ریخته گری آلومنیوم

کاربرد آلومینیم :

این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی - غذاسازی - ساختمان سازی - بلوکه های سیلندر خودرو - اسکلت سازی - صنایع پتروشیمی و صنایع هوایی به کار می رود .

 آلیاژ های آلومینیم

به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود :

1- آلیاژ های نوردی

2- آلیاژ های ریخته گینکته :

آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوریش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد .

آلیاژ های نوردی :

در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته می شود سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری ، برش و .... روی قطعه انجام می شود .

1ـ روش های تولید شمش های نوردی :

معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود :

1- روش مداوم

2- روش نیمه مداوم و یا تکباری

 1ـ روش مداوم :

این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد .

2-  روش تکباری :

این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند .

تهیه آلیاژ های ریخته گی )فرآیند شکل ریزی(:

هدف تولید :

تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم

انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم

1- شمش اولیه :

این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی در خدود 99/9 % برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم در مواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم.

2-  شمش های ثانویه:

این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد .

3- قراضه ها :

که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود .

4- برگشتی ها:

این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت

شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود .

5- آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):

این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده میشود 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 .

آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین):

نکته : آمیژن 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.

بررسي انواع عيوب ريخته گري در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار

عيب سرد جوشي

سردجوشي عبارت است از برخورد دو جبهه از فلز مذاب اکسيد شده که باعث ناپيوستگي در قطعه ريخته شده مي شود . در صورتي که انجماد فلز خيلي پيشرفته باشد اتصال دو جبهه مذاب بطور کامل انجام شده و سردجوشي به صورت کشيدگي

در قطعه ظاهر مي شود .

نحوه ايجاد عيب سرد جوشي

سردجوشي نتيجه تقسيم شدن موج مذاب در طول پر شدن قالب مي باشد اين تقسيم شدن مي تواند در اثر وجود يک مانع در راه عبور مذاب ( پين يا ماهيچه ) باشد و يا در اثر يک انسداد ناشي از جاري شدن به صورت جت مي باشد حضور اکسيد در فلز مذاب قبل از ريخته گري پديده سردجوشي را شديدتر مي نمايد عيب نيامد.

نيامد عيبي است که در اثر نرسيدن مذاب به قسمت هايي از قطعه ايجاد مي شود اين عيب مي تواند در نواحي نازک قطعه ايجاد شود و از نظر ظاهري به عيب سردجوشي شبيه است

نحوه ايجاد عيب نيامد

عيب نيامد نتيجه تقسيم شدن جبهه مذاب در حين پر شدن قالب است فلز خيلي سرد بوده و يا زمان پر شدن قالب خيلي طولاني مي باشد و يا حتي ممکن است جهت حرکت مذاب در قالب در حين پرشدن قالب نامناسب باشد به طوري که مذاب مسير طولاني را براي رسيدن به هدف بپيمايد در اين حال قبل از اينکه قالب توسط مذاب پر شود انجماد آغاز شده و نيامد ايجاد مي شود .

عيب مک هاي گازي

اين عيب به صورت مک هايي با ديواره صاف ظاهر مي شود که شکل کروي داشته و با سطح خارجي نيز ارتباطي ندارند سطح داخلي اين مک ها معمولا ً براق بوده اما گاهي ممکن است تا حدودي اکسيده نيز شده باشد که بستگي به منشأ ايجاد مک ها دارد .

نحوه ايجاد عيب مک هاي گازي

الف ) حبس هوا در حين پر شدن قالب : پرشدن قالب هاي ريخته گري تحت فشار معمولا ً به صورت تلاطمي انجام شده و اين تلاطم باعث حبس هوا در قالب مي شود .

ب) حبس هوا در محفظه نگهدارنده مذاب : در ماشين هاي محفظه سرد در هنگام اولين فاز تزريق ذوب هوا مي تواند وارد مذاب شده و در هنگام پر شدن قالب هوا در بخش هاي زيادي از مذاب محبوس گردد .

پ) حبس گاز در محفظه سيلندر تزريق : اين حالت در اثر تبخير و يا تجزيه ماده حلال موجود در روانساز پيستون ايجاد مي شود در نتيجه در هنگام ورود مذاب به اين قسمت ها بايد ماده روانساز به صورت خشک باشد .

ت) حبس گاز از طريق مواد مذاب : همان فرآيند ذکر شده در فوق مي باشد که ناشي از تبخير ناقص روانساز قالب و يا تجزيه آن هنگام رسيدن مذاب مي باشد .

ث) آزاد شدن گاز حل شده در فلز مذاب : آلومينيوم و آلياژهاي آن به راحتي آب و ديگر ترکيبات هيدروژن دار ( مانند روغن و گريس ) را تجزيه مي نمايند هيدروژن آزاد شده در هنگام اين تجزيه در فلز حل شده و هر چه دما باشد ميزان ورود هيدروژن به فلز نيز بيشتر خواهد بود برعکس حلاليت هيدروژن درآلومينيوم در حالت جامد عملا ً ناچيز است در نتيجه در حين انجماد هيدروژن حل شده در مذاب آزاد شده و ايجاد سوراخ هاي ريز مي نمايد0

عيب مک هاي انقباضي :

مک هاي انقباض به صورت حفره با فرم و اندازه متغير مي باشند اين مک ها بر عکس مک و حفره هاي گازي سطوح صاف و براق نداشته و کم و بيش حالت کندگي و سطوح دندريتي دارند .

نحوه ايجاد عيب مک هاي انقباضي

در هنگام انجماد فلز دچار انقباض حجمي گرديده و در صورت عدم وجود فلز مذاب جبران کننده انقباض ، اين انقباض به صورت يک يا چند حفره ظاهر مي گردد اين حفره ها مي توانند در سطح قطعات ريختگي ظاهر شوند ( مثلا ً در مواردي که مذاب در شمش ريزي منجمد مي شود ) و يا برعکس به صورت بسته در داخل قطعه محبوس گردند که معمولا ً در ريخته گري تحت فشار مشاهده مي شود .

عيب آبلگي

عيب آبلگي همانند حفره هاي گازي است اما در سطح قطعه ظاهر مي شود همچنين در مورد قطعات نازک اين عيب مي تواند در دو سطح قطعه نيز ظاهر شوند .

طريقه ايجاد عيب آبلگي

روش ايجاد آبلگي همانند ايجاد عيب حفره هاي گازي است ولي در اين مورد آزاد شدن هيدروژن حل شده بر خلاف ايجاد حفره هاي گازي ، به صورت غير کافي انجام مي گيرد در اين حال در صورتي که درجه حرارت قطعه در هنگام باز کردن قالب بيش از حد بالا باشد مقاومت مکانيکي آلياژ بسيار ضعيف بوده و حفره هاي گازي ايجاد شده تحت فشار فوق العاده قوي موجب تغيير شکل قطعه در نواحي نزديک سطح مي شوند همچنين در صورت نازک بودن قطعه نسبت به قطر حفره گازي نيز عيب فوق به وجود مي آيد

عيب مک هاي سوزني ( ريزمک)

ريز مک هاي سطحي به صورت سوراخ هاي بسيار ريز ( چند صدم ميلي متر ) و اغلب به صورت گروهي مشاهده مي گردند .

نحوه ايجاد عيب مک هاي سوزني

الف ) حبس گاز : در اين مورد تاول هاي ريزي به وسيله حباب هاي گازي که در نواحي بسيار نزديک سطح محبوس گرديده اند ايجاد مي شود .

ب) اکسيدها : اکسيدهاي موجود در فلز نيز مي توانند عيب فوق را ايجاد نمايند .

عيب ترک خوردگي

عيب ترک خوردگي به صورت ايجاد ترک هاي کم و بيش نازک و عميق ظاهر مي شود در برخي موارد اين ترک ها مي توانند حتي ضخامت قطعه را نيز طي نمايند .

نحوه ايجاد عيب ترک خوردگي.

اين نوع ترک ها بين دانه اي بوده و به فرم هاي غيرمنظم مي باشند اين ترک ها هنگامي ايجاد مي شوند که آلياژ در انتهاي انجماد تحت تنش باشد . در اغلب موارد خطر ايجادترک در نواحي از قطعه که مستعد ايجاد تنش مي باشند و در نقاط گرم بيشتر است .

عيب سخت ريزه

اين عيب به صورت ناهنجاري ساختاري و يا حضور اجسام خارجي مي باشد که در حين ساخت و يا فرسايش و يا شکست ابزار برش ايجاد مي شوند.

نحوه ايجاد عيب سخت ريزه

عيب سخت ريزه در ريخته گري تحت فشار مي تواند مبدأ متفاوتي داشته باشد .

الف ) ترکيبات بين فلزي

الف – 1 – ترکيبات m-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات بر روي برش هاي قطعات به صورت سوزن هاي کوتاه ديده مي شود که در حقيقت به صورت ذرات بريده مشاهده مي شود .

الف – 2 – ترکيبات x-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات به فرم خطوط چيني ريز مشاهده مي شوند اين ترکيبات نسبت به ترکيبات قسمت قبل (m-Al(Fe,Mn)Si) بر روي خواص مکانيکي ضرر کمتري داشته و در فرآيند ساخت عملا ً مشکلي را ايجاد نمي نمايند .

الف – 3 – ترکيبات c-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات به شکل بلورهاي چند وجهي با طول متغير مي باشند اين نوع ترکيبات هنگامي ايجاد مي شوند که درجه حرارت حمام مذاب به کمتر از حد معيني باشد که اين حد بستگي به مقدار آهن ، منگنز و کروم در آلياژ دارد.

ب) اکسيداسيون ، واکنش با ديرگدازه ها

آلياژهاي آلومينيوم مخصوصا ً در حالت مايع طبيعتا ً بسيار اکسيد شونده هستند وي حمام آلياژ مذاب معمولا ً لايه اي از اکسيد آلومينيوم ايجاد مي شود که به آن اکسيد آلومينيوم گاما مي گويند اين لايه به شدت محافظت کننده است اما طي چند ساعت يا چند ده ساعت به اکسيد آلومينيوم آلفا تبديل مي شود سرعت تبديل تابعي از درجه حرارت مي باشد از طرفي سرعت اکسيداسيون همچنين به حضور برخي عناصر آلياژي و از همه مهم تر در ريخته گري تحت فشار بستگي به حضور فلز روي در آلياژ دارد .

پ) ذرات خارجي

آزمايش سيستماتيک بر روي تعداد زيادي از نمونه ها به کمک ميکروسکوپ الکترونيکي نشان داده اند که اغلب ذرات خارجي موجود در قطعات ، متشکل از ذرات ديرگدازنشان داده اند که اغلب ذرات خارجي موجود در قطعات ، متشکل از ذرات ديرگداز ،(احتمالا ً با شکل تغيير يافته در اثر واکنش با آلومينيوم و يا ذرات بوته ) مي باشند .

عيب قطره هاي سرد

قطرات سرد به صورت طبله هاي کم و بيش کروي به صورت محبوس در روي قطعه ظاهر مي شوند واغلب موارد نيز قابل حل شدن و ايجاد پيوستگي ساختاري با فلز اطراف خود نمي باشند تنها راه تشخيص اين عيوب ، بررسي ريز ساختار آنها مي باشد.

نحوه ايجاد عيب قطره هاي سرد

قطرات سرد قسمت هايي از فلز هستند که به سمت ديواره هاي قالب و يا ماهيچه پاشيده شده اند و بلافاصله نيز منجمد گرديده اند بدون آنکه بتوانند توسط مذاب بعدي حذف گردند اين قطرات منجمد در داخل قطعه محبوس شده ، بدون آنکه ذوب مجدد شده باشند اين قطرات فقط باعث ايجاد يک غيرهمگوني در ساختار فلزي مي شوند .

علل عيب سرد جوشي

عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

پايين بودن سرعت دومين فاز مرحله تزريق

بيش از حد بودن مقدار مذاب تزريق شونده

سرد بودن قالب

سرد بودن مذاب هنگام تزريق

کوتاه بودن کورس ( زمان ) دومين مرحله تزريق

علل عيب مک هاي گازي

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

کم بودن سرعت دومين مرحله تزریق

بالا بودن سرعت دومين مرحله تزريق

طولاني بودن زمان مرحله تزريق

مشکل قالب گيري

عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب

کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها

عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب مک هاي انقباضي

فشار نامناسب مرحله سوم ( تزريق

عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

سرعت خيلي پايين مرحله دوم تزريق

گرم بودن قالب

کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها

علل عيب آبلگي

عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

سرعت پايين مرحله دوم تزريق

بالا بودن سرعت مرحله دوم تزريق

طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق

مشکل قالب گيري

عدم وجود هواکش به اندازه کافي در قالب

کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب مک هاي سوزني

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق

زمان نامناسب قالب گيري

عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب

کيفيت نامناسب آلياژ مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب ترک خوردگي

نامناسب بودن عمل تزريق

فشار نامناسب مرحله سوم تزريق

گرم بودن قالب

گرم بودن مذاب تزريق شونده

مشکل قالب گيري

کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

علل عيب سخت ريزه

نامناسب بودن ترکيب شيميايي آلياژ

نامناسب بودن زمان انجماد

وجود ترکيبات بين فلزي در آلياژ

اکسيد شدن آلياژ و واکنش با ديرگدازه ها

وجود هر گونه ذرات خارجي در آلياژ

علل عيب قطرات سرد

عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

پايين بودن سرعت مرحله دوم تزريق

سرد بودن مذاب تزريق شونده

کوتاه بودن زمان مرحله دوم تزريق