X
تبلیغات
Metallurgical and Materials Engineering - الیاژهای غیر آهنی (الومینیوم)

Metallurgical and Materials Engineering

وبلاگ حجت الله زیاری

.

مقدمه   

شرط اصلی گسترش روز افزون کاربرد های آلومینیم دراختیار داشتن روش هاس عملی بر روی این فلز جدید و تنوع پذیر است که هم باری ماده و هم برای هدف مورد نظر مناسب باشد این امر به ویژه درمورد عملیات کارگاهی که یکنواختی و اطمینان بخشی تولید انبوه را فقط می توان از طریق داشتن دانش فنی و آموزش متخصان حاصل کرد صادق است آلومینمی ماده درجه دویم نسبت ودر مقایسه با سایر مواد خواص ویژه واغلب بالاتری دارد که فقط با روش های سنجیده میتواندبه صورت کامل و به صرفه عهده برداری شود تاریخچه آلومینیم : 1854 را می توان سال تولد آلومینیم نامی تا آن زمان این فلز به مقادیر اندکی تولید می شد بنابراین آلومینم فلز جوانی است که خیلی زود  در تکنولوژی نقش مهمی پیدا کرد دلیل اینکه آلومینیم فقط حدود صد و پنجاه سال است که در دسترس قرار گرفته مشکل بودن استخراج این فلز از اکسید آن یعنی آلومینات این امر باعث تاخیر حضور آن در توسعه صنعتی تا سالها پس از آغاز قرن نوزدهم که محققان از کشور های مختلف روش تعمیر آن را کشف کردند شد در آن زمان وقبل از اینکه بتوان عمل استخراج فلز را در مقیاس بزرگ آغاز کدر یک مشکل دیگر به وضوح به چشم می خورد و آن تولید ماده اولیه یعنی اکسید آلومینیم از سنگ معدن بوکسیت در مقیاس زیاد بود بایر اطریشی در سال 1829 با حل کردن بوکسیت در سود سوز آور برای تهیه اکسید از بوکسید فرآیندی مقرون به صرفه بهدست آورد

آلومینم 8% از پوسته زمین را تشکیل می دهد که مقدار زیادی است و فقط سیلیسیم با 5/26% فراوانی از این عنصر پیشی می گیرد آلومینم نیز مانند اغلب فلزات به صورت فلز آزاد در طبیعت موجود نیست و فقط به صورت ترکیبی می توان آن را یافت از کانه هایی بریا استخراج استفاده می شود که حداکثر مقدار ممکن آلومینیم را داشته باشد مهمترین کانه آلومینم بوکسیت است که به نام مکانی که اولین باز در آن یافت شد نامیده شده است بوکسیت معمولا از فرسایش سنگ آهک یا سنگ های سیلیکاتی حاصل می شود وعموما رنگ قرمز تیره ای دارد که ناشی از وجود اکسید آهن نسبت زیاد د را« است این کانه بستر مخلوطی ترکیبات هیدارته شده اکسیژن دار آلومینم آهن تیتانیم و تعدادی از عناصر دیگر است چون در این ترکیب آلومینیم به علت میل ترکیبی زیاد به شد به اکسیژن متصل است بنابراین نیم اوان آن را مانند آهن از طریق فرآیند ذوب معمولی که در آن سوخت کربنی و گرما نقش اصلی را دارند از ترکیب جدا کرد دراین مرود باید از ریق فرآیند های شیمیایی واسطه ای اکسید آلومینیم خالص را از بوکسیت خارح کرد و این اکسید را از طریق فرآیند  الکترولیز مذاب احیا کرد و به صورت آلومینیم فلزی مذاب در آورد الکترولیز در کوره های الکترولیتی در جریان های بالا و ولتاژ پایین کار می کند انجا می شود

آلومینیم عنصری است که با Alمشخص می شود آلومینیم 7/2 گرم بر سانتی متر مکعب در مقایسه با منیزیم 8/1 روی قلع با خدود 1/7 فولاد با 8/7 و مس 9/8  سرب با 3/11 و طلا3/19 گرم بر سانتی متر مکعب وزن مخصوص عنصری سبک محسوب می شود که پس از فولاد پر مصرف ترین فلز است و حجم تولید آن بیشتر از حجم تولید کلیه فلزات غیر آهنی است

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

انواع مواد آلومینیمی می توان انواع زیر را برای آلومینیم تفکیک کرد : آلومینیم تصفیه شده آلومینیم آلیاژ نشده آلیاژ های آلومینیم و بر اساس روش تهیه می توان آلومینم را به صورت زیر تقسیم کرد : آلومینم کار شده آلومینم ریختگی در هر یک از دو گروه اخیر نیز این دو دسته را می توان متمایز کرد:آلیاژ های کار سخت پذیر ( عملیات حرارتی ناپذیر )آلیاژهای پیر سخت ( عملیات حرارتی پذیر )

بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود  اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد

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

در بيشتر فرآيندهاى استخراجى الكتريسيته نقش بسزايى دارد، مانند: فرآيند هال- هرول قرن 19 كه گام مؤثرى در استفاده از نيروى برق براى توليد فلز مى باشد. در انگلستان همفرى ديوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج اين فلز(آلومينيم) از تركيبات آن كوشيد ولى تنها آلياژى از آلومنيوم، آهن به دست آورد. كوششهاى بعدى او در اين مورد نيز نتيجه اى نبخشيد. ديوى عنصرى راكه سعى مى كرد از اكسيدآلومينيم (كه درآن زمان هم آلومينا" ناميده مى شد) به دست آورد آلومينيمAluminium) )(آلومينيم) ناميد،و بعد ها آلومينيم Aluminum آلومينم ناميد، كه اين نام اخير هنوز در آمريكا مصطلح است، ولى در كشورهاى انگليسى زبان و در اروپا آلومينيم را به كار مى برند. در سال 1825 فيزيكدان دانماركى هانس كريستين اورستد روش ديگرى براى استخراج را آزمايش كرد، حبه هاى كوچكى از فلز را كه احتمالأ حاوى آلومينيم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را بايد راهگشاى واقعى دستيابى به آلومينيوم محسوب كرد. فريدريش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به كارگيرى آن در تحقيقات بيشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومينيوم را به صورت ورقه هاى نازك توليد كند. در همان سال او خواص شيميايى اين فلز را براى اولين بار گزارش كرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادير كمى آلومينيم را به صورت ذرات سوزنى شكل توليد كند، كه براى
اولين بار از آنها براى تعيين خواص فيزيكى اين فلز استفاده كرد. هانرى سن كلردوويل فرانسوى بر اساس نتايجى كه وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بيشترى شد و روش ديگرى كه از نظر فنى براى استخراج آلومينيوم عملى بود به دست آورد. اولين قطعه آلومينيم توليد شده به اين روش، خلوصى بين 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمايشگاه بين المللى پاريس به نمايش گذاشته شد. در آن زمان هنوز آلومينيم
را به عنوان فلزى كمياب، بسيار گران مى شناختند كه نمى توانستند قيمتى براى آن تعيين كنند چون هنوز فقط چند كيلوگرم از آن را در دست داشتند. گفته مى شود كه در قصر ناپلئون سوم فقط براى او، ملكه، ميهمانان ويژه، اعضاى خاندان سلطنتى از ظروف آلومينيمى استفاده مى شد و براى ساير ميهمانان از ظروف طلا استفاده مى كردند.
در سال 1886 پل. هرولت فرانسوى، چارلز مارتين هال آمريكايى همزمان، مستقل از هم توانستند از طريق تجزيه الكتروليتى اكسيد آلومينيم حل شده در مذاب كريوليت اين فلز را توليد كنند. در آن زمان، تهيه انرژى الكتريكى لازم براى الكتروليز ديگر مشكلى نبود، زيرا در سال 1866 ورنرفون زيمنس آلمانى دينام
ژنراتور را اختراع كرده بود. امروزه در كليه فرآيندهاى توليد آلومينيم در سراسر دنيا همچنان بر اساس اصول كلى كشف شده توسط هرولت و هال عمل مى شود و بنابراين مى توان گفت سال1886، سال آغاز توليد صنعتى آلومينيم است. در آن زمان، قبل از اين كه بتوان عمل استخراج فلز را در مقياس بزرگ آغاز كرد يك مشكل ديگر به وضوح به چشم مى خورد و آن توليد ماده اوليه يعنى اكسيد آلومينيم از سنگ معدن بوكسيت در مقياس زياد بود. باير اتريشى در سال1893 با حل كردن بوكسيت در سود سوزآور براى تهيه اكسيد از بوكسيت فرآيندى مقرون به صرفه به دست آورد. امروزه اغلب كارخانجات تهيه اكسيدآلومينيم، اكسيد لازم براى الكتروليز را بر اساس فرآيند باير تهيه مى كنند.

خصوصیات آلومینیم:
آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود2.7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود .
این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد .
دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد .
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 صنابع 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 گی
نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC
و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد .
1- آلیاژ های نوردی :
در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده 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 .
روش های تولید شمش های نوردی :
معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود :
1-روش مداوم (
countinus
)
2- روش نیمه مداوم و یا تکباری (
non countinus
)
1- روش مداوم :
این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند .
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 .

2- 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 درحدود 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 درمواقعی 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 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 .
نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود
نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب
5% سیلیسیم
0.4 % منیزیم
1/2 % مس
و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد
1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم
2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم
3- آمیژن مس با 50 درصد مس
جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود .
تلفات استاندارد :
سیلیسم 1%
منیزیم 3%
مس 1%
آلومینیم 1%
جواب سوال
انواع کوره های ذوب آلومینیم :
1- کوره های زمینی
2- کوره های شعله ای و یا روربر
3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند
مزیت های کوره های مقاومتی
این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد
1- کوره های زمینی :
در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد
2- کوره های شعله ای :
در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد
این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود
الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود .
ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد
3- کوره های الکتریکی :
این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد
الف : کوره های مقاومتی :
این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست
ب: کوره های القایی :
معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است .

عملیات کیفی مذاب آلومینیم
1- کنترل ترکیب شیمیایی
2- گاز زدایی
3- اکسیژن زدایی
4- تصفیه
5- تلقیح و جوانه زایی
مرحله اول کنترل ترکیب شیمیایی
:
از آن جایی که مواد شارژ در ذوب شامل قراضه ها و برگشتی ها می باشند به همین دلیل پس از تهیه مذاب آلومینیم بایستی درصد عناصر در آلومینیم مشخص شود برای انجام این عملیات ابتدا مذاب را داخل قالب پولکی ریخته و نمونه برداری می کنند سپس توسط دستگاه آنالیز در صد عناصر مشخص می شود پس از مشخص شدن درصد عناصر میزان کمبود و یا ازدیاد عناصر آلیاژی را مشخص می کنند . و درجه حرارت را تصحیح می کنیم
.
عمده ناخالصی های موجود در مذاب آلومینیم شامل سدیم کلسیم آهن – سیلیسیم – منیزیم و تیتانیم است
نکته : منیزیم –سیلیسیم –آهن سه عنصر اصلی با درصد بالا در آلومینیم هستند
جهت حذف منیزیم از مذاب آلومینیم از دو روش استفاده می شود
1- افزایش درجه حرارت مذاب و نگهداری مذاب در درجه حرارت های بالا به جهت آن که منیزیم در این درجه حرارت تبخیر شود
.
نكته :که این روش امروزه به علت افزایش تلفات آلومینیم در سرباره کمتر استفاده می شود
2- اضافه کردن ترکیبات کلر مانند نمک و یا دمش گاز کلر که نمک های استفاده شده در این روش شامل Na Cl یا نمک طعام و CaCl2 می باشد
نکته : جهت حذف سیلیسیم و آهن از روش الکترولیز استفاده می شود و همچنین جهت حذف عناصری چون کادمیوم ، بیسموت ، سرب نیز با اضافه کردن سدیم و کلیسیم این عناصر وارد سرباره شده و از مذاب حذف می شود
مرحله دوم گاز زدایی
:
آلومینیم داراي قابلیت انحلال گاز هیدروژن می باشد و قابلیت انحلال اکسیژن در آلومینیم نیز وجوددارد و مجموعا این گاز ها موجب افزایش مک و حفرات گازی در قطعات آلومینیم می شوند
نکته : درصد انحلال هیدروژن در آلومینیم بیشتراز اکسیژن در آلومینیم می باشند
.
روش های گاز زدایی
1- ذوب در خلا
:
در این روش فشار اتمسفر را در روی سطح مذاب کاهش داده که این امر باعث می شود که گاز های حل شده در مذاب به علت اختلاف فشار بین سطوح بیرونی مذاب و داخلی مذاب از مذاب خارج شوند که در صنعت ریخته گری این روش بهترین روش برای گاززدایی به شمار می رود اما به علت نیاز به تجهیزات گران قیمت کمتر استفاده می شود و عموما بیشتر از دگازور ها و گاززدا ها استفاده می شود
.
2-
استفاده از دگازور
:
که این مواد شامل ترکیبات کلر بوده که این ترکیبات می توانند هیدروژن را از محیط مذاب خارج کنند که معمولا ترکیبات مانند هگزاکلر متان
C2Cl6
3H2+C2Cl6 ---- 6HCl(gaz)+2C
نکته : تیتانیم معمولا به صورت ناخالصی در آلومینیم وجود دارد
.
Ti+C--- TiC (rosob)
هگزاکلر متان با هیدروژن واکنش ایجاد کرده و ایجاد گاز HCl می نماید که این گاز به علت سبکی خود را به سمت بالامی کشد و از مذاب آلومینیم خارج می شود . با توجه به فرمول بالا کربن باقی مانده با تیتانیم موجود در مذاب ایجاد کاربید تیتانیم TiC می نماید که این ترکیب جهت جوانه زایی مذاب آلومینیم استفاده می شود
.
3-
استفاده از دمش گاز خنثی
در این روش با افزایش فشار در داخل مذاب و ایجاد اختلاف فشار بین مذاب و محیط بیرون موجب خروج گاز های مضر از مذاب می شود .که گاز های خنثی برای مذاب آلومینیم شامل نیتروژن و آرگون می شود
.
مزیت های روش گاززدایی به صورت گاز خنثی
:
در این روش گاز نيتروژن پس از دمیده شدن در پایین پاتیل مذاب آلومینیم گاز خود را به سمت بالا کشیده و در حین بالا آمدن گازهایی چون هیدروژن را جذب خود می نماید و همچنین ناخالصی های موجود در مذاب را جذب خود کرده و وارد سرباره می نماید
.
نكته : به علت انحلال بالاي هيدروژن در مذاب آلومينيم اين مرحله يك مرحله خاص مي باشد و از اهميت زيادي برخوردار است
.
مرحله سوم اكسيژن زدايي و حذف ناخالصي هاي غير فلزي
:
در اكسيژن زدايي عموما ازانواع فلاكس ها استفاده مي شود
.
به طور كلي فلاكس ها تركيباتي هستند كه با به وجود آوردن فيلم نازكي بين مذاب و ناخالصي ها ، ناخالصي هاي مذاب را به سمت سرباره هدايت مي كنند
.
انواع فلاكس ها
:
1-
فلاكس هاي احيا كننده
2- فلاكس هاي گازي
3- فلاكس هاي جامد
4- فلاكس هاي پوششي
1- فلاكس هاي احيا كننده
:
با توجه به ميل تركيبي شديد آلومينيم با اكسيژن ، اكسيژن با آلومينيم وارد واكنش شده و ناخالصي هاي پايدار اكسيد آلومينيم را به وجود مي آورد
.
نكته : سخت ترين مرحله خروج ناخالصي ها از مذاب خروج اكسيد آلومينيم است كه اين امر به دليل پايداري شديد اكسيد آلومينيم مي باشد
فلاكس هاي احيا كننده جهت اكسيژن زدايي و احيا Al2O3 به كار مي روند اين فلاكس ها عبارتند از : كلسيم ، منيزيم ، بلريم ، ليتيم كه به عنوان فلاكس هاي احيا كننده به كار مي روند
.
منيزيم و كلسيم : اين دو عنصر با آلومينيم تشكيل كمپلكس هاي ( MgO-Al2O3) و (3CaO-Al2O3) مي دهند كه اين عناصر در حين احيا آلومينم مقداري از تركيبات را به وسيله O3 ايجاد مي كنند كه خود اين كمپلكس به عنوان ناخالصي در مذاب به حساب مي آيد و به عنوان عيب در مذاب محسوب مي شود از اين رو در صنعت بيشتر از عناصري مانند بلريم و ليتيم استفاده مي كنند
.
بلريم: عنصر بلريم پس از احيا Al2O3 تشكيل يك لايه اكسيدي غير متخلخل مي دهد
.
3BeO+2Al
à
Al2O3+3Be
كه اين عنصر يك اكسيد غير متخلخل مي باشد و داراي دانسيته كمتري نسبت به مذاب آلومينيم مي باشد لذا پس از احيا Al2O3 به صورت يك لايه پوششي در سطح مذاب قرار مي گيرد و مانع اكسيد شدن مجدد مذاب مي شود . عموما بلريم به شكل هاردنر يا آميژن با 1.5 % بلريم به مذاب آلومينيم اضافه مي شود . و يا به شكل تركيب BeF2 (فلوريد بلريم ) به مذاب اضافه مي شود
.
ليتيم : اين عنصر به عنوان يك فلاكس احيايي عمل مي كند اما چون اكسيد متخلخل به وجود مي آورد لذا نقش فلاكس پوششي را ندارد به همين دليل در صنعت بيشتر از بلريم به عنوان فلاكس احيا كننده استفاده مي شود و عموما به صورت فلوريد ليتيم (LiF) به مذاب اضافه مي شود به طور كلي عناصر و يا فلزاتي به عنوان فلاكس احيا كننده به كار مي روند كه داراي چهار مشخصه زير باشند
:
1-
داشتن نقطه ذوب و تبخير بالا نسبت به مذاب آلومينيم
2- وزن اتمي كم نسبت به مذاب آلومينيم
3- وزن مخصوص و دانسيته پايين نسبت به مذاب آلومينيم
4- قطر اتمي كوچك نسبت به مذاب آلومينيم
2- فلاكس هاي گازي
:
اساس كار فلاكس هاي گازي خروج مكانيكي ناخالصي ها است . در واقع حباب هاي گاز هنگامي از قسمت كف پاتيل به سمت بالا حركت مي كنند به علت جريان يك طرفه به سمت بالا ناخالصي ها را به خود جذب كرده و به سمت سرباره مي آورند
.
اصولا اين گاز ها شامل تركيبات كلر مي باشند كه يا مستقيما در حالت گازي استفاده مي شوند مانند :BcL3-Cl2 و يا تركيباتي هستند كه قادر به تبخير و تبديل شدن به گاز هستند . كه عموما به شكل پودر و گاز به كف پاتيل اضافه مي شوند مانند (C2Cl6) هگزا كلورور متان اين تركيبات ابتدا نقش هيدروژن زدا را ايفا مي كنند . و تشكيل گاز HCl را مي دهند اين گاز در حين حركت به سمت بالا به صورت مكانيكي ناخالصي ها را به سمت سرباره منتقل مي كند
.
تركيبات گاز زدا و فلاكس هاي گازي عموما از طريق لوله هايي از كف پاتيل به داخل مذاب دميده مي شوند و يا به شكل قرص در كف مذاب قرار مي گيرند و پس از واكنش با مذاب توليد گاز مي كنند
.
اين قرص ها عبارتند از هگزاكلوريد متان C2Cl6 –كلوريد آمونياك NH3Cl – كلريد آلومينيم AlCl3- كلريد منيزيم MgCl2- كلريد روي ZnCl2 به مذاب آلومينيم اضافه مي شوند
.
3-
فلاكس هاي جامد
:
تركيباتي كه به شكل فلاكس جامد هستند عموما تركيبات فلوريد مي باشند عمده ترين اين تركيبات كريوليت AlF3-3NaF است اين تركيب در مذاب تجزيه شده و تشكيل AlF3 را مي دهد و با حركت به سمت بالا مواد شناور را از مذاب خارج مي كند
.
فلوريد سديم (NaF)موجود نيز با اكسيد آلومينيم واكنش مي دهد و توليد تركيبات كمپلكس را مي دهد كه مانع از چسبندگي ناخالصي ها به مذاب مي شود
.
4-
فلاكس هاي پوششي
:
اين فلاكس ها با مواد شارژ به صورت جامد در پاتيل قرار مي گيرند . نكته قابل توجه اين مي باشد كه اين فلاكس ها داراي نقطه ذوب پايين تري نسبت به مذاب آلومينيم هستند و زود تر از آلومينيم ذوب مي شوند . سپس با تشكيل فيلم ضخيمي در سطح مذاب از ورود گاز و اكسيژن به درون مذاب جلوگيري مي كنندو به عنوان فلاكس پوششي مانع اكسيد شدن مذاب مي شوند
.
خواص اين نوع فلاكس ها عبارتند از
:
1-
از وزن مخصوص پايين ترين نسبت به مذاب برخوردارند
2-داراي نقطه ذوب پايين تري نسبت به مذاب مي باشند
3- داراي نقطه تبخير بالا نسبت به مذاب مي باشند
تركيباتي كه در اين روش استفاده مي شوند شامل نمك طعام NaC – فلوريد سديم NaF – كلريد پتاسيم KCl – كلريد كلسيم CaCl2 مي باشند .

نوشته شده در یکشنبه بیست و سوم خرداد 1389ساعت 23:47 توسط Researcher genius hojat ziari| |