علائم اختصاری عملیات حرارتی آلومنیوم

علائم اختصاری عملیات حرارتی آلومینیوم به شرح زیر می باشد :

T4 عملیات محلول سازی 
T6 عملیات محلول سازی و رسوب سختی 
TT عملیات آنیل 
T5 عملیات پیر سازی یا رسوب سختی 
T7 عملیات محدود سازی و یا فراپیر سازی 
F شرایط ریخته گری بدون استفاده از عملیات حرارتی

خواص مکانیکی انواع آلیاژ های آلومینیوم :

آلیاژ های آلومینیم مس منیزیم تیتانیم این آلیاژ در شرایط ریخته گری دارای خواص مکانیکی بالایی می باشد . عمدتا در قالب های ماسه ای و ریخته گری ، قابلیت ریخته گری داشته و عموما قابلیت ریخته گری تحت فشار را ندارد که این امر به علت سرعت انجماد بالا در ریخته گری تحت فشار می باشد.  اما بعد از عملیات ریخته گری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد که در درجه حرارت ۵۳۰ درجه سانتی گراد خواص این آلیاژ افزایش می یابد .

 

شرایط ریخته گری این آلیاژ :
۱– تمیز بودن مواد شارژ نسبت به اکسید ها و مواد اکسیدی 
۲- عدم استفاده بیش از ۵۰ درصد از مواد قراضه در شارژ
۳- جلوگیری از تماس محصولات احتراق با شارژ
۴- درجه حرارت مذاب کمتر از ۷۵۰ درجه سانتیگراد 
۵- استفاده از مواد دگازور و فلاکس های پوششی 
۶- جلوگیری از تماس مستقیم ابزار ها و ادوات آهنی با مذاب روش های قالب گیری آلیاژ های آلومینیم .

 

آلیاژ آلومینیم به دو روش موقت و دائم قالب گیری و ریخته گری می شود :
√ روش موقت : که شامل روش ماسه ای تر – ماسه ای خشک CO2 و پوسته ای می شود .

الف: ماسه ای خشک چسب مورد استفاده در این روش خاک رس می باشد که به علت دیرگدازی پایین آلومینیم در ریخته گری این آلیاژ استفاده می شود . در این مخلوط رطوبت ماسه کمتر از ۵ درصد بوده و در معدود مواردی نیز از بنتونیت به عنوان چسب در مخلوط ماسه استفاده می کنند. همچنین با استفاده از مواد سلولزی (آرد و حبوبات و خاک اره ) می توان نفوذ پذیری ماسه را افزایش داد که این امر به علت قابلیت جذب گاز آلومینیم از اهمیت بیشتری برخوردار است .

ب: روش پوسته ای دراین روش مخلوط مورد نظر را با رزین های حرارتی مخلوط می کنند سپس این ذرات در یک مدل فلزی قرار گرفته ودر معرض حرارت قرار می گیرند .در اثر حرارت مخلوط خودگیر و سفت می شود . و دور تا دور مدل فلزی فرم پوسته قرار می گیرد . سپس فرم پوسته ای را در داخل محفظه قالب گذاشته و با استفاده از ماسه پشت بند آن را ثابت می کنند و عملیات ریخته گری را انجام می دهند . 

√ روش دائم : که شامل روش های تزریق و رژه می شود ، روش تزریق : این روش که خود به دو روش تزریق کم فشار و تزریق پرفشار (دایکست ) تقسیم می شود . نکته : معمولا برای ریخته گری آلومینیم از ماشین های محفظه سرد استفاده می شود ویژگی های آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم در ریخته گری برای طراحی سیستم راهگاهی باید ابتدا ویژگی های ریخته گری آلومینیم را بدانیم .

این ویژگی ها را می توان به شش دسته تقسیم بندی کرد :

۱) آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم تمایل به اکسیداسیون شدید دارند. 
۲) آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم تمایل به تلاطم شدید و انحلال گاز شدید دارند. 
۳) آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم خاصیت شدید جذب گاز هیدروژن دارند. 
۴) این آلیاژ دارای دامنه انجماد طولانی بوده بخصوص در آلیاژ های آلومینیم مس که دامنه انجماد طولانی تری دارند و همچنین آلیاژ های آلومینیم سیلیسیم که کمترین دامنه انجماد را دارند .
۵) آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم دارای انقباض حجمی زیادی می باشند. 
۶) آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم دارای انقباض پراکنده و هدایت حرارتی بالایی می باشند به دلیل ویژگی های فوق سیستم های راهگاهی مورد استفاده در آلیاژ های آلومینیم غیر فشاری منظور می شوند و مهمترین نسبت های سیستم های راهگاهی دراین آلیاژ ۱:۲:۲ و ۱:۴:۴ و ۱:۶:۶ استفاده می شود نکته قابل توجه در این اعداد این می باشد که اولین عدد از سمت چپ نسبت راهگاه باریز دومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های اصلی و سومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های فرعی می باشد که هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نیز بیشتر می شوند .

سیستم های راهگاهی در آلیاژ های آلومینیوم :

۱- حوضچه بارریز 
۲- راهگاه بارریز 
۳- حوضچه پای راهگاه بارریز 
۴- کانال اصلی 
۵- کانال های فرعی حوضچه بارریز

حوضچه های بارریز در آلیاژ های آلومینیم معمولا به شکل مکعب مستطیل می باشند که مانعی در داخل آن تعبیه می شود که این مانع از ورود ناخالصی ها به داخل راهگاه بارریز جلوگیری می کند که این امر باعث می شود فرآیند فیلترینگ در هنگام مذاب ریزی انجام شود و مذاب به صورت تصفیه شده وارد راهگاه بارریز شود راهگاه بارریز راهگاه بارریز در آلیاژ های آلومینیم معمولا به شکل مخروطی تهیه می شوند تا مانع ورود هوا به داخل قطعه شوند شیب راهگاه های بارریز معمولا دو درصد بوده و نسبت سطح مقطع بالا به پایین ۲ به ۱ و در بعضی موارد ۳ به ۱ در نظر گرفته می شود .

حوضچه پای راهگاه بارریز قطر این حوضچه معمولا ۱٫۲ تا ۱٫۳ قطر راهگاه اصلی می باشد حوضچه پای راهگاه باعث می شود فشار مذاب ورودی از راهگاه باریز کاهش یافته و مذاب با سرعت کمتری وارد کانال ها و راهگاه اصلی شوند و عمق این حوضچه ۱٫۵ تا ۲ برابر ارتفاع کانال های اصلی می باشد .کانال یا راهگاه اصلی معمولا این راهگاه ها را طویل تر در نظر می گیرند تا مذاب از قسمت های مختلف وارد قطعه شود .

این امر به علت خاصیت هدایت حرارتی بالای مذاب می باشد و همچنین باعث جلوگیری از انجماد زود رس مذاب می شود و نیز باعث جلوگیری از تمرکز حرارتی مذاب آلومینیم می شود این نکته قابل توجه است که ایجاد تمرکز حرارتی در یک نقطه باعث ایجاد حفرات و مک های گازی در قطعه می شود.

شکل راهگاه اصلی معمولا به شکل نیم استوانه بوده اما از اشکال ذوزنقه ای نیز استفاده می شود باید توجه داشت که سطح مقطع هر راهگاه اصلی بعد از هر راهگاه فرعی کاهش پیدا می کند که این امر به علت آن انجام می شود که دبی جریان مذاب در تمام قسمت های سیستم راهگاهی یکسان باشد و به شکل یکنواخت مذاب وارد راهگاه های فرعی شود همچنین راهگاه اصلی را در درجه بالا و راهگاه فرعی را در درجه پایین ایجاد نمایند .

AS : نسبت کل سطح مقطع راهگاه های اصلی
AG : نسبت کل سطح مقطع راهگاههای فرعی 

در سیستم های راهگاهی در قالب های فلزی و ریژه معمولا سعی می شود از کف قالب گذاشته شود و در قالب های سرامیکی در صورتی که تغذیه استفاده نشود معمولا راهگاه به قسمت های ضخیم قطعه متصل می شود تا خود راهگاه نقش تغذیه را داشته باشد.
۱- علت استفاده از تغذیه حذف مک های انقباضی و مک های پراکنده که به علت دامنه انجماد طولانی و انجماد خمیری در بعضی از آلیاژ های آلومینیم می باشد.
۲- حذف انقباض های متمرکز که به علت انقباض زیاد آلومینیم از حالت فوق ذوب تا درجه حرارت محیط است که درصد این انقباض ها در حدود ۶ تا ۹ درصد می باشد . با وجود تاثیرگذاری تغذیه در آلومینیم به جهت انقباضات متمرکز اما با این وجود به دلیل فوق ذوب بالا و انجماد خمیری در بعضی از آلیاژ های آلومینیم عموما حذف انقباضات پراکنده دشوار می باشد لذا در این حالت می توان با قرار دادن مبرد وایجاد یک انجماد جهت دار مک های انقباضی وانقباضات پراکنده را به داخل تغذیه هدایت کرد . 
در آلیاژ های آلومینیوم معمولا شکل تغذیه به شکل استوانه می باشد که بهترین شرایط شرایطی است که ارتفاع تغذیه ایجاد شده بین ۱ تا ۱٫۵ برابر قطر آن باشد که راندمان تغذیه در این شرایط در حدود ۵۰ درصد می باشد و کمترین زمان انجماد برای قطعه محسوب می شود. 

انواع تغذیه

تغذیه در ریخته گری آلیاژ های آلومینیم به دو روش تغذیه گرم و تغذیه سرد انجام می شود 
۱- تغذیه گرم : در این حالت تغذیه بین قطعه و سیتسم راهگاهی قرار دارد و معمولا برای قطعات کوچک از این روش استفاده می شود. 
۲- تغذیه سرد : در این حالت تغذیه بعد از قطعه و سیستم راهگاهی قرار می گیرد که معمولا این روش برای قطعات بزرگ استفاده می شود.

اخبار فلزات و به نقل از صمت از ماینینگ، فیچ‌سولوشِنز در جایگاه یک موسسه تحلیلگر بین‌المللی از افزایش تقاضای جهانی آلومینیوم در چند سال پیش رو خبر می‌دهد. این افزایش تقاضا در نتیجه رشد صنعت ساخت‌وساز و افزایش روزافزون مصرف این فلز در خودروسازی است. صنعت خودروسازی، آلومینیوم را جایگزین مناسبی برای فولاد می‌داند که به کاهش وزن خودرو می‌انجامد. فیچ همچنین پیش‌بینی می‌کند بازار جهانی آلومینیوم در میانه سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۳ میلادی (۱۳۹۸ تا ۱۴۰۲ خورشیدی) با کمبود پایدار و پیوسته روبه‌رو باشد.

علاوه بر ساخت‌وساز و خودرو، صنعت هوافضا نیز از جمله صنایعی است که تقاضا برای آلومینیوم را در بازارهای کلیدی رشد می‌دهد. در این صنعت هم آلومینیوم جایگزین خوبی برای فولاد است و در سازگاری با محیط‌زیست نسبت به این فلز ارجحیت دارد. فیچ همچنین از چندین معامله چشمگیر میان تولیدکنندگان صنایع خودروسازی و هوافضا با تولیدکنندگان آلومینیوم خبر می‌دهد و می‌گوید که این معاملات به افزایش تقاضا و ضعف عرضه در چند سال گذشته منجر شده است.

نمونه‌ای از این قراردادها در سال ۲۰۱۷ میلادی (۱۳۹۶ خورشیدی) میان شرکت امریکایی آرکونیک و شرکت ژاپنی تویوتا امضا شد. در این قرارداد، آرکونیک که در مهندسی و تولید فلزات سبک فعالیت می‌کند، متعهد شد که برای چند سال، تقاضای خودروساز ژاپنی را به آلومینیوم تامین کند. این در حالی است که میزان تولید آلومینیوم چین در سال‌های پیش رو کاهشی خواهد بود. این کاهش برآمده از فشارهایی است که دولت این کشور برای محکم کردن جای پای قوانین زیست‌محیطی وارد می‌کند.

در نتیجه این سختگیری‌ها، تولید این فلز در چین با هزینه بیشتر همراه است و به میزان کمتر از گذشته خواهد بود. این در حالی است که چین همواره بزرگ‌ترین تولیدکننده آلومینیوم اولیه در جهان بوده است. بر اساس داده‌های منتشر شده در دانشنامه ویکی پدیای انگلیسی، این کشور در سال ۲۰۱۶ میلادی (نیمه دی ۱۳۹۴ تا نیمه دی ۱۳۹۵) ۳۱.۸۷۳ میلیون تن آلومینیوم اولیه تولید کرد. این در حالی است که در آن سال کل تولید آلومینیوم اولیه جهان ۵۸.۸۰۰ میلیون تن بود.

با این حال فیچ پیش‌بینی می‌کند که محصول آلومینیوم چین در چند سال آینده همچنان با رشد تدریجی همراه باشد و از ۳۴.۳ میلیون تن در امسال میلادی (۲۰۱۹) به ۴۱.۹ میلیون تن در سال ۲۰۲۸ میلادی (۱۴۰۷ خورشیدی) برسد. این ارقام نشانگر متوسط رشد ۲.۴ درصدی در هر سال است. این در حالی است که در ۱۰ سال گذشته، متوسط رشد تولید آلومینیوم چین برای هر سال ۱۱.۷ درصد بود. با این وجود چین همچنان نیروی محرک تولید جهانی آلومینیوم باقی خواهد ماند و در چند سال آینده نیز نیمی از محصول آلومینیوم جهان را تولید خواهد کرد.

فیچ در ادامه این گزارش خاطرنشان می‌کند همبستگی شرکت‌های مصرف‌کننده آلومینیوم و تولیدکنندگان این فلز در بازارهای خودروساز امریکا، اتحادیه اروپا و چین ادامه خواهد داشت و روند رو به توسعه این بازارها، فرصت‌ رشد بیشتری برای این فلز فراهم خواهد آورد؛ با این حال و در شرایطی که انتظار می‌رود همبستگی آلومینیوم‌سازها با صنایع مصرف‌کننده در طولانی‌مدت ادامه داشته باشد، افزایش بهای آلومینیوم خبر از وزش بادهای مخالف این جریان می‌دهد.

بهای آلومینیوم در حالی افزایش پیدا می‌کند که خودروسازان در تلاشند از هزینه‌های تولید کم کنند و در نهایت تحلیلگران فیچ پیش‌بینی می‌کنند مصرف آلومینیوم جهان از ۶۲.۹ میلیون تن در امسال میلادی (۲۰۱۹) به ۷۹.۷ میلیون تن در سال ۲۰۲۸ رشد یابد. این ارقام نشان‌دهنده متوسط رشد ۲.۸ درصد در هر سال است. تمایل شرکت‌های فعال در صنایع خودروسازی و هوافضا تنها به افزایش تقاضا برای آلومینیوم منجر نشده است. در کل، این روزها بازار هر گونه ماده معدنی که وزن خودرو و هواپیماها را کاهش دهد، داغ است.

کاهش وزن هواپیما و خودرو می‌تواند منتهی به کاهش چشمگیر مصرف سوخت شود. در نتیجه این رویکرد، صنعت هوافضا حتی به جایگزین کردن آلومینیوم با آلیاژهای اسکاندیوم-آلومینیوم فکر می‌کند. در صورت تحقق این اتفاق، تقاضا برای آلیاژ یادشده می‌تواند تا حدود ۸۰ تن در سال بالا رود، این در حالی است که مصرف کنونی اکسیداسکاندیوم جهان حدود ۱۵ تا ۲۰ تن در سال است و همچنین استفاده از آلیاژهای اسکاندیوم برای جایگزین شدن با مقدار کمی از آلومینیومی که در ماشین‌آلات استفاده می‌شود، نیاز صنعت خودروسازی به اسکاندیوم را بالا می‌برد و این ظرفیت را دارد که تقاضا برای این فلز را تا سال ۲۰۲۵ میلادی (۱۴۱۴ خورشیدی) به بیشتر از ۱۸۰۰ تن در سال برساند.

منبع : Total materia