Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt; mso-para-margin-top:0in; mso-para-margin-right:0in; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0in; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}
مواد افزودنی به ماسه ماهیچه-قالبگیری  مواد قالبگیری در این بخش به تشریح اجزای اصلی مخلوط ماسه قالبگیری یعنی ماسه،چسب،آب و مواد افزودنی پرداخته می‌شود. قسمت اول)مواد قالبگیری-ماسه: طبق تعریف ماسه عبارت است از ذرات ریز مواد معدنی که قطر آنها از 0.05 تا 1 میلیمتر تغییر می کند.ماسه های مورد استفاده در انواع مختلف با توجه به: - ترکیب شیمیایی - درجه دیرگدازی - نحوه توزیع دانه ها - در دسترس بودن به کار گرفته می شوند. انواع ماسه: ماسه ها انواع مختلفی دارند که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد: ماسه سیلیسی:این ماسه به طور گسترده‌ای در ریخته گری به کار میرود و عمده‌‌ترین ماسه مصرفی محسوب می شود.ترکیب اصلی آن سیلیس SiO2 است. ماسه زیرکن:ماسه زیرکن که با فرمول شیمیایی ZrSiO4 مشخص می گردد و به عنوان یک ماسه با نقطه گداز بسیار بالا مورد توجه است. ماسه کرومیتی:کرومیت یا FeCr2O4ترکیب اصلی این ماسه است و از آن در ریخته گری فلزات با نقطه ذوب بالا استفاده می شود. ماسه اولوین:ترکیب این ماسه Fe2SiO2 یا Mg2SiO2 است و مخلوطی است از سیلیکات منیزیم و به عنوان ماسه جایگزین در بسیاری نقاط مورد توجه است. ماسه شاموتی:ماسه شاموتی نوعی کوارتز دانه ریز است که حرارت زیاد دیده است و به عبارت دیگر ماسه ای است که از زینتر کردن ذرات خاک رس به دست می آید.     نگرشی به ماسه های سیلیسی مصرفی ایران ماسه های مصرفی به دو نوع ماسه های با چسب طبیعی و ماسه های مصنوعی تقسیم میگردند. 1) ماسه با چسب طبیعی: ماسه با چسب طبیعی محتوی تا 20 درصد خاک ریز و مواد ناخالصی می باشد.کیفیت این نوع ماسه برای قالبگیری ماهیچه سازی بستگی به: - مقدار چسب - ترکیب شیمیایی ناخالصی - نوع مذاب ریختگی دارد این ماده در طبیعت بصورت پیش آماده شده وجود دارد.برای استفاده از این نوع ماسه ها تنها مرطوب کردن آنها کافیست از این نوع ماسه در ریخته گری فلزات غیر آهنی با نقطه ذوب پایین نظیر آلومینیوم،برنج ها،برنز ها و قطعات کوچک چدنی استفاده میشود.بطور قطع اینگونه ماسه ها برای ریخته گری قطعات بزرگ چدنی مناسب نیست معایب عمده این نوع ماسه ها عبارت از: الف- پایین بودن درجه دیرگدازی ب- همراه داشتن درصد تقریبا زیادی اکسید های قلیایی و آهک می باشد. وجود اسیدهای قلیایی در این نوع ماسه باعث پایین آوردن درجه دیرگدازی آن گشته و در نهایت باعث ایجاد عیوبی نظیر ماسه سوزی و چسبیدن ماسه به قطعات ریختگی می شود.از طرف دیگر مواد آهکی در اثر حرارت دیدن به صورت گاز درآمده و در صورتیکه قطعات ریختگی بزرگ و دارای ضخامت زیاد باشند فرصت ورود به مذاب را داشته و در قطعات ریختگی به صورت مک و حفره های گازی باقی می مانند. از آنجائیکه این ماسه در نقاط مختلف ایران به وفور یافت می شود و نسبتا ارزان در دسترس ریخته گران قرار می گیرد.لذا در اکثر واحدهای کوچک و متوسط ریخته گری ایران به طور وسیعی در مواد قالبگیری و ماهیچه سازی مصرف دارد. ماسه های گرگان ،رشت،گرمسار،اردکان یزد،حسن آباد قم،عین آباد ،محلات و اطراف یزد جزء این گروه ماسه ها هستند. ماسه های طبیعی بر حسب میزان خاک رس موجود در آنها به سه دسته تقسیم میشوند: 1- ماسه ضعیف که حداکثر تا 8% خاک رس دارد. 2- ماسه متوسط که بین 8 تا 18 % خاک رس دارد. 3- ماسه خاک یا ماسه ملات که بیش از 18% خاک رس دارد. معمولا خاک ماسه های طبقات زیرین بیشتر از لایه های سطحی می باشد و ریختگران بایستی پس از آزمایشات دقیق،ماسه مطلوب خود را تهیه نمایند.در ریخته گری معمولا از ماسه های متوسط استفاده می شود. 2) ماسه های مصنوعی: ماسه مصنوعی از شکستن ،خرد کردن و غربال کردن سنگهای سیلیس به دست می آیند که با اضافه کردن چسب و مواد دیگر قابلیت قالبگیری در آنها ایجاد می گردد. ماسه مصنوعی در مقایسه با ماسه طبیعی دارای مزایای زیر می باشد: - درجه دیرگدازی و خلوص بالاتر. - سهولت در کنترل مشخصات فیزیکی و مکانیکی مخلوط. - قابلیت بازسازی و مصرف مجدد. - در دسترس بودن. محدودیت اصلی ماسه های مصنوعی در مقابل ماسه های طبیعی بالا بودن قیمت تمام شده آنها می باشد .با این وجود این ماسه ها می توانند بخوبی نیازهای صنایع ریختگری ایران را در زمینه چدن و فولادریزی(به استثنای فولادهای خاص که به مصرف ماسه های زیرکونی-کرومیتی و اولوینی نیاز دارند) تامین کنند. ماسه ها ی سیلیس مصنوعی رایج ترین ماسه ها قالب گیری در واحدهای ریخته‌گری می باشد و انواع ذرات سیلیسی به عنوان ماده اصلی و دیر گداز ماسه ریخته گری به کار می رود .بیشتر ماسه های قالب گیری از کوارتز معدنی که می‌تواند تا دمای 1700 درجه سانتیگراد را تحمل کند تشکیل شده است.شکلهای دیگر سیلیس تریدیمیت و کریستومالیت می‌باشد. وجود اکسید های آلومینیوم و آهن خاصیت دیرگدازی ماسه را افزایش میدهند و حضور اکسید های پتاسیم و سدیم و ترکیبات میکا چسبندگی و شکل پذیری ماسه را زیاد و قابلیت دیرگدازی آن را کاهش می دهد و لذا در ترکیبات ماسه سیلیس وجود اکسید های قلیایی و قلیایی خاکی مضر تشخیص داده می‌شود. علاوه بر مسئله فوق وجود انواع اکسید ها باعث ایجاد رنگهای قرمز و قهوه ای،اکسید های سدیم و پتاسیم رنگ ماسه را متمایل به آبی می نماید .علاوه بر ترکیبات شیمیایی که خاصیت دیرگدازی ماسه را تحت تاثیر قرار میدهد مشخصات فیزیکی ماسه مانند اندازه ،پخش و شکل ذرات نیز باید مناسب باشد. نگرشی به ماسه های کرومیتی و اولیونی ایران کرومیت و اولوین در صنایع ریخته گری دارای مصارف متعدد و متنوع بوده و لذا ضرورت شناخت منابع آن در ایران و جایگزینی مواد بومی به جای منابع وارداتی وجود دارد. موارد اصلی مصرف کرومیت و اولیوین در صنایع ریخته گری به قرار زیر است: 1- در ساخت جداره کوره ها-پاتیل ها و ابزارهای کمکی ذوب و استفاده از آنها به عنوان یک دیرگداز مناسب از منابع داخلی. 2- به عنوان یک ماسه مناسب ریخته گری در تولید. 3- انواع فولادهای ریختگی بویژه فولادهای استنیتی منگنزی. 4- قطعات بزرگ چدنی. 5- استفاده از آنها به عنوان ماسه رویه در تولید سری قطعات چدنی(قالبگیری ماشینی و استفاده از ماسه تر) بویژه در قسمتهای فوقانی قطعات که تمایل به ماسه ریزی(ناشی از انبساط غیر پیوسته ماسه سیلیسی) دارند. پودر کرومیت و اولیوین را می توان در تهیه بعضی از دوغاب های اولیه دیرگداز در ریخته گری دقیق استفاده کرد و ماسه های کرومیتی و اولوینی نیز می توانند به عنوان دیرگداز در پشت بند(بویژه در مورد قالبهای سرامیکی) مورد استفاده قرار گیرند. (metallurgybank.persianblog.ir) منبع :بانک اطلاعات متالورژی   بررسی ماسه های قالبگیری و ماسه ماهیچه در فرآیند ریخته گری قالب موقت   ماسه ی قالبگیری: سیلیس (sio2 )، مهمترین جزء ماسه های مصرفی در قالبگیری می باشد، این ماده دارای دیر گدازی بالامیباشد و می توان از ماسه های طبیعی که معمولا دارای اندازه ای یکنواخت و کروی هستند این ماده را بدست آورد و یا با عمل شکست در ماسه سنگ های بزرگ ، ماسه ای با ذرات زاویه دار و اندازه غیر متناسب تهیه نمود. در ماسه ها ی قالبگیری خواص فیزیکی بسیار مهم است . معمولا ماسه ها بصورت کروی و دانه بندی یکنواخت تهیه می شود . امروزه برای افزایش مقاومت سایش و جلوگیری از نفوذ مذاب درون قالب ، از دانه هایی با اندازه کوچکتر استفاده می شود. مقدار سیلیس در ماسه بیش از 90%است که مابقی آن را چسب های رسی (ایلیت ،کائو لینیت،بنتونیت و مونت مورلینیت) با حداقل 2% رطوبت تشکیل می دهد . برای مرطوب تر کردن خواص ماسه یا ایجاد ماسه ای ویژه از موادی بعنوان افزودنی تا حدود 2% به ماسه افزوده می شود. ماسه های ماهیچه : ماسه ماهیچه ها عموما ازنوع سیلیسی هستند ولی در مواقعی از ماسه های زیرکنی ، اولیونی ،کربنی و شاموتی نیز استفاده بعمل می آید . ازویژگی های بارز ماسه های مصرفی برای ساخت ماهیچه ، شکل و اندازه ی ذرات آنها است ، بدینگونه که استفاده از ذرات درشت و کروی شکل برای ساخت ماهیچه ،بدلیل داشتن قابلیت نفوذ گاز بیشتر ، ترجیح داده می شود . معمولا ماسه ای که دارای بیش از 5 % خاک (ذراتریز) باشد ، بدلیل کاهش یافتن قا بلیت از هم پاشیدگی آن ، برای ساخت ماهیچه مناسب نیست ، علاوه بر این، خواص دیگری از قبیل دیر گدازی ، پایداری ابعادی و شیمیایی ، قابلیت انتقال حرارت نیز از اهمیت زیادی برخودار هستند . نکات مهم در ماسه های ماهیچه ای بشرح زیراست : وجود خاک رس باعث تقلیل در کیفیت ماسه ماهیچه و نیز باعث اختلال در واکنش سایر چسب ها با هم می گردد و بنا براین باید مقدار آن تا حد امکان در ماسه های ماهیچه پائین باشد. امروزه نیز به دلیل دیر گدازی ، بالا بودن دانسیته حجمی و ظرفیت حرارتی بیشتر ماسه های زیر کنی و اولیونی از دلائل اصلی کاربرد آنها به جای ماسه سیلیسی به شمار می روند . در هر حال ، علی رغم وجود محدودیت های از قیبل واکنش پذیری سیلیس با مذاب آهنی از این ماده به طور وسیعی به عنوان ماده اصلی در ساخت ماهیچه ها استفاده می گردد قسمت دوم)مواد قالبگیری- چسب انواع چسب ها: تقسیم بندی چسب ها از دو دیدگاه صورت می گیرد: یکی از نقطه نظر ماهیت و طبیعت چسب ها و دیگری از نظر نحوه انجماد و چگونگی خود گیری و سفت شدن چسب ها . از نقطه نظر ماهیت چسب ها به دو گروه چسب های آلی و غیر آلی و یا دو دسته قابل حل در آب یا غیر قابل حل در آب تقسیم می شوند. از نقطه نظر نحوه انجماد و چگونگی سفت شدن و خود گیری ،چسب ها به سه نوع برگشت ناپذیر، میانه و برگشت پذیر تقسیم می شوند. چسب های آب دار و چسب های غیر آب دار نباید با هم دیگر مخلوط شوند زیرا هر زمان که این عمل صورت پذیرد ، استحکام مخلوط ماسه در حالت تر و در حالت خشک کاهش می یابد. و به خصوص اگر چسب آب دار ، خاک رس باشد ، کاهش استحکام شدید تر است. یک چسب مناسب باید ذرات ماسه را به یکدیگر اتصال دهد و استحکام قالب و ماسه ماهیچه را در حالت تر و خشک افزایش دهد. همچنین باید شرایط زیر را فراهم سازد: 1- در خلال تهیه مخلوط های قالب گیری یا ماهیچه به طور یکنواخت بر روی سطوح ماسه پایه گسترده شود. 2- در هر دو حالت تر و خشک ، استحکام کافی مخلوط را فراهم سازد. 3- شکل پذیری مناسب در مخلوط ایجاد نماید ،به طوری که مخلوط قادر باشد همه بخش های قالب را پر کند. 4- کمترین چسبندگی را به سطح مدل و جعبه ماهیچه داشته باشد تا انجام فرایند قالب گیری و ماهیچه سازی امکان پذیر شود. 5- امکان خشک کردن سریع قالب و ماهیچه را فراهم سازد و در خلال مونتاژ قالب و نگه داری ماهیچه رطوبت جذب نکند. 6- در خلال مرحله خشک کردن و به هنگام ریخته گری فلز به داخل قالب ، حد اقل گاز را تولید و آزاد سازد. 7- به دیرگدازی ماسه لطمه نزند و سوختن زودرس ماسه را پدید نیاورد. 8- امکان آسان خارج سازی ماهیچه را فراهم سازد. 9- برای افرادی که عملیات تهیه مخلوط ،قالب و ماهیچه را انجام می دهند ، مضر نباشد و گازهای سمی تولید نکند. 10- ارزان و قابل دسترسی باشد. معمولا چسب های مورد استفاده در ریخته گری را به دو گروه عمده چسب های قالب گیری و چسب های ماهیچه تقسیم بندی می کنند. از خاک های رسی می توان به عنوان چسب های قالب گیری نام برد و چسب های سیلیکات سدیم ،اتیل و نیز انواع رزین های مورد مصرف در قالب گیری پوسته و....از جمله چسب های ماهیچه هستند. خاک رس ها معمولا دارای سه مشخصه هستند: 1- همراه با مقدار معینی آب ، خودگیر شده و خاصیت پلاستیکی پیدا می کنند. 2- این مخلوط پس از خشک شدن و دوباره مخلوط کردن با آب ، خود گیر شده و خاصیت پلاستیکی خود را حفظ می کند(درجه حرارت خشک شدن بسیار بالا نیست). 3- اگر درجه حرارت از مقدار معینی افزایش یابد، خاک رس کلسینه شده(مرده شده) و خاصیت خود گیری و پلاستیکی خود را از دست می دهد.درجه حرارت کلسینه شدن با توجه به نوع خاک رسی متغیر می باشد. در ریخته گری ،خاک رس ها به سه صورت هستند: 1- کائولین: کائولین سیلیکات خالص آلومینیوم با فرمول شیمیایی Al2O3SiO2.H2O می باشد که به خاک چینی معروف است و به خاطر داشتن آلومین زیاد ، خاک نسوز هم نامیده می شود. ناخالصی هایی مانند سدیم، پتاسیم،آهن و کلسیم که به صورت سیلیکات در این خاک ها پدید می آید ، رنگ آن را از صورتی روشن به قهوه ای تیره مبدل می سازد.کائولین خاصیت خودگیری و چسبندگی کمتری نسبت به خاک های رس دیگر دارد. در صورت استفاده در ماسه قالب گیری مقدار زیادی بین 10 تا 20 درصد کائولین لازم است. 2- بنتونیت : مونت موریونیت نوعی سیلیکات آلومینیوم به فرمول شیمیایی Al2O3.4SiO2.nH2O.می باشد که در بعضی موارد یون های منیزیم نیز به جای یون های آلومینیوم حضور دارند.بنتونیت معروف ترین چسب خاک رسی مورد استفاده در ریخته گری است، از خانواده مونت موریونیت می باشد.در صنعت ریخته گری دو نوع بنتونیت مشخص و معروف وجود دارد. یکی بنتونیت غربی یا سدیمی است که از یون های سدیم اشباع شده و می تواند مقدار زیادی آب جذب نماید و افزایش حجم بسیاری دارد. نوع دوم ، بنتونیت جنوبی یا کلسیمی است که نسبت به بنتونیت سدیمی کمتر فعال می باشد. بنتونیت کلسیمی قالب هایی با استحکام تر بیشتر تولید می کند ، در صورتی که استحکام خشک در درجه حرارت های بالای سدیمی بیشتر است. به طور کلی مقدار افزایش بنتونیت به ماسه 2 الی 5 درصد است. 3- خاک رس ایلیت:در اثر تغییرات میکا و تجزیه پوسته های معینی به دست می آید.این خاک ، مواد چسبی اصلی ماسه با چسب طبیعی می باشد. چسب های مورد استفاده در ماهیچه سازی: چسب های ماهیچه بسیار متنوع بوده و انواع مختلفی دارند و هر کدام از این چسب ها به منظور معین و ارائه خواص به خصوصی به ماسه ماهیچه اضافه می شوند. بیشتر چسب های ماهیچه (که در بسیاری از موارد در ساخت قالب نیز به کار میروند)بعد از یک بار استفاده به دلیل تغییرات ساختمانی قابلیت استفاده مجدد را ندارند. در هر صورت چسب های مورد استفاده در ماهیچه سازی را می توان به چهار گروه تقسیم کرد: 1- چسب هایی که در حالت یخ زدن سخت و محکم می شوند .آب تنها ماده چسبنده است که در دسته فوق در عملیات ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد.در قطعاتی که در کشور روسیه به کمک این نوع ماهیچه ساخته شده ،ادعا شده که مک های داخلی در پوسته های موتور با استفاده از ماهیچه های یخ زده حذف شده است. 2- چسب هایی که در درجه حرارت اتاق سخت و محکم می شوند: از این دسته می توان سیلیکات سدیم و سیلیکات های مضاعف آلومینیوم و کلسیم یا سیمان را نام برد که در مورد چسب سیلیکات سدیم در بخش جداگانه ای به طور کامل تشریح شده است. از چسب های سیمان مورد استفاده می توان سیمان پرتلند ، سیمان کائوچوئی و سیمان شیمیایی را نام برد که مهم ترین این نوع سیمان ها ( به عنوان چسب)، سیمان پرتلند است. عیب ماهیچه های ساخته شده از این چسب های سیمانی این است که قابلیت از هم پاشیدگی آن قالب ساخته شده کم است. 3- چسب هایی که پس از پختن سخت و محکم می شوند: این چسب ها به سه گروه فرعی زیر تقسیم می شوند: 1-3چسب هایی که در حرارت خشک می شوند روغن ماهیچه: در روغن ها سخت کردن از طریق پلاریزاسیون و ایجاد ملکول های بزرگ تر به کمک جذب اکسیژن هوا در درجه حرارت های 200 تا 240 درجه سانتی گراد انجام می گیرد. این چسب ها مرکب از سه نوع چسب های روغنی به نام های روغن های گیاهی ،روغن های معدنی و روغن های جانوران دریایی می باشد. 2-3چسب هایی که بعد از حرارت دیدن و در موقع سرد شدن سخت می شوند: انواع رزین ها یا به عبارتی صمغ ها در این گروه قرار دارند.صمغ به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند.که از صمغ های طبیعی می توان از شیره درختان نام برد. صمغ های مصنوعی نیز با ترکیبی از اوره و فنل فرمالدئید به وسیله پلیمریزاسیون و از دست دادن آب سخت می شوند.چنین چسب هایی بیشتر در ماهیچه سازی گرم و قالب های پوسته ای به کار می روند. رزین ها از نوع اوره فرمالدئید بهترین مشخصات و بیشترین کاربرد را در تهیه ماهیچه های کوچک و نازک و آن هایی که پس از ریختن مذاب قابلیت از هم پاشیدگی زیادی لازم دارند ،را ارائه می دهند. فنل فرمالدئید قابلیت از هم پاشیدگی کمتری داشته و در تهیه قطعات بزرگ و فولادی به کار می رود. این صمغ به صورت جامد ومایع در بازار وجود دارند و برای مدت زیادی نباید انبار شوند. 3-3چسب هایی که خاصیت چسبندگی را در حرارت به دست می آورند: این گروه از چسب ها شامل چسب های سولفیدی ، چسب های نشاسته ای (دکسترین )، ملاس چغندر قند و چسب های پروتئینی هستند. چسب های نشاسته ای یا دکسترین ها جزو چسب های ماهیچه ای می باشند و معمولا جهت افزایش استحکام تر در مخلوط ماسه ماهیچه مصرف می شوند.مقدار 5/. تا 2 درصد وزنی آن ها استحکام فشاری تر ماسه را به اندازه 1 تا 5/2 پوند بر اینچ مربع افزایش می دهد. ملاس چغندر قند نیز محصول فرعی کارخانه های تولید قند می باشد که اصولا همراه با چسب های دیگر (به جز چسب های روغنی) به ماهیچه اضافه می شوند.چسب های پروتئینی که انواع خالص تجاری آن ژلاتین،کازئین و سریشم می باشد. 4- چسب های خاک رس: این دسته از چسب ها اصولا به خاطر افزایش استحکام تر ماسه ماهیچه به مخلوط ماسه ماهیچه اضافه می شوند و مهم ترین آن ها خاک رسی نسوز (کائولین)و بنتونیت می باشند که در چسب های قالب گیری نیز به آنها اشاره شد. در قسمت سوم و پایانی به مواد افزودنی اشاره خواهد شد.   (metallurgybank.persianblog.ir) منبع :بانک اطلاعات متالورژی فرآیند : در این روش ماسه مصرفی سیلیسی) بدو ن خاک رس می باشد( بنتونیت، یعنی اینکه بجای استفاده از چسب خاکی از سیلیکات سدیم  به مقدار حداکثر 5% استفاده می شود . این فرآیند نوعی فرآیند دو گونه است ، بطوری که از این روش هم برای قالبگیری و هم از آن برای ماهیچه سازی استفاده می شود . اساس خودگیر شدن در این نوع ماسه ها بر واکنش سیلیکات سدیم با دمش گاز دی اکسید کربن می باشد . این واکنش شامل ترکیب 3 فرآیند اصلی زیر می باشد .  نکته: شکل دهی ماسه در اطراف مدل مانند روش های قبل است. الف) رسوب ژل سیلیسی . ب) تغییر نسبت در سیلیکات ، که باعث ایجاد استحکام می گردد. ج) خشک شدن سیلیکات تغیر نیافته و از دست رفتن آب و در نتیجه افزایش گرانروی و به دنبال آن سخت شدن ماسه . این واکنش به مدت زمان گاز دهی رابطه ای تنگاتنگ دارد بطوری که افزایش زمان باعث استحکام کاذب در فرآیند فالبگیری می شود افزودنیها: مهمترین این افزودنیها به منظور بالا رفتن خواص ماسه ی مورد نیاز عبارتند از : اکسید آلومینیوم ( ، خاک رس کائولن و ملاس چغندر قند. ترکیب اصلی:ترکیب اصلی ماسه سیلیکات سدیم عبارتند از : اکسید سدیم ) 28 تا 7+ (آب) 67 تا 17+ ( سیلیس) 64 تا 26 (تمامی اعداد به در صد می باشند) معمولا مشخصه سیلیکات سدیم بوسیله ی نسبت وزنی سیلیس به اکسید سدیم نشان داده می شود . پر مصرف ترین سیلیکات سدیم در محدوده ی نسبت ها وزنی بین تا می باشد . بیشتر فلزات در برابر خوردگی توسط سیلیکات سدیم مقاوم می باشند ، لذا به راحتی می توان سیلیکات سدیم را در بشکه های فولادی نگهداری کرد .در صورت باز بودن سر بشکه به منظور جلوگیری از ایجاد یک پوسته ی ضخیم در سطح سیلیکات سدیم بهتر است یک لایه فیلم نازک روغنی در سطح ایجاد نمود. روشهای تولید: تکنیک های متعددی برای گاز دهی ابداع شده اند اگر چه می توان قالبهای ساده را بعد از خارج کردن مدل گاز دهی نموده اما در بسیاری از فرآیندها ، گازدهی درست ، پس از قالبگیری و قبل از خارج نمودن مدل از قالب انجام می گیرد . این عمل باعث افزایش استحکام قالب گشته و بنا براین احتمال تخریب قالب در حین خروج مدل را کاهش می دهد . بعد از خارج کردن مدل ، قالب سخت شده را می توان مستقیماً به محل بارریزی حمل کرد     قسمت سوم)مواد قالبگیری-افزودنی‌های ماسه   علاوه بر سه جزء اصلی ماسه قالبگیری (ماسه، چسب، آب) مواد دیگری جهت ازدیاد کیفیت و برطرف کردن بعضی از عیوب خاص به مخلوط اضافه می گردند، چنین موادی بسیار زیاد هستند و لذا در اینجا به برخی از آنها که موارد استفاده زیادتری دارند اشاره می شود: 1.گرد زغال: Fe2O3 تولید شده در مذاب تولیدات آهنی (چدن و فولاد و...) در اثر تماس با دیواره های قالب که اغلب از جنس سیلیس است وارد واکنش شده و تولید ترکیب زودگداز فایالیت را می دهد که منجر به سوختن ماسه و چسبیدن آنها به سطح قطعه ریختگی می شود(ماسه سوزی). در اثر افزودن پودر ذغال سنگ یک محیط احیائی که ناشی از سوختن ذغال و خارج شدن گاز Co2 و هیدروژن و هیدروکاربیدهای سبک است، ایجاد می شود.در نتیجه این عمل،از اکسیداسیون سطوح مذاب و ایجاد گاز زود گداز فایالیت جلوگیری می شود. لذا در نهایت باعث نچسبیدن ماسه به قطعه و افزایش صافی سطوح قطعات ریختگی میگردد. همچنین با افزودن این ماده از عیوبی نظیر انبساط حرارتی (ماسه اندازی)می‌توان جلوگیری نمود. زیرا به وسیله منقبض شدن پودر ذغال در اثر حرارت می توان انبساط ماسه را در اثر گرما جبران نمود. نیز قابلیت خرد شدن ماسه را بهبود می بخشد زیرا ماسه کمتر کلوخه می شود و راحت تر روی shake out خرد می شود. خواص یک پودر زغال مناسب به شرح زیر است: الف)مواد فرار موجود در آن زیاد باشد(حدود 30-26 درصد). ب)میزان خاکستر باقیمانده در زغال نباید از 10 درصد تجاوز کند. ج)پارامتر مهم دیگر گوگرد موجود در زغال است، زِیرا گوگرد در چدنهای خاکستری تمایل به ایجاد chilled است و مقدار گوگرد باید از %1 تجاوز نکند. میزان مصرف خاک زغال برای قطعات تا 1000 کیلوگرم 2 الی 4 درصد و برای قطعات سنگین که دارای گرمای بیشتری بوده عمق ماسه‌سوزی شدیدتر است میزان مصرف زغال تا 8 درصد نیز می‌رسد. 2.حبوبات، غلات(Cereals) چسب غله‌ای مصرفی در ریخته‌گری عبارت است از پودر ذرات ریز و یا نشاسته‌ ژلاتینی که از ذرات گرفته شده است. نشاسته را می‌توان در ماسه‌های قالبگیری به منظور افزایش استحکام تر یا خشک یا بالا بودن قابلیت فروپاشی (Collapsibility) تا حد 2 درصد به کار گرفت. اگر مقدار نشاست در مخلوط زیاد شود خارج‌سازی قطعه از قالب دشوار خواهد شد. از آنجایی که نشاسته فرار است، استفاده غیر صحیح از آن می‌تواند باعث ایجاد عیوب گازی (Gas Defect) در قطعات شود. 3.گرد چوب(Wood Flour): گرد چوب یا دیگر مواد سلولزی مثل گرد غله یا ذرت، پوسته حبوبات و سلولز را می‌توان به مقدار 5/0 تا 2 درصد به ماسه‌های قالبگیری افزود. این می‌توانند انبساط ماسه را کنترل کنند. مواد سلولزی پس از بالا رفتن دما مشتعل می‌شوند و بعد از سوختن فضای خالی ایجاد می کنند و از این طریق انبساط مخلوط ماسه قالبگیری کیترل می شود. گرد چوب و مواد سلولزی قابلیت پاشی وقابلیت جاری شدن (Flowability) را نیز اصلاح می کنند و به همین ذلیل سهولت بیشتری در خارج سازی قطعه از قالب ایجاد می کنند. 4.پودر سیلیس: سیلیس سائیده شده و نرم که ریزتر از 200 مش باشد پودر سیلیس (Silica Flour) نامیده می شود. پودر سیلیس را می توان تا 35 درصد به منظور افزایش استحکام گرم ماسه به کار گرفت.پودر سیلیس چگالی توده (bulk-density)ماسه را افزایش می دهد و به همین دلیل ماسه قالبگیری به دلیل فشردگی بیشتر مقاومت بیشتری در برابر نفوذ فلز مذاب دارد. 5.اکسید آهن: اکسید آهن ریز به مقدار اندک در برخی ماسه های قالبگیری به منظور افزایش استحکام گرم به کار می رود. 6.ملاس(molasses) ،دکسترین(dextrin). ملاس ساقه نیشکر یا ملاس چغندر که تصفیه نشده و حاوی 60تا70 درصد شکر یا جامد باشد را میتوان برای افزایش استحکام خشک ماسه و بالا بردن سختی لبه قالب ها به کار گرفت.دکسترین یا صمغ نشاسته را می توان برای همان اهداف مورد استفاده قرار داد. 7.پرلیت: پرلیت (perlite) یک سیلکات آلومینیم معدنی منبسط شده است.این ماده به مقدار کم و در حد 5/0تا5/1 درصد به منظور پایداری حرارتی (thermal stability) بهتر ماسه به کار می رود این ماده را ممکن است به عنوان عایق کننده تغذیه نیز مورد استفاده قرار داد. 8.آسفالت(asphilt) یک محصول جنبی حاصل از تجزیه نفت خام است. آسفالت نیز همانند قیر به منظور افزایش استحکام گرم،بهبود سطح تمام شده قطعات ریخته گی آهنی مورد هستفاده قرار می گیرد. 9.قیر زمینی قیر یک محصول از کک سازی است.طی عملیات کک سازی،قیر در دمای 5/3درجه سانتیگراد از ذغال جدا می شود.قیر تا حد 3 درصد و به منظور اصلاح استحکام گرم و بهبود سطح نهایی قطعات در مخلوط های ماسه برای ریخته گری قطعات آهنی به کار می رود. 10.گیلسونیت گیلسونیت یک ماده آسفالتی جامد است که در برخی از نقاط زمین از معدن استخراج می شود. این ماده به خوبی فرار است و عملکرد آن شبیه تاثیر زغال در بهبود تمام شده قطعات است. 11.روغن سوخت روغن سوخت برخی از اوقات به میزان بسیار کم و در حد 01/0 تا1/0 درصد در مخلوط قالبگیری به کار می رود به نظر می رسد که این ماده قابلیت قالبگیری ماسه را بهبود می بخشد. (metallurgybank.persianblog.ir) منبع :بانک اطلاعات متالورژی اکسید آهن قرمز : اکسید آهن قرمز با ظرفیت تولید 1500تن سالیانه جهت مصرف در صنعت رنگ ، لعاب ، کاشی و سرامیک و پرایمر فلزی با دانه بندی 2500مش در حال تولید می باشد که با نمونه وارداتی کاملاً قابل رقابت است که مشخصات آن به شرح ذیل میباشد:        اکسید آهن مخصوص ماهیچه   ریخته گری : اکسید آهن مخصوص ماهیچه ریخته گری در نوع سیاه رنگ و با قابلیت دانه بندی طبق نظر مشتریان و به صورت ترکیبی از Feo,Fe2o3,Fe3o4 جهت اضافه شونده به ماهیچه ریخته گری و ایجاد خواص مطلوب در ماهیچه ریخته گری تولید می گردد . استفاده از اکسید آهن در قالب و ماهیچه برای ریخته گری فلزات آهنی استفاده از اکسید آهن در انواع مختلف قرمز و سیاه از نظر مهندسی ادتیو ماسه Enginered Sand Additive_ESA بعنوان یک اضافه شونده فعال و کار آمد توصیه گردیده است و در عمل نیز با شرایط کارگاهی مورد آزمایش قرار گرفته واثرات آن عیناٌ دیده شده است .اکسید آهن اضافه شده در انواع مختلف مخلوط ماسه از نظر تاثیر آن برخواص ماسه وبررسی بهبود مقاومت در برابر رگه یا چروک های ایجاد شده بر روی سطح قطعات ریختگی آزمایش شده است . اکسید آهن قرمز در پیشگیری از ایجاد رگه یا چروک بر روی سطح قطعات ریختگی موثر میباشد ولیکن بدلیل پودر بودن و فاقد دانه بندی شدن و مقدار اکسیژن عوارض جانبی یا تاثیرات مغایری بر سطح نهـائی قطعـه ریختگـی دارد ولیـکـن اکسیـد آهن سیاه اضافه شده به میزان3درصد در سیستم هات باکس و2درصد در سیستم کلد باکس در از بین بردن تاثیر ایجاد رگه یا چروک کارآمد بوده و تاثیر مغایر کمتری برکیفیت سطح خواهد داشت از علت های دیگر استفاده از اکسید آهن کاهش چسبیدن کربن به قطعه کار و نیز جلوگیری از ایجاد روزنه سوزنی وجلوگیری از ایجاد فرورفتگی یا برجستگی نیم کره ای شکل در قطعه کار ونیز ایجاد مقاومت در برابر نفوذ آهن در قالب میباشد . بطور کلی اثرات اکسید آهن در ماهیچه گیری و هدف از مصرف به شرح ذیل میباشد. الف) هدف از مصرف : باعث افزایش پلاستیسیته گرم و کاهش یا حذف عیوب رگه رگه شدن و نفوذ مذاب و کاهش عیوب گازی میباشد . ب) اثرات استفاده از اکسید آهن در ماهیچه گیری : 1- افزایش استحکام خشک ماهیچه های تولیدی . 2- کاهش اثرات مک سوزنی ریز سطحی نیتروژنی وهیدروژنی 3- کنترل انبساط حرارتی ماهیچه . 4- افزایش استحکام گرم ماهیچه . 5- جلوگیری از نفوذ مذاب در ماهیچه و ایجاد فایالیت مناسب و سخت در سطح ماهیچه که از نفوذ گاز ازت موجود در رزین Hot box به داخل ذوب جلوگیری می نماید. 6- کنترل اتمسفر قالب که نقش مهمی در بهبود کیفی سطح دارد بدین طریق که با آزاد سازی اکسیژن اتمسفر قالب را از حالت احیاءکنندگی زیاد محافظت می نماید. پودر قلع و پودر قلع – آنتیموان:  که در مواد پوششی قالب به کار برده می شوند، بر روی ساختار سطحی چدنهای در تماس با ماهیچه های رزینی، تاثیر زیادی دارند. قلع و ترکیب بین فلزی قلع – آنتیمون موجب پایداری پرلیت شده و لایه های سطحی فریتی را حذف می کنند. در این مقاله مکانیزم حاکم بر پدیده فوق مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند خشک کردن چسب های سیلیکات سدیم و خواص حاصل: محلولهای سیلیکات سدیم را با روشهای مختلف می توان سخت کرد که یکی از روشهای جالب خشک کردن (Dry curing) است. خشک کردن سیلیکات سدیم در مقایسه با روشهای کربن دی اکسید یا استرها پیوندهای محکم تری را می دهد. از لحاظ آلودگی محیط این روش نسبت به روشهای دیگر که در ریخته گری در جهان توسعه کاربرد دارد  خواص مکانیکی کاربرد اکسید آهن در مخلوطهای قالبگیری و ماهیچه گیری ریخته گری قطعات آهنی تاثیر افرایش اکسید آهن بر روی انواع مخلوطهای ماسه و بررسی بهبود مقاومت رگه ای آزمایش شده است. اکسید آهن قرمز در جلوگیری نمودن عیب رگه ای موثر بنظر می رسد اما ممکن است اثر معکوس (نامطلوب) در سطح قطعه تمام شده ریخته گری داشته باشد. 30% افزایش اکسید آهن سیاه در جلوگیری از رگه ای شدن موثر بوده و اثر کمتری روی کیفیت داشته است. فاصله بعد از خشک شدن و انبار در رطوبت های مختلف اندازه گیری شده است. چنانچه در چسب آب وجود داشته باشد به هنگام باردادن تغییرات شکل در اثر گران روی (Viscousity) وجود خواهد داشت. تغییر شکل گران روی (خزش) بر طبق قانون Norton ارزیابی شده و نمودارهایی برای بار دادن آهسته و تند ترسیم شده است.  (metallurgybank.persianblog.ir) منبع :بانک اطلاعات متالورژی    
+ نوشته شده توسط علی در جمعه 1390/10/09 و ساعت 2:43 |

مس

مشخصات فیزیکی مس

.مس دارای ساختار FCC بوده و تغیرات آلوتروپیک در آن وجود ندارد .در درجه حرارت ۱۰۸۳ درجه سانتیگراد ذوب شده و دانستیته در حدود ۸٫۹ گرم بر سانتی متر مکعب دارد مس دارای پارامتر شبکه ۳٫۶ آنگسترم بوده و دارای قطر اتمی ۲٫۵۵ آنگسترم می باشد همچنین دارای مشخصات ریخته گری به شرح زیر می باشد

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

۲-دارای سیالیت کم

۳- اکسیداسیون بالا

۴- 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 :

۱- شمش های اولیه

۲-شمش های ثانویه

۳-قراضه ها

۴- برگشتی ها

۵- 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 ۹۹٫۹ تا ۹۹٫۵ 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 ۲۳۲ درجه سانتیگراد می باشد که وزن مخصوص آن در حدود ۷٫۳ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد . این عنصر دارای درجه خلوصی در حدود ۹۹٫۵ تا ۹۹٫۹ درصد می باشد که دارای ناخالصی هایی نظیر مس آهن سرب آلومینیم بیسموت آنتیموان می باشد و عموما به شکل شمش های ۲۵ 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 ۷٫۱ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و نقطه ذوب آن ۴۲۰ درجه سانتی گراد می باشد د: شمش سرب : این شمش دارای نقطه ذوب ۳۲۷ درجه سانتیگراد و وزن مخصوص ۱۱٫۳ 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 ۱۴۵۳ درجه سانتیگراد و دانسیته ۸٫۹ 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 ۲ تا ۷ درصد قلع ۴ تا ۱۰ درصد روی و ۲ تا ۶ 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 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 ۷ تا ۸ 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 ۲ 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 ۸٫۴ 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 ۱-۹-۳ و ۱-۸-۲ می باشد .

قطعات بزرگ و یکنواخت :

در این روش نیاز به تغذیه گذاری می باشد که نسبت سیستم راهگاهی در این حالت ۲-۳-۲ و ۱-۸-۲ 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 :

۱- 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 ۴٫۵ تا ۴% انقباض می باشد

۲- 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 .

۳- 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 :

۱-اکسیژن زدایی

۲-هیدروژن زدایی

۳-کنترل ترکیب شیمیایی

۴- 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 ۷۰۰ درجه مس با اکسیژن تولید اکسید مس دو ظرفیتی می کند . در ۱۰۵۰ تا ۱۱۰۰ درجه اکسید ۲ ظرفیتی مس تبدیل به اکسید یک ظرفیتی می شود . اگر درجه حرارت از ۱۱۰۰ 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 :

۱- 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

۲- 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 .

۳- 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

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

۲- باعث افزایش تلفات مذاب می شود

۳- 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 .

 

+ نوشته شده توسط علی در یکشنبه 1389/12/15 و ساعت 13:38 |

تاریخچه آلومینیم وشرح کامل آلیاژ Al-Cu :
در بیشتر فرآیندهاى استخراجى الکتریسیته نقش بسزایى دارد، مانند: فرآیند هال- هرول قرن 19 که گام مؤثرى در استفاده از نیروى برق براى تولید فلز مى باشد. در انگلستان همفرى دیوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج این فلز(آلومینیم) از ترکیبات آن کوشید ولى تنها آلیاژى از آلومنیوم، آهن به دست آورد. کوششهاى بعدى او در این مورد نیز نتیجه اى نبخشید. دیوى عنصرى راکه سعى مى کرد از اکسیدآلومینیم (که درآن زمان هم آلومینا" نامیده مى شد) به دست آورد آلومینیمAluminium) )(آلومینیم) نامید،و بعد ها آلومینیم Aluminum آلومینم نامید، که این نام اخیر هنوز در آمریکا مصطلح است، ولى در کشورهاى انگلیسى زبان و در اروپا آلومینیم را به کار مى برند. در سال 1825 فیزیکدان دانمارکى هانس کریستین اورستد روش دیگرى براى استخراج را آزمایش کرد، حبه هاى کوچکى از فلز را که احتمالأ حاوى آلومینیم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را باید راهگشاى واقعى دستیابى به آلومینیوم محسوب کرد. فریدریش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به کارگیرى آن در تحقیقات بیشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومینیوم را به صورت ورقه هاى نازک تولید کند. در همان سال او خواص شیمیایى این فلز را براى اولین بار گزارش کرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادیر کمى آلومینیم را به صورت ذرات سوزنى شکل تولید کن که براى اولین بار از آنها براى تعیین خواص فیزیکى این فلز استفاده کرد. هانرى سن کلردوویل فرانسوى بر اساس نتایجى که وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بیشترى شد و روش دیگرى که از نظر فنى براى استخراج آلومینیوم عملى بود به دست آورد. اولین قطعه آلومینیم تولید شده به این روش، خلوصى بین 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمایشگاه بین المللى پاریس به نمایش گذاشته شد. در آن زمان
هنوز آلومینیم را به عنوان فلزى کمیاب، بسیار گران مى شناختند که نمى توانستند قیمتى براى آن تعیین کنند چون هنوز فقط چند کیلوگرم از آن را در دست داشتند. گفته مى شود که در قصر ناپلئون سوم فقط براى او، ملکه، میهمانان ویژه، اعضاى خاندان سلطنتى از ظروف آلومینیمى استفاده مى شد و براى سایر میهمانان از ظروف طلا استفاده مى کردند. در سال 1886 پل. هرولت فرانسوى، چارلز مارتین هال آمریکایى همزمان، مستقل از هم توانستند از طریق تجزیه الکترولیتى اکسید آلومینیم حل شده در مذاب کریولیت این فلز را تولید کنند. در آن زمان، تهیه انرژى الکتریکى لازم براى الکترولیز دیگر مشکلى نبود، زیرا در سال 1866 ورنرفون زیمنس آلمانى
دینام
ژنراتور را اختراع کرده بود. امروزه در کلیه فرآیندهاى تولید آلومینیم در سراسر دنیا همچنان بر اساس اصول کلى کشف شده توسط هرولت و هال عمل مى شود و بنابراین مى توان گفت سال1886، سال آغاز تولید صنعتى آلومینیم است. در آن زمان، قبل از این که بتوان عمل استخراج فلز را در مقیاس بزرگ آغاز کرد یک مشکل دیگر به وضوح به چشم مى خورد و آن تولید ماده اولیه یعنى اکسید آلومینیم از سنگ معدن بوکسیت در مقیاس زیاد بود. بایر اتریشى در سال1893 با حل کردن بوکسیت در سود سوزآور براى تهیه اکسید از بوکسیت فرآیندى مقرون به صرفه به دست آورد. امروزه اغلب کارخانجات تهیه اکسیدآلومینیم، اکسید
لازم براى الکترولیز را بر اساس فرآیند بایر تهیه مى کنند
-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 این 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 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 .

-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
3- 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
-مشخصات کلی آلومینیوم و آلیاژهای آن:
خصوصیات انواع مختلف آلیاژهای ریختگی آلومینیوم، براساس عنصر آلیاژی اصلی طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال: Al-Mg-Al و غیره. هر کدام از آلیاژها بوسیله‌ی ترکیب شیمیایی اصلی آنها مشخص می‌گردند.
اگرچه آلیاژهای ریختگی در دسترس، بسیار متفاوت می‌باشند، تعداد آلیاژهایی که در حجم زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار اندک هستند. انتخاب آلیاژها برای قطعات ریختگی که بوسیله‌ی فرآیندهای مختلف ریخته‌گری تولید می‌شوند، در وحله‌ی اول به ترکیب آلیاژ که به نوبه‌ی خود کنترل کننده‌ی مشخصات آلیاژ، از قبیل دامنه‌ی انجماد، سیالیت و غیره می‌باشد، قطعات ریخته‌گری شده در ماسه کمترین محدودیت را در رابطه با انتخاب آلیاژ ایجاد کرده و به طور معمول در موردآلیاژها بکار می‌رود.
در مورد آلیاژهای مورد استفاده در ریخته‌گری تحت فشار مسأله‌ی اصلی دماگداز پایین آلیاژ می‌باشد که باعث افزایش سرعت تولید و کاهش سائیدگی قالب می‌گردد.
گروههای مختلف آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان برحسب ترتیب کاهش قابلیت ریخته‌گری بصورت ××7، ××4، ××5، ××2 و ××7 طبقه‌بندی نمود. مقاومت به خوردگی این آلیاژها نیز تابع ترکیب شیمیایی بوده و آلیاژهای عاری از مس معمولاً مقاومت برخوردگی بیشتری نسبت به آلیاژهای حاوی مس دارند. آلیاژهای سری ××8 که عنصر آلیاژی آن قلع می‌باشد، برای یاتاقان‌ها استفاده می‌شوند.



-آلیاژ آلومینیم مس : Al-Cu

-مشخصات کلی آلیاژ Al-Cu:
AlCuکه با حروف اختصاری C مشخص می شود مثل : C4A
آلیاژهایی که عنصر اصلی آلیاژی آنها مس می‌باشد، اگرچه امروزه بسیار ی از آنها متروک شده‌اند، ولی جزء اولین آلیاژهای ریختگی آلومینیوم هستند که بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اغلب آلیاژهایی که اکنون کاربرد دارند، علاوه بر مس، حاوی عناصر دیگر آلیاژی نیز هستند. این گروه از آلیاژهای ریخته‌گری، آلومینیوم در معرض بعضی از مسائل ریخته‌گری از قبیل ترک گرم و مشکلات تغذیه‌گذاری قرار دارند. این آلیاژها از قابلیت عملیات حرارتی رسوب سختی بالایی برخوردار هستند.
آلیاژهایی با ترکیب شیمیایی مختلف در این گروه که خواص مطلوب در دماهای بالا را تأمین می‌کند، تولید می‌گردند. هر کدام از آنها آلیاژهای این گروه از طریق تلفیق مکانیزم رسوب سختی و سخت‌گردانی انتشاری بوسیله‌ی ترکیبات بین فلزی، مستحکم شده و سختی و استحکام آنها تا دمای C ‎ْ250پایدار می‌ماند. اخیراً آلیاژ Al-Cu- Ag- Mg که قابلیت رسوب سختی بالایی را دارا است، تولید گردیده است.

-آلیاژ آلومینیوم- مس(Al-Cu):

در سیستم Al-Cu محلول جامد نهایی غنی از Al با ترکیب بین فلزی A با فرمول CuAl2 در تعادل است و گرچه مقداری هم حلالیت در جامد وجود دارد. افزودن منیزیم به این سیستم، امکان تشکیل ترکیبات بین فلزی دیگر را فراهم می‌کند یا آلیاژی موردنظر از نوع پر آلومینیوم است.
بنابراین فازهای در تعادل با در نظر است. برای رسوب سخت‌کردن این آلیاژ اولین مرحله در عملیات گرمایی متعادل کردن آلیاژ در منطقه آلیاژ است. یعنی عملیات گرمایی محلولی روی آلیاژ برای همگن کردن ساختار آلیاژ باید آنرا به صورت کافی (در حدود چند ساعت 5-4) در دمای 500 تا 570 درجه گرما داده و ساختار ریختگی و حل کردن ذرات فاز دوم ممکن است تا 100 ساعت زمان لازم داشته باشد. پس از انجام عملیات گرمایی محلول آلیاژ، باید با آهنگ کافی برای جلوگیری از رسوب‌گذاری تا 20 درجه سرد شود.
1- این آلیاژ در درجه حرارت 548 درجه سانتیگراد ( یوتکتیک ) دارای حد حلالیتی برابر 5.7 % می باشد که در درجه حرارت محیط به 0.5% کاهش پیدا می کند . حد حلالیت بالای آن برابر 94.3% آلومینیم که در درجه حرارت محیط به 99.5 % آلومینیم افزایش می یابد . این آلیاژ دارای قابلیت پیر سازی بوده و بر اثر پیر سازی این آلیاژ فاز تتا (Cu-Al2O3) باعث می شود که نمودار این آلیاژ به نمودار نوع سوم تغییر یابد و با توجه به این که فاز تتا فازی سخت و شکننده می باشد باعث افزایش استحکام قطعه می شود .
اغلب آلیاژ های آلومینیم-مس کمتر از 10 درصد مس دارند و عموما آلیاژ های صنعتی آن دارای 5 الی 2 درصد مس می باشند مرغوبترین گروه این آلیاژ ها آلیاژ دورالومین می باشد . که دارای 3.4 تا 4.5 درصد مس و 1 تا 1.5 درصد منیزیم و 0.6 درصد نیز سیلیسیم می باشد این آلیاژ قابلیت انجام عملیات پیر سازی را داشته و برای انجام این عملیات ابتدا نیاز به محلول سازی در درجه حرارت 420 درجه سانتی گراد به مدت 8 ساعت دارد . و پس از انجام عملیات باید به سرعت در آب سرد شود که مدت زمان کوئینچ بین 3 تا 4 ثانیه می باشد . که بعد از سرد کردن این آلیاژ ،آلیاژ محلول سازی شده ی آن به دست می آید که پس از آن عملیات پیر سازی در درجه حرارت 180 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت انجام می شود که معمولا در کوره و یا هوا به صورت آهسته سرد می شود . نکته قابل توجه در این عملیات این می باشد که اگر مدت عملیات پیر سازی از 5 ساعت بیشتر شود به آن فرآیند فرا پیر سازی اطلاق می شود که این امر باعث کاهش سختی قطعه می شود
نکته : معمولا فرآیند پیر سازی برای آن گروه از آلیاژ های آلومینیم مس که بیشتر از 2% مس دارند انجام می شود .
-ریخته گری آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu:
مس به دلیل نقطه ذوب بالا نسبت به آلومینیم (1083) درجه به صورت خالص به آلیاژ آلومینیم اضافه نمی شود . و عمدتا از امیژن های 50-50 یا آمیژن های 33-67 آلومینیم – مس استفاده می شود .
برای ساخت آمیژن ها ابتدا مس را ذوب کرده و به حداقل فوق ذوب آن می رساند سپس قطعات آلومینیم را به دفعات 4 تا 5 مرتبه به مذاب مس اضافه می کنند جهت اضافه کردن آمیژن به مذاب آلومینیم پس از محاسبه مقدار آمیژن مصرفی فوق ذوب الومینیم را تا 30 درجه افزایش داده سپس آمیژن را به نسبت مورد نیاز به مذاب اضافه می کنیم باید توجه داشت که کلیه عملیات کیفی مذاب بعد از افزایش مس انجام می شود و فقط فلاکس های پوششی می توان قبل از افزایش آمیژن مس همراه با مواد شارژ به بوته اضافه کرد.

-شرایط ریخته گری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu:

این آلیاژ در دارای خواص مکانیکی بالایی می باشد عمدتا در قالب های ماسه ای و ریخته گری قابلیت ریخته گری داشته و عموما قابلیت ریخته گری تحت فشار را ندارد که این امر به علت سرعت انجماد بالا در ریخته گری تحت فشار می باشد اما بعد از عملیات ریخته گری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد که در درجه حرارت 530 درجه سانتی گراد خواص این آلیاژ افزایش می یابد
شرایط ریخته گری این آلیاژ
1- تمیز بودن مواد شارژ نسبت به اکسید ها و مواد اکسیدی
2- عدم استفاده بیش از 50 درصد از مواد قراضه در شارژ
3- جلوگیری از تماس محصولات احتراق با شارژ
4- درجه حرارت مذاب کمتر از 750 درجه سانتیگراد
5- استفاده از مواد دگازور و فلاکس های پوششی
6- جلوگیری از تماس مستقیم ابزار ها و ادوات آهنی با مذاب
روش های قالب گیری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu :
آلیاژ آلومینیم به دو روش موقت و دائم قالب گیری و ریخته گری می شود .
1- روش موقت : که شامل روش ماسه ای تر – ماسه ای خشک –CO2 و پوسته ای می شود .
الف: ماسه ای خشک چسب مورد استفاده در این روش خاک رس می باشد که به علت دیرگدازی پایین آلومینیم در ریخته گری این آلیاژ استفاده می شود در این مخلوط رطوبت ماسه کمتر از 5 درصد بوده و در معدود مواردی نیز از بنتونیت به عنوان چسب در مخلوط ماسه استفاده می کنند همچنین با استفاده از مواد سلولزی (آرد و حبوبات و خاک اره ) می توان نفوذ پذیری ماسه را افزایش داد که این امر به علت قابلیت جذب گاز آلومینیم از اهمیت بیشتری برخوردار است .
ب: روش پوسته ای دراین روش مخلوط مورد نظر را با رزین های حرارتی مخلوط می کنند سپس این ذرات در یک مدل فلزی قرار گرفته ودر معرض حرارت قرار می گیرند .در اثر حرارت مخلوط خودگیر و سفت می شود . و دور تا دور مدل فلزی فرم پوسته قرار می گیرد . سپس فرم پوسته ای را در داخل محفظه قالب گذاشته و با استفاده از ماسه پشت بند آن را ثابت می کنند و عملیات ریخته گری را انجام می دهند .
2- روش دائم : که شامل روش های تزریق و رژه می شود
الف:تزریق : این روش که خود به دو روش تزریق کم فشار و تزریق پرفشار (دایکست ) تقسیم می شود .
نکته : معمولا برای ریخته گری آلومینیم از ماشین های محفظه سرد استفاده می شود


-ویژگی های آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu در ریخته گری :

برای طراحی سیستم راهگاهی باید ابتدا ویژگی های ریخته گری آلومینیم را بدانیم که
-این ویژگی ها را می توان به شش دسته تقسیم بندی کرد . :
آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu تمایل به اکسیداسیون شدید دارند
آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu به تلاطم شدید و انحلال گاز شدید دارند .
آلومینیم و آلومینیم مس al-cu خاصیت شدید جذب گاز هیدروژن دارند
این آلیاژ دارای دامنه انجماد طولانی بوده بخصوص در آلیاژ های آلومینیم مس که دامنه انجماد طولانی تری دارند و همچنین آلیاژ های آلومینیم سیلیسیم که کمترین دامنه انجماد را دارند .
5- آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض حجمی زیادی می باشند
6- آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض پراکنده و هدایت حرارتی بالایی می باشند
به دلیل ویژگی های فوق سیستم های راهگاهی مورد استفاده در آلیاژ های آلومینیم مس al-cu غیر فشاری منظور می شوند و مهمترین نسبت های سیستم های راهگاهی دراین آلیاژ 1:2:2 و 1:4:4 و 1:6:6 استفاده می شود نکته قابل توجه در این اعداد این می باشد که اولین عدد از سمت چپ نسبت راهگاه باریز دومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های اصلی و سومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های فرعی می باشد که هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نیز بیشتر می 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

آزمایش تعیین سختی Al-Cu به روش برینل:
وسای مورد نیاز:
2- 1-دستگاه سختی سنج برنیل؛
3- 2-نمونه؛
4- 3-میکروسکوپ میکرومتردار؛
در روش برنیل یک ساچمه از کاربید تنگستن یا فولاد به قطر(D) روی جسم با نیروی (P) به مدت ثابتی(10 ثانیه برای آلیاژهای آهنی و 30 تا 60 ثانیه برای آلیاژهای غیرآهنی) توسط ماشین مربوط فشار ایجاد می‌کند. از تقسیم نیروی وارد بر سطح ایجاد شده(سطح عرقچین کروی) عدد سختی در این روش بدست می‌آید. سختی برنیل را به اختصار با B.H.N نمایش می‌دهند. مقدار این سختی از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:
که در آن ‍P عبارت است از نیروی وارد بر ساچمه(بار) و A سطح عرقچین کروی ایجاد شده روی فلز یا آلیاژ مورد آزمایش است.

آلیاژ/ سختی 1 2 3 میانگین
Al-Cu -- -- -- ----
Al-Cu2% 46 46 47 46
Al-Cu4% 49 48 46 48
Al-Cu6% 61 61 61 61

آلیاژ/ سختی 1 2 3 میانگین
Al-Cu18% 64 67 66 65.5
Al-Cu12% 76 76 76 76

-متالوگرافی:
بررسی و مطالعه ساختار درونی فلزات و آلیاژها به منظور پی‌بردن به نحوه‌ی انجماد، ریزی و درشتی دانه‌ها، فازها و ساختارها و تشخیص حفره‌های انقباض و گازی و ترک‌ها در سطح قطعات می‌باشد.

مطالعه‌ی قطعات به دو صورت می‌باشد:
5- 1-مطالعه ماکروسکوپی.
6- 2-مطالعه‌ی میکروسکوپی

-محلول‌های پولیش:
اکسید Al(Al2 O3) برای فلزات آهنی؛
اکسید Mg(Mgo) برای فلزات غیرآهنی؛
اچ کردن:
این عمل باعث ایجاد یک خوردگی ضعیف توسط اسیدهای آلی- غیرآلی که با الکل معمولاً ترکیب شده‌اند به وجود می‌آید که به مدت 10 الی 15 ثانیه انجام می‌گیرد.

محلول‌های اچ برای آلومینیوم و آلیاژهای آن:
اسید نیتریک = % 20
اسید کلریدریک = 20%
اسید فلوریدریک = 10
آب = 50%

آماده سازی نمونه:
ابتدا نمونه موردنظر را بریده و سپس سوهان می‌زنیم تا سطح آن صاف شود و بعد از آن بوسیله سمباده که از 240 تا 2000 شماره‌گذاری شده آنرا سمباده‌ می‌زنیم تا سطح آن کاملاً صاف و صیقلی شود.

پولیش کردن:
حساسترین و مهمترین مراحل آماده‌سازی برای آزمایش متالوگرافی، پولیش کردن است. عمل پولیش کردن توسط دستگاه پولیش که دارای یک صفحه‌ی صاف و گرد می‌باشد و توسط الکترو موتور چرخه‌ی آن انجام می‌شود، روی صفحه‌ی گردان آن پارچه‌ی ماهوت کشیده شده است. عمل پولیش با مواد ساینده که اکسید منیزیم برای آلومینیوم است. استفاده می‌کنیم. تعداد دور صفحه‌ی دوار معمولاً بین 300 تا 500 دور بر دقیقه است. در هنگام پولیش کردن حتماً آب باید از بالا به مقدار مناسب به وسط صفحه‌ی پولیش ریخته شود تا براده‌های ایجاد شده را با خود ببرد. فشار قطعه برروی صفحه‌ی پولیش باید مناسب باشد. اگر فشار زیاد باشد، صفحه‌ی پولیش باعث خط انداختن روی قطعه می‌گردد.



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

+ نوشته شده توسط علی در یکشنبه 1389/12/15 و ساعت 13:23 |

آلیاژ برنج

برنجها آلیاژهای مس وروی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی ورنگ ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سیلیسیم،برنج قلع،برنج های نیکلی(ور شو)تقسیم می شوند.

خواص فیزیکی:

حد حلالیت روی در مس برابر5/32% در درجه حرارت انجماد و در حدود 35% در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد α مهم ترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است.و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده ووجود فلزات دیگر  در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد کمتر باشد،سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب می باشند واز نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

الف)محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است(به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)

ب)محلول جامد β :در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصیت چکش خواری خود ار در گرما حفظ می کند.

ج)محلول جامدγ:این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد

اگر مقدار فلز روی از 50%کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه βبوده وبرای به وجود آمدن شبکه γباید مقدار فلز روی از 50%تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از 47%است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد.

اگر برنج تنها از محلول جامدα تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه α و β تشکیل شده باشد مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.

دسته بندی آلیاژهای مس:

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسیم می گردند.هر دسته از این آلیاژها نیزبر حسب شرایط ترکیبی وعناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنجهای  کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد وبرنجهای آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم،آهن،قلع،و سرب و... نیز هستند وبیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

برنجهای مخصوص:

اگر به آلیاژ مس وروی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می رود واین نوع آلیاژها را برنج مخصوص می نامند.و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد  α ویا β+α را انتظار داشت.عناصری مانند سرب،قلع،آهن،منگنز،نیکل وغیره دربرنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی حضور دارند.ومقدار این عناصر هیچگاه از حدود 2-1% تجاوز نمی کند.آلیاژ مس و روی را برنج می گویند. بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم

رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب C 419  و چگالی 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C1083  و وزن مخصوص 9/8 گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا 32% می تواند در دمای محیط به صورت تک فازیα در مس وجود داشته باشد به آن برنج α میگویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای α  تجارتی تا 36% روی  دارند و به دو گروه تقسیم می شوند :برنج α زرد که شامل 20 الی 36% روی می باشدو برنج α قرمز که شامل 5 الی 20% روی می باشد.

در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد:

1-از هاردنر مس و روی استفاده نمود. لازم است در این روش مس را تحت فلاکس پوششی ذوب کرده و بعد هاردنر را در چند مرحله به مذاب وارد نمود.

2-استفاده از روی خالص که لازم است مس  را تحت فلاکس پوششی ذوب نموده فوق گداز آن را پایین آورده و روی را در چند مرحله به مذاب وارد نموده و کاملاً آن را مخلوط نمود. از دیاگرام مس و روی می توان فهمید که دامنه انجماد برنجها کوتاه و سیالیت خوبی دارند.

برای ساخت برنج 20% روی لازم است مس مورد نیاز را همراه با فلاکس پوششی که شیشه می باشد ذوب نموده و چون از روی خالص استفاده می شود بایستی فوق گداز را پایین آورده و این مقدار روی را در چندین مرحله ( معمولاً در 3 نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس C1083 و چگالی آن 9/8 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و روی با نقطه ذوبC 419 و وزن مخصوص 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو  فلز از یکدیگر شده و پدیده جدایش را به وجود می آورند و لذا بایستی حتماً این مذاب را توسط ابزار خوب مخلوط نموده و اقدام به ذوب ریزی نمود.

 

+ نوشته شده توسط علی در یکشنبه 1389/12/15 و ساعت 12:18 |

چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی

چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی ،خانواده ای از چدن ها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست ،شکل گرافیت در آنها به شکل کروی است.همین کروی بودن گرافیت ها ، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن های خاکستری می گردد. اصولا چدن نشکن با افزودن منیزیم در مذاب ، تولید می شود(چون منیزیم در دماهای بالا تبخیر می شود معمولا از آلیاژهای منیزیم استفاده می شود)برای کروی شدن قطعاتی که درقالب های ماسه ای تولید می شوند مقدار 0.04 تا% 0.07 منیزیم باقی مانده کافی می باشد و در قطعاتی که در قالب های فلزی تولید می شوند (مانند لوله ریزی)مقدار 0.02 در صد منیزیم باقی مانده کافی است . چدن نشکن در مقایسه با چدن خاکستری تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختاری عاری از کاربید ، مخصوصا در مقاطع نازک ، لازم است جوانه زنی با فرو سیلیسیم انجام شود. اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد: 1-آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع 2-جوانه زایی با فروسیلیسیم در حین ریختگری می توان چدن های نشکنی با ساختار زمینه فریتی،پرلیتی،مخلوط فریت-پرلیت،آستنیت،بینیتی،مارتنزیتی را تولید نمود. چدن های نشکن پرلیتی دارای استحکام بالایی هستندولی چقرمگی آنها کمتر است. چدن های نشکن فریتی استحکام کمتری دارند ولی ازدیاد طول نسبی بیشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.عناصری همچون سدیم،کلسیم،لیتیم،تیریم نیز می توانند عمل کروی کردن را انجام بدهند.همچنین افزودن سزیم(ce) به مقدار جزیی در آلیاژ منیزیم شکل گرافیت را بهبود می بخشند. تاثیر عناصر روی چدن نشکن : 1- کربن:مقدار کربن در چدن نشکن ما بین 4/3 -6/3 % در نظر گرفته می شود.تعداد گرافیت های کروی بستگی به مقدار کربن دارد.افزایش کربن سبب بهتر شدن قابلیت ریختگری از طریق افزایش سیالیت مذاب می گردد.همچنین در چدن های نشکن هیپو یوتکتیک هر قدر مقدار کربن بیشتر شود نیاز به تغذیه گذاری قطعات کمتر می گردد. مقدار کربن معادل در این نوع چدن ها برابر است با: CE=%C +0.31(Si+P) +0.03 MN 2-سیلیسم: مقدار معمول آن در چدن نشکن ما بین 8/1 -8/2 % می باشد. افزایش سیلسیم در چدن باعث بیشتر شدن گرافیت های کروی می شود.سیلسیم در چدن سبب ترغیب تشکیل فریت می گردد. نقش مهم و دیگر سیلسیم در مرحله تلقیح است. افزایش سیلسیم در چدن نشکن موجب افزایش مقدار فریت و گرافیت کروی خواهد شد اما با افزایش آن استحکام کششی و در صد ازدیاد طول نسبی کاهش می یابد.همچنین عیب انتخاب سیلسیم پایین در چدن لزوم استفاده از تغذیه های بزرگتر و کاهش بهره برداری قطعات ریختگی می باشد. افزایش سیلسیم دمای تبدیل شکست نرم به ترد را افزایش می دهد.شروع تبدیل شکست نرم به ترد در چدن های نشکن با افزایش سیلسیم از دمای اتاق بالاتر است. 3-گوگرد : مهمترین تاثیر منفی گوگرد در چدن های نشکن نیاز به استفاده از مقدار بیشتری منیزیم است.مقدار گوگرد قبل از افزودن منیزیم به مذاب زیر% 0.03 در نظر گرفته می شود که با افزودن منیزیم به مذاب مقدار آن به % 0.01 یا کمتر کاهش می یابد. 4-فسفر: از آنجایی که فسفر فاز شکننده استدیت را تشکیل می دهد لذا در بیشتر موارد مقدار آنرا در چدن های نشکن زیر% 0.05 در نظر می گیرند در قطعاتی که نیاز به استحکام بالا ،قابلیت انعطاف پذیری و چکش خواری عالی دارند مقدار فسفر را زیر % 0.02 در نظر می گیرند. 5-منگنز : اگرچه منگنز استحکام چدن را بالا می برد اما قابلیت انعطاف پذیری و چکش خواری قطعات را کاهش می دهد. لذا در بیشتر موارد مقدار منگنز را زیر % 0.4 در نظر می گیرند. تاثیر عناصر آلیاژی بر روی پرلیت : نیکل ،سیلسیم و منگنز عناصر اصلی هستند که در تولید چدن نشکن پرلیتی استفاده می شوند.این عناصر با ایجاد ورق های سمنتیتی در پرلیت ، ساختار پرلیتی را بوجود می آورند.نیکل و منگنز در کاهش دمای استحاله آستنیت به پرلیت موثر هستند. چگونگی افزودن منیزیم به مذاب و مشکلات ناشی از آن : امروزه برای کروی کردن گرافیت ها در چدن نشکن از منیزیم استفاده می شود. در ضمن عناصر جزیی مانند سدیم و عناصر خاکی نادر موجود در آلیاژ فرو سیلیس منیزیم Fe-Si-Mg برای خنثی کردن عناصر جزیی مضر و راندمان بهتر در عمل جوانه زایی ،اهمیت زیادی دارند. منیزیم با نقطه ذوب 651 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 1157 درجه سانتی گراد فلزی بسیار فعال است که در مجاورت هوا شدیدا اکسید می شود . از مشکلات افزودن منیزیم خالص می توان به وزن مخصوص کم –نقطه جوش پایین و میزان حلالیت پایین در مذاب چدن ، اشاره کرد(منیزیم در آهن به صورت فرومنیزیم FeMg به هیچ وجه مورد استفاده قرار نمی گیرد) انواع آلیاژهای منیزیم کروی کننده : 1-فرو سیلسیم منیزیم الف)5 تا 7 % منیزیم ،%45 سیلسیم ، % 5/1 کلسیم و بقیه آهن ب)5 تا 7 % منیزیم ،%45 سیلسیم ، % 5/1 کلسیم و 0.8 تا 5/1 درصد مش متال (سدیم-لانتالیم)و بقیه آهن 2-نیکل منیزیم: الف)15% منیزیم ،85% نیکل ب)15%منیزیم ، 1 تا 0.2 % مش متال ،بقیه نیکل. هنگامی که از شمش چدن و برگشتی و اضافات ریختگری خود کارگاه که عاری از عناصر مضر نظیر سرب ،آلومینیوم و...هستند استفاده می شود ،آلیاژ های منیزیم دار بدون مش متال مناسب است. از آنجایی که الیاژ نیکل- منیزیم گرانتر از آلیاژ فرو سیلیسیوم منیزیم است لذا نیکل –منیزیم را اکثرا در تولید چدن های نشکن نیکل دار بکار می برند. مقدار مصرف آلیاژ فرو سیلیس منیزیم: روابط زیر بر اساس آزمایش و تجربه بدست آمده و مقدار منیزیم مصرفی در تولید چدن نشکن به متغیر های زیادی از جمله درجه حرارت مذاب ، نوع چدن ، ضخامت قطعه ریختگی و نحوه افزودن آن به مذاب چدن بستگی دارد. در صد منیزیم مورد نیاز چدن در صد گوگرد در چدن مذاب+ = مقدار منیزیمی که باید اضافه شود 0.01 * بازیابی منیزیم در صد منیزیم در چدن =مقدار بازیابی منیزیم 0.01 * در صد گوگرد در چدن – منیزیم اضافه شده روش های مختلف کروی سازی: برای افزودن منیزیم به مذاب جهت تولید چدن با گرافیت کروی چندین روش در دسترس می باشد: 1- روزیری (راندمان 20 تا 25%) 2- روش ساندویچی (راندمان 40 تا 50%) 3- روش پاتیل در پوش دار(راندمان 65%) 4- روش فروبری (راندمان 40 تا 50%) 5- روش کنورتور فیشر(راندمان 60%) 6- روش افزودن منیزیم در راهگاه in mold (راندمان 90%) در آزمایش فوق از روش ساندویچی برای افزودن منیزیم به مذاب جهت ایجاد چدن با گرافیت کروی استفاده شد. روش ساندویچی : کروی کردن با روش ساندویچی استفاده وسیعی دارد و در حال حاضر تقریبا 70% از تولید چدن نشکن به روش ساندویچی می باشد. در این روش به منظور تاخیر در واکنش ، روی مواد کروی کننده را که در ته پاتیل مخصوص (دارای یک عمق و محفظه خاص جهت قرار دادن مواد کروی کننده)ریخته شده است را با یک پوشش می پوشانند.مواد پوشش می توانند ورق فولادی به ضخامت 1 الی 2 میلی متر ،ماسه رزینی ؛ براده آهن، پودر کاربید کلسیم(c2ca) و... باشند.ارتفاع پاتیل نیز 5/1 تا 2 برابر قطر آن است. بازیابی در این روش حدود 40 تا %50 است. در روش ساندویچی می توان از انواع فرو سیلیس منیزیم و یا نیکل-منیزیم استفاده کرد.بهترین درجه حرارت افزودن منیزیم به مذاب بین 1480-1550 درجه ساتیگراد می باشد.و بهترین سیستم راهگاهی ممکن برای چدن نشکن سیستم راهگاهی فشاری با نسبت 4:8:3 است. مراحل آزمایش : ابتدا از مدلی که دارای سطح مقطعی از نازک به ضخیم بود (گوه ای شکل)قالب ماسه ای گرفته شد.سپس مذاب چدن تهیه شده در پاتیلی که دارای محفظه مخصوص جهت قرار دادن مواد کروی کننده بود و در آن مقدار 150 گرم ذرات مواد کروی کننده از نوع فرو سیلیس منیزیم قرار داشت که روی آنرا با پوشانده بودیم، ریخته شد.بعد از واکنش منیزیم با مذاب ،عملیات ذوب ریزی انجام شد.و قطعه بدست آمده از مقطع عمودی برش خورد و از سه ناحیه (قسمت نازک- قسمت میانی – قسمت ضخیم)مورد عملیات متالوگرافی قرار گرفت که نتایج آن در ادامه مذکور شده است. ترکیب این نوع چدن عبارت است از: C% Si% Mn% P% S% Cr% Mo% Ni% Al% Co% Cu% 3/860 3/079 0.1993 0.020 0.333 0.322 0.0010 0.0434 0.0142 0.0083 0.074 Nb% Ti% V% W% Pb% Sn% Mg% As% Zr% Bi% Ca% 0.0010 0.0089 0.0010 0.0112 0.0004 0.0174 0.0477 0.0049 0.0010 0.0004 0.0015 Ce% Sb% Ta% B% Zn% N% Fe% 0.0099 0.0049 0.0064 0.0015 0.0026 0.0046 92.51 در ضمن با توجه به عکس های بدست آمده از متالوگرافی که در صفحه بعد موجود است می توان گفت که ما در این چدن نشکن که از روش ساندویچی بدست آوردیم ،گرافیت چشم گاوی با زمینه پرلیتی را داریم و با توجه به این که شکل 1 از قسمت نازک قطعه و شکل 2 از قسمت میانی و شکل 3 از قسمت ضخیم قطعه است می توان گفت که گرافیت ها در زمینه به طور غیر یکنواخت پخش شده اند.و در ضمن هرچه به قسمت ضخیم قطعه نزدیک تر می شویم اندازه گرافیت ها درشت تر می گردد چون این قسمت نسبت به قسمت نازک فرصت بیشتری برای منجمد شدن داشته پس این زمان سبب درشت شدن گرافیت ها و رسوب گرافیت ها روی جوانه های گرافیتی می گردد. (اچانت ما در این متالوگرافی نایتال بوده و تصاویر در بزرگنمایی 100 بدست آمده اند.

 

+ نوشته شده توسط علی در جمعه 1389/11/08 و ساعت 15:37 |

 

استخراج فلز مس

دید کلی

استخراج فلز مس از سنگهای معدنی آن ، بستگی به نوع سنگ معدن ، بهای انرژی الکتریکی و عیار سنگ معدن دارد. اکثر سنگهای استخراجی دارای عیار پائین می باشند. لذا لازم است عملیات پر عیار کردن روی آنها انجام شود. عملیات پر عیار کردن سنگهای مس ، روشهای مختلفی دارد که متداول‌ترین آنها روش فلوتاسیون می‌باشد. مراحل مختلف پر عیار کردن فلز مس را مرور می‌کنیم.

سنگ شکن‌ها

هدف از شکستن سنگها ، کوچک کردن اندازه سنگ ورودی می‌باشد. بطور کلی ، سنگ شکن‌ها دارای ضریب خرد کردن محدودی می‌باشند و اگر ابعاد سنگها بزرگ باشند، از سنگ شکن‌هایی که بطور سری قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود. معمولا سنگ شکن‌های آخر را در مسیر بسته با غربال قرار می‌دهند تا ذرات درشت‌تر دوباره به سنگ شکنها بازگردانده شود. سختی ، شکل تبلور ، حالت سطحی و خلل و فرج و شکافهای موجود ، در شکستن سنگها دخالت می‌کند و برحسب این عوامل ، میزان صرف انرژی تعیین می‌شود.

آسیا کردن

قسمت نرم کردن شامل انواع آسیاهاست و متداولترین آنها آسیای گلوله‌ای می‌باشد. ولی اگر منظور نرم کردن بسیار زیاد باشد، آسیای میله‌ای و سپس آسیای گلوله ای را به صورت سری قرار می‌دهند. معمولا آسیاها در مسیر بسته با یک سیلیکون یا کلاسیفایر قرار دارند که بار خروجی دارد . این دستگاه‌های جداکننده ، ذرات ریز و مطلوب را به قسمت پر عیار و ذرات درشت را به قسمت آسیاب برمی‌گردانند.

مرحله آخر پر عیار کردن

قسمت سوم کارگاه پر عیار کردن ، شامل انواع دستگاههای پر عیار کردن می‌باشد و به دسته دستگاههای فیزیکی و دستگاههای فیزیکو شیمیایی تقسیم می‌شوند.

روش فیزیکی پر عیار کردن

روشهای فیزیکی ، جدا کردن بر مبنای خواص فیزیکی سنگهای معدنی از قبیل رنگ ، خواص مغناطیسی و الکتریکی و وزن مخصوص قرار دارد. برای جدا شدن کانی از گانگ ، باید درجه آزادی ذرات بسیار بالا باشد و خواص فیزیکی دو ذره باهم اختلاف زیادی داشته باشد. اکثر این دستگاه ها به روش وزن مخصوص کار می‌کنند، پس باید اختلاف وزن مخصوص کانه با گانگ زیاد باشد. ضریب پر عیار کردن با روشهای فیزیکی چندان بالا نبوده ، مشخصه کلی این روشها هزینه کم می باشد. بنابراین برای واحدهای کوچک مناسبتر است.

روشهای فیزیکوشیمیایی

·         فلوتاسیون:

اساس فلوتاسیون ، جذب مواد آلی ( که کلکتور نامیده می‌شوند ) در سطح ماده معدنی می‌باشد. مخلوط مواد جامد و آب که به آن ، مقداری از معرفهای فلوتاسیون اضافه شده است، از داخل سلولهایی که به‌شدت بهم زده شده ، حباب هوا به داخل آن دمیده می‌شود، عبور می‌کند و در نتیجه سطوح جامدی که توسط معرفهای فلوتاسیون مورد عمل قرار گرفته و لایه‌ای از معرف روی آن را پوشانده و آن را آبگریز کرده است، حبابهای هوا را جذب کرده ، شناور می‌گردند.

·         کلکتور:

معرفهایی که روی سطح ذرات ، تشکیل لایه می‌دهند، کلکتور نام دارند. کلکتورها ، مواد آلی و معمولا با یک مولکول بزرگ هستند که انواع مختلفی دارند و هر یک دارای خاصیت تشکیل لایه بر روی سطوح جدید معینی هستند. بدین ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی و یا شبکه بلوری معینی ، تشکیل لایه داده ، سطح آن را آماده برای جذب حباب هوا می‌کند و سایر ذرات که کلکتور روی آنها فیلمی تشکیل نداده است، فاقد خاصیت جذب حباب هوا بوده ، در نتیجه شناور نخواهند شد و بدین ترتیب می‌توانند ذرات خاصی را از یک مجموع ذرات ، شناور کرده ، جدا کنند.

 

 

 

 

چند نمونه از کلکتورهای معروف

گزانتانها

بر روی سولفورهای فلزی ، تشکیل فیلم داده ، آنرا شناور می‌کنند. به فرمول عمومی M=ORS2M=یک فلز قلیایی

تیوکاربانیلیدها

روی سولفورهای فلزی به صورت انتخابی عمل می‌کنند. مثلا از مخلوط سولفورهای سرب و روی ، واکنش فقط روی سولفور سرب (گالن) ، لایه تشکیل داده ، آن را شناور می‌کنند. به فرمول عمومی RSC(NH)22R22 =یک هیدروکربن حلقوی

اسیدهای چرب و صابونها

این کلکتورها ، برای شناور کردن اکسیدهای فلزی بعضی از ترکیبات سیلیکاتها و فسفات ها بکار می‌روند.

کلکتورهای کاتیوتیک

دارای فرمول عمومی به صورت RNH2 و RCONH2 می‌باشند و برای شناور سازی کانی های غیر فلزی و املاح بکار می‌روند.

عوامل موثر بر شناور سازی ذرات

PH محیط ، شدت بهم زدن ، زمان تماس کلکتور با ذرات ، ابعاد ذرات ، درجه حرارت ، وجود ناخالصیها و املاح موجود در آب در شناور شدن ذرات نقش اساسی دارند.

معرفهای دیگر فلوتاسیون

کف ساز

باعث پایدارشدن حباب هوا با کم کردن کشش سطحی آب می شوند.

رسوب دهنده ها

در فلوتاسیون انتخابی ، اگر کلکتور مناسبی برای یک سولفور فلزی وجود نداشته باشد، از این مواد استفاده می‌شود که با تشکیل لایه در روی بعضی از کانه‌ها مانع جذب کلکتور توسط سطح این کانه‌ها می‌شوند.

تقویت کننده‌ها

این مواد بر روی سطوحی که فاقد خاصیت جذب کلکتوری هستند، تشکیل فیلم داده ، سطح را آماده جذب کلکتور می‌سازند. سولفور سدیم از جمله تقویت کننده‌ها می‌باشد.

خاصیت شناور شدن سنگ معدن مس

سنگهای سولفوره مس ، دارای خاصیت آلی شناور شدن بوده ، توسط گزانتانها شناورسازی می‌شوند. برای جداسازی سولفور مس از سولفور سایر فلزات می‌توان از فلوتاسیون انتخابی در حضور مقادیر کم سیانور سدیم (کمتر از 50 گرم به ازای هر تن) استفاده کرد. سولفورهای مس به مقادیر کم سیانور حساس نیستند. شناورسازی سنگهای کربناته و اکسیده مس مشکل است و باید از معرفهایی که خواص سطحی را تغییر نمی‌دهند، استفاده کرد.

مزایای فلوتاسیون نسبت به روش فیزیکی

1.       سنگهای فقیر با عیار کمتر از 0.5 درصد را با راندمان بالا می‌توان پر عیار کرد.

2.       اختلاف وزن مخصوص یا سایر خواص فیزیکی بین کانه و گانگ سنگ معدن ، اثر عمده ای ندارد.

3.       ضریب بازیابی و عیار کانه بالاتر از روش فیزیکی است.

4.       با این روش ، می‌توان ترکیبات با ارزش موجود در سنگ معدن را با راندمان و ضریب پر عیاری کافی جدا کرد.

5.       با این همه ، فلوتاسیون یک روش گران بوده ، در ظرفیتها و حجمهای کم ، مقرون به صرفه نمی‌باشد

+ نوشته شده توسط علی در جمعه 1389/10/10 و ساعت 9:27 |

آلیاژهای مس- روی

*برنج

یکی از آلیاژهای مهم غیر آهنی که در کارهای صنعتی و مهندسی زیاد به کار می رود و موارد استعمال فراوانی دارد، این آلیاژ از و آمیزش دو فلز مس و روی در نسبت های مختلف به وجود می اید و کثرت استعمال و استفاده از آن بدین جهت است که :

1- بهای فلزات ترکیب کننده آن نسبتا ارزان است .

2 – ذوب کردن ، ر یختن و کارکردن با آن آسان است.

3- در آوردن اشیای برنجی به اشکال مختلف و قرار دادن تحت عملیات مکانیکی مختلف از قبیل کشیدن، نورد ، پرس کاری، قالب زنی و غیره اشکال ندارد .

4- دارا بودن خواص مختلف مکانیکی که ساختن بسیاری از اشیاء و قطعات صنعتی را امکان پذیر می سازد. در شکل دیاگرام دوتایی تعادل حرارتی آلیاژ روی و مس نشان داده است . در این دیاگرام دیده می شود که از آمیزش این دوفلز شش محلول جامد که به ترتیب موسوم به آلفا (cu )، بتا، گاما، دلتا، اپسیلون واتا   می باشد به وجود می آید . از محلول های جامد مزبور فقط الفا و گاهی اوقات آلفا و بتا قسمت اعظم برنج های صنعتی را تشکیل می دهند: زیرا آلیاژهایی که محتوی روی آن ها از 48 درصد تجاوز کند، برنج خیلی شکننده و سختی خواهد بود و مورد استفاده صنعت نیست؛ چرا که از فلز سخت و شکننده نمی توان شیء مفیدی ساخت.

برنج های مخصوص:

برای این که برنج ها دارای خواص فیزیکی و مکانیکی بهتری شوند، لازم است اندکی از فلزات دیگر به آن ها اضافه گردد . از این رو گاهی در ساختن یک آلیاژ برنجی ممکن است شش عنصر فلزی به کار رود.

به طور مثال، لوله های برنجی که در دستگاه تقطیر نفت به کار می رود، محتوی : 76% مس، 22% روی و 2% آلومینیوم ، و یک نوع دیگر محتوی 70% مس، 27% روی و 2% سرب می باشد.

در صورتی که صفحات ورق که در ساخت بدنه دستگاه تقطیر به کار می رود، محتوی :68% مس5/24% ، روی،5% سرب و (15-5) درصد آهن و5/0% منگنز می باشد .

لوله های برنجی که در ساختمان کشتی ها به کار می رود، محتوی: 60% مس 7% روی 2% سرب،5/0% قلع 051/0% آهن می باشد. در صورتی که برنجی که در ساخت فنرهای برنجی به کار می رود، بایدمحتوی : 65% مس، 5/24% روی، 25% سرب و 25/0% آهن باشد.

اضافه نمودن فلزات دیگر به برنج نه فقط به منظور  صرفه جویی در مقدار فلزات اساسی برنج می باشد، بلکه برای این است که برنج خواص بهتری دارا شود . این موضوع را نیز باید در نظر داشت . که فلزاتی که نیز هستند که اضافه نمودن آنها در برنج مثل آنتیموان ، آرسنیک و بیسموت اثرات سویی به بار می آورد.

عنصر دیگری که باید در بودن یا نبودن آن در برنج ها دقت شود سرب است؛ زیرا سرب دربرنج مذاب غیر قابل حل می باشد و چون فلز سنگینی است در ته بوته قرار می گیرد  و بدین نحو قبل از ریختن برنج در قالب باید آن را خوب به هم زد تا  این که تمام سرب در توده ی برنج مذاب منتشر و پراکنده شود و در یک جا جمع نشود، البته اگر مقدار سرب تا 2 درصد برسد خاصیت ماشین کاری برنج ها را بهتر می کند.

 

برنج های بازرگانی و صنعتی 

 اگر چه انواع برنج هایی که در صنایع مختلف به کار می روند زیاد است ، لیکن از لحاظ بازرگانی برنج ها را بر حسب مقدار زوی محتوی به سه دسته می توان تقسیم کرد:

1-     برنج های 30 درصد روی

2-     برنج های 33 درصد روی

3-     برنج های 40 درصد روی

برنج های محتوی 30 درصد روی قسمت اعظم این آلیاژ را تشکیل می دهد و تماما از عضو متشکله آلفا به وجود آمده و دارای خواص تورق و مفتول شدن عالی است، هم چنین می توان به سهولت بر روی آنها کار سرد انجام داد و در درجات پایین گرما نورد کرده از درون آنها حدیده کشیده و لوله ساخت.

به همین جهت تمام لوله های دستگاه تقطیر نفت و هم چنین پوکه فشنگ و ورق های برنجی را که در ساختمان قسمتهای مختلف کشتی و قایق ها به کار می رود ، از برنج 70% مس و 30% روی می باشد.

در بعضی  موارد برای این که مقاومت برنج در برابر اثرات آب شور دریاها زیاد شود، قدری قلع به برنج اضافه می کنند و از روی آن به نسبتی که داده شده می کاهند .

برنج های محتوی 33% روی بیش تر برای کارهای ر یخته گریبرنجی به کار می برند. 

برنج های محتوی 40% روی بیش تر در ساختن قطعات صنعتی و مهندسی مثل قطعات مختلف راه آهن ، کشتی ، لوله های توپ و پروانه های کشتی به کار می برند

آلیاژهای تحت فشار – دایکاست

       جدول (3-92) ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص آلیاژهای منتخب مس – روی(برنج)

ج- خواص مکانیکی :

در حالت کلی خواص مکانیکی آلیاژها zn – cu  شدیدا به فازهای موجود در آلیاژ بستگی دارد . برای بررسی خواص مکانیکی برنج ها،انها را به سه دسته مهم زیر تقسیم می کنیم .

- برنج کم عیار

با افزایش مقدار روی در این برنجها ، استحکام ، سختی و شکل پذیری آنها افزایش می یابد. رنگ آنها از قرمز ،طلایی تا سبز زرد تغییر می کند . خواص کارگرم آنها با خواص کارگرم مس تجاری قابل مقایسه است که می توانند در گستره 730 تا c  900  کارگرم شوند . با وجود این، مقدارسری آنها باید کمتر از 01/0 نگه داشته شود تا از مشکلات کارگرم جلوگیری شود . برنج کم عیار در شرایط آبکاری شده در دمای اتاق به شذت شکل پذیر و چکش خوار است . ازدیاد طول آن 45 تا 50% است و بنابراین می تواند با هر روش ساده ای کار سرد شود .

 

2-  برنجهای پرعیار

این برنجها به دلیل داشتن مقدار زیاد رئس استحکام بالایی دارند . شکل پذیری  آنها نیز با افزایش مقدار روی افزایش می یابد و در حدودzn 30% به حداکثر می رسد. وقتی که مقدار روی از36% بیشتر می شود  به علت وجود فازB شکل پذیری این آلیاژ به سرعت کاهش می یابد ، ولی افزایش استحکام و سختی تا حدود ZN 45% ادامه می یابد.

برنجها    بامقدار مس بین 64 و 80% ( 36 و    20% ) برای کارگرم نسبتا ضعیف اند و مقدار سرب آنها باید در حد خیلی کم نگه داشته شود   را به سبب حضور برنج  می توان ( معمولا در گستره 650 تا  769 ) خیلی آسانتر از برنج پر عیار   کارگرم مرد . با وجود این کار سرد  برنج    مشکل است و این مشکل با افزایش فاز   افزایش می یابد .

3- برنجهای آلیاژی :

افزایش مقدار کمی عناصر آلیاژی   بر خواص مکانیمی برنجها خیلی موثرنیست .  اما با افزایش چند عنصر مثلا منگنز، آهن و قلع ، برنج زرد به برنز منگنز تبدیل می شود و استحکام برنج زرد به طور چشمگیری افزایش می یابد. به دلیل اینکه برنز منگنز استحکام زیادی دارد بهتر است در شرایط کار گرم استفاده شود . افزون سرب تا حدود 3% که برای بهبود قابلیت ماشین کاری برنج اضافه می شود عملا بر استحکام و سختی برنجهای سرب دار تاثیری نمی گذارد. با وجود این ، شکل پذیری و در نتیجه قابلیت کار سرد برنجها با افزایش سرب کاهش می یابد .

تاثیر روی یر استحکام بخشی مس به شذت تاثیر بسیاری از اتمها محلول دیگر نیست ولی حد بالای حلالیت آن امکان استحکام بخشی قابل ملاحظه ای را به ازای حدود 30% روی به دست می دهد تاثیر استحکام بخشی محلول جامد روی که با تاثیر آن بر مولفه بحرانی تنش برشی نشان داده می شود قبلا از طریق تاثیر آن بر منحنی آلیاژهای پربلور    نشان داده شده است .

یکی از کاربردهای اتصلی مس ایتفاده از آن در تولیذ شکلهای پیچیده از طریق تغییر شکل ( مثلا کشش عمیق ) است . آلیاژهای محلول مس – روی این مزیت را دارند که با وجود حفظ سهولت تغییز شکل پذیری مس دارای استحکامی بالاتر از مس هستند .

استحکام آلیاژهای مس-روی از استحکام مس بیشتر است ولی این آلیاژها با آهنگ کمتری کار سخت می شوند و گردنه شدن قطعه نیز در کرنش بالاتری صورت می گیرد.

بنابراین به هنگام فشردن این آلیاژها در قالب تغییر شکل و قبل از اینکه عمل گردنه شدن که منجر به تغییرذ ابعادی موضعی ناخواسته و در نهایت شکست می شود اتفاق افتد ، می توان فلز را به مقدار قابل توجهی تغییر شکل داد. توجه کنید که

 

آلیاژهای حاوی 20و30% روی در خلال کار سرد خواص عالی تغییر شکل پذیری خود را حفظ می کند، گرچه با افزایش مقدار تغییر شکل سرد ، از داکتیل بودن کلیه آلیاژها کاسته می شود.

منحنی دقیق به اندازه دانه های اولیه حساس است . از نظر ساخت قطعه از طریق تغییر شکل  حساسیت مقدار تغییر شکل به اندازه دانه از اهمیت زیادی برخوردار است . اگر اندازه دانه تقریبا مساوی و یا بزرگتر از ضخامت نمونه آزمون کشش باشد در آن صورت تعداد مرز دانه ها برای جلوگیری از لغزش و ایجاد کار سختی کم بوده، با افزایش اندازه دانه مقدار ازدیاد طول فلز در هنگام شکست کاهش می یابد. بنابراین کنترل اندازه دانه قبل از تغییر شکل سرد بسیار مهم است و عملیات تابکاری اولیه بایستی به دقت کنترل شود تا دانه های ریز به دست آید.

                                                  

    شرح آزمایش

ابتدا دو مدل مکعبی تهیه شده را قالب گیری می کنیم یکی از مدلها کوچک  بوده که جهت آزمایش متالو گرافی میکروسکوپی می باشد و دیگری مکعبی بزرگ بوده که جهت متالوگرافی ماکروسکوپی استفاده می شود .

بعد از قالبگیری نمونه ها در یک درجه و به صورت روباز، قالب را خشک می کنیم . سپس مذاب را به صورت زیر تهیه کرده و آلیاژ مس روی را با  رنج های مختلف تهیه می کنیم و برای گروهای 7-1 ریخته گری میکنیم .

تهیه مذاب به این صورت است که kg 5/9 مس را با kg 5/0 روی ذوب کرده و برای قالب گروه 1مذاب %5 روی را می ریزیم ، سپس به بقیه مذاب gr 450 روی اضافه کرده و برای گروه 2 می ریزیم ، و به همین ترتیب برای هر گروه gr 450 روی به مذاب باقیمانده اضافه می کنیم تاگروه 7 قالب ها را پر می کنیم ، سپس هرگروه باید وزن قطعه خود را حساب کرده و با کاهش این وزن از مذاب اولیه  و با در نظر گرفتن روی اضافه شده درصد آلیاژ هرگروه را به دست آورد . و درون جدول بنویسد .

پس از بدست آوردن درصد روی آلیاژ هرگروه قطعه کوچک برای متالوگرافی و بررسی ریز ساختار برمی داریم و قطعه بزرگ را از وسط به صورت طولی برش زده و کف تراشی می کنیم و سپس تاسمباده شماره 1000 آنرا سمباده می زنیم و برای بررسی ماکروسکوپی از آن استفاده می کنیم .

 

درصد روی

مقدار روی

مقدار آلیاژ

وزن قطعه

شماره گروه

%5

g500

Kg 10

g 700

1

%3/9

G915

Kg750/9

670

2

% 57/13

1294

530/9

1150

3

97/17

1587

830/8

1025

4

43/22

1852

255/8

650

5

75/26

2155

055/8

825

6

%04/31

2384

680/7

825

7

نتیجه آزمایش:

با محاسبه درصد های روی برای گروههای مختلف مشاهده شد که درصد های مورد نظر ما بدست نیامده و مقداری تلفات روی در هنگام آلیاژ سازی داشته ایم.

پس از آماده سازی نمونه های ماکروسکوپی اختلاف رنگ آلیاژها را مشاهده نموده ودیده شد که با افزایش درصد روی رنگ آلیاژ از قرمز به زرد تبدیل می شود.

مکهای گازی در آلیاژ مشاهده نشد که علت این مورد ،بالا بودن فشار بخار روی بود که باعث خروج گازهای حل شده از درون مذاب شد.

برای مشاهده مرز دانه های ماکروسکوپی نمونه پس از آماده سازی با آب شسته می شود وسپس با استفاده از الکل آنرا تمیز میکنیم وسریع خشک میکنیم تا لکه ای روی نمونه نماند . سپس آن را با استفاده از اچانت آماده شده حاوی :50% اسید نیتریک 50% آب نمونه را به مدت 15 ثانیه اچ میکنیم تا مرز دانه ها مشاهده گردد.

پس از اچ کردن نمونه ها در اطراف نمونه دانه های هم محور و در مرکز آن دانه های ستونی درشت مشاهده می شود. علت درشتی دانه بندی ، خشک بودن قالب و فوق ذوب بالا می باشد.

پس از بررسی ماکروسکوپی نمونه کوچک برای بررسی میکروسکوپی آماده سازی شد ولی به دلیل مناسب نبودن محلول اچ ساختار به صورت زیر دیده شد

     

     تصاویر ماکروسکوپی که بعد از اچ مشخص شد                             مقایسه تصاویر ماکروسکوپی در دو درصد متفاوت از روی

                

+ نوشته شده توسط علی در جمعه 1389/10/10 و ساعت 9:5 |

مشخصات كلي آلومينيوم و آلياژهاي آن:

خصوصيات انواع مختلف آلياژهاي ريختگي آلومينيوم، براساس عنصر آلياژي اصلي طبقه‌بندي مي‌شوند. به عنوان مثال:  Al-Mg-si و غيره. هر كدام از  آلياژها بوسيله‌ٔ  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 بوسيله‌ٔ  فرآيندهاي مختلف ريخته‌گري توليد مي‌شوند، در وحله‌ٔ اول به تركيب آلياژ كه به نوبه‌ٔ خود كنترل كننده‌ٔ  مشخصات آلياژ، از قبيل دامنه‌ٔ 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 مورد آلياژها بكار مي‌ رود.

در مورد آلياژهاي مورد استفاده در ريخته‌گري تحت فشار مسأله‌ٔ  اصلي دمائ گداز پايين  آلياژ مي‌باشد كه باعث افزايش سرعت توليد و كاهش سائيدگي قالب مي‌گردد.

گروههاي مختلف آلياژهاي آلومينيوم  را مي ‌توان 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.

 

*آلياژهاي Al-Si:

آلياژهاي آلومينيوم- سيليسيم، مهمترين آلياژهاي ريختگي آلومينيوم  محسوب مي‌شوند. اين امرعموماً به خاطر سياليت‌ بالاي اين آلياژها در اثر وجود حجم نسبتاً زياد يوتكتيك  Al-Si مي‌باشد. ساير مزاياي اين آلياژها مقاومت برخوردگي بالا و قابليت جوشكاري خوب را مي‌توان نام برد، به علاوه حضور  فاز Si در آلياژ باعث كاهش  انقباض در حين انجماد و ضريب  انبساطي حرارتي محصول  ريختگي مي‌گردد. اما  وجود  ذرات  ريز و سخت  سيليسيم  در ساختار منجر به  بروز مشكل  ماشين‌ كاري  در اين  آلياژ مي‌گردد. Al-Si بدليل سياليت ريخته‌گري بالايي كه دارد مورد استفاده قرار مي‌گيرد، ولي ترد و شكننده است، و به دليل اينكه حد الاستيك آن بالا مي‌باشد، كمتر كاربرد  دارد. ولي اگر حد  الاستيك آن  بالا بود مي‌ توانست جاي Al-Cu را بگيرد. سيليسيم باعث مي‌شود كه سياليت مذاب بالا برود. انجماد آهسته آلياژ خالص Al-Si منجر به ريز ساختار بسيار درشت كه در آن يوتكتيك شامل  تيغه‌ها يا  سوزن‌هاي  درشت سيليسيم در زمينه آلومينيوم است خواهد شد. يوتكتيك  به تنهايي متشكل از سلولهاي مجزا مي‌باشد كه  در ميان آنها ذرات سيليسيم قرار گرفته‌اند. خواص مكانيكي اساساً به واسطه‌ٔ ريز شدن (ظريف شدن) ساختار و همچنين  فصل مشترك  به حالت صفحه‌اي در ضمن انجماد كه تخلخل  در قطعه ريختگي را  به حداقل مي‌رساند، بهبود مي‌يابد. كاهش چقرمگي شكست نيز به طور محسوس افزايش پيدا مي‌كند.

بهسازي  آلياژهاي  Al-Si  معمولاً بوسيله‌ٔ  افزودن نمك‌هاي  سديم يا مقادير كمي  سديم فلزي به  مذاب صورت مي‌گيرد.اگرچه مقدار واقعي سديم موردنياز ممكن است دماي يوتكتيك را تقريباً به اندازه C ‎ْ12 كاهش  ‌دهد و لذا انتظار مي‌ رود كه ساختار ظريفتر به دليل سرعت جوانه‌ زني در شرايط فوق تبريدی به وجود آيد. كاهش دماي  يوتكتيك  دليل بر آن دارد  كه  سديم  موجب  كاهش  قابليت  ايجاد محل‌هاي جوانه‌زني براي فازهاي يوتكتيك  بويژه سيليسيم مي‌گردد.

 

*مشخصات كلي آلياژ Al-Cu:

آلياژهايي كه عنصر اصلي آلياژي آنها مس مي‌باشد، اگرچه امروزه بسياري از آنها متروك شده‌اند، ولي جزء اولين  آلياژهاي ريختگي آلومينيوم  هستند  كه  بطور گسترده مورد استفاده  قرار گرفته‌ اند.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 سخت‌

-گرداني انتشاري بوسيله‌ٔ تركيبات بين فلزي، مستحكم شده و سختي  و استحكام  آنها تا  دماي C ‎ْ250 پايدار مي‌ماند. اخيراً آلياژ Al-Cu- Ag- Mg  كه قابليت  رسوب سختي  بالايي را  دارا  است، توليد

گرديده  است.در  سيستم  Al-Cu  محلول  جامد  نهايي غني از Al  با تركيب  بين فلزي A با  فرمول

CuAl2 در تعادل است و اگرچه مقداري هم حلاليت در جامد وجود دارد. افزودن منيزيم به اين سيستم، امكان تشكيل تركيبات  بين فلزي ديگر را فراهم مي‌كند يا آلياژي مورد نظر از نوع  پر آلومينيوم 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.

 

*ريخته‌گري آلياژ آلومينيوم- سيليسيم:

ابتدا Al را ذوب مي‌كنند و دماي ذوب را بالا مي‌برند و سيليسيم را به دفعات به مذاب  مي ‌افزايند و در نهايت استرانيسم  يا سديم به مذاب مي‌ افزايند. بعد از مدت 10 دقيقه  مذاب را در كوره نگه مي‌ دارند.

اين كار براي اين مي ‌باشد كه دانه‌ها ی سيليسي را از حالت تيغه‌اي (سوزنی ) به گرد و كروي  تبديل كرد. حلاليت S i در Al در دماي محيط  ناچيز است  (05/0%) اما  در دماي  6/11=577  است.

 

 

 

متالوگرافي:

بررسي و مطالعه ساختار دروني فلزات و آلياژها به منظور پي‌ بردن به نحوه‌ٔ انجماد، ريزي و درشتي دانه‌ها، فازها و ساختارها و تشخيص حفره‌هاي انقباضی و گازي و ترك‌ها  در سطح  قطعات مي‌ باشد.

مطالعه‌ٔ قطعات به دو صورت مي‌ باشد:

1-مطالعهٔ ماكروسكوپي.

2-مطالعه‌ٔ 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:                                                                          اسید نیتریک ٪20

اسید کلریدریک ٪20

اسیدفلوریدریک ٪10

آب ٪50

آماده سازي نمونه:

ابتدا نمونهٔ موردنظر را بريده و سپس سوهان مي‌ زنيم تا سطح آن صاف شود و بعد از آن بوسيلهٔ سمباده كه از  240  تا  2000  شماره‌ گذاري شده، آنرا سمباده‌ مي‌زنيم تا سطح آن كاملاً صاف و صيقلي شود.

پوليش كردن:

حساسترين  و مهمترين مراحل آماده‌ سازي براي آ زمايش متالوگرافي، پوليش كردن است. عمل  پوليش كردن توسط دستگاه پوليش كه داراي يك صفحه‌ٔ صاف و گرد مي‌باشد و توسط  الكترو موتور چرخه‌ٔ  آن انجام مي‌شود، روي صفحه‌ٔ گردان  آن پارچه‌ٔ  ماهوت كشيده  شده است. عمل  پوليش با  مواد ساينده  كه اكسيد منيزيم براي آلومينيوم است استفاده مي‌كنيم. تعداد دور  صفحه‌ٔ دوار معمولاً بين 300 تا 500 دور بر دقيقه است. در هنگام پوليش كردن حتماً آب بايد از بالا به مقدار مناسب به وسط صفحه‌ٔ پوليش ريخته شود تا براده‌هاي ايجاد شده را با خود ببرد. فشار قطعه برروي صفحه‌ٔ پوليش بايد مناسب باشد. اگر فشار زياد باشد، صفحه‌ٔ پوليش باعث خط انداختن روي قطعه مي‌گردد.

 

+ نوشته شده توسط علی در چهارشنبه 1389/10/08 و ساعت 0:2 |
آماده سازی نمونه

آماده سازی نمونه متالوگرافی را تا حد زیادی می توان یک هنر دانست معمولا در آزمایشگاه های مختلف از شیوه های متفاوتی برای آماده سازی نمونه استفاده می شود با توجه به اینکه فلزات از نظر سختی و بافت با یکدیگر متفاوت هستند از این رو با توجه به نوع فلز مورد آزمایش روش آماده سازی نمونه ممکن است کمی متفاوت باشد ولی بصورت کلی عملیات آماده سازی نمونه ها مشابه می باشد .

 

شرح هر یک از مراحل آماده سازی قطعه :

نمونه برداری

 سنباده زنی

پرداخت کاری

اچ کردن

1- نمونه برداری :

مقوله نمونه برداری که تابع زمان ، مکان ، تعداد نمونه لازم برای دستیابی به یک نتیجه تکرار پذیر و . . . است ، از زمره کارهایی است که امروزه در اکثر نقاط جهان به صورت دستورالعمل درآمده و لازم الاجرا است . در متالورژی بحث نمونه برداری در دو بخش پژوهشی و صنعتی خلاصه می شود . مقصود پژوهشگر از تهیه یک نمونه در یک کار پژوهشی ، بررسی خواص آن قبل از ساخت و تولید انبوه است ، در حالی که نمونه برداری صنعتی به منظور بررسی خواص و حصول اطلاعات لازم و کافی در مورد محصولات یک فرآیند تولید خاص قابل کنترل می باشد ، مانند یافتن علل عیوب در قطعات ریختگی .در این صورت نمونه برداری از آنجا اهمیت بسزایی می یابد که می  باید نماینده شایسته ای ازکل محصولات تولیدی باشد که با شرایط یکسان تولید شده اند .

نمونه متالوگرافی

یک نمونه متالوگرافی مطلوب برای مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی ساختار ، به درستی و با دقت انتخاب شده و از سطح مناسبی برخوردار است  به منظور بررسی دقیق تر جزئیات ساختاری ، لازم است که سطح نمونه عاری از هر گونه تغیرات ناشی از عملیات نمونه برداری و آماده سازی نمونه بوده ، فاقد هر گونه لکه ، خراش و تغییر شکل باشد . در مواردی خاص نیز باید لبه یا نوک نمونه ها محافظت گردد . تهیه و آماده سازی نادرست و نامناسب می تواند به نتایج غلط منجر گردد.

برش و مقطع زدن

جدا سازی یک تکه کوچک ( نمونه) از قطعه اولین مرحله از فرآیند آماده سازی نمونه بوده و از اهمیت شایانی برخوردار است . بریدن نمونه از قطعه می باید از مکانی صورت گیرد که سطحی مناسب و واقعی از قطعه را نمایان ساخته و بتواند نماینده قطعه و مبین ساختار عمومی آن باشد . این امر به مشخصات قطعه ، روش پژوهش و اهداف مورد نظر نیز بستگی دارد . در این میان به مواردی چون فشار ، دما ، سرعت بریدن ، توسعه ترک ، تولید گرما ( و در نتیجه تبلور مجدد ، باز پخت موضعی و گاهی ذوب موضعی ) ، دقت عمل و غیره ، که هر یک به نوعی می توانند بر خواص قطعه تاثیر بگذارند نیز توجه خواهد شد . کمک گرفتن از یک روانکار و یا خنک کننده می تواند این اثرات را به حداقل برساند.

 انواع روش های برش به سه دسته تقسیم می شوند :

برش مکانیکی

برش با قوس الکتریکی

برش الکتروشیمیایی

  برش مکانیکی :

 برش مکانیکی به طرق مختلف امکان پذیر است . در روش برشی سایشی – که یکی از روش های برش مکانیکی است – با استفاده از یک صفحه گردنده با دور بالا در زمان کوتاهی ، با دقت مناسبی نمونه بریده می شود . در بسیاری موارد با استفاده از سیم و یا اره الماسه ، با حرکت گردشی مناسب ، می توان عمل بریدن نمونه را در حد مطلوب به انجام رساند . گاهی نیز با یک قلم تیز که با امواج مافوق صوت عمل می کند ، می توان عملیات نمونه برداری در شرایط خاص را آسان نمود.

برش با قوس الکتریک :

 ماشینی که برای این نوع برش ساخته شده است ، به نام اسپارک سیمی و یا اسپارک صفحه ای خوانده می شود . در این روش به منظور جلوگیری از افزایش دما هنگام برش ، عملیات برش داخل روغن انجام می گیرد . این روش اغلب برای آلیاژهای بسیار سخت استفاده می شود . سطح بریده شده با این روش بسیار صاف بوده و عملیات بعدی آماده سازی نمونه را تسهیل می نماید . شایان ذکر است از این روش اخیر برای بریدن لایه های بسیار نازک از قطعه به عنوان نمونه نیز استفاده می شود.

برش الکتروشیمیایی :

 در این روش ضمن بریدن با فرز یا اره ، مایع خنک کننده اسید خورنده ای است که در یک مدار الکتریکی ، بریدن نمونه را سرعت بخشیده و کار بریدن نمونه در زمان کوتاهی به اتمام می رسد . گاهی اوقات با استفاده از یک افشانه ( جت ) محلول خورنده را با شتاب بر روی قسمتی که باید بریده شود پرتاب می کنند . در این صورت جریان الکتریسته موجود نیز کمک نموده و خوردگی چنان سرعت می گیرد که می توان نمونه را به راحتی و سریع از قطعه مورد نظر جدا ساخت.

نمونه گیر

نمونه تهیه شده برای مطالعات متالوگرافی با میکروسکوپ، کوچک بوده وتا قبل از رسیدن به بررسی های میکروسکوپی کارهای زیادی بر روی آن صورت می گیرد . بنا بر این لازم است که نمونه توسط یک نمونه گیر طوری تحت کنترل و ثابت باشد که کار کردن بر روی آن با سهولت انجام شود . جنس نمونه گیر ها معمولا از فولاد نرم ، فولاد ضد زنگ ، آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای مس می باشد.

مانتینگ

در بیشتر موارد ترجیح داده می شود که نمونه در یک ماده غیر فلزی مانند شیشه ، پلاستیک و یا رزین جای داده شود . این عمل مانتینگ نام دارد و به روش های گوناگونی صورت می پذیرد . مانتینگ نمونه زمانی که نمونه نا منظم ، کوچک ، خیلی نرم ، خیلی ترد و یا متخلخل باشد و یا اینکه نیاز به حفظ لبه های آن احساس شود ، لازم و ضرورری است . فرو بردن نمونه در مواد پلاستیک پر کاربرد ترین روش مانتینگ در متالوگرافی می باشد که به دو روش مانت گرم و سرد انجام می پذیرد .

(مانت گرم = رزین + فشار + گرما)

(مانت سرد = رزین ( مونومر ) + کاتالیست)

روش مانت گرم از دستگاهی استفاده می شود که بتواند پس از قرار دادن نمونه در داخل مواد ، دمایی در حدود 150 درجه سانتی گراد و فشاری حدود  29  مگاپاسکال ایجاد نماید . در اثر فشار و گرما ، پودر رزین سفت شده و نمونه را در خود حبس می کند .

رزین های گرما سخت  (Thermosetting) :

مانند فنل ها ، با گذشت زمان به طور یک طرفه سخت می شوند .

رزین های گرما نرم ( Thermoplastic) :

با کاهش درجه حرارت و تحت فشار منجمد و سخت می گردند ، اما قابلیت ذوب مجدد را دارا می باشند.

علامت گذاری بر روی نمونه

نمونه ها در صورتی قابل استفاده دوباره می باشند که علامت گذارده شده بر روی آنها در تمام مدت آماده سازی و مطالعه میکروسکوپی به وضوح قابل رویت بوده و هویت آنها گم نشود . علامت گذاری بر روی نمونه می بایست بر روی سطحی انجام شود که مورد متالوگرافی قرار نمیگیرد . در مورد نمونه هایی که مانت می شوند ، می توان روی ماده مانت علامت گذاری نمود . در هنگام استفاده از مانت های شفاف ( شیشه ای ) نیز مشخصات نمونه روی یک تکه کاغذ نوشته شده و طوری همراه نمونه قالب گیری می شود که نوشته قابل خواندن باشد.

2- سنباده زنی و پرداخت :

در تهیه نمونه های متالوگرافی از نمونه های نا هموار ، استفاده از سنباده های درشت تا ریز مطلوب می باشد . سنباده زنی موجب صاف شدن سطح ، از بین رفتن لایه های نا خواسته و هویدا شدن لایه های مورد نظر می شود . سنباده خشن باعث از بین رفتن سطوح و برجستگی های نا مطلوب شده و یک سطح صاف با زبری 10 تا 100 میکرومتر را به وجود می آورد . زبری این سطح با استفاده از سنباده های نرم تر به حدود 1تا 10 میکرو متر می رسد . اگرچه عملیات سنباده زنی یک سطح صاف ایجاد می کند  اما این سطح فقط برای آزمایش های ماکروسکوپی ( نظیر سختی سنجی ) و یا ماکرواچ مناسب می باشد . به دلیل عدم وجود یک مرز مشخص میان سنباده زنی و پرداخت کاری ، همواره یک ارتباط نزدیک و قابل توجه بین سنباده زنی نرم و پرداخت کاری سخت وجود دارد و به همین علت دو بحث سنباده زنی و پرداخت کاری با هم مورد بحث قرار می گیرند.

 

سنباده زنی و پرداخت کاری مکانیکی

متداول ترین روش سنباده زنی و پرداخت کاری روش مکانیکی است . این عمل با استفاده از سنباده ثابت ، سنباده متحرک ، صفحه گردان و یا تسمه های چرخشی انجام می شود . هدف از سنباده زنی که عموما مرحله به مرحله زبری سنباده را کاهش می دهند ، به دست آوردن یک سطح صاف بدون شیار و تغییر شکل در سطح نمونه است . تنوع مکان ها در سطح نمونه موجب اختلاف هایی در خواصی نظیر پتانسیل الکتروشیمیایی می گردد . به عنوان مثال مناطقی که بیشترین میزان تغییر شکل را دارند ، بیشترین واکنش را با محلول های اچ نشان می دهند.  در نتیجه با سرعت بیشتری حل می شوند . این ناصافی ها به دلیل وجود خراش هایی در سطح نمونه پرداخت شده بعد از اچ بوده و مبین یک آماده سازی نامناسب است . مجموع عمق خراش ها و منطقه تغییر شکل یافته ، معادل عمق کل منطقه معیوب در نمونه می باشد .از بین برد خراش های ظاهری از سطح نمونه به تنهایی کافی نیست ، بلکه باید به همان میزان لایه های تغییر شکل یافته نیز از میان برداشته شوند . به جای سنباده های خشن باید از سنباده های نرم و دانه ریز استفاده نمود ، زیرا با سنباده زنی خشن تمایل به تغیر شکل بیشتر می باشد .

سنباده زنی و پرداخت کاری تر

در برخی از موارد ، آماده سازی نمونه در هوا یا در محیط گاز خنثی و بدون حضور مایعات صورت می گیرد . اما این موارد نادر بوده و در آماده سازی نمونه به مایعاتی چون آب ، به عنوان خنک کننده و پراکنده کننده ذرات نیاز است تا موجب سنباده زنی و پرداخت کاری راحت تر و یکنواخت تری گردد . سنباده زنی و پرداخت کاری تر مزایای زیادی دارد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :

کنترل حرارت در فصل مشترک نمونه با سنباده

 دور ساختن ذرات نامناسب از روی نمونه

 افزایش طول عمر برای سنباده های ثابت

فشار ، زمان و سرعت سنباده زنی و پرداخت کاری

افزایش فشار ، زمان و سرعت عموما به کنده شدن سریعتر مواد منجر می شوند .تاثیر این عوامل بر تغییر شکل به صورت زیر متغیر است :افزایش فشار ممکن است به تولید گرما منجر گشته و در نتیجه اثرات و تغییراتی بر ریز ساختار بر جای گذارد . فشار ، به خصوص در هنگام پرداخت کاری ، نباید بیش از حد زیاد باشد.

 به طور کلی هرچه زمان سنباده زنی کوتاه تر وزمان پرداخت کاری بلند تر باشد ، بهتر است.

 با افزایش سختی نمونه ، از سرعت کمتر سنباده زنی و پرداخت کاری استفاده به عمل می آید . البته این نکته عمومیت نداشته و برای برخی مواد مانند سرامیک ها ، ترکیبات بین فلزی و کاربیدهای سیمانی ، عمدتا سرعت پرداخت کاری بالاتر ترجیح داده می شود.

 به دلیل آن که افزایش سرعت سنباده زنی و پرداخت کاری موجب تولید گرمای زیادی در سطح می گردد ، مواد حساس به گرما باید با سرعت های پایین تری پرداخت گردند و یا در حین عمل از خنک کننده بیشتری استفاده شود.

حرکت نمونه بر روی سطح ساینده

برای دریافت بهترین نتیجه ، باید سطح پهن تر نمونه انتخاب گشته ، در تمام مدت عملیات ثابت نگه داشته شده و روی سطح ساینده قرار گیرد. به منظور جلوگیری از تشکیل شیار های جهت دار ناشی از سنباده و پرداخت بر روی نمونه ، بهترین کار این است که نمونه بعد از هر مرحله به اندازه 90 درجه چرخانده شود . در مواقع استفاده از سنباده یا پرداخت کنده چرخان ، چرخش نمونه در خلاف جهت چرخش چرخ ، موجب جلوگیری از تشکیل اثرات جهت دار چرخ سنباده یا پرداخت بر روی سطح نمونه می گردد.

3- سنباده زنی و پرداخت کاری :

در زمینه سنباده زنی و پرداخت کاری نمونه های متالوگرافی ، توجه به نکات زیر مفید است:

در مراحل مختلف سنباده کاری ، نمونه متالوگرافی در هر مرحله نسبت به مرحله قبل 90 درجه چرخانده شود و عملیات سنباده زنی در هر مرحله تا زمان از بین رفتن کامل اثر و امتداد خطوط مرحله قبلی ادامه می یابد.

 کاغذ سنباده از جنس SiC  برای فلزات نرم و کاغذ سنباده ازجنسAl2O3  برای فلزات سخت و پایه آهنی به کار می رود. برای سنباده زدن سرامیک ها ازصفحات الماسه استفاده می شود. در سنباده زنی نرم برای فلزات نرم از عدد ریزی بالای سنباده SiC استفاده می شود ، ولی برای فلزات سخت تر ، صفحات سنباده الماسه یا نمونه های مخصوص همراه با خمیر الماسه (با اندازه ذرات 9 الی 45 میکرون) مورد استفاده قرار می گیرد.

 در مرحله صیقل کاری و پرداخت کردن ، که مقدار تغییر شکل سطح به حداقل می رسد ، دو روش با علایم اختصاری OP و DP اعمال می شود . 

 

روش DP :

صیقل کاری با استفاده از خمیر الماسه و نمونه مخصوص است . در این روش به دلیل اصطکاک بالای ناشی از سختی خمیر الماسه ، از مواد خنک کننده مناسب استفاده می شود .

روش OP :

درنمونه های نرم تر که شکل پذیری بالا دارند به کار می رود . پودر های اکسیدی  MgO و  SiO2 ، Al2O3 با دانه بندی حدود 0,04 میکرون همراه با محلول امولسیونی در دو گروه مورد استفاده قرار می گیرند .

در گروه اول ( OP-U ) پودر SiO 2 با یک محلول به Ph حدود 9,8 برای از بین بردن لایه تغییر شکل یافته و در گروه دوم ( OP-S) پودر اکسیدی با دانه بندی 0,04 میکرون به صورت مخلوط سوسپانسیون و محلول H به کار می رود.

 نمد مورد استفاده در روش OP به دلیل بالا بودن  Ph در محلول امولسیون و پایین بودن آن در مخلوط سوسپانسیون باید مقاومت خوردگی خوبی در این محیط ها ( بازی و اسیدی ) داشته باشد.

 در روش DP ماده ساینده همراه با محلول خنک کننده با گرانروی و چسبندگی بالا به کار می رود (خمیر الماسه در سرنگ های با حجم محدود سی سی در دسترس است).

 در پرداخت اولیه از آب در پرداخت نهایی از مخلوط آّب و صابون یا محلول آب و الکل (به نسبت 50 تا 70 درصد الکل) و در پرداخت های مراتب بالاتر از محلول های آب – صابون – الکل یا الکل – گلیسیرین ، به عنوان ماده خنک کننده ، استفاده به عمل می آید. روش سنباده زنی و صیقل کاری بسته به جنس ماده موردنظر ، متغیر است.

 ☼تمیز کردن نمونه

تمیز نگه داشتن نمونه در متالوگرافی الزامی بوده و لازم است نمونه ها پس از هر مرحله تمیز شوند. آلودگی های ناشی از سنباده زنی و پرداخت کاری باید از بین بروند تا موجب کاهش بازده مراحل بعدی نشوند. وجود آثار انگشت ، لایه های نازک چربی و یا مواد کمرنگ و ناپیدا بر روی سطح نمونه ممکن است موجب اخلال در عمل اچ کردن گردد. به این ترتیب که موجب ایجاد مناطق گوناگونی می گردند که سرعت اچ شدن در این مناطق متفاوت است. شستشو با آب متداول ترین روش برای تمیز کردن نمونه است. در این روش نمونه را زیر جریان ملایم آب نگه داشته و با یک برس بسیار نرم ، پارچه کتان و یا پنبه سطح آن را تمیز می کنند.تمیزکاری مافوق صوت (اولتراسونیک) موثرترین روش تمیزکاری است. در این روش نه تنها آلودگی های سطحی از بین می روند ، بلکه ذرات ریز موجود در ترکها ، حفره ها و شکافهای سطح نمونه نیز خارج می شوند. عمل تمیزکاری به این روش معمولا تا 30 ثانیه زمان می خواهد.بعد از تمیزکاری لازم است نمونه توسط الکل ، بنزن و یا سایر محلول هایی که نقطه جوش پایین دارند ، شسته شده و سپس سریعا خشک گردد. ماندن مایعات بر روی نمونه باعث ایجاد لک می شود.

اگر یک نمونه فلزی پس از آماده سازی زیر میکروسکوپ نوری قرار داده شود ، انعکاس و بازتابش نور به گونه ای خواهد بود که رویت ریزساختار ، که هدف اصلی متالوگرافی است، امکان پذیر نمی گردد. به همین دلیل ، جهت ایجاد یک زمینه قابل رویت از ریزساختار نمونه ، عمل اچ کردن (به شیوه های گوناگون ) انجام می شود. شایان ذکر است که اگر منظور مطالعه مواردی مانند ترک مویی ، تخلخل ، حفره ، آخال غیر فلزی و برخی فازهای خاص (نظیر گرافیت در چدن خاکستری و سرب در برنج سرب دار) باشد ، اچ کردن نمونه آماده شده ضرورت ندارد.اچ کردن به مفهوم ایجاد خوردگی بسیار ضعیف در قسمت های ناپایدار سطح نمونه آماده شده و پرداخت شده است. در بسیاری از موارد ، نمونه پرداخت شده ریزساختار خود را نمایش نمی دهد. زیرا نورهای معمولی به صورت یکسان و متحد منعکس می شوند. از آنجایی که اختلاف های ناچیز در انعکاس پذیری توسط چشم انسان قابل تشخیص نیست ، روشهایی برای تصویرگیری از طریق تباین نوری مورد نیاز می باشد. اگرچه این روشها به نام اچ کردن معروف هستند ، اما همیشه اچ کردن مرتبط با انتخاب محلول های شیمیایی خاص برای ساختارهای مختلف نمی باشد. این امر می تواند با استفاده از روشهای نوری ، شیمیایی ، الکتروشیمیایی و یا فیزیکی به انجام برسد. اچ کردن روشهای گوناگونی دارد که هر یک برای ساختارها و مواد مختلف مفاهیم متفاوتی را در بر خواهد داشت. در واقع در هر شیوه ای برای یک ماده خاص می توان ظرایفی را به کار گرفت که به بهترین و مطلوب ترین نتایج دست یافت. (رایج ترین محلول مورد استفاده برای فولاد های نایتال نام دارد که محتوی محلول 2% اسید نیتریک در الکل است )

 

 

 

 

 

4- انواع روشهای اچ کردن :

☼اچ نوری  (Optical Etching)

اچ نوری بر مبنای استفاده از روشهای خاص روشن سازی و بر اساس اصول روشن سازی کوهلر(Kohler) بنا گردیده است. این روشها که شامل میدان تاریک ، نور قطبی ، تباین فازی ، تباین تداخلی و... می باشند ، در اغلب میکروسکوپهای تجاری موجود بوده و یا به سادگی قابل نصب و به کارگیری هستند.روش اچ کردن نوری یک مزت قابل توجه نسبت به سایر روشهایی که موجب تغییرات در سطح نمونه می شوند ، دارد و آن مبتنی بر این نکته است که روشهای فیزیکی و شیمیایی اچ کردن نیازمند زمان قابل توجهی است و همواره خطر ایجاد قسمت هایی که نتوان در مورد آنها تفسیر صحیحی ارایه نمود وجود دارد.

☼اچ الکتروشیمیایی    ((Electrochemica (Chemical Etching) 

 در طول این فرآیند نمونه های فلزی ، عملیات اکسیداسیون و احیا اتفاق می افتد.همه فلزات در تماس با محلول ها تمایل به یونیزه شدن از طریق آزاد کردن الکترون دارند. کمیتی که می تواند مشخص کننده انجام این تحول باشد ، پتانسیل الکتروشیمیایی است. این کمیت با مقایسه پتانسیل فلز نسبت به پتانسیل استاندارد یک الکترود مرجع سنجیده و اندازه گیری می شود.فهرست عناصر زیر ترتیب قرارگرفتن فلزات گوناگون را بر حسب سری الکتروموتیو آنها نشان می دهد:Li , Na , K , Ca , Ba , Be , Mg , Al , Mn , Zn , Cr , Cd , Tl ,  Au , Pt , Co , Ni , Pb , Fe , H , Sn , Sb , Bi , As , Cu , Ag, Hg عناصر فوق الذکر براساس میل ترکیبی با الکترون مرتب شده اند. با حرکت از چپ به راست ، قدرت اکسید کنندگی (یا احیا شوندگی) افزایش یافته ، قدرت احیا کنندگی (یا اکسید شوندگی) کاهش می یابد. در این ردیف ، عناصر قبل از هیدروژن ، با اسید خورده شده و2 Hآزاد می کنند. بالعکس ، عناصر بعد از هیدروژن بدون عامل اکسید کننده خورده نشده و با اسید و آب ، هیدروژن تولید نمی نمایند. بنابراین به دلیل وجود پتانسیل های شیمیایی مختلف برای عناصر و وجود عناصر و آلیاژهای گوناگون در یک ساختار ، سرعت خوردگی ریزساختار در مناطق مختلف ، متفاوت بوده ، اچ کردن در محلول های گوناگون ، نتایج متنوعی را به همراه خواهد داشت. وجود اختلاف پتانسیل در مناطق مختلف یک ساختار ، باعث ایجاد منطقه های کوچک آندی –کاتدی می شود. گاهی این سلولهای الکتروشیمیایی کوچک ناشی از اختلاف ترکیب نیستند ، بلکه از بی قاعدگی ساختار بلوری ناشی می شوند.

 

از جمله این نا همگنی های ساختاری و عدم مساوات ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نا همگنی های حاصل از تغییر شکل که دارای مقاومت به خوردگی کمتری نسبت به قسمت ها تغییر شکل نیافته هستند.

نا همواری در اثر تشکیل لایه های اکسید. (نواحی صیقلی و مناطق پرداخت شده مقاومت کمتری دارند.)

افت و خیز غلظت در الکترولیت. (غلظت کمتر دارای مقاومت کمتری است.)

تفاوت در سرعت حرکت الکترولیت. (سرعت گردش بالاتر ، مقاومت خوردگی را کاهش می دهد.)

تفاوت در میزان اکسیژن الکترولیت. محلول های گازدار مقاوم ترند.

تفاوت در شدت تابش نور که منجر به تغیر پتانسیل می گردد.

به علت وجود اختلاف پتانسیل بین ریزساختارها ، انحلال سطح با سرعت های مختلف صورت می گیرد و در نتیجه تباین ، تضاد و اختلاف سطح ایجاد می شود. ایجاد این اختلاف ، تنها با انحلال مواد نیست ، بلکه با روشهایی چون اچ کردن رسوبی Precipitation Etching)) و رنگ آمیزی حرارتی (Heat Tinting) نیز می توان این مهم را به انجام رساند.

☼اچ کردن رسوبی

ماده ابتدا حل شده و با مقدار معین محلول اچ واکنش می دهد تا مواد نا محلولی را تشکیل دهد. این مواد و ترکیبات نامحلول ، به طور انتخابی بر روی سطح نمونه رسوب کرده ، رنگ های تداخلی یا لایه های ضخیم از رنگ های مشخصی را به وجود می آورند.

☼اچ کردن به روش رنگ آمیزی حرارتی

با اعمال شرایط معین دمایی و فشاری خاص صورت می گیرد. در این شیوه ، سطح بر اساس خواص گوناگون ریزساختاری با سرعت های مختلف اکسید شده و رنگ های متنوعی اجاد می نماید.محدوده وسیعی از محلول های اچ در دسترس هستند که شامل اسیدها ، بازها ، محلول های خنثی ، مخلوطی از محلول ها ، نمکهای مذاب و گازها می باشند. اغلب این فرمول ها به صورت تجربی بدست آمده ، ترکیب و شیوه به کارگیری هر یک می تواند تغییر یافته یا بهبود پیدا کند. سرعت خوردگی عمدتا با درجه تجزیه محلول اچ و هدایت الکترکی آن تعیین می گردد که هر یک از این موارد می تواند با افزودن مواد افزودنی شیمیایی تحت کنترل درآید. دامنه زمانی اچ کردن از چند ثانیه تا چند ساعت متغیر است اما هیچ دستورالعمل خاصی در این زمینه وجود ندارد. زیرا سطح نمونه و کدر شدن آن تعین کننده زمان اچ هستند. زمان و دمای اچ به هم وابسته اند. با افزایش دما ، زمان اچ کردن کاهش می یابد. اگر چه افزایش دما توصیه نمی شود. زیرا هنگامی که سرعت خوردگی بالاست ، تباین غیر منتظره ای ایجاد می نماید.

اغلب عملیات اچ در دمای محیط صورت می گیرد.در فرآیند اچ کردن ، خصوصا اچ شیمیایی ، خطاهای فراوانی امکان بروز دارند. این خطاها اغلب به تفسیر نا درست ریزساختار منجر می شوند. به عنوان مثال ، رسوب محلول اچ یا محلول شوینده بر روی سطح می تواند به عنوان یک فاز اضافی تفسیر شود.

☼اچ کردن شیمیایی

قدیمی ترین و مرسوم ترین روش کاربردی برای ایجاد تباین میکروسکوپی و ریزساختاری است. در این روش ، محلول اچ بدون استفاده از جریان الکتریسیته از خارج ، با سطح نمونه واکنش می دهد.در اچ کردن الکتروشیمیایی (اچ کردن الکترولیتی یا آندی) پتانسیل الکتریکی برای نمونه به وسیله یک مدار خارجی تامین می گردد. در طی اچ کردن آندی ، یونهای مثبت فلزی ، سطح نمونه را ترک نموده و وارد الکترولیت می شوند و معادل این مقدار یون مثبت ، الکترون در نمونه باقی می ماند. انحلال ماده بدون تشکیل لایه در این فاصله صورت می گیرد. اگر یونهای فلزی که از ماده خارج می شوند با یونهای غیر فلزی الکترولیت واکنش داده و ترکیبات لاین حل تشکل دهند ، لایه های رسوبی ، با ضخامت های گوناگون بر روی سطح نمونه ایجاد خواهد شد. ضخامت این لایه ها تابعی از ترکیب جهت ریزساختار در نزدیکی مایع اچ می باشد.تغییر ضخامت این لایه ها رنگ های متنوعی ایجاد می کند که منجر به شناسایی ساختار می گردد. از این نوع تغییرات در اچ الکترولیتی با عنوان آندایزینگ  (Anodizing) هم یاد می شود.

پس از انجام اچ شیمیایی یا الکتروشیمیایی لازم است که نمونه بلافاصله در آب کاملا تمیز و شسته شود تا مواد شیمیایی خارج شده و از ادامه واکنش جلوگیری شود. البته در برخی روشها مانند اچ کردن برای جدایش ها به روش اوبرهوفر (Oberhoffer) توصیه شده است که نمونه پس از اچ در الکل شسته شود تا از رسوب مس بر روی سطح نمونه ممانعت به عمل آید.پس از اینکه نمونه ها در آب شسته شدند ، می بایست در الکل نیز شسته شده و سپس در جریان هوای گرم ، خشک گردند. استفاده از الکل بر عمل خشک کردن سرعت بخشیده و از تشکیل لکه روی نمونه جلوگیری می کند. نمونه های مانت شده باید کاملا تمیز شوند تا از تاثیر مخرب محلول اچ و حلال ، که از شیارها و ترک ها نفوذ می کنند ، جلوگیری به عمل آید. در چنین حالتی به کارگیری دستگاه تمیزکننده مافوق صوت (اولتراسونیک) مفید و مشکل گشاست. اگر نمونه دارای تخلخل های فراوان بود و یا اسید به کار رفته برای اچ کردن غلظت زیادی داشت (مثلا در اچ عمیق Deep Etching) ، توصیه شده است که قبل از عملیات تمیز و خشک کردن ، عمل خنثی سازی صورت پذیرد.

☼اچ فیزیکی          ( Physical Etching)

در موادی که اچ شیمیایی یا الکتروشیمیایی نتیجه بخش نیست ، پدیده های فزیکی را می توان برای ظاهر ساختن ساختار به کار برد. اچ کردن فیزیکی دارای این مزیت است که سطح نمونه را از هر گونه پسماند شیمیایی عاری می نماید. به عنوان مثال هنگامی که اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بسیار زیاد بین عناصر ریزساختار وجود دارد و یا وقتی که محلول اچ شیمیایی لکه های مخرب یا باقیمانده ایجاد می نماید ، استفاده از اچ فیزیکی توصیه می شود. از زمره نمونه های مناسب برای اچ فیزیکی می توان به سطوح صاف،اتصالات جوشکاری،مواد نامشابه،مواد متخلخل،سرامیکها اشاره نمود.

☼اچ کاتدی

در اچ کاتدی (Cathodic Etching) تحت خلا ، که تحت عنوان اچ کردن یونی (Ion Etching) هم بیان می شود ، با بیرون آوردن انتخابی اتم ها از سطح نمونه ، تباین ساختاری ایجاد می گردد. این روش با استفاده از یونهایی مانند آرگون ، که در ولتاژ 1 تا 10 کیلوولت شتاب مناسبی می گیرند ، انجام می شود. در سرعت های مختلف پرتاب یون ، بر اساس جزییات ریزساختار مانند جهات بلوری دانه ، مرز دانه و... اتم های مشخصی خارج می گردند.

☼اچ حرارتی

یکی دیگر از انواع اچ فیزیکی ، اچ حرارتی (Thermal Etching) است که در  میکروسکوپ ها حالت گرم (Hot-Stage) یا دمای بالا  (High-Temperature) به کار می رود. این روش بر اساس جدا شدن اتم ها از سطح ماده به دلیل جذب انرژی بنا شده است. این امر باعث می شود که فازها و دانه های گوناگون دارای رنگ های متفاوتی گشته و از هم قابل تمیز باشند.گاهی بر خلاف روش اچ حرارتی که از برداشتن لایه سطحی نمونه برای ایجاد تباین استفاده می شود ، از ترسیب مواد بر روی سطح نمونه استفاده به عمل می آید. در این روش موادی مانند  TiOو  ZnSeرا بخار نموده و تحت خلا بر روی نمونه متالوگرافی رسوب می دهند. این مواد که قابلیت انعکاس نور بالایی دارند ، بنا به خواص متفاوت فازها و دانه های سطح نمونه ، در جاها گوناگون با ضخامت های مختلفی رسوب نموده و قابلیت تشخیص ساختار در میکروسکوپ های نوری را افزایش می دهند.

 

 

چدن نشکن یا چدن با گرافیت کروی:

نام چدن نشکن بدلیل رسوب گرافیت به شکل کروی  در زمینه آن  است.عمل کروی شدن  گرافیت در چدن نشکن  از طریق افزودن مقادیرجزئی منیزیم به عنوان عنصری کروی کننده به مذابی که دارای ترکیب شیمیایی مشابه چدن خاکستری می باشد انجام می گیرد ولی با درصد گوگرد وفسفر کمتری است بدست می آید. منیزیم تنها عنصری نیست  که می تواند نقش کروی کننده داشته باشد.و دلیل استفاده از منیزیم به خاطر جنبه اقتصادی آن است.عناصری نظیر کلسیم ، پتاسیم ، لیتیم ،لانتانیم ، و برلیم نیز می توانند ترغیب کننده گرافیت کروی باشند و عناصری نظیرگوگرد،اکسیژن،هیدروژن،ازت،سرب، تیتانیم،آرسنیک می توانند مانع از گرافیت کروی گردند.

چدن نشکن بعد از چدن خاکستری بیشترین مقدار مصرف را در میان انواع چدنها  داراست. موارد مصرف زیاد این نوع  قطعات به علت ریخته گری آسان،  قابلیت انعطاف  وچکش خواری  بالای آنها، مقاومت  در مقابل  خوردگی،ماشینکاری خوب به همراه مدول الاستیسیته واستحکام بالا می باشد.

خصوصیات چدن نشکن:

چدن با گرافیت کروی همانند چدن خاکستری قابلیت ماشینکاری عالی داشته اما قابلیت جذب ارتعاش آن کمتر از چدن خاکستری است. واز آنجایی که چدن نشکن دارای وزن مخصوص بیشتری از چدنهای  خاکستری است  لذا در هنگام   انجماد دارای  تمایل به انقباض بیشتری بوده و در نتیجه نیاز به تغذیه گذاری بیشتری دارد.بهر حال تولید چدن نشکن از نظر متالورژیکی فرایند حساسی بوده و نیاز به کنترل شدید در انتخاب مواد اولیه مصرفی و روش های ریخته گری دارد.

اگر چه مشخصات مکانیکی چدن نشکن با چدن مالیبل قابل مقایسه است اما چدن با گرافیت کروی اولا" با محدودیتی از نظر ضخامت قطعات تولیدی روبرو نبوده وثانیا" در تولید آنها لزوم انجام عملیات حرارتی وجود ندارد.

تقسیم بندی انواع چدن با گرافیت کروی:

چدن نشکن نوع فریتی: که  گرافیت کروی  در زمینه ای کاملا"  فریتی  توزیع  شده  است. این نوع  چدن دارای  قابلیت انعطاف بالا،ماشینکاری عالی وتنش تسلیم متوسط می باشد.

چدن نشکن نوع پرلیتی:  زمینه عموما" پرلیتی  بوده  دارای  تنش تسلیم  و قابلیت ماشینکاری  خوب  اما  دارای  قابلیت انعطاف متوسط می باشد.

نوع علیات حرارتی شده:  انواع نرماله ویا کوئنچ وتمپر شده آن دارای استحکام کششی وتنش تسلیم استثنایی تا حدود 1000 نیوتن بر میلیمتر مربع و قابلیت انعطاف  مناسب  تا حدود 10%  ازدیاد  طول  نسبی  کششی بوده و لذا  بعنوان  قطعات  مهندسی  دارای موارد مصرف بالا است.

 

چدن های آلیاژی: چدنهای آلیاژی به خانواده ای از چدنهای خاکستری،با گرافیت کروی سفید  گفته می شود  که محتوی  مقادیر بالائی عناصر آلیاژی(3 تا 40%)هستند.اگر چه چدنهای آلیاژی دارای خواص فیزیکی ومکانیکی بسیار مهمی هستند معهذا ریخته گری آنها به همان سهولت چدنهای غیر آلیاژی انجام  می گیرد، و تولید آن درصنایع  ریخته گری تخصص جداگانه ای را به خود اختصاص داده است. تقسیم بندی  چدن های آلیاژی  بر مبنای خواص آنها  نظیر استحکام در درجه حرارت بالا،مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در مقابل خوردگی، مقاومت  در برابر شرایط  ساینده  شدید، انبساط حرارتی  بسیار کم  و یا  خاصیت غیر مغناطیسی  بودن آنها است.

 

مکانیزم کروی شدن گرافیت:

مکانیزم کروی شدن گرافیت هنوز از مباحث تحقیقاتی می باشد،ولی مشخص شده است که علت اصلی کروی شدن گرافیت حذف گوگرد واکسیژن از مذاب می باشد.

دو نظریه در مورد نحوه کروی شدن گرافیت مطرح شده است که عبارتند از:

 نظریه حباب که توسط دانشمندان ژاپنی بیان میشود: -1

در مورد نظریه حباب باید گفت که با نزدیک شدن به درجه حرارت انجماد مذاب وکاهش حد حلالیت گاز؛ حبابهای گازی خارج شده

ازحلالیت در مذاب شروع به تشکیل شدن می نمایند، ولی به دلیل وجود عناصر کروی کننده من جمله  منیزیم وکنترل  مقدار واندازه

حباب های گازی از طریق  کم نمودن میزان اکسیژن  موجود در مذاب از متلاشی شدن آن ها جلوگیری می نمایند وسبب می شوند تا حبابهای گازی مکانهای مناسبی برای رسوب گرافیت ها باشند تا رشد گرافیت ها  بر روی سطوح  حباب ها تا پر شدن  کامل گرافیت ادامه یابد و نهایتا کروی شدن گرافیت به طورکامل انجام شود و در انتها حباب تشکلیل شده نیزمی ترکد.

 

 

نظریه رشد دندریتی(شاخه ای)گرافیت:[-2

طبق نظریه رشد شاخه ای اعتقاد بر این است پس از تشکیل جوانه؛ کریستال های گرافیت به صورت کاملاً دندریتی و شاخه ای رشد می کنند . یعنی از هر یک از جوانه های  گرافیت چندین  شاخه جدا می شود و این عمل تکرار می یابد . رشد این گرافیت ها مشابه رشد گرافیت ورقه ای می باشد ،منتها در مورد گرافیت ورقه ای تشکیل شاخه ها کمتر ، ولی در مورد گرافیت کروی به دلیل وجود عناصر کروی کننده تشکیل شاخه ها بیشتر است.

 

عوامل موثر در کروی شدن گرافیت:

اصولا به منظور دستیابی به گرافیت کروی علاوه بر شارژ صحیح کوره و مذاب و درجه حرارت فوق  گداز مناسب، ترکیب ذوب نیز از نظر میزان عناصر جوانه زا وعناصر کروی کننده (منیزیم باقی مانده در مذاب) در کروی شدن گرافیت ها موثر هستندو باید کنترل شوند ودر صورت عدم رعایت شرایط ذکر شده دربالا گرافیت کروی نا منظم با اشکال مختلفی در ساختار میکروسکپی چدن نشکن به وجود می آیند که ناشی از دلالیل زیر هستند:

☼کم بودن جوانه ها و طولانی بودن زمان نگه داری مذاب چدن نشکن پس از جوانه زنی

☼کمبود میزان منیزیم باقی مانده در مذاب چدن نشکن

به کارگیری مواد شارژ ناخالص☼

 

روش تولید چدن نشکن زمینه فریتی:

برای تولید چدن گرافیت کروی زمینه فریتی،معمولا از عملیات حرارتی کمک گرفته می شود به این صورت که ابتدا چدن نشکن با زمینه پرلیتی ریخته گری می شودوسپس به کمک عملیات حرارتی آنیلینگ،پرلیت را به  فریت و گرافیت تجزیه  می کنند،وگرافیت حاصل بر روی گرافیت کروی موجود رسوب می کند.همچنین  تحت شرایطی، زمینه  فریتی را می توان  مستقیما از ریخته گری   بدست آورد.

نحوه تشکیل چدن نشکن چشم گاوی:

در شرلیطی که ساختمان زمینه چدن نشکن مخلوطی از فریت وپرلیت باشد دانه های فریت اغلب به صورت هاله ای در اطراف کره های گرافیت تشکلیل می شوند که علت این امر بر می گردد به این نکته که کربن (محلول در آستنیت) اطراف گرافیت کروی به دلیل سرعت سرد شدن آهسته تر به راحتی می تواند به سمت گرافیت ها دیفوزیون کرده وبر روی آنها رسوب کند در نتیجه زمینه اطراف گرافیت کم کربن شده و به شکل هاله ای اطراف آن دیده می شود.واین ساختمان به ساختمان چشم گاوی موسوم است.

در شکل زیر ساختار چدن نشکن چشم گاوی قابل مشاهده است:

چدن خاكستری یا چدن با گرافیت ورقه ای :

گوگرد و منگنز: گوگرد تا اندازه ای در تمام چدنها وجود دارد. در چدنهای نشكن میزان گوگرد باید كم باشد تا با افزودن منیزیم، گرافیت كروی به دست آید. اما، در سایر چدنها، اثر گوگرد را باید با توجه به واكنش آن با منگنز در نظر گرفت.

اگر در چدنها منگنز نباشد، گوگرد با آهن تركیب و سولفید آهن(FeS) می دهد كه به هنگام انجماد در مرز دانه ها جدا می شود، این تركیب زود ذوب، به صورت لایه های نازك بین شاخه ای، امكان شكست در دمای بالا را افزایش می دهد.گوگرد زیاد باعث كاهش سیالیت و ایجاد مك های گازی در قطعات ریختگی می شود. وقتی منگنز در چدن وجود دارد، MnS یا تركیب پیچیده ای از سولفید منگنز-آهن تشكیل میشود كه در تمام مراحل انجماد رسوب می كند. در نتیجه ، توزیعی  تصادفی از ذرات  سولفید  منگنز گوشه دار  به وجود می آید  تعدادی از ذرات  گوشه دارMnS

(با شكل هندسی) در شكل آمده است. این ذرات تاثیر كمی بر قابلیت ریخته گری و خواص مورد نظر چدنهای خاكستری دارند.

ریز ساختر چدن خاكستری كه نشان دهنده ذرات فشرده خاكستری گوشه دار سولفید منگنز است.نایتای 2%- بزرگنمایی X 250

 

هم گوگرد و هم منگنز به تنهایی گرافیت زایی را در چدنها محدود می كند و تشكیل پرلیت را تشویق می كند. بنابراین، در چدنها گوگرد یا منگنز به تنهایی كاربیدزا هستند. اما، وقتی هر دو حضور دارند اثر كاربیدزایی خنثی می شود.

فسفر: اغلب چدنهای خاكستری 0.9 تا0.1% فسفر دارند. این عنصر می تواند یك تركیب یوتكتیكی آهن با فسفید آهن(Fe3P) كه استدیت نامیده می شود تشكیل دهد. استدیت نقطه ذوب پایینی (بین 954 تا 980) دارد، در دماهای نسبتا كم منجمد می شود و در مرز سلولهای انجماد جدا می شود. با P0.2% ، كه در بیشتر چدنها خاكستری وجود دارد، استدیت در محل اتصال سه سلول انجماد منجمد می شود وجزئی مقعر و مثلثی شكل را تشكیل می دهد.

در مقادیر بیشتر فسفر، استدیت اجزای بزرگتری را تشكیل می دهد. از آنجا كه فسفید آهن سخت و شكننده است، افزایش مقدار استدیت یعنی بیش از P0.3% سختی و شكنندگی چدن را افزایش و تراشپذیری را كاهش می دهد. از طرفی، این تركیب سخت مقاومت سایشی را افزایش می دهد و بنابراین در بعضی موارد حضور آن مطلوب است.

گرافیت زایی به هنگام انجماد:

به هنگام انجماد چدن خاكستری ، گرافیتهای رشته ای با اندازه، شكل و نحوه توزیع مختلف به دست می آید. پنج نوع اصلی رشته ای ( نوع A تا E) را كه  ASTM( جامعه آزمون مواد آمریكا) وAFS( جامعه ریخته گران امریكا)  به صورت استاندارد در آورده اند، به شرح زیر می باشند:

 

گرافیت تیپ A:

گرافیت های رشته ای شكل و كشیده می باشد. این نوع بسیار مطلوب با نحوه پخش یكنواخت است كه اصولا در چدنهای با استحكام بالا مشاهده می شود. این نوع گرافیت هنگامی به وجود می آید كه مواد جوانه زای كافی در مذاب موجود بوده ( عملیات تلقیح به درستی انجام شده) و قطعات نیز به آهستگی سرد شده اند.

گرافیت تیپ B:

این نوع گرافیت رشد دایره ای دارد و شبیه گل بوته(روزی) بوده و در جهات مختلف و به طور بی قاعده ای توزیع گردیده است. این گرافیت در چدنهایی كه دارای تركیبی نزدیك به نقطه یوتكتیك بوده و انجماد مذاب در حضور تعداد قلیلی جوانه انجام می شود به وجود می آید.گرافیتهای موجود در مركز گل بوته ها معمولا ریزتر از قسمتهای دیگر است. در مركز این هسته ها فریت وجود دارد. وجود گرافیت نوع B ، در چدنهای خاكستری خواص مكانیكی قطعات را تنزل می دهد و سطوح تمام شده قطعات پس از ماشینكاری دارای كیفیت خوبی نخواهد بود. وقتی كه سرعت سرد شدن چدن زیاد باشد مخصوصا در مقاطع نازك و عملیات جوانه زنی نیز انجام نگرفته باشد، اصولا گرافیت از نوع تیپ B به وجود می آید.

گرافیت تیپ C :

این نوع گرافیت در چدنهای هیپریوتكتیك پیدا می شود. در قطعات با مقاطع ضخیم ورقهای گرافیت درشت است و در مقاطع نازك گرافیتها بصورت ستاره ای می باشد. این نوع گرافیت مقاومت به ضربه را كاهش می دهد و از نظر خواص انتقال حرارت و رسانایی گرمایی بهتر از سایر انواع گرافیتها است. به علت درشت بودن گرافیتها، سطوح تراشیده شده قطعات دارای حفره های ریزی می گردد.

 

گرافیت تیپ D:

اندازه گرافیتها بسیار ریز ، دندریته كاملا مشخص است. در جایی كه نیاز به سطوح تراشیده شده بسیار صاف مطرح است نظیر سیلندرها این نوع گرافیت بر انواع دیگرآن ترجیح دارد. ایجاد ترك و اشاعه آن در این نوع گرافیت بسیار مشكل تر انجام می شود. تشكیل این نوع گرافیت به عوامل زیر بستگی دارد:

سرعت سرد شدن زیاد در مقاطع نازك، انجام نگرفتن عملیات جوانه زایی، پایین بودن مقدار گوگرد، حرارتهای فوق ذوب، زمان نگهداری زیاد ذوب در كوره و بالا بودن مقدار تیتانیم.

 

 

+ نوشته شده توسط علی در دوشنبه 1389/10/06 و ساعت 14:4 |


Powered By
BLOGFA.COM