ریخته گری آلومینیوم ،عناصروچگونگی ریخته گری

روشهای ریخته گری آلومینیوم وعناصر تشکیل دهنده ی آلومینیوم

ریخته گری

گروه صنعتی تبریز استپ تولید کننده فرفورژه وحفاظ های صادراتی آلومینیوم

ریخته‌گری فن شکل‌دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب،

ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب است.

این روش قدیمی‌ترین فرایند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است.

اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد.

ریخته‌گری در حوزه‌های متفاوت علم، هنر و فناوری مطرح است.

به هر میزان که ریخته‌گری از حیث علمی پیشرفت می‌کند،

ولی در عمل هنوز تجربه، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته‌گر است که تضمین کننده تهیه قطعه‌ای سالم و بدون عیب است.

این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید است.

به دلیل اینکه بیشتر از ۵۰ درصد از قطعات انواع ماشین آلات به این طریق تهیه می‌شوند.

فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند با قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده می‌شوند.

انواع ریخته گری از دیدگاه علمی و مهندسی:

۱- ریخته گری تجربی: واحدی است که تولید بر اساس مهارتهای فردی صورت گرفته و مشخصات علوم و فناوری نوین بر آنها حاکم نیست.

در این واحدها، رابطه منطقی مواد، فرآیند و خواص چندان مورد نظر نیست.

۲- ریخته گری فنی: در اینگونه واحدها، نتایج علمی و مهندسی محصول معیاری تجربی است.

استفاده از روشهای نو، ماشین آلات مدرن و نیمه مدرن در خط تولید از مشخصات این واحدها است.

۳- ریخته گری مهندسی:

واحدی است که در آن علوم مهندسی و فناوری در سه زمینه مواد، فرآیند و خواص به کار گرفته می شود.

روش های ریخته گری: فرآیند ریخته گری با تولید قالب آغاز می شود

که شکل قالب، قرینه و معکوس قطعه ای است که ما نیاز داریم. قالب از مواد نسوز مانند ماسه تهیه می شود.

فلز بر به داخل کوره ذوب ریخته می شود تا ذوب شود.

سپس فلز مذاب در گودی قالب که شکل قطعه مورد نظر است ریخته می شود. و تا زمان جامد شدن خنک می گردد.

نهایتا قطعه فلزی شکل گرفته از قالب جدا می شود.

تعداد زیادی از سازه های فلزی که هر روز با آنها سرو کار داریم به روش ریخته گری تولید شده اند.

علل این (گستردگی کاربردی در ریخته گری) عبارتند از:

۱- به روش ریخته گری می توان قطعاتی را تولید کرد که هندسه بسیار پیچیده ای دارند و یا دارای حفره های درونی می باشند.

۲- برای تولید قطعات بسیار کوچک و همچنین قطعات بسیار بزرگ از چندصد گرم تا چندین هزار کیلو گرم می توان از این روش استفاده کرد.

۳- این روش از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.

و هدر رفت کمی دارد. فلزات اضافی در هر بار ریخته گری دوبار ذوب شده و استفاده می شوند.

۴- فلز ریخته گری شده ایزو تروپیک است یعنی در تمام جهات دارای خواص فیزیکی و مکانیکی یکسانی است.

http://www.tabrizstep.ir

آلومینیوم عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت AL و عدد اتمی 13 می باشد.

آلومینیوم که عنصری نقره ای و انعطاف پذیر است عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می شود

و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیدا سیون دارد همچنین وزن و قدرت آن قابل توجه است.

آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیون ها محصول مختلف به کار می رود و در جهان اقتصاد عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه هایی که از آلومینیوم ساخته می شوند در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند

نیز سازه هایی که در آن ها وزن پایداری و مقاومت لازم است وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

آلومینیوم یکی از فلزات واسطه است که در ایالات متحده آمریکا و کانادا برخلاف سایر کشورها به «آلومینیُم»، «آلومینُم» می‌گویند.

هر دو تلفظ از واژه لاتین Lumen به معنی «نور» گرفته شده‌است.

پیش از جداسازی فلز آلومینیم، اکسید آن آلومین نامید می‌شد.

هامفری دیوی که موفق نشده بود از آلومین، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز را «آلومیم» بگذارد.

ولی بعداً آن را به «آلومینم» تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد.

با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به «یُم» ختم می‌شود.

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند

اتم های عناصری مثل کربن،نیتروژن،بر، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید.

نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد.

آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد.

ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند.

وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.

در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.

مهمترین آلیاژهای آلومینیم عبارتند از:

آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر

لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد.

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد.

آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است،

اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند.

این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند،

پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند.

این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند.

یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از:

حمل و نقل (اتومبیل‌ها، هواپیماها، کامیون‌ها، کشتی‌ها، ناوگانهای دریایی، راه آهن و…)

بسته‌بندی (قوطی‌ها، فویل و…) ساختمان (درب، پنجره، دیوار پوشها و…)

کالاهای با دوام مصرف کننده (وسایل برقی خانگی، وسایل آشپزخانه، …)

خطوط انتقال الکتریکی (به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکتریکی آن تنها ۶۰٪ هدایت الکتریکی مس می‌باشد)

ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا)

بطور طبیعی و بصورت کوراندوم، سنگ سنباده، یاقوت و یاقوت کبود یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد.

یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند.

آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

آلومینیم از کانی {{بوکسیت}} استخراج می شود که حاوی 40 الی 60 درصد {{آلومینا}}ی هیدراته به همراه اکسید آهن، سیلیس و تیتان است.

این اسم از نام les Baux، ناحیه ای در فرانسه که اولین بار این سنگ معدن را از آنجا استخراج کردند، گرفته شده است.

بوکسیت از هوازدگی سنگ هایی مانند گرانیت و بازالت که حاوی مقادیر زیادی از آلومینیم هستند، ایجاد می شود.

بزرگترین منابع این کانی در مناطق گرمسیر مانند شمال استرالیا، گینه و برزیل است.

ذخایر بوکسیت با عیار بالا و مقادیر کم سیلیس عمر طولانی ندارند

و برای استفاده از بوکسیت با مقادیر زیاد سیلیس، باید از روش فلوتاسیون استفاده کرد

که استفاده از روش فلوتاسیون به بهای این فلز می افزاید.

برای تولید آلومینیم از کانی بوکسیت باید از دو مرحله مجزا استفاده کرد:

1- تولید آلومینا (اکسید آلومینیم)

2-استخراج آلومینیم از آلومینا. برای تهیه آلومینا از بوکسیت از روش بایر استفاده می شود.

در روش بایر، بوکسیت را در سود غلیظ و در دمای 240oC حل می کنند.

ناخالصی های اکسید آهن و سیلیکا به صورت لجن قرمز رسوب کرده و به وسیله فیلتر کردن از محلول جدا می شوند.

بلورهای تری هیدرات آلومینیم را به عنوان جوانه های اولیه به محلول اضافه می کنند

و مطابق رابطه زیر سود و تری هیدروکسید آلومینیم تولید می شوند.

سود بازیافت شده از مرحله فوق مجددا به ابتدای خط باز می گردد و مورد استفاده قرار می گیرد.

برای تهیه آلومینا از هیدروکسید آلومینیوم باید تکلیس صورت بگیرد.

تکلیس هیدروکسید آلومینیوم در دمای 1200 درجه سانتی گراد انجام گرفته که در نتیجه آن، آب ساختاری آن خارج شده و پودر آلومینا تهیه می شود.

در مرحله دوم، آلومینا را در کریولیت مذاب (Na2ALF6) حل می کنند. نمونه ای از ترکیب این محلول،

دارای 80 الی 90 درصد کریولیت و 2 الی 8 درصد آلومینا به همراه فلورایدهای آلومینیوم و کلسیم است.

از طریق فرآیند الکترولیز از این محلول، آلومینیم بدست می آید.

مکانیزم واکنش الکترولیتی در سلول هنوز مشخص نیست، ولی گمان می رود

که یون های Na+، AlF4-، AlF63- و یون های پیچیده تری مانند AlOF32- حامل جریان برق باشند.

یون های فلوراید آلومینیوم و یون های فلوئور در کاتد و یون های پیچیده تر در آند تجمع می کنند. واکنش آند به شکل زیر است:

آلیاژهای آلومینیم در حالت کلی به دو دسته کار پذیر و ریختگی تقسیم بندی می شوند

و هر کدام از این گروه ها به دو دسته عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم بندی می شوند.

آلیاژهای آلومینیوم آلیاژهایی با خاصیت فلزی هستند که معمولاً شامل ۹۰–۹۶٪ آلومینیوم بوده

و علاوه بر آن دارای یک یا چند عنصر دیگر هستند که به منظور بهبود خواص به آلومینیوم افزوده شده‌اند.

معمولاً این آلیاژهای علاوه بر عناصر آلیاژی اصلی شامل چندین عنصر آلیاژی فرعی نیز هستند

که مقدار بسیار کمی داشته ولی تأثیر زیادی بر خصوصیت‌های آنها دارند.

رسوب سختی در برخی از انواع مهم سیستم های آلیاژی آلومینیوم در اینجا مورد بررسی قرار می گیرد.

برای درک بهتر باید به نمودارهای تعادلی که در فصول قبلی آورده شده است نیز مراجعه شود.

۱-آلیاژهای Al-Cu :

همان گونه که ذکر گردید فرآیند رسوب سختی برای اولین بار بوسیله wilm در آلیاژ آلومینیوم حاوی ۵/۴ درصد مس و ۵/۰ درصد منیزیم مشاهده گردید.

به این دلیل سیستمAl-Cu-Mg سیستمی است که مورد بررسی و تحقیق زیاد قرار گرفته است. مکانیزم رسوب دادن ذرات:

۱- عملیات حل سازی درمنطقه محلول جامدآلفا انجام شود(حدود ۵۱۵ درجه سانتی گراد):

ابتدا آلیاژآلومینیوم با ۴% مس باید تا حدود ۵۱۵ درجه سانتی گراد گرم شود

تا اینکه اتم های مس و آلومینیوم به طور تصادفی به داخل محلول جامد همگن آلفا نفوذ کند.

آلیاژ در این مرحله از محلول جامد آلفا تشکیل شده است.

۲- تا دمای اتاق یا کمتر به سرعت آبدهی شوند:

این عملیات یک محلول جامد فوق اشباع مس در آلومینیوم ایجاد میکند.

آلیاژآلومینیوم با ۴% مس در این شرایط پایدار نیست و سعی میکند با ساختن فازهای نیمه پایدار انرژی سیستم را کاهش دهد.

نیروی محرکه فازهای نیمه پایدار،انرژی زیاد محلول جامد فوق اشباعنا پایدار مس در آلومینیوم است.

۳- در گستره دمایی ۱۳۰ تا ۱۹۰ درجه سانتی گراد به طور مصنوعی پیر شوند:

اگر چه برخی از آلیاژ ها در دمای اتاق تا استحکام مورد نظر پیر سخت می شوند، ولی اغلب آلیاژها باید در دمای بیشتر پیر شوند.

در مورد آلیاژ آلومینیوم با ۴% مس دمای پیر سختی مصنوعی بین ۱۳۰ تا ۱۹۰ درجه سانتی گراد است.

. -۲آلیاژهای Al-Mg-Si : همان گونه که قبلاً گفته شد جزء اصلی سخت کننده در این آلیاژها است که به مقدار یک تا دو درصد موجود است.

حد حلالیت جامد در درجه حرارت یوتکتیک در حدود ۸۵/۱ درصد بوده

به تدریج با کاهش درجه حرارت به تا درجه حرارت محیط به حدود ۱/۰ درصد کاهش می یابد.

مکانیزم رسوب گیری هنوز موردشک و تردید می باشد ولی اعتقاد بر این است

که رسوبات بصورت رشته های کوچکی رسوب می کنند که بعداً بصورت ورقه های کوچک رشد می نمایند.

-۳آلیاژهای: Al-Zn-Mg-Cu روابط تعادلی در درجات حرارتی مختلف برای سیستم Al-Zn-Mg-Cu قبلاً مورد بررسی قرار گرفته بود.

مهمترین فازهای رسوبی که باعث سختی می شوند و می باشند.

ذرات در این آلیاژها که حاوی روی بیشتری نسبت به منیزیم هستند موثر تر می باشند.

بنظر می رسد که رسوب گیری در آلیاژهای Al-Zn-Mg بصورت زیر انجام می گیرد:

←فاز واسطه ←مناطق. G. P. در آلومینیم با افزایش مس به آلیاژهای Al-Zn-Mg فازهای تشکیل می شود

ولی به نظر می رسدکه در انیجا نیز فاز اصلی سخت کننده رسوبات باشند.

گروه صنعتی تبریز استپ بزرگترین ومجهز ترین تولید کننده فرفورژه های آلومینیومی ودربهای زینتی فرفورژه در شمالغرب کشور

http://www.tabrizstep.ir