موضوع :

 توضیحات پیرامون عملیات ریخته گری

 آلياژها (hardeners)

اين عناصر كه به نام هاي temper alloys  , master alloys نيز ناميده مي شوند به مقدار زيادي در صنايع ريخته گري آلومينيم بكار مي روند ، زيرا آلومينيم با نقطه ذوب كم اغلب قادر به ذوب و پذيرش مستقيم عناصر با نقطه ذوب بالا نيست (مس c‌1083 ، منگنز c 1244 ،نيكل c1455 ، سيليسيم c 1415 ، آهن c‌1539 و تيتانيم c 1660).

همچنين عناصر ديگري كه نقطه ذوب بالا ندارند ، داراي فشار بخار و شدت تصعيد و اكسيد اسيون مي باشند كه در صورت استفاده مستقيم درصد اتلاف اين عناصر شديدا افزايش مي يابد (منيزيم ، روي) تركيب شيميايي و نقطه ذوب بعضي از آمژان ها كه در صنايع آلومينيم بكار مي روند در جدول 5-1 درج گرديده است و مشخصات متالوژيكي آلياژها در فصل جداگانه اي مورد مطالعه قرار خواهد گرفت . تهيه آلياژسازها معمولا در كارگاههاي ريخته گري نيز انجام مي گيرد در اين مواقع اغلب روش هاي زير مورد استفاده است.

معمولا قطعات عنصر دير ذوب را زير نموده و در فويل هاي آلومينيمي پيچيده و يا در شناورهاي گرافيكي قرار داده و در داخل مذاب آلومينيم (C 800 تا C 850 تحت فلاكس ) فرو مي برند و سپس آن را بهم مي زنند .

در بعضي موارد و در صورت امكان از دو كوره ذوب استفاده مي نمايند و بعد از ذوب دو عنصر، آنها را با هم مخلوط مي كنند . اين عمل در مورد اجسامي كه تا C 1100 نقطه ذوب دارند مقرون به صرفه است ولي در مودر عناصر با نقطه ذوب بالا عملا مشكلاتي را فراهم مي كند.

در جريان ذوب و ساخت آلياژ و تنظيم شارژ علاوه بر مشخصات تركيبي آلياژ بايستي ميزان اتلافات در جريان ذوب كه به نوع كوره ، روش تصفيه بستگي دارد ، مورد توجه قرار گيرد.

كوره هاي ذوب

كوره هاي ذوب در صنايع آلومينيم به طور كلي در صنايع ريخته گري آلياژهاي غير آهني به سه دسته اصلي طبقه بندي مي گردند .

1-كوره هاي ذوب با حرارت غير مستقيم (سوخت گازي و يا مايع )

2- كوره هاي ذوب با حرارت مستقيم (سوخت گازي و يا مايع )

3-كوره هاي الكتريكي

كوره هاي ذوب با سوخت جامد (معمولا كك) در صنايع ذوب فلزات غير آهني اهميت خود را از دست داده است و فقط در بعضي از كارگاههاي سنتي و در بعضي از كارخانجات كه از كوره هاي بوته اي استفاده مي كنند ، سيستم سوخت جامد هنوز بر قرار مي باشد .

كوره هاي بوته اي (ذوب با حرارت غير مستقيم)

دراين كوره ها سوخت و يا محصول احتراق (شعله) مستقيما با مذاب تماس ندارند بلكه حرارت به وسيله هدايت از ديواره بوته و محفظه كوره به مذاب انتقال مي يابد و در اين حال به دليل عدم تماس مستقيم سوخت و شعله با مذاب بسياري از فعل و انفعالات ناشي از چنين تماسي انجام نمي گيرد و عيوب ناشي از آن كاهش مي يابد.

اين كوره ها در صنايع امروز در سه نمونه مشخص مورد استفاده قرار مي گيرند كه عبارتنداز :

كوره هاي ثابت بوته اي ، كوره هاي ثابت بوته متحرك و كوره هاي گردان

بوته كه در اين كوره ها مخزن اصلي ذوب آلياژ مي باشد در اندازه ها و ظرفيت هاي متفاوت از گرافيت و خاك نسوز ،

كربور سيليسيم و يا فلزات دير ذوب (معمولا چدن خاكستري) ساخته مي شوند.

بوته هاي گرافيتي و كربور سيليسي ، معمولا به دليل قيمت زياد ، كمتر مورد استفاده صنايع بزرگ قرار مي گيرند . زيرا علاوه ب افزايش نسبي قيمت نسبت به بوته هاي چدني ، عمر مفيد كمتري دارند ولي به دليل بي اثر بودن در مقابل مواد مذاب آلومينيومي در ذوب قطعاتي كه كنترل كيفي مطلوب تري مورد نياز است ، بكار مي روند . اين بوته ها از استانداردها معيني معيني برخوردارند و معمولا ضخامت ديواره آنها 2 تا 6 سانتيمتر بر حسب ظرفيت بوته تغيير مي كند .

بوته هاي چدني ، همان گونه كه اشاره شده از عمر بيشتر و قيمت كمتر برخوردارند و مهمترين اشكال آنها انتقال آهن به مذاب آلومينيم مي باشد . براي جلوگيري از اين امر معمولا از آلياژهاي چدني استفاده مي كنند كه ضريب حلاليت آهن در آلومينيم را كاهش دهد نمونه چنين آلياژي عبارتست از:

كربن 5/2-25/3%

سيليسيم 5/1-2%

منگنز 6/0 – 8/0%

كرم 5/0- 6/0%

نيكل 3/0 – 4/0%

آلومينيم7-8%

از طرف ديگر براي جلوگيري از ورود آهن به مذاب و افزايش عمر متوسط اين بوته ها ، داخل آنها را با مواد زير پوشش مي دهند.

الف-(ماسه سيليسي يا منيزيت 5 ميليمتري ) 60%خاك نسوز 10% سيليكات سديم 10%

ب- كلسنيد سواد ، خاك نسوز ، ماسه سيليسي خالص به نسبت 25 ، 50 . 25% و افزايش آب تا حالت خميري حاصل گردد.

ضخامت پوشش نسوز در قسمت هاي بالايي بوته معمولا 10-15 ميليمتر و در قسمتهاي تحتاني 30 تا 40 ميليمتر مي باشد . جهت پوشش دادن ابتدا بوته را گرم كرده و پوشش مي دهند و سپس خشك مي كنند و عمل پوشش دادن را 3 تا 4 دفعه تكرار مي كنند تا بوته بتواند حداقل يك ماه متوالي بدون خوردگي كار كند .

تفاوت عمده اي كه سه نوع كوره هاي بوته اي دارند ، در چگونگي تخليه مذاب مي باشد . در نوع كوره هاي ثابت بوته اي ، بوته همراه مواد نسوز و آجرها و پوسته فولادي كوره در جاي خود مستقر مي باشد و عمل تخليه از قسمت فوقاني بوسيله ملاقه و يا وسايل ديگر انجام مي گيرد . در كارخانجات بزرگ اين كوره ها علاوه برعمل ذوب به جاي كوره هاي انبار مذاب و همچنين جهت انجام عمليات ذوب (اكسيد زاديي ، گاززدايي و ...) نيز به كار مي روند.

كوره هاي ثابت با بوته متحرك تفاوت چنداني در قسمتهاي اصلي با ساير كوره ها ندارد و فقط بوته در جاي خود مستقر و بعداز ذوب بوسيله انبرك هاي مخصوص از كوره خارج و بوسيله نقاله يا حماله مذاب آن به داخل قالب ريخته مي شود و بديهي است از ظرفيت كمتري نسبت به كوره هاي بوته ثابت و گردان برخوردار است . در كوره هاي بوته اي گردان مكانيسم حرارتي مانند حالات قبلي است جز است جز آنكه بعداز عمل ذوب كوره و بوته كه نسبت بهم ثابت مي باشند بوسيله مكانيسم مكاينكي با الكتريكي گردش كرده و مذاب از ناودانك كوره به بوته ديگر ويا مستقيما به ثالب منتقل مي شود.

به دليل اتلافات حرارت در آجرهاي نسوز ، بوته ، محفظه كوره و خروج حرارت توسط منافذ متعدد كوره راندمان حرارتي اين كوره ها بسيار پايين و به سختي از 20% تجاوز مي كند و فقط با گرم كردن مقدماتي مواد شارژ ، مي توان راندمان حرارتي آن را افزايش و درصد سوخت مصرفي آن را كاهش داد . در جدول 2-2 تاثير گرم كردن مواد شارژ در چگونگي راندمان حرارتي و سوخت مصرفي درج گرديده است .

در شكل 1-2 انواع مختلف كوره هاي بوته اي تشريح گرديده اند و نكته حائز اهميت در تنظيم سوخت و هواي وارده مي باشد بطوريكه بايد محيط كمي اكسيدان باشد تا از جذب گازها توسط مذاب جلوگيري شود . رنگ شعله معمولا زرد مايل به قرمز است و نسبت هواي وارد به سوخت به ظرفيت كئوره بطور تقريبي عبارتست از :

50/7/100= كليو گرم برساعت ذوب / كيلو گرم برساعت سوخت / هوا متر مكعب بر ساعت

2-2 كوره هاي ذوب با حرارت مستقيم

در اين نوع كوره ها كه با سوخت گازي و يا مايع كار مي كنند .بين محصول احتراق (شعله)و مواد شارژ تماس مستقيم برقرار مي باشد و حرارت بوسيله جابجايي ، هدايت و تشعشع از شعله ها به ساير قسمتهاي كوره و مذاب انتقال مي يابد .

مهمترين اين كوره ها روبرو و بارل هستند كه هر دو نوع آن در سنوات اخير علاوه بر استفاده از سوخت هاي مايع گاز به صورت الكتريكي و يا سيستم جرقه اي و مقاومتي نيز مجهز شده و مورد استفاده قرار مي گيرند .

كوره هاي روبرو با اندك تغييراتي در دو نوع كوره هاي با شارژ گرم و شارژ سرد ساخته مي شوند . در نوع شارژ گرم مواد شارژ در طبقه فوقاني كوره و در بالاي قسمت مذاب قرار مي گيرد و در اثر حرارت مشعل و گازهاي ناشي از آن گرم شده و به تدريج ذوب گرديده و به قسمت پايين ريخته مي وشند به دليل استفاده كامل اتز سوخت حرارت گازهاي توليد شده راندمان حرارتي زيادي دارند و در مقابل شدت اكسيد اسيون و انجام فعل و انفعالات مذاب و گازاي حاصل از احتراق درصد اتلاف مذاب و كنترل تركيبي آن چندان مطلوب نيست همچنين تميز كردن كوره با مشكلات بيشتري انجام مي گيرد و از اين رو اين كوره ها بيشتر در ذوب قراضه ها بكار مي ورند و اغلب با كوره هاي بوته اي ثابت جهت انجام عمل تصفيه ، گاززدايي و كنترل تواما بكار گرفته مي شوند .

نوع دوم كه شارژ مستقيما به كوره داده مي شود و شارژ كردن فقط در يك مرحله راندمان حرارتي كمتري دارد ولي عملا كنترل تركيب مذاب به سهولت بيشتري انجام مي شود . اصولا كوره هاي ذوب با حرارت مستقيم كه براي ذوب مقادير زياد شارژ بكار مي روند از نظر كنترل حرارت و كنترل فعل و انفعالات شيميايي از نقايص فراروان برخورداند .

ظرفيت اين كوره ها كه در بعضي موارد به عنوان كوره هاي انباري (نگاهداري مذاب) نيز به كار مي روند گاه تا 90 تن برهر شارژ مي رسد.

كوره هاي روبرو در دو نوع ثابت و گردان ساخته مي شوند . در نوع ثابت مذاب از دهانه بارگيري كوره خارج مي گردد و معمولا ظرفيت آنها بيش از 20 تن مي باشد . در نوع كوره هاي روبرگردان در اثر گردش كوره مذاب از ناودانك و دريچه خروجي به بوته ديگري انتقال مي يابد . ظرفيت اين نوع كوره ها به سختي از 10 تن تجاوز مي كند .

تامين حرارت و تعداد مشعل هاي مورد استفاده به ظطرفيت كوره بستگي دارد و مشعلهاي طوري ساخته مي شوند كه با تغييرات كوچكي از سوخت مايع به گازي و يا بالعكس تبديل شوند.

راندمان حرارتي اين كوره ها نسبت به كوره هاي ذوب غير مستقيم افزايش بسيار داشته و معمولا 30% تا 40% مي باشد ولي با توجه با اتلافات مذاب ، فقط در ذوب مقادير زياد آلومينيم بكار مي روند .

عمليات كيفي مذاب

از جدول 1-4 نتيجه مي گردد كه علاوه بر نوع كوره ، اندازه قطعات و همچنين چگونگي آلياژ آن در ميزان اتلافات موثر مي باشد . در آزمايشات مولف در آلياژ A1-CU4- MG1.5 كه به صورت شمش و برداه هاي ماشين شده انجام گرفت ، ثابت شده كه ميزان اتلافات ناشي از مراحل ذوب از 2% به 7% افزايش يافته است كه در قسمت اعظم اين افزايش مربوط به اتلافات منيزيم و آلومينيم بوده است .

آهن يكي از عناصر يست كه به سهولت از وسايل ذوب به آلومينيم نفوذ به آلومينيم مي كند و به همراه منگز و كرم در صورت وجود ، تركيبات بين فلز بسيار سخت توليد مي كند و همچنين همراه با مقادير زيادي آلومينيم در ته بوته به صورت ته نشين (لجن) رسوب مي كند. براي جلوگيري از اين امر بايستي توجه داشت كه همواره رابطه زير برقرار باشد .

علاوه بر آن ،آن و سيليسيم به صورت (A1-FESI) و يا B باعث افزايش مقدار انقباض حجمي و انقباض پراكنده در سطح قطعه مي گردند .

براي جلوگيري از تمام مراحل تركيبي ، بايستي آلومينيم قبل از ريختن از نظر تركيب شيميايي كنترل شود و چنانچه درصد يكي از عناصر زيادتر از اندازه متعارف باشد با افزودن آلومينيم خالص و يا آميژان هاي مخصوص تركيب آن را موازنه نمود . در آزمايشات كنترل تريكبي معمولا مذاب را در يك قالب فلزي (كتابي) ريخته و از قسمت هاي مختلف آن نمونه برداري مي كنند و همچنين آزمايشات متالوگرافي نيز مي توانند در اين امر از اهميت خاصي برخوردار باشد . حذف نا خالصي هاي فلزي بخصوص در مورد آلياژهاي ريخته گري و ذوب قراضه ها حائز اهميت مي باشد و همان گونه كه در قسمت هاي مختلف اين كتاب ذكر شده است ، عمده ترين ناخالصي هاي آلياژهاي آلومينيم ، منيزيم . آهن ، سيليسيم ، مس ، روي ، منگنز، كروم ، سرب، تيتانيم، زيركنيم ، قطع ، سديم و كلسيم مي باشند كه در عمليات ذوب برخي از آنها به كمك پديده هاي شيميايي و برخي به صورت عمليات فيزيكي حذف مي شوند يا تقليل مي يابند.

روش الكتروليز سه لايه

حمام مذاب در اين روش از سه لايه جداگانه تشكيل مي شود . لايه تحتاني كه مشخصه آندها را دارد از آلياژ نا خالص تشكيل مي شود و حدود 30% مس جهت افزايش وزن مخصوص به آن اضافه مي گردد.

لايه مياني از فلاكس هايي تشكيل مي گردد كه داراي نقطه ذوب و وزن مخصوص بيشتري نسبت به آلومينيم خالص مي باشند . اين فلاكس ها حاوي فلوئور آلومينيم و سديم و مقداري كلرور باريم و فلوئور باريم هستند.

لايه فوقاني از آلومينيم خالص تشكيل مي شود و مشخصه كاتدي دارد و براي اتصال جريان از كربن خالص استفاده مي كنند و عمل تخليص را انجام مي دهند كه حاوي درجه خلوصي حدود 99/99% مي باشند اين روش به دليل هزينه زياد فقط در مورد توليد آلياژهاي بسيار خالص از قراضه هاي و برگشتي ها مورد استفاده قرار مي گيرند.

گاززدايي (Degassing)

همان گونه كه در مباحث قبل و كتاب اصول ريخته گري تشريح گرديده است گازهاي محلول در مايع بعد از انجماد به دليل تنش سطحي مذاب و عدم امكان خروج كامل به صورت حباب هايي با اندازه هاي مختلف در قطعه ريخته شده باقي مي مانند كه خواص مكانيكي و وزن مخصوص قطعه را شديدا كاهش مي دهند . در مودر ذوب آلياژ هاي آلومينيم ، هيدروژن تنها گازيست كه به صورت محلول در مايع و حباب در جامد ظاهر مب گردد و از اين رو عمليات گاززدايي (هيدروژن زاديي) در ذوب آلومينيم و آلياژهاي آن از اهيمت خاص برخوردار است .

ارسال شده توسط :

back