مقاله مشخصات عمومي آلومينيم و آلياژهاي آن

 nx دارای 19 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : مشخصات عمومی آلومینیم و آلیاژهای آن 1-1 مشخصات فیزیكی :آلومینیوم یكی از عناصر گروه سدیم در جدول تناوبی است كه با تعداد پروتون 13 و نوترون 14 طبقه بندی الكترونی آن به صورت زیر می باشد كه در نتیجه می توان علاوه بر ظرفیت 3،ظرفیت 1را نیز در بعضی شرایط برای آلومینیوم در نظر گرفت آلومینیوم از یك نوع ایزوتوپ تشكیل شده است وجرم اتمی آن در اندازه گیرهای فیزیكی 1099/26 در اندازه گیرهای شیمیایی 98/26 تعیین گردیده است . شعاع اتمی این عنصر در c o 25برابر 42885/1 آنگسترم و شعاع یونی آن از طریق روش گلداسمیت برابر A 57/0بدست آمده است كه در ساختمان FCC وبدون هیچ گونه تغییر شكل آلوترو پیكی متبلور می شود .مهمترین آلیاژهای صنعتی و تجارتی آلومینیوم عبارت از آلیاژهای این عنصر و عناصر دوره تناوبی سدیم مانند (منیزیم ، سلیسیم ) و عناصر دوره وابسته تناوب مانند مس ویا آلیاژهای توامی این دو گروه است . سیلیسیم و منیزیم با اعداد اتمی 14و12 همسایه های اصلی آلومینیوم می باشند و بسیاری از كار بردهای تكنولوژیكی آلومینیوم بر اساس چنین همسایگی استوار است .ثابت كریستالی آلومینیومْ A 0414/4a= و مطابق شرایط فیزیكی قطر اتمی آن فرمول8577/2 dAl = می باشد . بدیهی است حلالیت آلومینیوم به نسبت زیادی به قطر اتمی آن بستگی دارد و مطابق آنچه در مباحث متالورژی فیزیكی بیان می گردد اختلاف قطر اتم های حلال ومحلول نباید از 15%تجاوز نماید،در حالی كه شكل ساختمانی و الكترونهای مدار آخر نیزدر این حلالیت بی تاثیر نیستند .در موردمنیزیم و سیلیسیم فاكتور اندازه اتمی نسبت به آلومینیوم مطابق روابط زیر است و اختلاف الكترونی مدار آخر نیز به ترتیب( 1+) برای منیزیم و(1ـ)برای سیلیسیم می باشد. در مورد تشابه ساختمانی نیز در حالی كه عدد همسایگی آلومینیوم 12است اعداد همسایگی منیزیم وسیلیسیم به ترتیب (6و6) (منشور فشرده )و(4ساختمان الماس)هستند كه در مجموع می توان انتظار داشت كه حلالیت جامد سیلیسیم در آلومینیوم ناچیز وحلالیت منیزیم از مقدار بیشتری برخودار باشد. حلالیت نفوذ عناصر در آلومینیوم تابع قطر دهانه نفوذ جانبی وقطر دهانه نفوذ مركزی بنابراین اتم های با قطر كوچك (كربن54/1،ازت40/1،بر 75/1،ئیدروژن 74/0و اكسیژن20/1)را می توان پیش بینی نمود كه از طریق بین نشینی ونفوذی در آلومینیوم محلول جامد تشكیل دهند ولی تاثیر انرژی آزاد مناسب در تشكیل تركیبات بین فلزی غیر فلزی مانع حلالیت عناصر فوق (به جز ئیدروژن)در آلومینیوم میگردد و تشكیل تركیباتی مانند را باعث میشوند .از بحث فوق نتیجه می شود كه عناصر با قطر اتمی بیشتر از 17/1 آنگسترم نمی توانند در فلز آلومینیوم به طریق بین نشینی حل شوند و ئیدروژن تنها عنصری است كه حلالیت آن در حالت جامد مسلم میباشد.از آنجا كه انرژی آزاد تركیبات آلومینیوم به سهولت تامین می گردد بسیاری از اتمهای كوچك حتی در حالت مذاب نیز با آلومینیوم تركیب می شوند كه همین امر باعث حضور تركیبات مختلفی در ذوب و ساختمان ریخته گری آلومینیوم می شود.از مباحث متالوژی و ترمودینامیكی استنباط می شود كه ضریب نفوذ عناصر در آلومینیوم كه در آن ثابت نفوذی Q انرژی انتقال بر حسب Cal/mol R ثابت گازها 987/1 Cal/mol T درجه حرارت مطلق می باشد مطالعات تجربی ثابت كرده است كه D (ضریب نفوذی) شدیدا تحت تاثیر درجه حرارت قرار دارد و مقدار Q و در مورد عناصری كه آلیاژهای صنعتی را تولید می كنند مشخص است كه از جداول ترمودینامیكی استخراج می شود.ثابت كریستالی آلومینیوم در اثر درجه حرارت انبساط می یابد، بطوری كه ضریب انبساط خطی این عنصر كه در C ْ20 برابر است در درجه حرارت C 200 ، و در C ْ 500 برابر می باشد. از طرف دیگر انبساط ثابت كریستالی این عنصر در مقابل محلولهای جامد در هر حالت از قانون و گارد تبعیت می كند.نقطه ذوب آلومینیوم C ْ 659 و نقطه جوش آن C ْ 2057 است ولی فشار بخار آلومینیوم C ْ 1000 تقریبا برابر میلیمتر جیوه می باشد كه از رابطه كلی زیر استخراج می شود. به دلیل ایجاد فشار بخار و شدت اكسیداسیون عملا كاربرد آلومینیوم مذاب در حرارتهای بیش از C ْ 1000 غیر ممكن است. گرمای نهان گداز آلومینیوم برابر 2480 كالری بر اتم گرم می باشد و بر طبق روابط فیزیكی آنتروپی گداز آن مقایسه انتروپی گداز و تغییرات انتروپی از درجه محیط تا نقطه ذوب نمایشگر تغییرات وسیعی است كه در انتقال فاز از مایع به جامد وبالعكس در ساختمان كریستالی فلز حاصل می گردد. نسبت تغیرات مذكور برای چند عنصر در زیر نشان داده شده است انتروپی گداز تغییرات انتروپی تا نقطه ذوب فلز 54/0 46/2 53/4 كادمیوم47/0 55/2 45/5 روی 37/0 75/2 51/7 آلومینیوم 31/0 32/2 54/7 منیزیم 24/0 30/2 79/9 مس 23/0 21/2 78/9 طلا13/0 2 50/15 آهن باید توجه داشت كه رابطه برای فلزات خالص و تركیبات فلزی كه نقطه تجانس در منحنی مایع و جامد پدید می آید صادق است و در سایرموارد نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. آلومینیوم در حالت مذاب انبساط زیادی پیدا می نماید بطوریكه وزن مخصوص آن از 69/2 در درجه حرارت محیط به 38/2 در حالت مذاب تقلیل می یابد و از این رو انقباض حجمی آن حدود 10% می باشد كه با توجه به وزن مخصوص جامد در درجه حرارت C ْ650 ، كه برابر 50/2 است انقباض در فاصله انجماد به 8/6 % تقلیل می یابد.آلومینیوم جامد با ساختمان كریستالی FCC و عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی 12 و فاصله همسایگی ْ A 86/2 ، بعد از ذوب دارای عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی بیش از ْ A 3 می گردد و از این رو ضریب انبساط خطی آن در مرحله ذوب نیز ، حدود 4% است . گرمای نهان گداز این عنصر 5/2 كیلو كالری بر مول می باشد كه در مقایسه با گرمای تبخیر آب 6/69 كیلو كالری بر مول نسبت آن حدود 27 و به همین دلیل در جریان ذوب ، امكان تبخیر و تصعید آلومینیوم بسیار كم است. این نكته در مورد عناصری مانند منیزیم، روی و كادمیوم كه گرمای نهان گداز آنها به ترتیب 08/2، 72/1 و 53/1 كیلو كالری بر مول و نسبت آنها از 16 كمتر است حائز اهمیت است كه امكان تبخیر و تصعید چنین عناصری در مرحله ذوب را افزایش می دهد.2-1 مشخصات ریخته گری وذوب : آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب كم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مكانیكی و فیزیكی در اثر آلیاژسازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مكانیكی، در صتایع امروز از اهمیت زیادی بر خوردارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژ ها توسعه می یابد. عناصر مختلف مانند سلیسیم ، منیزیم ، مس ، در خواص ریخته گری و مكانیكی این عنصر شدیدا تاثیر می كنند و یك رشته آلیاژهای صنعتی را پدید می آورند كه از مقاومت مكانیكی، مقاومت به خورندگی و قابلیت ماشین كاری بسیار مطلوب برخوردارند. قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است كه در ذوب و ریخته گری آلومینیوم مورد بحث قرار می گیرد و از این رو مستقلا در بخش سوم این كتاب مطالعه می شوند. 1-2-1 تقسیم بندی آلیاژها : آلیاژهای آلومینیوم در اولین مرحله به دو دسته تقسیم می گردند :الف ـ آلیاژهای نوردی Wrought Alloys كه قابلیت پذیرش انواع و اقسام كارهای مكانیكی نورد ، اكستروژن ، وفلزگری را دارند.ب ـ آلیاهای ریختگی Casting Alloys كه در شكل ریزی و ریخته گری های آلومینیوم با گسترش بسیار مورد استفاده اند . آلیاژهای نوردی كه در مباحث شكل دادن فلزات مورد مطالعه قرار می گیرند از طریق یكی از روش های شمش ریزی (مداوم ، نیمه مداوم ، منفرد ) تهیه می گردند و پس از قبول عملیات حرارتی لازم تحت تاثیر یكی از روش های عملیات مكانیكی به شكل نهائی در می آیند . مشخصات عمومی و تركیب این نوع آلیاژها در جدول 2-1 درج گردیده است. آلیاژهای ریختگی آلومینیوم كه مورد بحث این كتاب نیز می باشند از طرق مختلف ریخته گری (ماسه ای ،پوسته ای ،فلزی و تحت فشار ) شكل می گیرند و مستقیما ویا بعد از عملیات حرارتی (در صورت لزوم ) در صنعت استفاده می شوند ،این آلیاژها در جداول 3-1 درج گردیده اند . در مورد آلومینیوم و( سایر آلیاژها ) كشورهای مختلف استانداردهای متفاوتی بكار می برند كه مشخصه درجه خلوص و یا میزان نا خالصی ها و سایر تركیبات آلیاژ می باشد استاندار آلیاژهای آلومینیوم علاوه بر مشخصه های ارقامی كه در جداول 2-1 و3-1 درج گردیده است به كمك رنگهای اصلی نیز انجام می گیرد .نمونه چنین رنگ هائی در استاندارد انگلیسی عبارتست از :آلومینوم خالص رنگ سفید آلومینوم –مس رنگ سبز آلومینوم –منیزیم رنگ سیاه آلومینوم –مس-نیكل رنگ قهوه ای آلومینوم –روی –مس رنگ آبی آلومینوم-سیلیسیم (منیزیم ) رنگ زرد آلومینوم-سیلیسیم (مس) رنگ قرمز در ایران متاسفانه هنوز استانداری برای صنایع آلومینوم بكار نمی رود و به رابطه كارخانه با كشورهای مختلف سیستم های متفاوت انگلیسی ،آمریكائی ،بلژیكی بستگی دارد .مقایسه استانداردهای مختلف جهانی تقریبا مشكل ودر مورد آلیاژهای نوردی مطابق جدول 4-1 می باشد .در مورد آلیاژهای ریختگی نیز با اندك تفاوت چنین مقایسه ای امكان پذیر می باشد 3-1 مواد شارژ وآماده كردن آنها مواد مختلفی كه در ریختته گری آلیاژ های آلومینوم بكار می روند بر اساس نوع تركیب خواسته شده و شرایط ترمود ینامیكی عبارتند از :شمش های اولیه ،شمش های دوباره ذوب ،قراضه ها ،برگشتی ها و آلیاژ سازها H ardeners . تفاوت عمده بین شمش های اولیه وشمش های دوباره ذوب آنست كه شمش های اولیه كه از كارخانجات ذوب بدست می آیند حاوی مقادیر زیادی ناخالصی و گاز می باشند كه تاثیر منفی ونامطلوب در قطعه ایجاد می نمایند در حالی كه شمش های ثانویه در اثر خروج ناخالصی ها وسایر مواد (بر اساس تصفیه )از كیفیت تركیبی برتری بر خودار می باشند 1-3-1شمش های اولیه : این شمش ها در قطعات 5 تا 15 كیلوگرمی بر اساس درجه خلوص تهیه می شوند .وزن شمش های خالصی كه حاوی تركیب دقیق شیمیائی می باشند معمولا از5كیلوگرم تجاوز نمی نماید .استاندار ومشخصات شمش های اولیه در جداول 3-1 درج گردیده اند .این شمش ها معمولادر مورد ساخت قطعات كه از كنترل كیفی بسیار مطلوب بر خودارند استفاده می شوند و قیمت آنها نیز بر حسب درجه خلوص و تقلیل نا خالصی ها به صورت تصاعدی افزایش می یابد .در ساخت آلیاژ های آلومینوم ،بسیاری از عناصر مستقیما به آلیاژ مذاب افزوده می شوند كه در این مورد شمش های اولیه خالص این عناصر نیز مورد استفاده اند این شمش ها عبارتند از : روی –شمش های روی با درجه خلوص7/98تا 5/99 درصد رویدر استاندارد های مختلف بین المللی تهیه می شوند و همواره حاوی ناخالصی ها ئی از قبیل مس،كا دمیوم ،آهن سرب وگاهی قلع و آنتیموان می باشند .در ذوب آلومینوم معمولا از شمش های روی با درجه خلوص 9/99 استفاده می شود تا میزان ناخالصی ها بخصوص آهن تقلیل یابد .نقطه ذوب روی c419 وزن مخصوص آن 1/7 گرم بر سانتیمتر معكب است منیزیم –در مواقعی كه درصد كمی از منیزیم مورد نیاز باشد ،می توان مستقیما منیزیم را به مذاب آلومینوم اضافه نمود كه شمش های آن با درجه خلوص 9/99 حاوی ناخالصی ها ئی از قبیل آهن ،سدیم ،آلومینوم ،پتاسیم ،مس ،نیكل میباشند .نقطه ذوب منیزیم C650 و وزن مخصوص آن 74/1 ودر شمش های 5/2 تا 15 كیلو گرمی تهیه می شوند .سیلیسیم – این عنصر به دو صورت سیلومین ویا سیلیسیم كریستالیزه به آلومینوم اضافه می شود ،تركیبات سیلومینی با 10 تا 13 درصد سیلیسیم در جداول3-1 درج شده اند .شمش سیلسیم كریستالیزه با درج خلوص 5/99 تا 9/99در صد سیلسیم همراه ناخالصی ها ئی از قبیل آهن ،آلومینوم دارای نقطه ذوبی حدود C1400و وزن مخصوص آن 4/2 می باشد.منگنز ،مس ،آهن ،نیكل ،كرم مستقیمابه مذاب آلومینوم اضافه نمی گردند ودر مورد این عناصر معمولا از هارد نرهااستفاده می كنند 2-3-1شمش های دوباره ذوب (ثانویه )و قراضه: شمش های ثانویه كه از ذوب وتصفیه قراضه ها و آلیاژهای بر گشتی تهیه میشوند معمولا از كنترل كیفی مطلوب بر خودارند وحاوی مقداری ناخالصی های معمولی در آلومینوم مانند مس و آهن و سیلسیم هستند .قراضه ها و قطعات بر گشتی بایستی به دقت از نظر تركیب شیمیائی كنترل و دسته بندی شوند .استفاده مستقیم از قراضه ها و قطعات كوچك (براده ،پلیسه و اضافات تراشكاری ) به دلیل افزایش سطح تماس و شدت اكسید اسیون عملا نامطلوب می باشند و ترجیحااین قطعات را تحت نیروی پرسهای هیدرولیكی فشرده ودر بلوك های مختلف به كار می برند .برگشتی ها هم چنین آغشته به روغن گریس،رطوبت و … می باشند كه بایستی قبل از استفاده وذوب دقیقا تمیز و از كثافات روغن بر كنار باشند ومعمولا از دستگاههای دوار وخشك كننده در این مورد استفاده می كنند .از آنجا كه قراضه ها معمولا تركیبات ناشناخته ای دارند اغلب ترجیح داده می شود كه ‌آنها رادر كارگاه ریخته گری ذوب وپس از كنترل وآنالیز كیفی مورد استفاده قرار دهند . 3-3-1 آلیاژسازها (Hardeners )این عناصر كه به نام های MasterALLOYS و TemperALLOYS نیز نامیده می شوند به مقدار زیادی در صنایع ریخته گری آلومینوم بكای می روند ،زیرا آلومینوم با نقطه ذوب كم اغلب قادر به ذوت و پذیرش مستقیم عناصر با نقطه ذوب بالا نیست( مسCْ1083،منگنز Cْ1244،نیكلCْ1455 ،سیلیسیمCْ1415،آهن Cْ1539،وتیتانیوم Cْ1660)همچنین عناصر دیگر یكه نقطه ذوب بالا ندارند .دارای فشار بخار و شدت تصعید و اكسید اسیون می باشند كه در صورت استفاده مستقیم در صد اتلاف این عناصر شدیدا افزایش می یابد (منیزیم ،روی )تركیب شیمیائی ونقطه ذوب از هاردنر كه در صنایع آلومینوم بكار می روند در جدول 5-1 درج گردید هاست و مشخصات متالوژیكی آلیاژها در فصل جداگانه ای مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .تهیه آلیاژها سازها معمولا در كار گاهها ی ریخته گری نیز انجام می گیرد در این مواقع اغلب روش های زیر مورد استفاده است .معمولا قطعات عنصر دیر ذوب را ریز نموده ودر فویل های آلومینومی پیچیده ویا در شناورهای گرافیتی قرار داده ودر داخل مذاب آلومینوم Cْ800 تا C ْ850 تحت فلاكس )فرو می برند وسپس آن را بهم می زنند .در بعضی موارد ودر صورت امكان از دو كوره ذوب استفاده می نمایند و بعد از ذوب دو عنصر آنها را با هم مخلوط می كنند .این عمل در مورد اجسامی كه تا Cْ1100نقطه ذوب دارند مقرون به صرفه است ولی در مورد عناصر با نقطه ذوب بالا عملا مشكلاتی را فراهم می كند .در جریان ذوب و ساخت آلیاژو تنظیم شارژ علاوه بر مشخصات تركیبی آلیاژ بایستی میزان اتلافات در جریان ذوب كه به نوع كوره ، روش ذوب و روش تصفیه بستگی دارد ، مورد توجه قرار گیرد . نقطه ذوب تركیب نقطه ذوب تركیب560 11 89 AL-Mg 660 15-85 AL -Si 640 99 91 620 12-88 1046 50-50 830 11 89 570 50-50 Al-Cu770 9 91 A L- Mg 600 45-55915 25 75 600 3- 97 A l-Be850 11 89 800 9 91 A L -Fe 80 11-891020 20 80 730 9 -91 Ni-A L1150 50 50 765 20-80مثال : برای تهیه آلیاژی از آلومینیوم با تركیب 5% سیلیسیم ، 4/0 % منزیم ، 25/1 %مس و بقیه آلومینیوم مواد زیر موجود است . الف ـ شمش آلومینیومی 99/99 تقریبا خالص ب ـ سیلومین 13ـ 87 پ ـ هاردنر A l -Mg 10-90 ت ـ هاردنر A l -Cu 50-50 مطلوبست محاسبه درصد استفاده هر یك از شمش ها و روش ذوب در حالی كه اتلاف كوره به ترتیب 1% سیلیسیم ،3% منزیم ، 1% مس و 1% آلومینیوم منظور شود . مشخصات عمومی آلومینیم و آلیاژهای آن 1-1 مشخصات فیزیكی :آلومینیوم یكی از عناصر گروه سدیم در جدول تناوبی است كه با تعداد پروتون 13 و نوترون 14 طبقه بندی الكترونی آن به صورت زیر می باشد كه در نتیجه می توان علاوه بر ظرفیت 3،ظرفیت 1را نیز در بعضی شرایط برای آلومینیوم در نظر گرفت آلومینیوم از یك نوع ایزوتوپ تشكیل شده است وجرم اتمی آن در اندازه گیرهای فیزیكی 1099/26 در اندازه گیرهای شیمیایی 98/26 تعیین گردیده است . شعاع اتمی این عنصر در c o 25برابر 42885/1 آنگسترم و شعاع یونی آن از طریق روش گلداسمیت برابر A 57/0بدست آمده است كه در ساختمان FCC وبدون هیچ گونه تغییر شكل آلوترو پیكی متبلور می شود .مهمترین آلیاژهای صنعتی و تجارتی آلومینیوم عبارت از آلیاژهای این عنصر و عناصر دوره تناوبی سدیم مانند (منیزیم ، سلیسیم ) و عناصر دوره وابسته تناوب مانند مس ویا آلیاژهای توامی این دو گروه است . سیلیسیم و منیزیم با اعداد اتمی 14و12 همسایه های اصلی آلومینیوم می باشند و بسیاری از كار بردهای تكنولوژیكی آلومینیوم بر اساس چنین همسایگی استوار است .ثابت كریستالی آلومینیومْ A 0414/4a= و مطابق شرایط فیزیكی قطر اتمی آن فرمول8577/2 dAl = می باشد . بدیهی است حلالیت آلومینیوم به نسبت زیادی به قطر اتمی آن بستگی دارد و مطابق آنچه در مباحث متالورژی فیزیكی بیان می گردد اختلاف قطر اتم های حلال ومحلول نباید از 15%تجاوز نماید،در حالی كه شكل ساختمانی و الكترونهای مدار آخر نیزدر این حلالیت بی تاثیر نیستند .در موردمنیزیم و سیلیسیم فاكتور اندازه اتمی نسبت به آلومینیوم مطابق روابط زیر است و اختلاف الكترونی مدار آخر نیز به ترتیب( 1+) برای منیزیم و(1ـ)برای سیلیسیم می باشد. در مورد تشابه ساختمانی نیز در حالی كه عدد همسایگی آلومینیوم 12است اعداد همسایگی منیزیم وسیلیسیم به ترتیب (6و6) (منشور فشرده )و(4ساختمان الماس)هستند كه در مجموع می توان انتظار داشت كه حلالیت جامد سیلیسیم در آلومینیوم ناچیز وحلالیت منیزیم از مقدار بیشتری برخودار باشد. حلالیت نفوذ عناصر در آلومینیوم تابع قطر دهانه نفوذ جانبی وقطر دهانه نفوذ مركزی بنابراین اتم های با قطر كوچك (كربن54/1،ازت40/1،بر 75/1،ئیدروژن 74/0و اكسیژن20/1)را می توان پیش بینی نمود كه از طریق بین نشینی ونفوذی در آلومینیوم محلول جامد تشكیل دهند ولی تاثیر انرژی آزاد مناسب در تشكیل تركیبات بین فلزی غیر فلزی مانع حلالیت عناصر فوق (به جز ئیدروژن)در آلومینیوم میگردد و تشكیل تركیباتی مانند را باعث میشوند .از بحث فوق نتیجه می شود كه عناصر با قطر اتمی بیشتر از 17/1 آنگسترم نمی توانند در فلز آلومینیوم به طریق بین نشینی حل شوند و ئیدروژن تنها عنصری است كه حلالیت آن در حالت جامد مسلم میباشد.از آنجا كه انرژی آزاد تركیبات آلومینیوم به سهولت تامین می گردد بسیاری از اتمهای كوچك حتی در حالت مذاب نیز با آلومینیوم تركیب می شوند كه همین امر باعث حضور تركیبات مختلفی در ذوب و ساختمان ریخته گری آلومینیوم می شود.از مباحث متالوژی و ترمودینامیكی استنباط می شود كه ضریب نفوذ عناصر در آلومینیوم كه در آن ثابت نفوذی Q انرژی انتقال بر حسب Cal/mol R ثابت گازها 987/1 Cal/mol T درجه حرارت مطلق می باشد مطالعات تجربی ثابت كرده است كه D (ضریب نفوذی) شدیدا تحت تاثیر درجه حرارت قرار دارد و مقدار Q و در مورد عناصری كه آلیاژهای صنعتی را تولید می كنند مشخص است كه از جداول ترمودینامیكی استخراج می شود. ثابت كریستالی آلومینیوم در اثر درجه حرارت انبساط می یابد، بطوری كه ضریب انبساط خطی این عنصر كه در C ْ20 برابر است در درجه حرارت C 200 ، و در C ْ 500 برابر می باشد. از طرف دیگر انبساط ثابت كریستالی این عنصر در مقابل محلولهای جامد در هر حالت از قانون و گارد تبعیت می كند.نقطه ذوب آلومینیوم C ْ 659 و نقطه جوش آن C ْ 2057 است ولی فشار بخار آلومینیوم C ْ 1000 تقریبا برابر میلیمتر جیوه می باشد كه از رابطه كلی زیر استخراج می شود. به دلیل ایجاد فشار بخار و شدت اكسیداسیون عملا كاربرد آلومینیوم مذاب در حرارتهای بیش از C ْ 1000 غیر ممكن است. گرمای نهان گداز آلومینیوم برابر 2480 كالری بر اتم گرم می باشد و بر طبق روابط فیزیكی آنتروپی گداز آن مقایسه انتروپی گداز و تغییرات انتروپی از درجه محیط تا نقطه ذوب نمایشگر تغییرات وسیعی است كه در انتقال فاز از مایع به جامد وبالعكس در ساختمان كریستالی فلز حاصل می گردد. نسبت تغیرات مذكور برای چند عنصر در زیر نشان داده شده است انتروپی گداز تغییرات انتروپی تا نقطه ذوب فلز 54/0 46/2 53/4 كادمیوم47/0 55/2 45/5 روی 37/0 75/2 51/7 آلومینیوم 31/0 32/2 54/7 منیزیم 24/0 30/2 79/9 مس 23/0 21/2 78/9 طلا13/0 2 50/15 آهن باید توجه داشت كه رابطه برای فلزات خالص و تركیبات فلزی كه نقطه تجانس در منحنی مایع و جامد پدید می آید صادق است و در سایرموارد نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. آلومینیوم در حالت مذاب انبساط زیادی پیدا می نماید بطوریكه وزن مخصوص آن از 69/2 در درجه حرارت محیط به 38/2 در حالت مذاب تقلیل می یابد و از این رو انقباض حجمی آن حدود 10% می باشد كه با توجه به وزن مخصوص جامد در درجه حرارت C ْ650 ، كه برابر 50/2 است انقباض در فاصله انجماد به 8/6 % تقلیل می یابد.آلومینیوم جامد با ساختمان كریستالی FCC و عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی 12 و فاصله همسایگی ْ A 86/2 ، بعد از ذوب دارای عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی بیش از ْ A 3 می گردد و از این رو ضریب انبساط خطی آن در مرحله ذوب نیز ، حدود 4% است .گرمای نهان گداز این عنصر 5/2 كیلو كالری بر مول می باشد كه در مقایسه با گرمای تبخیر آب 6/69 كیلو كالری بر مول نسبت آن حدود 27 و به همین دلیل در جریان ذوب ، امكان تبخیر و تصعید آلومینیوم بسیار كم است. این نكته در مورد عناصری مانند منیزیم، روی و كادمیوم كه گرمای نهان گداز آنها به ترتیب 08/2، 72/1 و 53/1 كیلو كالری بر مول و نسبت آنها از 16 كمتر است حائز اهمیت است كه امكان تبخیر و تصعید چنین عناصری در مرحله ذوب را افزایش می دهد.2-1 مشخصات ریخته گری وذوب :آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب كم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مكانیكی و فیزیكی در اثر آلیاژسازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مكانیكی، در صتایع امروز از اهمیت زیادی بر خوردارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژ ها توسعه می یابد. عناصر مختلف مانند سلیسیم ، منیزیم ، مس ، در خواص ریخته گری و مكانیكی این عنصر شدیدا تاثیر می كنند و یك رشته آلیاژهای صنعتی را پدید می آورند كه از مقاومت مكانیكی، مقاومت به خورندگی و قابلیت ماشین كاری بسیار مطلوب برخوردارند. قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است كه در ذوب و ریخته گری آلومینیوم مورد بحث قرار می گیرد و از این رو مستقلا در بخش سوم این كتاب مطالعه می شوند. 1-2-1 تقسیم بندی آلیاژها :آلیاژهای آلومینیوم در اولین مرحله به دو دسته تقسیم می گردند :الف ـ آلیاژهای نوردی Wrought Alloys كه قابلیت پذیرش انواع و اقسام كارهای مكانیكی نورد ، اكستروژن ، وفلزگری را دارند.ب ـ آلیاهای ریختگی Casting Alloys كه در شكل ریزی و ریخته گری های آلومینیوم با گسترش بسیار مورد استفاده اند . آلیاژهای نوردی كه در مباحث شكل دادن فلزات مورد مطالعه قرار می گیرند از طریق یكی از روش های شمش ریزی (مداوم ، نیمه مداوم ، منفرد ) تهیه می گردند و پس از قبول عملیات حرارتی لازم تحت تاثیر یكی از روش های عملیات مكانیكی به شكل نهائی در می آیند . مشخصات عمومی و تركیب این نوع آلیاژها در جدول 2-1 درج گردیده است. آلیاژهای ریختگی آلومینیوم كه مورد بحث این كتاب نیز می باشند از طرق مختلف ریخته گری (ماسه ای ،پوسته ای ،فلزی و تحت فشار ) شكل می گیرند و مستقیما ویا بعد از عملیات حرارتی (در صورت لزوم ) در صنعت استفاده می شوند ،این آلیاژها در جداول 3-1 درج گردیده اند . در مورد آلومینیوم و( سایر آلیاژها ) كشورهای مختلف استانداردهای متفاوتی بكار می برند كه مشخصه درجه خلوص و یا میزان نا خالصی ها و سایر تركیبات آلیاژ می باشد استاندار آلیاژهای آلومینیوم علاوه بر مشخصه های ارقامی كه در جداول 2-1 و3-1 درج گردیده است به كمك رنگهای اصلی نیز انجام می گیرد .نمونه چنین رنگ هائی در استاندارد انگلیسی عبارتست از : آلومینوم خالص رنگ سفید آلومینوم –مس رنگ سبز آلومینوم –منیزیم رنگ سیاه آلومینوم –مس-نیكل رنگ قهوه ای آلومینوم –روی –مس رنگ آبی آلومینوم-سیلیسیم (منیزیم ) رنگ زرد آلومینوم-سیلیسیم (مس) رنگ قرمز در ایران متاسفانه هنوز استانداری برای صنایع آلومینوم بكار نمی رود و به رابطه كارخانه با كشورهای مختلف سیستم های متفاوت انگلیسی ،آمریكائی ،بلژیكی بستگی دارد .مقایسه استانداردهای مختلف جهانی تقریبا مشكل ودر مورد آلیاژهای نوردی مطابق جدول 4-1 می باشد .در مورد آلیاژهای ریختگی نیز با اندك تفاوت چنین مقایسه ای امكان پذیر می باشد 3-1 مواد شارژ وآماده كردن آنها مواد مختلفی كه در ریختته گری آلیاژ های آلومینوم بكار می روند بر اساس نوع تركیب خواسته شده و شرایط ترمود ینامیكی عبارتند از :شمش های اولیه ،شمش های دوباره ذوب ،قراضه ها ،برگشتی ها و آلیاژ سازها H ardeners . تفاوت عمده بین شمش های اولیه وشمش های دوباره ذوب آنست كه شمش های اولیه كه از كارخانجات ذوب بدست می آیند حاوی مقادیر زیادی ناخالصی و گاز می باشند كه تاثیر منفی ونامطلوب در قطعه ایجاد می نمایند در حالی كه شمش های ثانویه در اثر خروج ناخالصی ها وسایر مواد (بر اساس تصفیه )از كیفیت تركیبی برتری بر خودار می باشند 1-3-1شمش های اولیه : این شمش ها در قطعات 5 تا 15 كیلوگرمی بر اساس درجه خلوص تهیه می شوند .وزن شمش های خالصی كه حاوی تركیب دقیق شیمیائی می باشند معمولا از5كیلوگرم تجاوز نمی نماید .استاندار ومشخصات شمش های اولیه در جداول 3-1 درج گردیده اند .این شمش ها معمولادر مورد ساخت قطعات كه از كنترل كیفی بسیار مطلوب بر خودارند استفاده می شوند و قیمت آنها نیز بر حسب درجه خلوص و تقلیل نا خالصی ها به صورت تصاعدی افزایش می یابد .در ساخت آلیاژ های آلومینوم ،بسیاری از عناصر مستقیما به آلیاژ مذاب افزوده می شوند كه در این مورد شمش های اولیه خالص این عناصر نیز مورد استفاده اند این شمش ها عبارتند از : روی –شمش های روی با درجه خلوص7/98تا 5/99 درصد رویدر استاندارد های مختلف بین المللی تهیه می شوند و همواره حاوی ناخالصی ها ئی از قبیل مس،كا دمیوم ،آهن سرب وگاهی قلع و آنتیموان می باشند .در ذوب آلومینوم معمولا از شمش های روی با درجه خلوص 9/99 استفاده می شود تا میزان ناخالصی ها بخصوص آهن تقلیل یابد .نقطه ذوب روی c419 وزن مخصوص آن 1/7 گرم بر سانتیمتر معكب است منیزیم –در مواقعی كه درصد كمی از منیزیم مورد نیاز باشد ،می توان مستقیما منیزیم را به مذاب آلومینوم اضافه نمود كه شمش های آن با درجه خلوص 9/99 حاوی ناخالصی ها ئی از قبیل آهن ،سدیم ،آلومینوم ،پتاسیم ،مس ،نیكل میباشند .نقطه ذوب منیزیم C650 و وزن مخصوص آن 74/1 ودر شمش های 5/2 تا 15 كیلو گرمی تهیه می شوند .سیلیسیم – این عنصر به دو صورت سیلومین ویا سیلیسیم كریستالیزه به آلومینوم اضافه می شود ،تركیبات سیلومینی با 10 تا 13 درصد سیلیسیم در جداول3-1 درج شده اند .شمش سیلسیم كریستالیزه با درج خلوص 5/99 تا 9/99در صد سیلسیم همراه ناخالصی ها ئی از قبیل آهن ،آلومینوم دارای نقطه ذوبی حدود C1400و وزن مخصوص آن 4/2 می باشد.منگنز ،مس ،آهن ،نیكل ،كرم مستقیمابه مذاب آلومینوم اضافه نمی گردند ودر مورد این عناصر معمولا از هارد نرهااستفاده می كنند 2-3-1شمش های دوباره ذوب (ثانویه )و قراضه: شمش های ثانویه كه از ذوب وتصفیه قراضه ها و آلیاژهای بر گشتی تهیه میشوند معمولا از كنترل كیفی مطلوب بر خودارند وحاوی مقداری ناخالصی های معمولی در آلومینوم مانند مس و آهن و سیلسیم هستند .قراضه ها و قطعات بر گشتی بایستی به دقت از نظر تركیب شیمیائی كنترل و دسته بندی شوند .استفاده مستقیم از قراضه ها و قطعات كوچك (براده ،پلیسه و اضافات تراشكاری ) به دلیل افزایش سطح تماس و شدت اكسید اسیون عملا نامطلوب می باشند و ترجیحااین قطعات را تحت نیروی پرسهای هیدرولیكی فشرده ودر بلوك های مختلف به كار می برند .برگشتی ها هم چنین آغشته به روغن گریس،رطوبت و … می باشند كه بایستی قبل از استفاده وذوب دقیقا تمیز و از كثافات روغن بر كنار باشند ومعمولا از دستگاههای دوار وخشك كننده در این مورد استفاده می كنند .از آنجا كه قراضه ها معمولا تركیبات ناشناخته ای دارند اغلب ترجیح داده می شود كه ‌آنها رادر كارگاه ریخته گری ذوب وپس از كنترل وآنالیز كیفی مورد استفاده قرار دهند . 3-3-1 آلیاژسازها (Hardeners )این عناصر كه به نام های MasterALLOYS و TemperALLOYS نیز نامیده می شوند به مقدار زیادی در صنایع ریخته گری آلومینوم بكای می روند ،زیرا آلومینوم با نقطه ذوب كم اغلب قادر به ذوت و پذیرش مستقیم عناصر با نقطه ذوب بالا نیست( مسCْ1083،منگنز Cْ1244،نیكلCْ1455 ،سیلیسیمCْ1415،آهن Cْ1539،وتیتانیوم Cْ1660)همچنین عناصر دیگر یكه نقطه ذوب بالا ندارند .دارای فشار بخار و شدت تصعید و اكسید اسیون می باشند كه در صورت استفاده مستقیم در صد اتلاف این عناصر شدیدا افزایش می یابد (منیزیم ،روی )تركیب شیمیائی ونقطه ذوب از هاردنر كه در صنایع آلومینوم بكار می روند در جدول 5-1 درج گردید هاست و مشخصات متالوژیكی آلیاژها در فصل جداگانه ای مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .تهیه آلیاژها سازها معمولا در كار گاهها ی ریخته گری نیز انجام می گیرد در این مواقع اغلب روش های زیر مورد استفاده است .معمولا قطعات عنصر دیر ذوب را ریز نموده ودر فویل های آلومینومی پیچیده ویا در شناورهای گرافیتی قرار داده ودر داخل مذاب آلومینوم Cْ800 تا C ْ850 تحت فلاكس )فرو می برند وسپس آن را بهم می زنند .در بعضی موارد ودر صورت امكان از دو كوره ذوب استفاده می نمایند و بعد از ذوب دو عنصر آنها را با هم مخلوط می كنند .این عمل در مورد اجسامی كه تا Cْ1100نقطه ذوب دارند مقرون به صرفه است ولی در مورد عناصر با نقطه ذوب بالا عملا مشكلاتی را فراهم می كند .در جریان ذوب و ساخت آلیاژو تنظیم شارژ علاوه بر مشخصات تركیبی آلیاژ بایستی میزان اتلافات در جریان ذوب كه به نوع كوره ، روش ذوب و روش تصفیه بستگی دارد ، مورد توجه قرار گیرد . نقطه ذوب تركیب نقطه ذوب تركیب560 11 89 AL-Mg 660 15-85 AL -Si 640 99 91 620 12-88 1046 50-50 830 11 89 570 50-50 Al-Cu770 9 91 A L- Mg 600 45-55915 25 75 600 3- 97 A l-Be850 11 89 800 9 91 A L -Fe 80 11-891020 20 80 730 9 -91 Ni-A L1150 50 50 765 20-80مثال : برای تهیه آلیاژی از آلومینیوم با تركیب 5% سیلیسیم ، 4/0 % منزیم ، 25/1 %مس و بقیه آلومینیوم مواد زیر موجود است . الف ـ شمش آلومینیومی 99/99 تقریبا خالص ب ـ سیلومین 13ـ 87 پ ـ هاردنر A l -Mg 10-90 ت ـ هاردنر A l -Cu 50-50مطلوبست محاسبه درصد استفاده هر یك از شمش ها و روش ذوب در حالی كه اتلاف كوره به ترتیب 1% سیلیسیم ،3% منزیم ، 1% مس و 1% آلومینیوم منظور شود . ادامه خواندن مقاله مشخصات عمومي آلومينيم و آلياژهاي آن

نوشته مقاله مشخصات عمومي آلومينيم و آلياژهاي آن اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.