مقاله ناخالصی ها در آلیاژهای آلومینیم دایکاست (Die Cast)

[Peyman 16150]

بی توجهی به نحوه تهیه مذاب و نگهداری واتنقال آن باعث ایجاد مشکلات بسیارزیادی از عیوب ناشی از خواص مکانیکی ضعیف قطعه گرفته تا مسائل ماشینکاری می شود. ساده انگاری در این مسئله، بزرگترین مشکل است. نداشتن فرایندی معین، تعریف شده و یکنواخت برای واحدهای ذوب و نگهداری کارخانه های دایکاست، به امری معمول در کشور تبدیل شده است. مطمئنا اگر تهیه مذاب و نگهداری آن، همان اضافه کردن قراضه ها و شمش به کوره ذوب بود، هم اکنون کشور ما در این صنعت جزء پیشگامان به حساب می آمد. در این مقاله به بررسی انواع ناخالصی های موجود در مذاب آلومینیم و مشکلات ناشی از آن در هنگام ریخته گری دایکاست پرداخته می شود.

 

 

 

 

[Peyman 16150]

اکسیدهای آلومینیم، بزرگترین منبع ناخالصی ها

 

ناخالصی ها بزرگترین معضل ریخته گری آلومینیم هستند. بیشترین ناخالصی های مذاب آلومینیم، منشای اکسیدی دارد. اکثر منابع تشکیل ناخالصی درریخته گری آلومینیم، ناشی از روش های نادرست حمل مذاب و تمیز کردن ناکافی کوره است. دیگر منابع ناخالصی، ناشی از نسوز دیواره کوره و یا ته بار مواد است.

 

هرگاه آلیاژ آلومینیم مذاب با اکسیژن تماس داشته باشد، به ترکیب دیگری که آن را اکسید آلومینیم (Al2O3) می نامیم تبدیل می شود. اکسید آلومینیم خاکستری رنگ است و سطح خارجی قطعه ریختگی را تشکیل داده و سطح مذاب آلومینیم را نیز می پوشاند. آلیاژ آلومینیم بدون پوشش اکسیدی، ظاهری بسیار براق دارد. این ظاهر براق به هنگام ماشینکاری قطعه ریختگی و برداشتن سطح اکسیدی آن (توسط عملیات پولیش کاری) نمایان می گردد.

 

اکسید آلومینیم موادی جداگانه و متفاوت از آلومینیم است و نمی توان آن را دوباره در آلومینیم ذوب کرد (بدون استفاده از روش های خاص). اکسید آلومینیم اغلب نرم بوده و بر روی سطح مذاب شناور است. در این حالت، کمی روشن تر از مذاب آلومینیم بوده و چگالی آن 2.8 است. شکل 1 ‏ مواد اکسیدی (سربار) نرمتر (حالت گاما) که از روی بوته کف گیری شده است، نشان می دهد.

 

 

 

 

شکل 2 قسمتی از یک قطعه ریختگی را نشان می دهد که در آن مواد اکسیدی نرم از طریق ملاقه وارد مذاب شده و با بقیه آلومینیم تزریق شده است. حتی اگر اکسید را نتوان دید، مواد اکسیدی (سربار) بصورت شاخکهای چنگالی شکل در آمده و بطور محسوسی قطعه را ضعیف ساخته و باعث ایجاد مسیر نشتی در قطعات تحت فشار می شود. مواد اکسیدی (سربار) می توانند به شکل کروی در آمده و بصورت شناور به منطقه ای از مذاب رانده شوند که ملاقه اتوماتیک دستگاه، از آن قسمت مذاب مشغول بارریزی است. اگر از تکرار چنین پدیده ای به طور کامل جلوگیری نشود، بایستی در دهانه ملاقه (قسمت شیبدار آن) بخوبی عمل کف گیری را انجام داده و با دقت و بطور متناوب آن را تمیزکرد.

 

‏اکسید آلومینیم همواره به هنگام پخش شدن مذاب و ایجاد سطوح جدید در تماس با هوا تشکیل می شود. بنابراین نباید تعجب کرد که قسمتی از آن به هنگام ریختن مواد از کوره ذوب به داخل کوره نگهدارنده و یا سیلندر تزریق تشکیل شود. تعداد قابل توجهی از ذرات اکسید آلو مینیم، هنگامی که مذاب بدون پوشش، به مدت کوتاهی در معرض هوا قرار گیرد، تشکیل می شوند که برخی از آنها در ابعاد میکروسکوپی می باشند. برخی ذرات آن نیز بزرگترند و یا بعضی مواقع به اندازه ناخن انگشت می باشند.

 

اکسیدهای آلومینیم از جمله مواد پلی مورفیک می باشند، بدین معنا که در شرایط خاص محیطی (معمولا در درجه حرارت زیاد) خواص کریستال های آلومینیم به طور کامل تغییر می کند. این نکته برای دایکاست کاران بسیار حائز اهمیت است که این تغییر در درجه حرارت های بالای 800 درجه سانتیگراد رخ دهد. در این شرایط اکسید آلومینیم به حالت آلفا آن تغییر حالت داده که در این وضعیت بسیار سخت تر و چگال تر از حالت گامای اولیه است. این تغییر با افزایش میزان اکسیژن و با رطوبت موجود در هوا شتاب بیشتری می گیرد. سخت ترین این مواد کوراندوم (Corundum) نام دارد.

 

جرم حجمی کوراندوم برابر 4 کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب و از آلیاژ اولیه آن سنگین تر است. کوراندوم تمایل دارد تا در کف پاتیل ته نشین شود. کوراندوم بسیار سخت است و در مقیاس موهس بعد از الماس قرار می گیرد. در عمل کوراندوم از فولاد سخت تر بوده و فولاد ابزاری که به هنگام ماشینکاری با کوراندوم برخورد می کند، ترک خورده و یا می شکند.

 

 

 

ادامه دارد ....

[Peyman 16150]

اکسید آلومینیم چه به صورت فاز گاما و چه به صورت فاز آلفا از ترکیبات اصلی ناخالصی ها در آلومینیم مصرفی دایکاست است. اکسید نرم به طور مداوم و به هنگام تماس آلومینیم مذاب با هوا تشکیل شده و با آلیاژ آلومینیم مخلوط می شوند. از سوی دیگر کوراندوم به طورعمده در کوره ذوب واحد دایکاست تشکیل می شود. مقداری از کوراندوم ممکن است به دلیل مصرف شمش های آلوده باشد. بنابراین مقدار زیادی از نقاط بسیار سختی که در قطعه دایکاست مشاهده می شود، در کوره ذوب واحد دایکاست به وجود آمده است. همچنین ممکن است مقداری از کوراندوم موجود در قسمتی از خط ذوب که درجه حرارت بالایی دارد، تشکیل شود که علت آن، استفاده از نوع خاصی از نسوز کوره و برخی سیستم های خنک کننده است. به طور کلی علت اصلی تشکیل کوراندوم، جداره کوره است.

 

کوراندوم به دیواره کوره چسبیده و به هنگام تمیز کردن دیواره کوره جدا می شود. به هنگام فرایند تمیز کردن کوره معمولا کوراندوم با اصلاح کننده های مذاب، اجسام نسوز کوره و یا اکسید آلومینیم نرمتر مخلوط می شود. اگر تنها کوراندوم به داخل حمام مذاب ریخته شود، در انتهای کوره ته نشین شده ولی معمولا با مواد دیگری مخلوط شده و به صورت معلق در حمام مذاب باقی مانده و سرانجام به قطعه ریختگی می رسد. شکل های 3 و 4 نشان دهنده اکسیدهای شکل گرفته در کوره های ذوب می باشد.

 

 

 

بنابراین کنترل ذرات سخت و عدم راهیابی آنها به داخل مذاب یکی از وظایف و اهداف مدیریت تمیزکاری کوره حمل مذاب به شمار می رود. به دلیل ته نشین شدن بسیاری از مواد سخت، یکی از راهکارهای مهم برای جلوگیری از داخل شدن این ذرات به داخل مذاب، دادن زمان کافی به آنها برای ته نشین شدن در انتهای کوره پس از تمیز کردن آن می باشد. بنابراین این موضوع، که به کوره هایی که به تازگی تمیز شده فرصت کافی جهت ته نشینی ذرات معلق در آن داده شود و مذاب آن برای مدتی مغشوش و پخش نشود، بسیار مهم و بحرانی می باشد. این زمان ممکن است 1 یا 2 ساعت و یا حتی در مواقعی بیشتر باشد، ولی به هر قیمتی باید از خالی کردن مذاب کوره پس از تمیز کردن آن پرهیز شود و از هر دقیقه برای ساکن نگه داشتن مذاب استفاده کنید، حتی اگر از زمان ایده آل نیز کمتر باشد.

 

مواد سنگین تری که در کوره ته نشین می شوند، معمولا همراه با مذاب به داخل قطعه تولیدی وارد نمی گردند. نقاط و ذرات سخت همواره به یک شکل دیده نمی شوند. آنها ممکن است متشکل از قطعات بزرگی باشند که به وضوح در گلویی تزریق دیده می شوند و یا ابعاد میکروسکوپی که بدون بزرگنمایی دیده نمی شوند، باشند. اشکال 5 تا 10 تعدادی از شکل های رایج و مختلف مواد سخت موجود در قطعه ریختگی را نشان می دهند.

 

 

 

[Peyman 16150]

اجسام نسوز به عنوان نقاط سخت

 

درصد کمی از ذرات سخت آلومینیم قطعات اجسام نسوز کوره می باشند که در طی عملیات تمیز سازی کوره از دیواره آن جدا می شوند. این ذرات سخت (معمولا از جنس سیلیکات کارباید) به اندازه ای سخت می باشند که در هنگام ماشین کاری ایجاد مشکل می نمایند. اگرچه راه حل رفع آنها مشابه می باشند چون این مواد از همان منابعی که باعث تولید کوراندوم شده ایجاد می شوند. شکل های 11 و 12 نقاط اجسام نسوز را در قطعه ریختگی نشان می دهد.

 

 

 

مواردی که در هنگام اصلاح می بایستی مد نظر قرار دهیم به شرح زیر می باشد:

 

* همواره کنترل نمایید که تخلیه مذاب به سرعت صورت نگرفته و زمان کافی پس از تمیز کردن کوره و قبل از تخلیه مذاب جهت ته نشین شدن ذرات معلق به آن داده شود. هر چه این مدت زمان طولانی تر شود بهتر است اما به هرحال از 30 کمتر نباید باشد.

 

* فرایند تمیز کردن کوره را مرور نمایید. این فرایند باید مکتوب باشد تا هیچ سوالی از این جهت که چه کاری و چه وقت باید انجام شود وجود نداشته باشد.

 

* مطمئن باشید تعمیر کاران کوره شما افرادی مجرب و دوره دیده باشند. این مورد اغلب نادیده گرفته می شود، بنابراین یکی از کارهای مهم در واحد شما به خوبی صورت نگرفته و نتیجه آن نقاط سخت (Hard Spot) و دیگر مسائل خواهد بود.

 

* مطمئن باشید که ابزار مناسب در دسترس باشد. این یک فرایند بسیار سخت می باشد و ابزارهای خوب و مناسب و پوشش های حفاظت فردی به شما اجازه انجام خوب و صحیح این کار را خواهد داد.

 

* نظم و انضباط شخصی را برای دوره های تمیزکاری کوره خود تعریف و اجرا نمایید.

 

* دمای بیش از حد مورد نیاز ذوب شما باعث ایجاد اکسید خواهد شد، دمای کافی در محدوده 732 درجه سانتیگراد الی 773 درجه سانتیگراد می باشد.

 

* کوره ذوب می بایستی در شرایط خوب نگهداری شوند، با توجه به نکات مهم زیر:

 

- مشعل ها از جهت میزان مخلوط هوا و سوخت می بایستی هر 3 الی 6 ماه تنظیم شوند، مخلوط هوا و سوخت نبایستی پرخوری اکسیژن داشته باشد، زیرا همین امر باعث ایجاد اکسید خواهد شد.

 

- نشت هوا به داخل کوره را می بایستی در حداقل میزان ممکن نگه داشت.

 

- کنترل کننده دما می بایستی هر 6 ماه کنترل و به صورت مناسب نتظیم شوند تا از بالا و پایین رفتن درجه حرارت خودداری شود. (سرباره مذاب در اثر بالا و پایین شدن درجه حرارت کوره از محدوده مورد نظر تشکیل می شود.)

 

- از فرایند یکنواخت اضافه کردن قراضه به مذاب استفاده نمایید، از تسمه نقاله و یا وسیله ای برای تغذیه یکنواخت کوره ذوب سفید می باشد.

 

- گاز زدایی و تصفیه مذاب خروجی را انجام دهید.

 

- در صورت فیلتراسیون به مرحله خروجی مذاب نیز نزدیک تر باشد مفیدتر است. چنانچه از فیلتراسیون استفاده می کنید به نکات ذیل توجه نمایید:

 

+ نشتی و ترک فیلتر

+نشتی هایی از دور محفظه فیلتر

+ جایگزینی فیلترهای فرسوده

+ اغلب اکسیدهای سخت در کوره ذوب تشکیل می شوند، ولی مقداری هم ممکن است در کوره نگهدارنده تولید شوند. از بیل کجی برای شخم زدن کف کوره استفاده نمایید (نه به هنگام تولید یا جهت به هم زدن مذاب) اگر کوراندوم را مشاهده نمودید، عملکرد کوره و تمیز کردن آن را کنترل نمایید.

 

 

 

 

.

[Peyman 16150]

ته بار

 

ته بار ترکیبی از عناصر سنگین می باشد (آلومینیم، سیلیسیم، آهن، منگنز و کروم) که می توانند ترکیبی از پیوندهای بین فلزی تشکیل دهند. ته بار ظاهری مانند ماسه دارد که از آلومینیم سنگین تر می باشد و در ته کوره یافت می شود. بسیار سخت است و اگر در به اندازه کافی در قطعه ریختگی یافت شود، باعث استهلاک زیاد ابزار می شود. ته بار ساختاری کریستالی دارد و به طور مشخص شکل پنج ضلعی با گوشه های راست را تشکیل می دهد. شکل 13 نمونه ای از ته بار که از ته کوره به دست آمده را نشان می دهد و شکل 14 فتو گرافی میکروگرافی آن می باشد که گوشه های مستقیم آن را به صورت نمونه مشاهده می کنید.

 

 

 

اجزاء مورد نیاز ته بار معمولا در همه آلیاژهای آلومینیم دایکاست یافت می شود و تمایل به تشکیل ته بار با تصفیه کافی مواد در طی آلیاژ سازی آن و کنترل درجه حرارت کوره به حداقل میزان آن کاهش می یابد. همچنین کنترل میزان آهن، منگنز و کروم آلیاژ نیز موثر می باشد. ارتباط بین این عناصر با فرمول تجربی که میزان مجاز این عناصر را رای حداقل میزان تشکیل بار نشان می دهد بیان می شود. این فرمول به صورت زیر است:

 

%Fe + 2(%Mn) + 3(%Cr)

 

مقدار حداکثر گاهی اوقات به 1.8 نیز می رسد. واحدهای دایکاست باید به تامین کننده های مواد اولیه خود هواره سفارش کنند که مقدار فرمول بالا در آلیاژهای آنها از حد مجاز تجاوز نکند به ویژه وقتی کنترل خوبی بر روی مذاب خود ندارند. البته تنها رعایت این فرمول عدم تشکیل ته بار در مذاب را تضمین نمی کند، اگر درجه حرارت کوره شما در حد پایین خود دارای نوسان باشد. در درجه حرارت پایین در حدود 648 درجه سانتیگراد ته بار با توجه به ضریب تشکیل ته بار مذاب شروع به تشکیل شدن می کند و نوسانات دمای پایین به تشکیل آن شتاب می بخشد.

 

از یک بیل کج برای کنترل ته کوره خود استفاده نمایید تا مشخص شود در کوره شما ته بار تشکیل شده است یا نه. تشکیل مقدار کمی ته بار در کوره موضوعی عادی می باشد، ولی اگر پس از چند هفته پاک کردن ته بار تشکیل شده باشد، می بایستی ضریب ته بار مواد، کنترل دمای کوره و کالیبراسیون آن یا فرایند حمل مواد جهت پیدا کردن علت نوسانات حرارتی پایین را کنترل نمایید.

 

ته بار اضافی معمولا مسئله ای را به وجود نمی آورد، اگرچه در ماشین کاری قطعاتی که با ته بار بیشتر تولید شده اند، یقینا تفاوت هایی را خواهیم داشت. مسئله دیگری که در اثر ته بار اضافی می تواند در کوره نگهدارنده ایجاد گردد جذب آهن مذاب بوده و ممکن است قطعه ریختگی دارای آهنی کمتر از حد انتظار باشد. این مسئله ممکن است باعث لحیم شدگی شود.

 

 

 

 

 

 

 

[Avenger 19333]

البته اکسید تشکیل شده بر رویه مذاب از ورود بیشتر اکسیژن به داخل ذوب جلو گیری میکند در صورتیکه مذاب تلاطم نداشته باشد