

آلیاژ مس-نیکل(ورشو)

 

ورشو آلیاژی از مس و نیکل بوده این آلیاژ جلای فلزی بالایی دارد و عموما در ساخت صنایع و اشیاء هنری و صنایع غذایی استفاده می شود همچنین این آلیاژ به نقره آلمانی نیز معروف می باشد .

 

آلیاژ مس – قلع- روی

 

عموما 10 قلع و 20 درصد روی دارد این نوع آلیاژ مقاومت به خوردگی بالایی در آب دریا داشته لذا در صنایع دریایی از آن استفاده می شود .

 

آلیاژ مس- سرب

 

حلالیت سرب در مس پایین بوده که حلالیت 0.002 درصد می باشد وجود عناصر مانند قلع باعث افزایش حلالیت سرب در مس می شود حلالیت را تا 0.005 افزایش پیدا می کند سرب به دلیل وزن مخصوص بالایی که دارد تمایل به جدایی زیادی در آلیاژ دارد لذا در حین ریخته گری پایین عملیات مخلوط کردن و هم زدن انجام شود سرب در اکثر برنج ها و برنز ها تا حدود 2 درصد وجود دارد که بعلت افزایش قابلیت ماشین کاری و روغن کاری می شود اما د رآلیاژ های یاتاقان میزان سرب تا 50% افزایش پیدا می کند معروف ترین آلیاژ مس سرب آلیاژ 85 % مس 5% روی 5% سرب 5% قلع که آلیاژ معمولا برای ساخت قطعات هیدرولیکی استفاده می شود فوق ذوب در آلیاژ های مس سرب در حدود 150 درجه بوده که برای جلوگیری از رسوب در فاز مذاب می باشد .

 

UP

 

 

 

روی

 

روی یکی از فلزات درشت گونه است که خواص مکانیکی ضعیفی دارد دارای شبکه کریستالی H.C.C بوده و درجه حرارت ذوب آن 419.5 درجه سانتی گراد بوده و دارای دانسیته 7.13 را در درجه حرارت محیط دار و نقطه تبخیری آن 1060 می باشد دارای فشار بخار زیادی می باشد اکسید روی تا 200 درجه می تواند به عنوان لایه پوششی محافظ عمل کند که این دلیل به جهت غیر متخلخل بودن این اکسید تا درجه حرارت 200 می باشد و در برابر اکسیژن و خوردگی در درجه حرارت محیط مقاومت بالایی را نشان می دهد اما با افزایش درجه حرارت این اکسید متخلخل شده و ناپایدار شده و اکسیداسیون و خوردگی به شدت افزایش پیدا می کند مهمترین عناصری که با روی تشکیل آلیاژ می دهند شامل Al-Cu-Mn-Fe- سرب قلع و نیکل و منگنز می باشد معروف ترین آلیاژ روی –آلیاژ روی مس آلومینیم می باشد که به زاماک موسوم می باشد .زاماک دارای خواص مکانیکی بالا نسبت به سایر آلیاژ های روی می باشد نقطه ذوب پایین و سیالیت زیادی دارد این آلیاژ عموما دارای 7%آلومینیم و 3و9% مس و مابقی روی می باشد و روی دارای دو پارامتر شبکه H=2.6 و C=4.9 آنگستروم می باشد .

 

عناصر آلیاژی در آلیاژ های روی

 

آلومینیم

 

 مقدار آن در آلیاژ های روی 3.5 تا 4.3 می باشد که مقدار بیش از 4.3 باعث کاهش مقاومت آلیاژ و افزایش شکنندگی آلیاژ می شود آلیاژ دارای سیالیت نسبتا بالایی است . اگر مقدار آلومینیم کمتر از 3.5 درصد شود به دلیل کاهش درصد ترکیب یوتکتیکی سیالیت مذاب و قابلیت ریخته گری کاهش پیدا خواهد کرد .

 

مس

 

مقدار مس مصرفی در آلیاژ های روی عموما 1.25درصد می باشد که تا این مقدار باعث افزایش خواص مکانیکی و استحکام آلیاژ می شود و افزایش درصد مس بیش ازاین مقدار خواص مکانیکی را تضعیف می کند و آلیاژ را نیز ترد و شکننده می کند .

 

منیزیم

 

معمولا به عنوان اکسیژن زدا در ریخته گری روی استفاده می شود تا حدود 0.03 % در مذاب وجود دارد بیشتر از این موجب کاهش خواص مکانیکی و باعث افزایش مقاومت به خوردگی آلیاژ می شود .

 

آهن

 

این عنصر تا حدود 0.02% باعث افزایش خواص مکانیکی می شود که اگر بیشتر از این باشد با آلومینیم موجود در مذاب تشکیل فازFeAl3¬ را می دهد مقادیری از این فاز وارد سرباره می شود و مقادیری نیز به صورت ذرات ریز در ضمینه اتمی می ماند و باعث کاهش خواص مکانیکی می شود عنوان ریز کننده هم می تواندمحلی برای جوانه زنی غیر یکنواخت باشد را ما خواص آن کمتر از محدودیت های آن است .

 

قلع-سرب

 

این دو عنصر باعث تشدید خورندگی آلیاژ می شود سیالیت ونقطه ذوب آلیاژ را کاهش می دهد .

 

نیکل - منگنز - سیلیسیم - کرم

 

به مقدار جزئی باعث افزایش خواص مکانیکی شده اما بیش از حد حلالیت باعث افزایش تلفات مذاب و کاهش قابلیت ماشینکاری می شود که دلیل این امر ایجاد فاز های غیر فلزی سخت در آلیاژ می باشد میزان مصرف آن Maتا حدود 5% Si3% کرم و 2% نیکل می شود .

 

ذوب و ریخته گری آلیاژ های روی

 

ریخته گری آلیاژ های روی در کوره های روربر کوره های زیمنس و کوره های الکتریکی انجام می شود و بوته ی مورد استفاده عموما بوته چدنی وفولادی می باشد فلز روی مذاب در در درجه حرارت ذوب به سرعت اکسید می شود و باعث افزایش تلفات روی درسرباره می شود با توجه به سیالیت بالا و نقطه ذوب پایین عموما ریخته گری این فلز نسبت به سایر آلیاژ ها آسان تر می باشد عموما از منیزیم و لیتیم جهت اکسیژن زدایی مذاب روی استفاده می شود وجود آلومینیم در مذاب روی باعث تشکیل Al2O3 اکسید آلومینیم می شود که این اکسید غیر متخلخل بوده وبه علت سبک بودن در سطح مذاب قرار گرفته و به عنوان مایه ی پوششی مانع از اکسیداسیون روی می شود .

 

عمل ذوب معمولا تحت فلاکس های پوششی انجام می شود و پس از تهیه مذاب عناصر آلیاژی به صورت خالص یا آمیژن به مذاب اضافه می شوند عموما عملیات گاز زدایی و اکسیژن زدایی در روی از اهمیت کمتری برخرودار است که به علت وجود آلومینم و منیزیم به عنوان عناصر آلیاژی می باشد عموما برای کاهش تلفات روی ابتدا بوته را تا حدود 500 درجه پیش گرم کرده سپس عنصر روی را اضافه می کنند تا سرعت ذوب را بیشتر و تلفات را کمتر کنند .

 

 روش تهیه آلیاژ ZnAl

 

جهت تهیه آلیاژ ZnAl ابتدا 30 درصد روی را ذوب کرده سپس درجه حرارت را تا 500 درجه افزایش داده و تکه های کوچک Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند پس از شارژ کامل Al مابقی روی به مذاب اضافه می شود پس از تهیه مذاب اکسیژن زدایی توسط منیزیم انجام شده و سرباره گیری اعمال می شود و عمل تزریق که عموما توسط ماشین ها محفظه گرم انجام می شود صورت می گیرد ..

 

 جهت تهیه آلیاژ زاماک ( روی Cu-Al ) نیز نصف روی مورد نیاز را ذوب کرده سپس از آمیژن 19.2 مس 80 آلومینیم 1 منیزیم این آمیژن آلومینیم منیزیم روی را جهت اکسیژن زدایی را تامین می کند سپس باقی مانده روی به مذاب اضافه می شود و درجه حرارت ریخته گری روی در قالب های ماسه ای 475 و در قالب های فلزی 420 می باشد آلیاژ های روی عموما به علت دانه درشت بودن در قالب های آب گرد چدنی و فولادی ریخته می شوند تا با افزایش سرعت سرعت کردن خواص مکانیکی تا جای ممکن افزایش پیدا کند یکی از مهمترین آلیاژ های روی آلیاژ 85% روی و 5% مس و 5%آلومینیم می باشد که با نام آلیاژ یاتاقان خوانده می شود که کاربرد صنعتی دارد .

 

انواع قالب های ریخته گری آلیاژ های روی

 

در آلیاژ های روی به علت دانه درشت بودن سعی می شود که در قالب های فلزی ریخته گری شوند قالب های چدنی و فولادی که با سیستم های آبگرد انجماد جهت دار ایجاد می شوند تا مک و حفره به تغذیه هدایت شوند . در قالب های موقت هم امکان پذیر است که به دو روش پوسته ای و ماسه ای تر و خشک می شود به علت داشتن دامنه ی انجماد کوتاه تمایل به انجماد پوسته ای داشتند لذا ایجادانجماد جهت دار در این گونه آلیاژ ها به سهولت امکان پذیر است در صورت استفاده از قالب های چدنی و فولادی قبل از استفاده بایستی 210-180 درجه پیش گرم شود تا عمر قابل افزایش یابد همچنین در صورت استفاده از مواد پوششی جهت افزایش عمر و تسهیل خروج قطعه از قالب می شود . به علت داشتن سیالیت بالا در آلیاژ های روی مقاطع نازک تری نسبت به سایر آلیاژ های غیر آهنی قابل ریخته گری می باشد .

 

روش های مورد استفاده برای خروج ناخالصی ها

 

 نگهداری مذاب در درجه حرارت بالا به صورت طولانی این روش در صنعت به ندرت استفاده می شود در این روش ناخالصی ها فرصت رسیدن به سرباره را پیدا می کنند که این روش باعث تشدید تلفات مذاب و اکسیداسیون مذاب می شود .

 

تزریق گاز خنثی:

 

با تزریق گاز خنثی فشار داخل مذاب افزایش پیدا کرده افزایش فشار باعث خروج گاز های بیش از حد انحلال و نیز ناخالصی های معلق در مذاب و انتقال آن ها به سرباره می شود این روش باعث هیدروژن زدایی نیز می شود که در صنعت این روش متداول تر می باشد .

 

استفاده از فلاکس :

 

فلاکس ها با تشکیل فیلم نازکی در حد فاصل مذاب و ناخالصی ها به وجود می آورند مانع از چسبندگی ناخالصی ها به مذاب می شود و باعث انتقال ناخالصی ها به سرباره می شود فلاکسهای مورد استفاده در این روش شامل کریولیت پراکس ترکیبات سیلیس و ترکیبات کربنی می باشد که در ریخته گری سنتی معمولا از شیشه خورد شده استفاده می شود

 

 

 

منابع

 

جزوه ریخته گری  آلیاژهای غیر آهنی دانشگاه شهید منتظری مشهد

 

متالورژی فیزیکی اونر

 

سایت فلزات .

 

عباس  آذری

 

مصطفی علایی

 

 

 

 UP

 

 

 

چدن خاکستری

 

Cast iron  ، آلیاژهای آهن ، کربن و سیلیکون هستند که در آن ، کربن بیشتری نسبت به مورد موجود در محلول جامد آستنیت د دمای یوتکتیک ، وجود دارد . در چدن خاکستری، کربنیکه آستنیت از حل پذیری فراتر می رود به عنوان گرافیت ورقه ای  بارش می یابد. چدن خاکستری معمولاً حاوی 2.5 تا 4 درصد C ، 1 تا 3 درصدSi  و مواد اضافی منگنز برحسب میکروساختار مربوطه ( تا 1. 0 درصد Mn در چدن خاکستری و تا 1.2 درصد در پرلیت ) می باشد. فسفر و سولفور نیز در مقادیر اندکی به عنوان ناخالصی های مازاد، موجود هستند .

 

کامپوزیت چدن خاکستری را باید به گونه ای انتخاب نمود که سه شرط ساختاری پایه را برطرف کند :

 

● توزیع و شکل گرافیتی لازمه

 

● ساختار عاری از کاربید ( بدون مبرد )

 

● ماتریکس لازمه

 

برای چدن متدا ول ، ا لمنت و عناصر ا صلی کامپوزیت شیمیایی ، کربن و سیلیکون هستند . مقدار بالای کربن ، مقدار گرافیت یا Fe3C را بالا می برد . کربن بالا و محتوای سیلیکونی ، پتانسیل گرا فیتی کردن آ هن را و قا بلیت ریختگی آ نرا ، بالا می برد .

 

ا ثر ترکیبی کربن و سیلیکون روی ساختار را معمولاً با تساوی کربن (CE ) در نظر    می گیرند :

 

S % ) × 0.4 + (Mn % ) × 0.027 – (P % ) × 33. 0 + (Si % ) × 0.3 + C % = CE)

 

اگرچه ا فزایش کربن و سیلیکون و مقدار آنها ، پتانسیل گرافیتی سازی را بالا می برد و در نتیجه تمایل تبرید را کاهش می دهد، ولی ا ستحکام به شکل معکوس ، تحت تاثیر قرار   می گیرد . ا ین حا لت ، بدلیل ارتقاء فریت و سختی پرلیت است .

 

مقدار منگنز به عنوان تابعی از ماتریکس مطلوب ، تفاوت می یابد ، معمولاً می توان آنرا تا 1. 0  در صد برای چدن فریتی و تا 1.2 درصد برای چدن پرلیتی ، مشاهده کرد چرا که منگنز یک ارتقاء دهنده پرلتی قوی است . ا ثر سولفور باید با اثر منگنز ، بالانس و تعدیل شود. بدون وجود منگنز در چدن سولفید آهن ناخواسته ( FeS ) در مرزدانه ها تشکیل خواهد شد. اگر مقدار میزان سولفور با منگنز تعادل گردید ، آ نگاه سولفید منگنز ( MnS ) تشکیل می شود که اثر مخرب ندارد چرا که درون دانه ها توزیع می شود. نسبت بهینه و مطلوب بین منگنز و سولفور برای یک ساختار فاقد FeS و ماکزیمم مقدار فریت ، عبا رت ا ست ا ز :

 

15 . 0 + (S  ) × 7 . 1 = (%Mn % )

 

المنت و عناصر اندک دیگری مثل آلومینیم ، آنتیموا ن ، آرسنیک ، بیسموت ،  روی، منیزیم ، سریوم و کلسیم می توانند به شکل قابل ملاحظه ای مورفولوژی ( رخت شناسی ) گرافیتی و میکروساختا رهای ماتریکس را تغییر دهند .

 

     بطور کلی ، عناصر و ا لمنت های آ لیاژی را می توان به سه طبقه تقسیم بندی کرد:  سیلیکون و آ لومینیوم ، پتانسیل گرا فیتی شدن را برای تغییر و تبدیل یوتکتوئید و یوتکتیک افزایش می دهد و تعداد ذات گرافیت را بالا می برد . آ نها در ماتریکس یک سری محلول حاوی کلوئید می سازند. از آنجا که آنها نسبت فریت / پرلیت را بالا می برند ، استحکام و سختی را کاهش می دهند .

 

     نیکل ، مس ، قلع ، پتانسیل گرا فیتی شدن را طی تغییر و تبدیل یوتکتیک ، ا فزایش       می دهد ولی آنرا طی تبدیل یوتکتوئید کاهش می دهد ، بنابرا ین نسبت پرلیت / فریت را بالا می برد . ا ین اثر ثانویه بدلیل بازنشستگی پراکنش کربن است . این ا لمنت ها و عناصر در ماتریکس ، محلول های جامد می سازند آ ز آنجا که آنها مقدار پرلیت را بالا می برند ،

 

استحکام و سختی نیز بالا می رود .

 

    کرم ، مولیبدن ، تنگستن و وا نادیوم پتانسیل گرا فیتی سازی در هر مرحله را کاهش     می دهند . بنابرا ین مقدار کاربید و پرلیت را ا فزایش می دهند . بطور ا صولی آ نها در کاربید متمرکز می شوند و یک سری کاربید های نوع nc (FeX ) می سازند ولی محلول جامد aFe را هم آ لیاژ می کنند . تا زما نیکه تشکل کاربد روی ندا ده ا ست ، ا ین عناصر و  ا لمنت ها ، ا ستحکام و سختی را افزایش می دهند . در بالاتر از یک سطح خاص ، هر کدام   ا ز اینها جامد شد ن یک ساختار دارای Fe3C ( ساختار مخطط ) را تعیین  می کنند که دارای ا ستحکام کمتر ولی سختی بالاتر می باشد .

 

     بطور کلی می توان اینگونه فرض کرد که خواص زیر چدن خاکستری با افزایش استحکام کششی از کلاس 20 به کلاس 60 افزایش می یابد :

 

● تمام استحکام ها ، شامل استحکام در دمای بالا رفته

 

● قابلیت ماشینی شدن تا پرداخت کاری ظریف

 

● مدول کش سانی

 

● رزیستانس سایش

 

     از سوی دیگر ، خواص دیگر با افزایش استحکام کششی ، کاهش می یابد به شکلی که چدن دارای استحکام کم اغلب از چدن استحکام بالا بهتر عمل می کند . ا لبته زمانیکه این خواص مهم باشند :

 

● قابلیت ماشینی شدن

 

● رزیستانس شوک حرارتی

 

● ظرفیت damping

 

● قابلیت ریخته گری شدن در قطعات نازک

 

     تولید موفقیت آمیز یک ریخته گری چدن خاکستری به سیال بودن فلز مذاب و نرخ و میزان خنک شوندگی بستگی دارد که تحت تاثیر حداقل ضخامت قطعه و تنوع آن ، قرار می گیرد .

 

طراحی قالب ریزی و ریخته گری

 

اغلب برحسب حساسیت قطعه شرح می دهند . این امر ، تلاشی است یرای ارتباط دهی خواص در بخشهای اصلی ریخته گری با ارات ترکیبی کامپوزیت و نرخ میزان خنک شوندگی . تمامی این فاکتورها به یکدیگر مرتبط هستند و می توان آنها را در یک عنوان کلی مطرح نمود یعنی قابلیت ریخته شدن که برای چدن خاکستری می تواند در یک  mold ، حفره دارای نسبت مشخص حجم / مکان و خواص مکانیکی مطابق با نوع آهن ریخته شونده ، تولید شود .

 

    افت های حاصل ا ز جریان غلط ، بسته شدن سرد و یا گوشه های گرد . اغلب به فقدان سیالیت فلزی نسبت می یابد و ارتباط پیدا می کند که قرار ا ست ریخته شود .

 

شرایط قا لب ، سرعت و میزان ریختن و دیگر متغییرهای جریانی برا برو سیال بودن آهن خاکستری صنعتی ، عمدتاً به مقدار و میزان سوپر حرارت بالاتر از دمای یخ زدن ( مایع ) وا بسته است . با کاهش میزان کل کربن ، دماهای مایع ، افزایش می یابد . و سیال بودن در یک دمای ریختن ، با کاهش مواجه می شود . سیال بودن را معمولاً به شکل طول جریان در یک قا لب تست سیا ل نوع کروی ، اندازه گیری می کنند .

 

    اهمیت رابطه بین سیا ل بودن ، مقدار کربن و دمای ریختن زمانی واضح می شود که مشخص گردد درجه بندی در ا ستحکام طبقه ASTM چدن خاکستری تا حد زیادی به تفاوت و ا ختلاف کربن ( 3.60 ~ تا 3.80 در صد برای کلا س 20 ؛ 2.70 ~ تا 2.95 درصد برای کلاس 60 ) وابسته ا ست . بنابراین سیا ل بودن این چدن ها به معیار حد ماکزیمم دمای ریختن ، ارتباط می یابد .

 

    میکروساختار معمولی چدن خاکستری ، ماتریکسی از پرلیت با گرافیت فلسی پراکنش یافته کلی می باشد. شیوه کارخانه می تواند به گونه ای تنوع داشته باشد که هسته ای شدن و رشد گرافیت فلسی در ا لگویی انجام گردد که به تسریع و خواص مورد نظر، بیانجامد. مقدار، اندازه و توزیع گرافیت ها نیز حائز اهمت هستند . خنک شوندگی که خیلی هم سریع است    می تواند آهن به اصطلاح مبرد شده بسازد که در آن کربن مازادی به شکل کاربیدهای بزررگ ، مشاهده می شود . خنک شوندگی در سرعت و میزان پایین تر می تواند چدن خالدار ایجاد کند که در آن ، کربن به شکل سیمانی اولیه ( کاریبد آهن ) و گرافیت ، ظاهر می شود .

 

گرافیت ورقه ای یکی از هفت نوع ( شکل یا فرم ) گرافیت شک گرفته در 247  A ASTM است . گرافیت ورقه ای به پنج گروه تقسیم بندی می شود ( ا لگوها ) که آنها را با حروف ، نشان می دهند : از A تا E . اندازه گرافیت با مقایسه یک چارت اندازه ASTM مشخص می شود که ظاهرهای عادی فلس های هشت اندازه مختلف را در بزرگنمایی α 100 نشان می دهد .

 

    گرافیت ورقه ای نوع A ( جهت گیری پراکنده ) برای اکثر مصارف و کاربردها مناسب است . در اندازه های حدوسط فلس ، نوع گرافیت فلسی A ، به دیگر انواع در کاربردهای دارای سایش خاص مثل سیلندرهای موتورهای احتراق درونی ، عا لی تر و برتر هستند .  گرا فیت ورقه ا ی نوع A ( ا لگوی روزت )  ، خاص خنک شوندگی سریع است . مثل حالت متداول قطعات نازک ( حدود mm 10 ) و در امتداد قعات قطور تر و بعضی مواقع از تلقیح ضعیف ، حاصل می شوند .

 

    فلس ها ی بزرگ نوع C در چدن و آهن های هایپر یوتکتیک فرم می یابند . این فلس های بزرگ ، رزیستانس و مقاومت به شوک حرارتی را با افزایش هدایت گرنایی و کاهش مدول الاستیک تسهیل و تسریع می کنند . از سو یدگر ، فلس های بزرگ به پرداخت های سطحی خوب در قطعات مکانیکی یا استحکام بالا ، یا رزیستانس تماسی خوب ، جوابگویی و هدایت   ( رسانایی ) ندارند .

 

    فلس های کوچک و با شکل درونی دندریتی دارای جهت گیری در نوع D ، یک پرداخت ماشینی شده ظریفی را با تقلیل حفره دار شدن سطح فراهم می سازد ولی به دست آوردن یک ماتریکس پرلیت با ین نوع گرافیت ، مشکل می باشد . نوع D ممکن است نزدیک سطوح خنک شده یا در قطعات نازک شکل گرفته باشد . به شکل متناوب ، این گرافیت ها با یک ماتریکس فریت ، احاطه شده اند و در قالب ریزی و ریخته گری ، m نقطه نرم را ایجاد می کنند .

 

    نوع E به شکل درون دندریتی است که به جای جهت گیری پراکنده دارای جهت گیری ترجیحی است . نوع E ، علیرغم نوع  D می تواند با ماتریکس پرلیت همراه باشد و بنابراین ، یک ریختگری را اجاد می کند که خواص سایشی آن به خوبی مورد یک ریختگری حاوی نوع گرافیت A در یک ماتریکس پرلو.یت می باشد . در واقع کاربردها و مصارف متعددی وجود دارد که در ان نوع فلس تا زمانیکه به شرایط خواص مکانیکی رسیده باشیم از اهمیت بالایی برخور دار نیستند .

 

    چدن خاکستری یکی از قدیمی ترین فر آورده های ریخته گری فروز است . علیرغم رقابت با مواد جدید تر و ارتقاء انرژی آنها ، چدن خاکستری را هنوز برای آن کاربردها مارفی بکار می برند که خواص آن ، ثابت نموده است برای این کاربرد بسیار مناسب است . چدن خاکستری پس از فولاد نوری پر مصرف ترین ماده فلزی جهت امور مهندسی است . در سال 1967 تولید چدن خاکستری بیش از 14 میلیون تن و یا دو و نیم برابر حجم و مقدار دیگر انواع قالب ریزی و ریخته گری ها ترکیبی بود . دلایل متعددی برای معروفیت و کاربرد وسیع آن وجود دارد .

 

چدن خاکستری دارای خواص متعدد و مطلوبی است که مواد دیگر ، آنها را ندارند و هنوز در مان ارزان ترین مواد موجود و در دسترس مهندسین می باشد . ریختگری چدن خاکستری در کاخانه هایی صورت می گیرد که سرمایه گذاریهای خوبی انجام داده اند . هدف از این متن ، برانگیختن توجه سما به سوی خواص و شاخصه های چدن خاکستری ات که این ماده را بسیار مفید کرده است . چدن خاکستری یک از آسانترین قالب ریزیهای تمام فلزات را در کارخانه دارد و دارای پایین ترین دمای رختن فروس و فلزات است که ان امر در سیال بودن بالای آن و قابلیت ریختگری به شکل های متنوع مشهود است . بدلیل حالت خاصی طی مراحل آخر جامد شدن دارای پارگی جامد اندک و یا در بعضی موارد ، فاقد پارگی مایع یه جامد است به گونه ای که بنظر می رسد قالب ریزی ، سریعاً به دست می آید . برای اکثر مصارف و کاربردها ، چدن خاکستری را در شرایط قطعه خام آن بکار می برند که این کار ، تولید را ساده می سازد . چدن خاکستری دارای کیفیت ماشینی شدن عالی است و این حالت سطحی با خواص سایشی عالی فراهم می کند . رزیستانس چدن خاکستری به خط انداختن و خراشیدگی با ماتریکس مناسب و ساختار گرافیتی خوب ، از مشهوریت و معروفیت بالایی برخور دار است .   

 

    ریختگریهای چدن خاکستری را می توان در هر پروسه کارخانه ای معین انجام داد . جالب تر اینکه علیرغم این واقعیت که چدن خاکستری یک ماده قدیم و با مصرف بالا در ساخت و سازهای مهندسی است ولی متالورژی ماده را تا چند سال اخیر ، درستی و دقت ، مشخص نکرده بودند . خواص مکانیکی چدن خاکستری نه تنها با کامپوزیت آن مشخص است بلکه شدیداً تحت تاثیر شیوه اجراء و کار کارخانه ، خصوص سرعت و میزان خنک شوندگی در ریختگری ، می باشد . تمام کربن در چدن خاکستری ، غیر از مقدار ترکیب شده با آهن برای تشکیل پرلت در ماتریکس به عنوان گرافیت و به شکل  فلس هایی با اندازه و شکل متنوع می اشد . وجود همین فلس هایی شکل گرفته در جامد شدن است که خواص و شاخصه های آهن خاکستری را ایجاد می کند . در ضمن وجود این فلس ها خواص مطلوب را به چدن خاکستری می دهد .

 

متالوژی چدن خاکستری

 

    مک کنزی در مقاله سال 1944 خود از چدن به عنوان " فولاد به اضافه گرافیت " اشاره کرد . اگرچه تعریف ساده وی هنوز هم بکار می رود. ولی خواص چدن خاکستری تحت تاثیر مقدار گرافیت موجود ، شکل ، اندازه و توزیع گرافیت پوسته ای می باشد . اگرچه ماتریکس به فولاد شباهت دارد ولی مقدار سیلیکون بالا ، به همراه سرعت خنک شوندگی بر مقدار کربن در ماتریکس اثر می گذارد . چدن خاکستری به دسته ای آلیاژهای سیلیکونی کربن بالا متعلق است که آهن های حبه ای و چکش خوار را نیز در برمی گیرد .  به استناء منیزیم و دیگر المنت ها و عناصر دانه ای شونده در آهن حبه ای می توان با واریاسیون هایی در شیوه ذوب و تولید ، هر سه ماده از یک کامپوزیت و ترکیب تولید نمود . علیرغم مصرف بالای چدن خاکستری ، متالوژی آن از سوی کاربران و مصرف کنندگان زیادی دقیقاً شناخته نشده است و حتی بعضاً تولیدکنندگان نیز از آن اطلاع دقیقی ندارند . یکی از اولین و کامل ترین مباحث متالوژی چدن خاکستری را می توان در کتب مربوطه مشاهده کرد . تازه ترین مرور و بررسی متاوژی چدن و تشکیل گرافیت از سوی ویزر و همکارانش ارائه شده است . در اینجا برای جلوگیری از دو گانه شدن اطلاعات فقط حالات ضروری ترمالوژی چدن خاکستری را به بحث می گذاریم .

 

ترکیبات و کامپوزیت

 

    چدن خاکستری با دامنه وسیعی از ترکیبات ، ساخته و تولید می شود . کارخانجات دارای شراط مشابه ، ممکن است جهت بهره مندی و سود بیشتر و یا صرفه جویی در هزینه مواد خام موجود و ماهیت کلی نوع ریخته گری حاصله در کارخانه خود ، از ترکیبات متنوعی استفاده کنند به همین دلیل ، آخال ترکیبات و مواد شیمیایی در مشخصات محصول خریداری شونده جهت قالب ریزی باید تا حد ممکن بر طرف شود چراکه این امر نکته مهمی در تولید به شمار می آید . دامنه کامپوزیت هایی که ممکن است در ریخته گری چدن خاکستری مشاهده شود می تواند اینگونه باشد : منیزیم 2.75 تا 4.00 درصد ؛ منگنز 0.25 تا 1.50 درصد ؛ سولفور 0.02 تا 20. 0 درصد ؛ فسفر 0.02  تا 75.  0 درصد . یک یا چند مورد از عناصر آلیاژی زیر نیز ممکن است در مقادیر مختلفی وجود داشته باشد . مولیبدن ، مس ، نیکل ، وانادیوم ، تیتانیوم ، قلع ، آنتیمون و کرم . نیتروژن نیزبین 20 تا ppm 92 وجود دارد .  

 

UP

 

 

 

آلیاژهای چدن داکتیل

 

    سه نوع آ لیاژ چدن داکتیل – آ ستنیتی ( نیکل بالا – Ni ) ، بیا نیتی و فریتی ( سیلیکون – مولیبدنی بالا ) – ساخته شده است تا بتوا ن حالات خاصی فراهم کرد یا بتوان نیاز شرا یط کاری خاص و بسیار شدید را برای    چد ن دا کتیل های مرسوم و آ ستمپرشده ، مرتفع سا خت . در     حا لیکه چدن دا کتیل کنوا نسیونی و آ ستمپر شده دارای در صدهای پا ئین ا لمنت و عناصر آ لیاژی جهت ا یجاد میکروساختار مربوطه می باشد ، آ لیاژچدن داکتیل دارای مقادیر بیشتری آ لیاژ ا ست تا بتواند خوا ص خاص یا ارتقاء یافته ای فراهم کند . مقدار سیلیکون بالا به همراه مولیبدن به چد ن داکتیل فریتی خوا ص مکانیکی عا لی د ر دما های بالا و رزیستا نس و مقاومت بهتری به      اکسیدا سیون دما بالا می دهد . محتوای بالای نیکل چدن داکتیل آ ستنیتی به همراه کروم در گرادهای خاص ، رزیستا نس و مقاومت خوردگی بالا ، خواص مکانیکی عالی در دمای پایین و بالا و گسترش کنترل شده و خواص الکتریکی و مغناطیسی را به همراه دارد. ا ز نوع بیانیتی در جایی استفاده می شود که استحکام بالا و رزیستانس خوب سایش در حالات شبیه ریخته گری یا حرا رت دهی و با کمک یک آ لیاژ3 – 1 درصد(Ni –Mo ) قابل دسترسی می باشد .

 

چدن داکتیل سیلیکون و مولیبدن

 

    چد ن داکتیل آ لیاژی حاوی 6-4 درصد سیلیکون با 2 درصد مولیبدن یا بدون آن برای رفع نیاز رو به افزودن چدن داکتیل توان بالا و قابل اجرا و کاربرد در مواردی مثل اگزوز ( دود کش ها ) یا بدنه توربو شارژرها ساخته شدند . خواص اولی و اصلی برای چنین کاربردها یی ، عبارتند از : رزیستانس اکسیداسیون ، پایداری و دوام ساختاری ، استحکام و مقاومت به سیکل ترما ل و حرا رتی .

 

 این گرادها ی غیر آ لیاژی ، توا ن خود را برای ساده سازی دما باز می یابند و در سیکل حرارتی متوسط تا شدید عملکرد خوبی از خود نشان می دهند ( و به رشد و اکسیداسیونی که از چدن خاکستری آ لیاژ نشده وجود دارد , برتر و عالی می باشد) چدن داکتیل فریتی در دماهای بالا بدلیل پایداری میکروساختارها , رشد کمتری از خود نشان می دهد . آ لیاژ بندی با سیلیکون و مولیبد ن باعث ا فزا یش چشمگیر عملکرد در دمای بالا برای چدن داکتیل فریتی می شود در      حا لیکه بسیاری از مزیت های تولیدی و هزینه ای چد ن داکتیل کنوانسیونی را هم دارا می باشد .

 

اثر سیلیکون

 

سیلیکون باعث تسهیل و سریع عملکرد چدن داکتیل در دمای های بالا می شود, البته با پایدارسازی ماتریکس فریتی و شکل دهی یک لایه سطح سرشار از سیلیکون که از اکسیداسیون ممانعت به عمل می آورد. پایدا ر سازی فاز فریتی , رشد دما بالا را به دو شیوه کاهش می دهد ؛ البته اینکه سیلیکون دمای ا صلی که در آن , فریت به آ ستنیت تبدیل می شود, را بالا می برد . دمای اصلی را حد بالایی دامنه دمای مفید برای چدن داکتیل فریتی فرض می کنند . بالاتر از ا ین دما , ا نقباض و ا نبساط همراه با تبدیل فریت به آ ستنیت می توا ند باعث تحریف ریخته گری و قا لب ریزی و ترک خوردگی لایه اکسید سطح و کاهش مقاومت اکسیداسیون گردد. دوم اینکه , تمایل فریتی شدن بالای سیلیکون , ماتریکس را در مقابل تشکیل کاربید و پرلیت , پایدار می سازد که به کاهش رشد همراه با دکامپوزیت این فازها در دمای بالا منجر می شود .

 

     سیلیکون برخواص مکانیکی دمای اطاقی چدن داکتیل , طی سخت سازی محلول جامد ماتریکس فریتی اثر می گذارد . شکل 3-5 نشان می دهد که افزایش میزان و محتوای سیلیکون توان کششی و محصول را بالا می برد و افزایش طول را با کاهش مواجه می سازد و بنابراین , بهترین تترکیب رزیستانس حرارت و خواص مکانیکی با میزان و محتوای سیلیکون در دامنه 6- 4  درصد فراهم می شود . اثر سخت کاری جامد سیلیکون در دمای بالا مثل 1000°F(°C 540 ) باقی می ماند و لی بالاتر از آن , توان کششی آلیاژ سیلیکون بالا کاهش می یابد .

 

اثر مولیبدن

 

 مولیبدن که اثر مفید آ ن بر روی خواص خزش و ا سترس – گسستگی فولادها کاملاً مشخص   ا ست , دارای    ا ثر مشابهی بر روی چد ن دا کتیل می باشد . شکل 6 – 5 و 7 – 5 نشان می دهد که اضافه شدن 5 در صد مولیبدن به چدن داکتیل فریتی ا فزا یش چشمگیری در توا ن های خزش و استرس گسستگی ا یجاد می کند و خوا ص دمایی بالایی ا یجاد می کند که با مورد فولاد حاوی 2 درصد کربن و 6 دصد منیزیوم قا بل مقایسه  می باشد .

 

سیلیکون بالا با مولیبدن

 

 افزودن 2 درصد مولیبدن به 4 درصد چدن دا کتیل سیلیکون ا فزا یش قا بل ملاحظه ای در توان کششی دما بالا , توان فشار , گسستگی و توان خزشی را به دنبال دارد . ا فزودن مولیبد ن بین 1 – 0 درصد به چد ن داکتیل سیلیکون بالا در ا فزای ش رزیستا نس به خستگی گرمای ی موثر نشا ن دا ده ا ست .

 

مصارف و کاربردها

 

 چدن داکتیل سیلیکون ، مولیبدن بالا برای کاربرا ن نهایی و مهندسین ، مزیت هایی شامل هزینه اندک توان دمای بالای مناسب رزیستانس عالی به اکسیداسیون و رشد و عملکرد مطلوب تحت شرایط سیکلی ترمال و حرارتی را فراهم ساخته است . در نتیجه این مواد در کاربرد های حرارت سرویس در دمای °F 1500 – 1200 (° 820 – 650 ) و در جایی که احتما ل سیکل حرارتی متوسط تا شدید می رود ، مناسب نشان داده ا ست.چد ن داکتیل دارای 4 درصد سیلیکون و 6- 8 درصد مولیبدن برای انواع مصارف خودروسازی و بدنه توربو شارژرها ، بکار می رود . آهن سیلیکون بالا و حاوی مولیبدن 1 درصد را برای سا خت دود کش های دما بالا و شیارهای حرارت دهی بکار می برند.

 

شرایط و ضروریات محصول

 

 چدن دا کتیل دارای سیلیکون ، مولیبدن بالا را می توان در هر کارخانه چدن داکتیل دارای کنترل فرآیند عالی انجام داد و قبل ا ز آ ن نکا ت زیر را باید لحا ظ کرد :

 

کربن : میزان کربن باید در دامنه بین 3.4 – 2.5 درصد نگه داشته شود . با ا فزا یش اندازه قطعه و مقدا ر سیلیکون باید مقدار کربن را کم کرد.

 

سیلیکون : براسا س نوع کاربرد مصرف ، مقدار سیلیکون بین 3.7 تا 6 درصد تغییر می یابد . افزا یش مقدا ر سیلیکون رزیستانس اکسیداسیون را ا رتقاء می دهد و توا ن را دمای کم تا متوسط بالا می برد ولی سختی و ماشین پذیری آنرا کم می کند . 

 

مولیبدن : مقدار مولیبدن بیش از 2 درصد را می توان مورد ا ستفاده قرا ر داد . ا فزا یش میزان مولیبدن ، توان دما بالا را سرعت می بخشد و ماشین پذیری آنرا بهتر می کند ولی سختی را کم می کند و ممکن است برای تشکیل کاربد مرز دانه ای تفکیک شود . دیگر عناصر ثابت سازی کاربیدی و پرلیتی باید تا حد امکان پائین باشد تا ضمانت کند که یک ماتریکس فریتی عاری از کاربید بدست آید .

 

     کلینکر کردن نرما ل و ذرات تلقیحی را اید بکار برد ولی دمای ریختن باید برا ی چدن داکتیل عادی ، بیشتر باشد . میزان افزودن کف باره به شیوه های ریختن و  gating خوب نیاز دارد و قا لب ریزی و ریخته گری را باید به دقت اجرار کرد تا از گسستگی و شکستگی جلو گیری شود و تما قالب ریزیها و ریخته گریها را باید با حرارت انجتم داد تا سختی و استحکام ، ارتقاء یابد . ریخته گری را با یک آ نیل نیمه ا صلی انجام می دهند – 4 ساعت در دمای ºC 790  - °F 1450 و کوره تا  (ºC 200 ) °F 400 خنک می شود – ولی اگر ماتریکس ، حاوی مقادیر قابل توجهی کاربید و پرلیت باشد آنگاه به یک آنیل کامل احتیاج می شود . ماشین پذیری نیز مشابه با چدن داکتیل پرلیت / فریت و با مقدار سختی BHN 230- 200 می باشد .

 

چدن داکتیل آستنیت