کاربردهای عمومی آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم – قسمت دوم

در قسمت اول این نوشته، کاربردهای عمومی سه گروه آلومینیوم ریختگی ۲XX ،۱XX و ۳XX را مرور کردیم. در این قسمت، می خواهیم کاربرد بقیه گروه های آلومینیوم ریختگی را معرفی نماییم. قبل از شروع این قسمت، اجازه می خواهم تا دوباره نحوه نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم ریختگی را مرور کنیم:

در نامگذاری آلیاژهای ریختگی آلومینیوم طبق استانداردهای آمریکایی، از سه رقم استفاده می شود. رقم اول نشان دهنده عنصر یا عناصر اصلی آلیاژی طبق جدول زیر است. ارقام دوم و سوم در گروه اول نشان دهنده حداقل خلوص آلومینیوم است و در بقیه گروه ها معنی خاصی نداشته و تنها آلیاژهای یک گروه را از هم تفکیک می کند.

 

سری	عنصر یا عناصر اصلی آلیاژی به همراه آلومینیوم
۱XX	آلومینیوم تقریباً خالص
۲XX	مس
۳XX	سیلیسیم با مس و یا منیزیم
۴XX	سیلیسیم
۵XX	منیزیم
۶XX	از این سری استفاده نمی شود
۷XX	روی
۸XX	قلع

 

ممکن است با نامگذاری XXX.X برای آلومینیوم های ریختگی هم رو به رو شویم. در این صورت، رقم بعد از ممیز شاخص شکل محصول است. صفر پس از اعشار نشان می دهد که آلیاژ مربوط به قطعه ی ریخته گری شده یا محصول نهایی است. عدد ۱ پس از اعشار معرف ریخته گری شمش است و این شمش برای ریخته گری قطعاتی از همان آلیاژ با کد XXX.0  به کار می رود. عدد ۲ پس از اعشار هم معرف شمش مورد مصرف برای تولید قطعات ریختگی از آلیاژ XXX.0 است، با این تفاوت که ترکیب شیمیایی آن با آلیاژ XXX.1 اندکی متفاوت و محدوده عناصر در آن بسته تر است.

حروف هم می توانند در ابتدای کد آلیاژ قرار گیرند. این حروف ویرایش های مختلف از یک آلیاژ پایه را معرفی می کنند که ممکن است درصد ناخالصی ها در آن ها کمتر باشد، یا یک عنصر دیگر هم در آن تحت کنترل باشد و یا دامنه ی یک عنصر در آن تغییر داشته باشد.

 

 

 

خانواده آلیاژهای ۴XX:

آلیاژهای گروه ۴XX در جایی به کار می روند که سیالیت خوب، به همراه مقاومت به خوردگی مناسب تر، در مقایسه با آلیاژهای مس دار گروه ۳XX مورد نظر باشد. کاربرد آن ها شامل ریخته های مصرفی در صنایع دریایی، قاب لوازم دفتری، ملزومات حمل و نقل غذا و قطعات مورد نیاز صنایع شیمیایی می باشد. آلیاژ A444 همان آلیاژ A356 است، با این تفاوت که منیزیم ندارد. A444 چکش خواری، همراه با استحکام قابل پذیرش را با خود دارد و عمدتاً برای ریخته گری ساپورت ریل پل ها و کاربری های مشابه در بزرگراه ها، جایی که توانایی جذب ضربه بدون تخریب قطعه مورد نظر باشد، به کار می رود. با آنکه آلیاژهای گروه ۴XX قابلیت عملیات حرارتی ندارند و استحکام آن ها پس از عملیات حرارتی افزایش پیدا نمی کند، آلیاژ A444 مخصوص مصارف بزرگراهی تحت عملیات T4 (برای یک ساعت یا بیشتر تحت عملیات محلولی) قرار می گیرد. هدف از این عملیات حرارتی، کروی کردن سیلیسیم یوتکتیک و در نتیجه دستیابی به حداکثر چکش خواری و توانایی جذب انرژی در زمان برخورد خودرو با آن ها می باشد.

آلیاژهای ۴۴۳ در فرایندهای مختلف ریخته گری، از ریخته گری در ماسه تا ریخته گری تحت فشار، می توانند مصرف شوند. آلیاژهای ۴XX حتی برای ریخته گری روتور موتورهای الکتریکی، که مقاومت الکتریکی بالایی نیاز دارند (موتورهایی با گشتاور استارت بالا) هم به کار می روند. در چنین مواردی آلیاژهای تحت فشار با عناصر آلیاژی زیاد، نظير ۴۴۳٫۲، به کار می روند. 

 

خانواده آلیاژهای ۵XX:

آلیاژهای گروه ۵XX بهترین مقاومت به خوردگی را در میان آلیاژهای ریختگی آلومینیم دارند. همچنین کیفیت سطح بعد از پولیش آن ها عالی است و آندایز، ظاهری بسیار زیبا به رنگ طبیعی آلومینیم به آن ها می بخشد. بنابراین، از آن ها در ریخته گری قطعات تزیینی، قطعات مورد مصرف در صنایع دریایی، حمل و نقل مواد غذایی، اتصالات لوله ها در صنایع دریایی و شیمیایی، سخت افزارهای دریایی و کاربردهای معماری اتزیینی استفاده می شود.

در مقایسه با آلیاژهایی که در صد منیزیم آن ها کمتر است، آماده سازی و ریخته گری آلیاژهای گروه ۵XX دقت بیشتری را می طلبد، چرا که در حضور اکسیژن، رطوبت هوا، روانکارها و مواد مشابه، بسیار فعال تر هستند و شدیدتر واکنش نشان می دهند. همچون آلیاژهای سری ۲XX، آلیاژهای گروه ۵XX هم از کمبود سیالیت و تمایل به شکست گرم رنج می برند، از این رو اغلب برای ریخته گری تحت فشار انتخاب نمی شوند. اما اعمال فشار در خلال ریخته گری از حساسیت سیالیت می کاهد و فرایند ریخته گری نیمه جامد هم نگرانی از شکست گرم را به حداقل می رساند. آلیاژهای ۵۱۵ تا ۵۱۸ برای ریخته گری تحت فشار طراحی شده اند و ممکن است در جاهایی به کار روند که بیشترین مقاومت به خوردگی و یا ترکیبی از استحکام و چکش خواری – بالاتر از آنچه که آلیاژهای تحت فشار گروه های ۳XX و ۴XX (در حالت ریختگی و بدون عملیات حرارتی) می توانند تامین کنند – مورد نظر باشد.

آلیاژهای جدیدی برای دایکاست تحت خلا قطعات خودرویی که در معرض ضربه قرار داشته و چکش خواری بالایی لازم دارند، طراحی شده اند. برای اجتناب از اثرات مخرب فازهای حاوی آهن بر چکش خواری و برای جلوگیری از چسبندگی به قالب در این آلیاژها از منگنز استفاده شده است. پتانسیل افزایش مصرف این آلیاژها در تولید قطعات دایکستی بزرگ، با دیواره های نازک برای بدنه، شاسی و سیستم تعلیق خودروها به اثبات رسیده است. در قطعات یاد شده، استحکام و چکش خواری لازم است، بدون اینکه قطعات در اثر عملیات حرارتی دچار اعوجاج شوند، پدیده ای که اغلب در قطعات بزرگ و بلند اتفاق می افتد. در واقع، استحکام آلیاژهای دوتایی گروه ۵XX غالباً با عملیات حرارتی بهبود پیدا نمی کند، امادر حالت ریختگی (as cast یا F) و پیرسختی طبیعی استحکام و چکش خواری آن ها مناسب است، از این رو در تولید قطعات دایکستی سازه ای بزرگ که عملیات حرارتی آن ها دشوار است، توجه ویژه ای به این آلیاژها شده، چراکه معضلات عملیات حرارتی، نظیر توسعه تنش های پسماند و اعوجاج پس از عملیات حرارتی، را به همراه ندارند. چشم انداز روشنی پیش روی این آلیاژها وجود دارد و ریخته گری رئوکست در دمای نیمه جامد محل بسیار مناسبی برای مصرف آن ها است. نگرانی بزرگ در ریخته گری تحت فشار آلیاژهای ۵XX، از جمله آلیاژهای حاوی منگنز که برای دایکاست تحت خلا طراحی شده اند، این است که عمر قالب را کاهش می دهند. با حضور منگنز ممکن است که بتوان بر جوش خوردگی به قالب غلبه کرد، اما قدرت واکنش دهی بالای منیزیم همچنان منجر به تخریب اجزای قالب شده و عمر قالب در مقایسه با زمانی که الیاژهای Al – Si با منیزیم کم ریخته گری می شوند، کوتاه تر است.

 

خانواده آلیاژهای ۷XX:

آلياژهای سری ۷XX مقاومت به ضربه خوبی داشته و بدون نیاز به عملیات حرارتی استحکام بالایی دارند. این آلياژها به طور پیوسته در دمای اتاق پیرسختی طبیعی می شوند و ظرف مدت ۲۰ تا ۳۰ روز پس از ریخته گری به حداکثر خواص مکانیکی دست می یابند. از این رو برای تولید قطعات ماشین، مبلمان، ابزار باغبانی، نساجی و ریخته گری قطعات ماشین های اداری، خیاطی و تجهیزات معدنکاری – به ویژه قطعاتی که به عملیات حرارتی و سرد کردن سریع (کوئنچ) حساسیت دارند و دچار تنش با اعوجاج میشوند – به کار می روند.

در میان آلیاژهای ریختگی آلومینیم (به جز آلومینیم خالص/آلیاژ روتور)، گروه ۷XX بالاترین دمای حد انجماد (solidus) را دارند که آن ها را برای ساخت قطعاتی که با جوشکاری به هم متصل می شوند، مناسب می سازد. آلیاژهای گروه مورد بحث، برای ریخته گری تحت فشار مناسب نیستند، اما همانند آلیاژهای خانواده های ۲XX و ۵XX ممکن است برای استفاده در ریخته گری نیمه جامد به کار روند و برای فرایندهای تحت فشار پیشرفته یکی از انتخاب ها باشند.

 

خانواده آلیاژهای ۸XX:

آلیاژهای گروه ۸XX به طور خاص در تولید بوش ها و یاتاقان های ریختگی مصرف می شوند. خواص فشاری و ویژگی منحصر به فرد آن ها در روانکاری تحت دماهای بالا، عالی است. مهم ترین عنصر آلیاژی در این گروه آلياژها، قلع (Sn) می باشد. قلع در هنگام انجماد به صورت قطرات ریز قلع خالص در زمینه الومینیم پراکنده می شود. اگر روانکاری عادی به دلایلی قطع شود و دما بین سطوح در حال اصطکاک بیش از حد بالا رود، این قطرات قلع در دمای ۲۳۱ درجه سانتی گراد ذوب شده و از سطح داغ شده به بیروت تراوش می کند. در نتیجه قلع مایع به طور اضطراری سطوح را روانکاری می کند و تا حد ممکن جلوی بروز فاجعه برای سیستم را می گیرد. 

 

منبع: ماهنامه صنعت ریخته گری – نوشته D.Apelian از انجمن دایکاست آمریکا – ترجمه سیامک فتحی