در این مقاله تاثیر انواع متغیرهای ریخته گری بر روی دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم مطالعه و بررسی شده است. تحقیقات نشان داده است كه عوامل متعدد و روش های گوناگونی جهت ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد.

روش های ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم بطور عمده به سه روش زیر اتفاق می افتد:
الف- روش های گرمایی شامل: ۱- سرعت سرد كردن، ۲- فوق ذوب و ۳- فشار
ب- روش های شیمیایی شامل: ۱- مواد جوانه زا و ۲- پودر فلزات
ج- روش های دینامیكی شامل: ۱- لرزانش، ۲- حباب های گازی و ۳- پوشش های فرار

در این مقاله عوامل و روش های گوناگون به طور مطلوب بررسی شده و یكی از روش ها كه لرزانش مذاب است، بطور عملی آزمایش گردیده است.
به این منظور ۶ نمونه ریخته شده و مورد بررسی های ماكروسكوپی قرار گرفتند.
این بررسی ها نشان داد كه در عملیات لرزانش ریز دانگی به صورت بسیار خوبی صورت گرفته است ولی در عین حال سبب افزایش منافذ و برآمدگی شده است.

اهمیت ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

عموما ساختارهای ریز دانه دارای خواص مطلوب تری از ساختارهای درشت دانه می باشند.
به این منظور همواره ریخته گران به دنبال یافتن روش های برای ریز کردن دانه ها می باشند.
اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترین روش ریز کردن دانه ها می باشد.
علاوه بر این روش، عوامل و روش های دیگری نیز برای دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد که در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند.
این پژوهش در پی آن است که عوامل و روش های گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسی نماید.
همچنین روش لرزانش مذاب در همگام انجماد را بصورت عملی مورد آزمایش قرار دهد.

روش های گرمایی ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

۱- تاثیر سرعت سرد كردن بر اندازه دانه

سرعت سرد شدن به عنوان یک پارامتر مهم در انجماد قطعات ریختگی همواره مورد توجه بوده است. سرعت های انجمادی مختلف باعث تغییر ریز ساختار، اندازه دانه، مورفولوژی سیلیسیم یوتكتیكی، فاصله بین بازوهای دندریت و فازهای بین فلزی و بطور كلی خواص مكانیكی آلیاژهای آلومینیم می گردد.

برای بررسی اثر سرعت سرد كردن دو گونه آزمایش انجام شده است. تعدادی با استفاده از نمونه پله ای جهت بررسی اثر ضخامت های مختلف (سرعت های مختلف سرد شدن) بر روی ریز دانگی و تعداد دیگری با استفاده از انواع مختلف قالب (جنس قالب و میزان انتقال حرارت در آن) به بررسی اثر نوع قالب بر روی ریز دانگی پرداخته اند.

پس از بررسی نمونه ها مشاهده گردیده است با افزایش ضخامت از ۵ تا ۳۰ میلی‌متر اندازه دانه ها زیاد می شود. علت افزایش اندازه دانه در ضخامت های بالاتر افزایش زمان انجماد و كاهش سرعت سرد شدن می باشد كه منجر به ایجاد دانه های درشت تر در انتهای انجماد می گردد.

با توجه به نتایج تجربی بدست آمده مقدار افزایش اندازه دانه حدود ۸ درصد می باشد.

۲- اثر فوق ذوب بر ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

دمای فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومینیومی می گردد. در صورتی كه فوق گداز زیاد باعث درشت دانگی می گردد.

۳- تاثیر فشار در دانه بندی آلومینیوم

با افزایش فشار نقطه ذوب اكثر آلیاژها در یك دمای مطلق افزایش یافته بنابراین با افزایش فشار یک مادون انجماد حرارتی بوجود آمده و سرعت جوانه زنی به شدت افزایش می یابد و از طرف دیگر با افزایش فشار فاصله هوایی میان قالب و مذاب از میان رفته سرعت انتقال حرارت افزایش یافته و یك ریز دانگی نسبتا مطلوبی را می توان حاصل می شود.

روش های شیمیایی ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

۱- ریز دانگی با استفاده از ریز كننده ها مانند (Sc, Zr, B, Ti)

افزایش برخی عناصر آلیاژی، بدون آنكه تاثیر قابل ملاحظه ای از نظر آلیاژی كردن داشته باشند، باعث ریز شدن دانه ها می شوند.

ریز كننده ها ذرات معلق در مذاب هستند كه مانند هسته های غیر یكنواخت در انجماد عمل می كنند و با افزایش مراكز جوانه زنی موجب كوچك و یكنواخت شدن دانه ها می شوند.

نقطه ذوب بالا، شباهت ساختمان كریستالی و نزدیكی ابعاد سلولی آن به ساختمان جامد آلومینیوم، قابلیت چسبندگی و آغشته پذیری بالا از مشخصه های عمومی این ذرات است.

روش های دینامیكی ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

۱- بررسی اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر روی ریز دانگی آلیاژهای آلومینیوم

بررسی های به عمل آمده بیانگر مزایای فراوان لرزانش مذاب در حین انجماد است. در اثر این عملیات ساختار دانه بندی قطعات ریختگی از حالت ستونی به محوری ظریف تبدیل می گردد. البته اثرات قابل توجه این عملیات بر اصلاح و ظریف سازی ساختار دانه بندی در شرایطی حاصل می گردد كه مذاب در حال انجماد به مدت زمان نسبتا زیاد تحت عملیات لرزانش مكانیكی قرار گیرد.
اثرات قابل ملاحظه لرزانش مذاب بر ساختار میكروسكوپی ناشی از ایجاد جریانات شدید داخلی در مذاب است.

آلیاژ آلومینیوم گروه 5000

آلیاژ آلومینیوم گروه 5000 دارای دو عنصر اصلی آلومینیوم و منیزیوم هستند.

که می توان سختی این سری از آلیاژهای آلومینیومی را به وسیله انجام فرایندهای تغییر شکل پلاستیک سرد افزایش داد.

از ویژگی های این سری از آلیاژهای آلومینیومی می توان به استحکام بالا، مقاومت به خوردگی بالا،

جوش پذیری خوب، مقاومت در برابر دماهای بسیار پایین حتی دماهای نزدیک به  صفر مطلق،

مقاومت بالا در محیط های شامل SO2 ,HNO3 ,H2SO4 ,H3PO4، نرم بودن و چگالی پایین اشاره کرد.

از این سری از آلیاژهای آلومینیومی می توان در ساخت مخازن سوخت و مواد غذایی، اتصالات الکتریکی، ساخت قطعات موشک، ساخت بدنه قایق ها و کشتی ها و … استفاده کرد.

برخی از آلیاژهای این گروه (در صنایع ورق کاری) آلیاژ 5052 ، آلیاژ 5258 ، 5005 ، 5254، 5251، 5252، 5256 ، 5754، 5083،  و … می باشند.

تقسیم بندی گروه های آلیاژی آلومینیوم:

1- آلیاژهای کارپذیر (Wrought Alloys) که قابلیت پذیرش انواع و اقسام کارهای مکانیکی (نورد،فورج،اکستروژن) را دارند.
2- آلیاژهای ریختگی (Casting Alloys)

آلیاژهای کارپذیر نیز به دودسته تقسیم می شوند:

1- آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر:

این آلیاژها با عملیات حرارتی سخت نمی شوند و تنها بوسیله کار سرد سخت می شوند.

2- آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر:

این آلیاژها بوسیله عملیاتی مانند پیرسازی (Aging) طبیعی و مصنوعی سخت می شوند.

استانداردهای طبقه بندی آلومینیم در کشورهای مختلف متفاوت است.

در اینجا از استاندارد A.A (انجمن آلومینیم) که یک استاندارد آمریکایی است استفاده می شود.
استاندارد A.A هر آلیاژ آلومینیم را با 4 عدد مشخص کرده و در 8 گروه طبقه بندی کرده است که:
– عدد اول گروه اصلی را مشخص می کند.
– دومین عدد تغییر آلیاژ را نسبت به آلیاژ اولیه نشان می دهد.
– سومین و چهارمین عدد خلوص آلومینیم یا درصد مقدار سایر عناصر را نشان می دهد.

دو عدد سوم و چهارم آلیاژ نشان دهنده مقدار آلومینیم است.

گروههای آلیاژی آلومینیوم به ترتیب زیر هستند:

آلیاژ آلومینیوم گروه1:

معروف به سری 1000 با خلوص حداقل %99 آلومینیم. غیر قابل عملیات حرارتی، مقاومت خوب حرارتی و خوردگی دارد،

هادی خوب جریان الکتریسیته است، خواص مکانیکی پایین دارد، قابلیت ماشین کاری و قابلیت انواع شکل دادنش بالاست(کارپذیری عالی).

بطور مثال در آلیاژ1050 باید حداقل %99.5 آلومینیم داشته باشیم.

آلیاژ آلومینیوم گروه2:

سری 2000، عنصر آلیاژی اصلی آن مس است. قابل عملیات حرارتی است، خواص مکانیکی بالایی دارد ولی مقاومت خوردگی آن

نسبت به سری 1000 کم است.

آلیاژ آلومینیوم گروه3:

سری 3000، مهمترین عنصر آلیاژی منگنز و سپس منیزیم است، غیر قابل عملیات حرارتی، دارای استحکام کم تا متوسط،

کارپذیری خوب که قابلیت  مصرف در صنایع عمومی است.

آلیاژ آلومینیوم گروه4:

سری 4000، عنصر آلیاژی اصلی آن سیلسیم است، اکثراً غیر قابل عملیات حرارتی، دارای نقطه ذوب پایین و مناسب برای آندایزینگ.

آلیاژ آلومینیوم گروه5:

سری 5000، عنصر آلیاژی اصلی منیزیم و بعد منگنز است. عملیات حرارتی ناپذیر، با تغییر مقدار منیزیم استحکام تغییر می کند.

قابلیت جوشکاری خوبی دارد و در محیطهای آبی مقاومت بسیار خوبی دارد.

آلیاژ آلومینیوم گروه6:

سری 6000، عناصر آلیاژی اصلی سیلسیم ومنیزیم هستند، قابل عملیات حرارتی، فرم پذیری خوبی دارند،

استحکام متوسط تا زیاد و مقاومت به خوردگی خوبی دارند.

آلیاژ آلومینیوم گروه7:

سری 7000، عنصر آلیاژی اصلی روی است، قایل عملیات حرارتی است واستحکام بالایی دارد.

آلیاژ آلومینیوم گروه8:

سری 8000، دارای عناصر آلیاژی آهن وسیلسیم، غیر قابل عملیات حرارتی ،دارای خواص مختلف مناسب برای تولید فویلهای صنعتی با ضخامت بسیار کم.

مطالعه این مطالب توصیه می شود:

مقایسه ورق آلومینیوم گروه 1000 و 3000

گروههای آلیاژی آلومینیوم

مشخصات فیزیکی آلومینیوم