0
04136674922

کاربردهای عمومی آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم – قسمت اول

آلیاژهای آلومینیوم به دو گروه کار شده و ریختگی تقسیم می شوند. آلیاژهای کار شده ابتدا به شکل شمش یا بیلت ریخته می شوند و سپس با کار مکانیکی گرم یا سرد به شکل نهایی در می آیند ولی آلیاژهایی که ریختگی هستند با ذوب ریزی به شکل نهایی خود می رسند.

آلومینیوم های ریختگی علاوه بر بر قابلیت هایی که یک آلیاژ کار شده دارد، دارای خواصی هستند که آن ها را مناسب ریخته گری می سازد. از جمله ی این خواص می توان به سیالیت مناسب مذاب، شرایط انجماد و تغذیه ی آسان در خلال انجماد اشاره کرد. به همین دلایل، ترکیب شیمیایی آلیاژهای ریختگی آلومینیوم با آلیاژهای کار شده ی آن متفاوت است. 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.

در این نوشته، قصد داریم کاربردها و خواص عمومی گروه های مختلف آلیاژهای ریختگی آلومینیوم را با هم مرور کنیم، با ما همراه باشید: 

 

 

خانواده آلیاژهای ۱XX آلومینیوم

آلیاژهای گروه ۱XX در مقیاس تجاری، برای ریخته گری روتور موتورهای الکتریکی به کار می روند. روتورها معمولاً با ماشین های دایک عمودی، که به همین منظور طراحی شده اند، ریخته گری می شوند. رسانایی الکتریکی بالای آلومینیم خالص، آن را برای تولید حلقه های کلکتور (collector rings) و میله های رسانا (conductor bars) مناسب می سازد. قبل از ریخته گری آن ها، ورقه های آهنی در قالب جایگذاری شده و سپس مذاب وارد قالب می شود و بدین ترتیب ورقه ها در آلومینیم جای می گیرند. این آلیاژها ممکن است گاهی برای ریخته گری اتصالات کابل های انتقال هم به کار روند، اما در هر حال آلیاژهای گروه ۱XX برای ریخته گری تحت فشار مناسب نیستند.

 

خانواده آلیاژهای ۲XX آلومینیوم

آلیاژهای گروه ۲XX در برگیرنده ی آلیاژهای ریختگی پر استحکام هستند که امروزه در دسترس قرار دارند. این آلیاژها، در مقایسه با سایر گروه ها، استحکام خود را در دمای بالا بهتر حفظ می کنند. هنگامی که این آلیاژها در قالب های دائمی، نظیر قالب های دایکاست، ریخته گری می شوند، روش های خاصی برای کمینه کردن تنش وارد بر قطعه لازم است. دو روش موثر عبارتند از: ریخته گری در قالب هایی که بیش از حد نرمال داغ شده اند و پران کردن قطعه ریخته شده در بالاترین دمای ممکن.

تکنیک های خاصی برای تبرید قسمت های خاصی از قطعه (که استحکام یا چکش خواری بالایی از آن ها انتظار می رود) باید به کار گرفته شود، همزمان لازم است انجماد جهت دار از نقاط دور و سردتر قطعه به سمت گلویی ورود مذاب و یا به سمت نقاطی که وظیفه تغذیه قطعه را برعهده دارند، صورت گیرد تا در نهایت قطعه ی سالم با ریزساختاری مناسب به دست آید.

آلیاژ A201.2 بسیار گران و کاربردهای آن بسیار محدود است اما آلیاژهای ۲۰۶ و A206 در عین حالی که استحکام بالایی دارند، ارزان تر هم هستند و یکی از انتخاب ها برای تولید قطعات دایکست با استفاده از روش های پیشرفته دایکست، نظیر ریخته گری نیمه جامد هستند. آلیاژهای ۲۰۶ و A206 برای تولید سخت افزارهای مورد مصرف در صنایع نظامی و هوا فضا به کار می روند، جایی که بالاترین مقاومت کششی و مقاومت به ضربه لازم است. همچنین آن ها برای ساخت قطعات سازهای مورد مصرف در کامیون ها و تریلرها، پوسته گیربکس و پمپ ها به کار می روند و مصرف آن ها در ساخت اجزای سازهای خودروهای سواری به طور فزاینده ای رو به رشد است. آلیاژهای گروه ۲XX هرگز برای مصرف در ریخته گری تحت فشار مناسب نبوده اند، چرا که سیالیت آن ها پایین و تمایل آن ها به شکنندگی داغ (hot shortness) بالاست. اما ریخته گری در دمای پایین، دمای بالای قالب، پر شدن قالب تخت فشار و جبهه حرکت پیوسته در فرایند ریخته گری نیمه جامد، امید به استفاده از آلیاژهایی نظیر ۲۰۶ را در فرایندهای تحت فشار زنده نگهداشته است.

 

خانواده آلیاژهای ۳XX آلومینیوم

آلیاژهای گروه ۳XX، با توجه به استحکام خوب و قابلیت ریخته گری عالی، گاو شیرده صنعت ریخته گری آلومینیوم هستد. آلیاژهای Al-Si-Cu بیشترین مصرف را دارند و آن هایی که درصد مس بالایی دارند، کاملاً عملیات حرارتی پذیر هستند. هنگامی که عملیات حرارتی کامل مورد نظر باشد، آلیاژهای Al-Si-Cu-Mg بالاترین استحکام و سختی، چه در دمای محیط و چه در دمای بالا، دست می یابند. 

آلیاژهای ۳۱۹ و B319 کاربردهای تجاری متنوعی یافته اند و در سال های اخیر، حجم انبوهی از محفظه های میل لنگ، منیفولد هوا و سرسیلندر خودروها از این آلیاژها ریخته گری شده اند. همچنین کارتر روغن بسیاری از خودروهای سبک و سنگین از آلیاژهای یاد شده تولید می شوند. با توجه به درصد متوسط سیلیسیم در آلیاژهای با کد ۳۱۹، هیچ کدام از آن ها برای ریخته گری تحت فشار مناسب نیستند، اما شکل انجمادشان آن ها را برای ریخته گری نیمه جامد مناسب ساخته است.

جنس پیستون خودروها هم از الیاژهای گروه ۳XX است. آلیاژ ۳۳۲ رایج ترین آلیاژ مصرفی برای تولید پیستون است، اما آلياژهای ۳۳۹ و B339 فشارهای موجود در موتورهای جدید را بهتر تحمل می کنند و به سرعت جایگزین ۳۳۲ می شوند.

دیگر آلیاژ پرمصرف، ۳۳۳ است که کمابیش، می توان آن را نسخه ریژه ریزی از آلیاژ تحت فشار ۳۸۰ دانست. این آلیاژ به طور سنتی برای ریخته گری کفی اتوها، طیف وسیعی از اجزای رگولاتورها و کنتورها و نیز سرسیلندر خودروها مصرف می شود. همچنین، انجماد آلیاژ ۳۳۳ به شکلی است که آن را برای ریخته گری نیمه جامد بسیار مناسب می سازد. گروه آلیاژ ۳۵۵، یکی از گروه های کوچک آلیاژها است که برای تولید قطعات مصرفی در صنایع نظامی و هوا فضا مصرف دارد و با مشخصات ریخته های با استحکام کیفیت عالی ذکر شده در استاندارد نظامی ۲۱۱۸۰-MIL– A انطباق کامل دارد. آن ها برای تولید قطعات هواپیماها و هلیکوپترها، از جمله محفظه میل لنگ، جعبه دنده، پوسته ها و تقویت کننده ها (supports)، همچنین پروانه سوپرشارژرها مصرف می شوند. این آلياژ در ریخته گری نیمه جامد و در مقیاسی کوچک تر، در ریخته گری کوبشی هم مصرف شده است.

A356 اخیراً به پر مصرف ترین آلیاژ برای تولید قطعات سازه ای تبدیل شده است و در ریخته گری کوبشی و نیمه جامد هم رایج ترین آلیاژ است. گروه آلیاژهای A356/356 برای تولید طیف گسترده ای از قطعات تجاری، الکتریکی، دریایی، بدنه پمپ ها و بسیاری قطعات دیگر به کار می روند. مدت های مدیدی است که آلیاژ A356 در آمریکای شمالی به عنوان آلیاژ رینگ چرخ خودروها پذیرفته شده و در ساخت قطعات ریختگی شاسی و سیستم تعلیق به کار رفته است. همچنین، در تولید قطعات با کیفیت عالی اولین آلیاژی است که به ذهن خطور می کند. آلیاژهای ۳۶۰ و A360 هم در خانواده A356 قرار دارند، اما برای مصرف در ریخته گری تحت فشار طراحی شده اند و برای این منظور درصد آهن و سیلیسیم آن ها افزایش یافته و درصد بیشتری از ناخالصی ها در A356 مجاز دانسته شده است.

زمان زیادی است که گروه ۳۸۰ پر مصرف ترین آلیاژها در ریخته گری تحت فشار هستند و شاید بتوان گفت که بیش از ۸۵ درصد از آلومینیم مصرفی در فرایند تحت فشار از این آلیاژها هستند. این ها آلیاژهای ثانویه (بر پایه قراضه) هستند که به ویژه برای این فرایند طراحی شده اند، و بنابراین، سیلیسیم و آهن در آن ها بالاتر و حد بیشتری از ناخالصی ها در آن ها قابل پذیرش است. در این آلیاژها تعادل بین قیمت پایین مواد، استحکام نسبتاً مناسب بدون عملیات حرارتی و قابلیت ریخته گری خوب برقرار است. برای جلوگیری از تشدید اکسیداسیون – در اثر جریان به شدت متلاطمی که قالب را پر می کند – مقدار منیزیم در حد بسیار پایینی کنترل می شود، اما حضور اندکی منیزیم (حدود ۰٫۳ درصد) می تواند منجر به بهبود سختی و قابلیت ماشینکاری (قطر مناسب حلقه های براده، تراشه های کوتاه، نماسیدن آلومینیم به ابزار و بهبود کیفیت سطح) شود. با توجه به اینکه در سایر کشورها این حد برای منیزیم در آلیاژهای Al-Si-Cu درنظر گرفته شده، در اثر تلاش صورت گرفته توسط NADCA، حد اكثر منیزیم مجاز در استانداردهای انجمن آلومینیم (AA) و ASTM هم به ۰٫۳ درصد افزایش یافته است. آلیاژهای سنتی گروه ۳۸۰ بر پایه ی قراضه هستند و برای مصرف در فرایندهای پیشرفته ریخته گری تحت فشار، نظیر ریخته گری کوبشی و نیمه جامد مناسب نمی باشند.

آلیاژهای بعد یوتکتیک ۳XX شامل B390 ،۳۹۰ و ۳۹۳ برای مصارفی که مقاومت به سایش در آن ها اهمیت دارد، مثل بلوک سیلندر، کمپرسورها، پیستون ها، پمپ ها، پولی ها، سیستم های ترمز و موارد مشابه اولویت دارند اما برای تولید مقاطع بسیار نازک هم به کار می روند، چرا که سیالیت آن ها عالی است. به دلیل چکش خواری ضعیف ناشی از حضور بلورهای سیلیسیم اولیه، آلیاژهای بعد بیوتکتیک در فرایندهای پیشرفته ریخته گری تحت فشار توصیه نمی شوند، هر چند که قابلیت عملیات حرارتی داشته و دستیابی به استحکام و سختی بالا در آن ها ممکن است.

 

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

 

ادامه این نوشته را می توانید از لینک زیر در عصر مواد دنبال کنید:

 

 

ارسال دیدگاه