شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
آلومینیم روی

آلیاژهای الومینیوم -روی

آلیاژهای الومینیوم -روی

ارسالی از : محمد خان محمد زاده

مقدمه

آلومینیم به دلیل خواص ضعیف مکانیکی کمتر در صنعت به صورت خالص مورد استفاده قرار میگیرد از طرف دیگر این عنصر با عناصر فلزی وغیر فلزی مانند مس ومنیزیم وسیلیسیم و…حدود ۲۰۰ نوع آلیاژ مختلف نوردی وریخته گری تولید میکند که اغلب آنها با انجام یک سری عملیات حرارتی خاص دارای خواص مکانیکی ومهندسی نزدیک به فولاد میگردند که چنانچه نسبت به وزن مخصوص آلیاژهای این عنصر سنجیده شود قبول نیروهای مکانیکی ویا انتقال الکتریکی آنان بیش از فولادها وآلیاژهای مس میباشد.اغلب عناصر قابلیت انحلال کمی در آلومینیم جامد دارند واز این رو هاردنرهای آن مورد استفاده قرار میگیرند .وجود فازهای دوم وترکیبات بین فلزی متعدد در این آلیاژ انجام عملیات حرارتی رامقدور میسازد.همچنین در ساخت آلیاژهای این عنصر به دلیل نقطه ذوب پایین اغلب هاردنرهای آن مورد استفاده قرار میگیرند .

 

آلومینیوم و اهمیت آن:

آلومینیوم فلزی است به رنگ سفید نقره ای با نقطه ذوب ۶۵۸ درجه سانتیگراد با علامت اختصاری Al ودارای وزن مخصوص ۲٫۷ گرم بر سانتیمتر مکعب که در مقایسه با قلع (( ۷٫۱gr/cm3 فولاد(gr/cm3 7.8 )مس(۸٫۹ ) و طلا(۱۹٫۳ ) ،سبک محسوب میشود. آلومینیوم بعد از فولاد تقریبا پر مصرفترین فلز است و حجم تولید آن بیشتر از حجم تولید کلیه فلزات غیر آهنی است. آلومینیوم و آلیاژهای آن نقش تعیین کننده ای در صنعت معاصر دارند.

مجموعه ویژگیهای خاص این فلز ،بسیار نادر و غیر قابل جایگزینی است . عمده خواص آلومینیوم به شرح زیر می باشد:

۱ – آلومینیوم سبک است به طوری که یک متر مربع از ورق آلومینیومی به ضخامت یک میلی متر ۲٫۷ کیلوگرم وزن دارد. وزن چنین ورقی از جنس فولاد ۷٫۸ کیلوگرم و از جنس مس ۸٫۹ کیلوگرم است. سبک بودن آلومینیوم سبب شده با وجود بالا بودن قیمت ۱ کیلوگرم آن در مقایسه با فولاد رقیب مناسبی در مقابل آن محسوب می شود.

جرثقیل ها،پل ها،اجزاء کشتیها و سایر ساختمانهای بزرگ ازجنس این فلز را می توان در محل کارخانه ساخت وبه آسانی به محل مونتاژ حمل کرد.

۲- آلومینیوم را می توان به آسانی شکل داد و روی آن کار کرد. چکش کاری (فورجینگ) ، فشارکاری (اکستروژن )، چین دادن، شیاردارکردن، لبه دادن، حک کردن، خم کاری، پرداخت و حتی نورد تا ضخامت های ۰٫۰۰۴ میلی متر این فلز امکان پذیر است.

۳- آلومینیوم از نظر حرارتی و الکتریکی هادی بسیار خوبی است، قابلیت هدایت حرارتی آن ۴ برابر فولاد است. ۱ کیلوگرم آلومینیوم خالص در مقایسه با همان وزن مس می تواند دو برابر انرژی الکتریکی حمل کند و به همین دلیل وزن هادی های آلومینیومی در حدود نصف وزن هادیهای مسی است.

۴- آلومینیوم استحکام بالایی دارد و برخی از آلیاژهای آلومینیوم از نظر استحکام قابل مقایسه با فولادهای ساختمانی می باشند.

۵- آلومینیوم در مقابل خوردگی هوا و بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است.

۶- روی سطوح آلومینیوم می توان به منظور تزیین یا افزایش مقاومت سائیدگی به شیوه های مختلف کار کرد.

۷- آلومینیوم را میتوان از طریق کلیه روشهای معمولی جوشکاری، لحیم کاری، چسب کاری و پرچ کاری به هم اتصال داد.

۸- آلومینیوم خطری برای سلامتی ندارد و برای انسان و حیوان مضر نیست لذا از آلومینیوم برای بسته بندی مواد مصرفی و خوراکی استفاده می شود.

۹- ریخته گری آلومینیوم همراه با سیلیسیم ، منیزیم و مس به عنوان عناصر آلیاژی در قالب های ماسه ای ، فلزی و تحت فشار (تزریقی) آسان است.

در کل آلومینیوم به علت خواص برجسته ای چون مقاومت به خوردگی، هدایت الکتریکی، هدایت حرارتی، شکل پذیری ، استحکام ، جلای مناسب و زیبا ، سبکی وزن و تنوع محصولات آلیاژی آن ، کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف دارد که مورد اشاره قرار می گیرد:

استفاده از آلومینیوم در سازه ها ، عمر آنها را تقریبا نامحدود می کند . پروفیل ها و ورقهایی که در ساخت پنجره نما ، در و سقف ساختمان های اداری ، مدارس و بیمارستان ها و … بکار میروند ، نمونه هایی از صدها مورد مصرف آلومینیوم به عنوان مصالح کاربردی در ساختمان است.

در رابطه با صنایع بسته بندی در زمینه های غذایی و دارویی ، این فلز پوشش حفاظتی قابل اطمینانی می باشد.

خواص و موارد استفاده آلومینیوم بیشمار و تقریبا نامحدود است. اما نکته مهم مقرون به صرفه بودن بازیافت قراضه و ضایعات آلومینیومی به فلز آلومینیوم است. انرژی لازم برای تولید مجدد آلومینیوم از قراضه حدود ۵% انرژی لازم برای تهیه آلومینیوم از بوکسیت است.

بنابراین آلومینیوم فلز مهمی است که بدون آن دنیای صنعتی امروز غیر قابل تصور بوده و این گویای نقش تعیین کننده و استراتژیک این فلز است. در این زمان که بشر به شدت نگران استفاده نا معقول از منابع مواد خام و انرژی است، همه این منابع باید در راهی بکار گرفته شوند که از نظر اقتصادی و سیاسی معقول باشد. به ویژه آنکه زمان درازی تا تمتم شدن معادن شناخته شده این مواد باقی نمانده است. در هر حال بکار گیری فرآیندهای صحیح در تولید قطعات و محصولات آلومینیومی شرط اولیه و اصلی برای رسیدن به خصوصیات ویژه این فلز است.

 

 

طبقه بندی آلومینیوم و محصولات آن:

 

محصولات اولیه آلومینیوم به سه گروه عمده زیر تقسیم می شوند:

شمش: معمولا شمش ها درون قالب های افقی روباز با شکل بسیار ساده ریخته گری می شوند . شکل نهائی شمش ها عموما قایقی است که اغلب قسمت های میانی آن ها در یک یا دو منطقه باریک تر انتخاب می شوند و عمدتا جهت مصارف ریخته گری تولید می گردند.

تختال: شمش هایی بشکل مکعب مستطیل، حاصل از عملیات ریخته گری را که مقاطع آن ها عموما مستطیل بوده تختال می نامند و برای تولید ورق نورد می شوند.

شمشال: شمش ریخته گری شده به شکل استوانه ، با قطر و طول های مختلف را که برای تولید مقاطع مختلف پروفیل ، میل گرد و لوله بکار می رود شمشال می نامند.

 

 محصولات جانبی آلومینیوم:

معمولا محصولات جانبی آلومینیوم به سه گروه اصلی زیر تقسیم می شوند:

پروفیل: به کلیه مقاطع هندسی منظم و غیر منظم تولید شده در فرآیندهای اکستروژن ونورد، پروفیل می گویند. پروفیل معمولا در صنایع مختلف به عنوان ماده اولیه مورد استفاده قرار می گیرد.

ورق: به کلیه محصولات نورد که مشتمل بر ضخامت هائی از میکرون تا سانتیمتر می باشند ورق گویند. در صنایع مختلف اکثرا به عنوان ماده اولیه مورد استفاده قرار می گیرد.

قطعات ریخته گری: این گروه از محصولات آلومینیوم مستقیما از فرآیند ریخته گری تولید و مورد مصرف قرار می گیرند. از موارد مصرف این گروه می توان، انواع قطعات مورد مصرف در صنعت را نام برد.

 

آلیاژهای آلومینیوم:

بطور کلی آلیاژهای آلومینیوم را به صورت زیر تقسیم بندی می کنند:

۱)آلیاژهای ریخته گری:

آلیاژهای ریختگی آلومینیوم ـ سیلیسیوم از مهم‌ترین آلیاژهای ریختگی تجاری آلومینیوم می‌باشد. آلیاژهای مذکور حدود ۹۰% ـ ۸۵% از قطعات ریختگی آلومینیوم را تشکیل می‌دهند. این آلیاژها سیالیت عالی، خاصیت مذاب رسانی (تغذیه) عالی در طی انجماد، قابلیت ریخته‌گری و مقاومت به خوردگی خوب و همچنین قابلیت ماشین‌کاری و جوشکاری مطلوب می‌باشد. کاربرد آلیاژهای ریختگی عموماً در قطعات اتومبیل نظیر سیلندر، رینگ چرخ، اتصالات اتومبیل، جعبه دنده و قطعات هواپیما می‌باشد.

 

۲)آلیاژهای عمل آمده:

با یک عدد چهار رقمی نامگذاری می شوند. نخستین رقم نوع یا گروه آلیاژ را مشخص می کند، ارقام بعدی معرف درصد عناصر آلیاژی می باشند .مانند:

 

۸ گروه اصلی عبارتند از:

گروه۱:  معروف به سری ۱۰۰۰ با خلوص حداقل ۹۹ درصد آلومینیم، غیر قابل عملیات حرارتی، دارای مقاومت خوب حرارتی و خوردگی، هادی خوب الکتریسیته، خواص مکانیکی پایین، قابلیت ماشین کاری و شکل پذیری بالا

گروه۲ :  سری ۲۰۰۰، عنصر آلیاژی اصلی آن مس است. قابل عملیات حرارتی است،    خواص مکانیکی بالایی دارد ولی مقاومت به خوردگی آن نسبت به سری ۱۰۰۰ کم تر است.

گروه۳ :  سری ۳۰۰۰، مهم ترین عناصر آلیاژی آن منگنز و منیزیم است، غیر قابل عملیات حرارتی، دارای استحکام کم تا متوسط و کارپذیری خوب است.

گروه۴ :  سری ۴۰۰۰، عنصر آلیاژی اصلی آن سیلسیم است، اکثراً غیر قابل عملیات حرارتی، دارای نقطه ذوب پایین و مناسب برای آندایزینگ اند.

گروه۵ :  سری ۵۰۰۰، عناصر آلیاژی اصلی آن منیزیم و منگنز است. عملیات حرارتی ناپذیر بوده و با تغییر مقدار منیزیم استحکام تغییر می کند. قابلیت جوشکاری خوبی داشته و در محیط های آبی مقاومت بسیار خوبی دارند.

گروه۶ :  سری ۶۰۰۰، عناصر آلیاژی اصلی آن سیلیسیم و منیزیم است، قابل عملیات حرارتی بوده و فرم پذیری خوبی دارند. همچنین استحکام متوسط تا زیاد و مقاومت به خوردگی خوبی دارند.

گروه۷ :  سری ۷۰۰۰، عنصر آلیاژی اصلی روی است، قابل عملیات حرارتی بوده واستحکام بالایی دارند.

گروه۸ :  سری ۸۰۰۰، دارای عناصر آلیاژی آهن وسیلسیم ، غیر قابل عملیات حرارتی بوده، دارای خواص مختلف مناسب برای تولید فویل های صنعتی با  ضخامت بسیار کم اند.

گاهی حرفی بدنبال اسم آلیاژ می آید و با یک خط فاصله از آن جدا می شود و مبین نوع عملیات حرارتی است که برای سخت کردن ، مقاوم کردن یا نرم کردن آلیاژ انجام می گیرد.

مثلا    ۲۰۲۴_O

O _ یک عمل باز پخت یا آنیلینگ را نشان می دهد. ( بطور مثال آلیاژ       ۲۰۲۴_O معرف آلیاژ ۲۰۲۴ در حالت آنیل کامل است).

 

آلیاژهای کارشده

مشخصات و نامگذاری آلیاژهای کار شده آلومینیم (Wrought Aluminium Alloy) در کشورهای مختلف متفاوت است و همین مسئله انتخاب آلیاژ های آلومینیم برای کاربرد های مهندسی را دشوار می کند. علاوه بر این، در برخی از کشور ها، آلیاژ ها بر اساس توالی تاریخ تولید نامگذاری شده اند. در سال ۱۹۷۰ سیستم نامگذاری بین المللی برای محصولات کار شده آلومینیم معرفی شد که بر اساس دسته بندی جامعه آلومینیم آمریکا نامگذاری شده است. نامگذاری آلیاژ ها کارشده آلومینیم در جدول زیر نمایش داده شده است.

آلومینیم روی

 

در میان آلیاژ های کار شده سه گروه ۲xxx ، ۶xxx و ۷xxx عملیات حرارتی پذیر هستند.

 

رقم های سوم و چهارم در گروه ۱xxx اهمیت بیشتری داشته و نشان دهنده حداقل خلوص آلومینیم است. به عنوان مثال آلیاژ ۱۱۴۵ دارای حداقل خلوص ۹۹٫۴۵% است. در سایر گروه های آلیاژی رقم های سوم و چهارم مانند شماره سریال آلیاژ هستند. رقم دوم، رابطه نزدیک میان آلیاژها را نشان می دهد. به عنوان مثال آلیاژهای ۵۳۵۲، ۵۰۵۲ و ۵۲۵۲ از نظر ترکیب شیمایی اختلاف کمی دارند.

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیم به شکل زیر تقسیم بندی می شود:

آلومینیم روی

 

در میان آلیاژهای کار پذیر آلومینیم، آلیاژهای آلومینیم -منگنز (۳xxx) و آلیاژهای آلومینیم-منیزیم (۵xxx) قابلیت انجام عملیات حرارتی را ندارند.

 

آلیاژهای آلومینیوم منگنز

حلالیت منگنز در آلومینیم ۱٫۸۲ درصد است ولی مقدار منگنز در آلیاژ های آلومینیوم برابر با ۱٫۲۵ درصد است. علت این اختلاف حضور آهن به عنوان ناخالصی است که باعث کاهش حلالیت می شود. تنها آلیاژ پر مصرف آلومینیم – منگنز، آلیاژ ۳۰۰۳ است. افزودن منگنز به آلومینیوم از طریق تشکیل محلول جامد و توزیع ظریف رسوب های نامحلول، استحکام آن را افزایش می دهد. افزدون یک درصد منیزیم منجر به افزایش بیشتر استحکام می شود. آلیاژ های گروه ۳xxx دارای استحکام متوسط، انعطاف پذیری بالا و مقاومت خوردگی مطلوبی هستند. این آلیاژ ها برای ساخت قوطی های نوشابه، وسایل آشپزخانه و پخت و پز به کار می روند.

آلیاژهای آلومینیوم منیزیم

آلومینیم و منیزیم در محدوده وسیعی از ترکیب شیمایی تشکیل محلول جامد می دهند و آلیاژ های کارپذیری تولید می کنند که حاوی ۰٫۸ الی ۵ درصد منیزیم است. مستحکم ترین آلیاژ این گروه ۵۴۵۶ است که استحکام کششی آن برابر با ۳۱۰ مگا پاسکال است. اگر در این آلیاژها مقدار منیزیم بیش از ۴-۳ درصد باشد، فاز β یا Mg5Al8 روی مرز دانه ها و نوارهای لغزشی رسوب می کند و همین موضوع منجر به خوردگی بین دانه ای و ایجاد ترک در اثر خوردگی تنشی می شود. افزودن کروم و منگنز می تواند از این مسئله جلوگیری کند. این آلیاژ ها در بدنه کامیون ها، مخازن بزرگ حمل بنزین، شیر و دانه های غلات، مخازن تحت فشار (به خصوص در دما های پایین) ، بدنه قایق های کوچک و کشتی های اقیانوس پیما مورد استفاده قرار می گیرند.

آلیاژهای آلومینیوم مس و آلومینیوم مس منیزیم

تغییراتی که در حین پیر کردن آلیاژهای آلومینیوم – مس رخ می دهد، بسیار بیشتر از سایر آلیاژ ها مورد توجه قرار گرفته است، اما تنها چند آلیاژ تجاری بر پایه این سیستم وجود دارد. آلیاژ ۲۰۱۱ قابلیت ماشین کاری خوبی دارد ولی امروزه آلیاژ ۲۲۱۹ به علت خواص مناسب تر، جای آلیاژ ۲۰۱۱ را گرفته است. آلیاژ ۲۲۱۹ دارای خواص کششی بالا، استحکام خزشی خوب و چقرمگی زیادی است.

آلیاژهای آلومینیم – مس – منیزیم در سال ۱۹۰۶، به طور اتفاقی در برلین ساخته شدند و تحقیقات انجام شده روی این آلیاژ منجر به پیدایش آلیاژ دورآلومین شد. معمولا این آلیاژ ها و سایر آلیاژ های گروه ۲xxx به وسیله روش نوردی با آلومینیم یا آلیاژ آلومینیم – روی پوشش داده می شوند تا مقاومت به خوردگی مطلوبی را ایجاد کنند. در یک استحکام کششی برابر، آلیاژهای گروه ۲xxx از آلیاژ های گروه ۷xxx چقرمگی شکست پایین تری را نشان می دهند. دلیل این مسئله، اندازه بزرگ ترکیبات بین فلزی در آلیاژ های ۲xxx است. با کاهش مقادیر آهن، سیلیسم و مس، چقرمگی شکست و انعطاف پذیری بهبود می یابد. این آلیاژ ها در هواپیما و صنایع اتومبیل سازی به کار می روند.

آلیاژهای آلومینیوم منیزیم سیلیسیم

آلیاژهای آلومینیم – منیزیم – سیلیسیم به عنوان آلیاژ های ساختمانی به کار می روند. این آلیاژ ها دارای خواص جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی و خوردگی تنشی هستند. این آلیاژ ها بیشتر به صورت اکسترود شده به کار می روند. آلیاژ های این گروه به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

۱- آلیاژهایی با مقدار منیزیم و سیلیسیم بین ۰٫۸ تا ۱٫۲ درصد که به آسانی اکسترود می شوند. محصول خروجی از اکستروژن قابلیت کوئنچ دارد و نیاز به عملیات محلول سازی جداگانه نیست.

۲- آلیاژهای دو دسته دیگر حاوی مقادیر منیزیم و سیلیسم بیش از ۱٫۴ درصد هستند. این آلیاژ ها پس از اکسترود شدن به عملیات محلول سازی و کوئنچ نیاز دارند.

۳- آلیاژهای دسته سوم دارای مقدار سیلیسمی بیش از مقدار مورد نیاز برای تشکیل Mg2Si هستند. افزایش مقدار سیلیسم منجر به ریز شدن اندازه ذرات Mg2Si و رسوب سیلیسم می شود و به پیرسختی کمک زیادی می کند.

آلیاژهای آلومینیوم روی منیزیم و آلومینیوم روی منیزیم مس

آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در میان کلیه آلیاژ های آلومینیم بیشترین پتانسیل پیرسختی را دارند. در آلیاژ های پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از ۰٫۳ درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژ هایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژ ها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن ها وجود دارد. بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در ابتدا برای ساخت پل های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم – مس بیشترین میزان پیرسختی را از خود نشان می دهند. نیاز صنایع نظامی به استفاده از آلیاژ های هواپیمایی که نسبت استحکام به وزن آن ها بالا باشد، در نهایت منجر به تولید آلیاژهای گروه Al-Zn-Mg-Cu شد. آلیاژ ۷۰۷۵ شناخته شده ترین آلیاژ این گروه است.

آلیاژهای ریختگی

بر اساس استاندارد آمریکا، برای شناسایی آلیاژهای ریختگی آلومینیم (Aluminum Cast Alloys) از چهار رقم استفاده می شود. در گروه ۱ دو رقم دوم و سوم حداقل درصد آلومینیوم را مشخص می کند و رقم آخر پس از اعشار نشان دهنده شکل محصول است. اگر این رقم صفر باشد نشان دهنده قطعه ریختگی و اگر یک باشد نشان دهنده شمش است. در گروه های ۲ تا ۹، دو رقم دوم و سوم اعدادی هستند که معرف آلیاژ های مختلف آن گروه هستند. آخرین رقم در این گروه ها نیز معرف شکل محصول است.

Untitled

 

اگر در آلیاژ اصلی و یا ناخالصی ها تغییری ایجاد شود، در ابتدای نام گذاری آن، یک حرف از حروف الفبای انگلیسی اضافه می شود ولی، از حروف I، O، Q و X استفاده نمی شود. از حرف X برای آلیاژ های تجربی و یا آزمایشی استفاده می شود.

آلیاژ ریختگی آلومینیوم سیلیسیم

از جمله ویژگی های این گروه سیالیت بالا، مقاومت به خوردگی بالا، جوش پذیری خوب و ماشینکاری دشوار است. هم چنین حضور سیلیسم، ضریب انبساط حرارتی را کاهش می دهد. ترکیب یوتکتیک این سیستم برابر با Al-12.7% Si است. انجماد آهسته آلیاژ خالص Al-Si منجر به تولید ریزساختار بسیار درشتی می شود که در آن صفحات سیلیسیم در زمینه آلومینیوم قرار گرفته اند. اگر از ریخته گری پیوسته که سرعت سرد کردن آلیاژ در آن زیاد است استفاده شود، ساختار این آلیاژ ریز شده، سیلیسیم به شکل الیافی در آمده و در نتیجه، انعطاف پذیری و استحکام کششی افزایش می یابد.

 

آلیاژ ریختگی آلومینیوم مس

اغلب آلیاژ های این گروه امروزه مورد استفاده قرار نمی گیرند و ترکیبات موجود از عناصر آلیاژی دیگری نیز برخوردارند. برای ریخته گری این آلیاژ باید از تغذیه های کافی استفاده شود تا نقصی در محصول نهایی پیش نیاید. این آلیاژ ها خاصیت پیرسختی مطلوبی دارند. آلیاژهایی مانند ۲۳۸ و ۲۴۲ برای ساخت پیستون دیزل و سر سیلندرهای موتور هواپیما به کار می روند. یکی از آلیاژ های جدید این گروه که در آمریکا با نام ۲۰۱ شناخته می شود، در ترکیب خود حاوی مقادیری از نقره است. حضور نقره به طور چشمگیری فرآیند رسوب گذاری در آلیاژ را تغییر می دهد و منجر به تشکلی رسوبات تتا (CuAl2) می شود.

آلیاژ ریختگی آلومینیوم منیزیم

ویژگی آلیاژهای این گروه مقاومت به خوردگی بالا، قابلیت ماشین کاری مطلوب و ظاهر جالب آن ها پس از آبکاری است. به علت حضور منیزیم در این آلیاژ، اکسید شدن در مذاب افزایش می یابد و باید کنترل زیادی در حین عملیات ذوب و ریخته گری انجام شود. هم چنین بخار ناشی از رطوبت ماسه می تواند با منیزیم ترکیب شده و منجر به تولید MgO و هیدروژن شود که موجب زبر شدن و تیرگی سطح قطعه می شود. برای جلوگیری از این اتفاق، ۱٫۵ درصد اسید بوریک به ماسه اضافه می کنند، به این ترتیب یک لایه شیشه ای تشکیل می شود و از تماس بخار با مذاب جلوگیری می کند. مقدار منیزیم در آلیاژ های این گروه بین ۴ تا ۱۰ درصد است. اکثر این آلیاژها در قالب های ماسه ای ریخته گری می شوند.

آلیاژ ریختگی آلومینیوم روی منیزیم

در گذشته آلیاژ های آلومینیم روی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند ولی امروزه به جز آلیاژ هایی که به عنوان آند فدا شوند مورد استفاده قرار می گیرند، بقیه آلیاژ های این گروه از رده خارج شده اند. امروزه ترکیباتی که حاوی عناصر آلیاژی مس، کروم، آهن و منگنز هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. این آلیاژ ها در قالب ماسه ای ریخته گری می شوند و در صورت استفاده از قالب های دائمی، ترک داغ ایجاد می شود. نقطه ذوب یوتکتیکی این آلیاژها نسبتا بالا بوده و همین ویژگی، این آلیاژها را برای لحیم کاری سخت مناسب می کند. این آلیاژ ها هم چنین قابلیت ماشین کاری خوب و پایداری ابعادی و مقاومت خوردگی مطلوبی دارند ولی این آلیاژها برای کاربرد های دما بالا مناسب نیستند و در اثر پیر شدن بیش از حد نرم می شوند.

 

 مواد اولیه و منابع آلومینیوم:

آلومینیوم %۸ از پوسته زمین را تشکیل می دهد که مقدار زیادی است و فقط سیلیسیم با %۲۶٫۵ فراوانی ، از این عنصر پیشی میگیرد. (آهن %۵ ، منیزیم %۲ ، مس %۰٫۰۱ ، روی و قلع هر یک حدود %۰٫۰۴ فراوانی در پوسته زمین دارند ) آلومینیوم نیز مانند اغلب فلزات بصورت فلز آزاد در طبیعت موجود نیست و فقط بصورت ترکیبی در کانه (سنگ معدن ) یافت می شود. از کانه هایی برای استخراج استفاده می شود که حداکثر مقدار ممکن آلومینیوم را داشته باشند. تنها سنگ معدنی که استخراج آلومینیوم از آن نسبتا براحتی صورت می پذیرد ، بوکسیت (نام مکانی بنام بوکس در فرانسه که برای اولین بار در آن یافت شد) نام دارد. که این کانه حاوی اکسید آلومینیوم (آلومینا) بوده و تعاریف متعددی برای آن شده است .

 

روی ( Zinc )

روی عنصر فلزی براق به رنگ سفید مایل به آبی است. در دماهای معمولی به حالت شکننده و کریستالی است اما در دمای بین C°۱۵۰-۱۱۰ خاصیت چکش خواری و تورق دارد . این عنصر در سال توسط دانشمند کشف گردید . منابع اصلی آن معدن سولفید ، زینکبلند یا اسفالریت زینکیت (اکسید روی)، کالامین (سیلیکات روی) و اسمیت سونیت (کربنات روی) می باشند . سنگ سولفیدی تا تبدیل شدن به اکسید برشته می شود سپس با زغال تا دمای C°۱۲۰۰ حرارت داده می شود . تبخیر وسپس خارج از محفظه واکنش متراکم شده و در قالب هایی که اسپلتر نامیده می شود قالب گیری می شود.

روی از سالها قبل شناخته شده بود از روی و ترکیبات روس برای ساخت آلیاژ برنج استفاده می شود. آلیاژهای روی که شامل ۸۷ درصد روی هستنداز سالهای خیلی پیش در ترانسیلوانیا شناخته شده هستند. این عنصر از ۱۳ قرن پیش توسط هندی ها از واکنش بین کالامین و یک ترکیب الی تولید شد. این فلز دوباره توسط اروپاییان در سال ۱۷۴۶ کشف و تولید شد .

روش استخراج روی از سوختن و اکسید شدن سنگ معدن روی و واکنش اکسید روی با زغال یا کربن توسط تقطیر فلز حاصل می شود.روی در طبیعت دارای ۵ ایزوتوپ پایدار است. ۱۶ عدد ایزوتوپ ناپایدار نیز برای روی شناخته شده است.

این عنصر خاصیت نیمه رسانای دارد و در هوا با شعله قرمز خیلی داغ می سوزد و براهای سفید سمی از آن ساطع می شود. خاصیت قالب پذیری این عنصر بالا است . نه فلز روی نه زیرکونیم هیچ کدام خاصیت آهنربایی ندارند. اما این ترکیب ZrZn2 در دمای زیر ۳۵۰ درجه کلوین خاصیت آهنربایی دارد.

این فلز دارای آلیاژهای زیادی می باشد که شامل برنج، نقره نیکلی، برنز تجارتی، لحیم قلع، آلومینیوم لحیم شده است.

روی با کیفیت بالا برای تولید قالب استفاده می شود که از این قالب گیری برای کاربردهای اتومبیل سازی و صنایع الکتریکی و سخت افزاها مورد استفاده قرار می گیرد. یک آلیاژ روی که به نام پرزتال نامیده می شود شامل ۷۸ درصد روی و ۲۲ درصد آلومینیوم است که بیشتر برای صتایع فولاد و پلاستیکهای قالب گیری استفاده می شود. از این آلیاژ همچنین برای قالب گیری سرامیک و سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.

روی همچنین برای آبکاری دادن فلزاتی مثل آهن برا ی جلوگیری از خوردگی استفاده می شود. اکسید روی عنصر مفید و دنیای مدرن است. که به طور گسترده ای برا ی صنایع و ساخت رنگها، تولیدات لاستیک، وسایل آرایشی و صنایع داروسازی، پوشش کف، پلاستیک ، چاپ پارچه، صابون سازی، ذخیره باتری ها، منسوجات، تجهیزات الکتریکی و دیگر تولیدات کاربرد دارد. لیتوفون ترکیبی از سولفید روی و سولفات باریم است که برای تولید مواد و رنگدانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

سولفید روی در ساختان صفحات روشن و تابناک، صفحات اشعه ایکس و تلویزیون و نورهای فلورسانس مورد استفاده قرار می گیرد. از ترکیبات کلر و کرومات روی برای ترکیبات مهم استفاده می شود. روی عنصر حیاتی برای رشد و نمو جانوران و گیاهان است.

روی به تنهایی و به خودی خود سمی نیست اما وقتی که با اکسیژن هوا ترکیب می شود به ماده سمی تبدیل می شود که تنفس را دچار مشکل می کند که در موقع استفاده از آن باید دقت لازم را به عمل آرود. غلظت اکسید روی در موقع کار در آزمایشگا ه اگر تهویه لازم نداشته باشد برای از ۵ mg/m3 تجاوز نکند.

 

ساختار بلوری عنصر روی

اثرات روی بر روی سلامتی :روی ماده ای بسیار فراوان و طبیعی است. بسیاری از غذاها، مقدار مشخصی روی دارند. آب آشامیدنی هم حاوی مقدار معینی روی است و وقتی در تانکهای فلزی ذخیره می شود، مقدار آن بیشتر می شود. منابع صنعتی یا محل زباله های سمی هم باعث ورود مقداری روی به آب آشامیدنی می شود و ممکن است به سطحی برسد که باعث بیماری می شود.

روی یکی از عناصر کمیاب است که برای سلامتی انسان حیاتی است. وقتی مقدار روی در بدن انسان کم باشد، باعث بی اشتهایی، کاهش حس چشایی و بویایی ، دیر التیام یافتن زخمها و ناراحتیهای پوستی می شود. کمبود روی حتی می تواند باعث نقصهای مادرزادی شود.

اگرچه انسان می تواند مقادیر نسبتا زیاد روی را تحمل کند، اما مقادیر بسیار زیاد روی باعث بیماریهایی مانند دل درد، تحریک پوست، استفراغ، حالت تهوع و کم خونی می شود. بالا بودن بیش از اندازه روی، به لوزالمعده آسیب می رساند و متابولیسم پروتئین ها را مختل کرده و باعث تصلب شراین می شود. قرار گرفتن در معرض کلرید روی برای مدتی طولانی سبب اختلالات تنفسی می شود. در محیط کار، انتشار روی سبب ایجاد عوارض آنفولانزا مانندی می شود که به نام تب فلز شناخته می شود. این وضعیت بعد از دو روز از بین می رود و در اثر حساسیت بیش از اندازه ایجاد می شود.

روی برای جنین و نوزادان خطرناک است. وقتی مادر مقدار روی زیادی مصرف کند، جنین یا نوزاد از طریق خون و یا شیر مادر تحت تاثیر روی قرار می گیرد.

اثرات روی بر روی محیط زیست :روی به طور طبیعی در هوا، آب و خاک وجود دارد اما گاهی اوقات غلظت روی در اثر فعالیتهای بشری، به طور غیرعادی زیاد می شود. قسمت عمده افزایش روی در اثر فعالیتهای صنعتی مانند معدنکاری، احتراق ذغالسنگ و فرآوری فولاد است.

تولی جهانی روی هنوز هم بالاست. تولید جهانی مس هنوز هم بالاست. این بدان معناست که میزان مس موجود در محیط زیست روبه روز کمتر می شود.

آب به علت بالا بودن مقدار روی در فاضلاب کارخانجات صنعتی، آلوده می شود. این فاضلاب، تصفیه نمی شود در نتیجه درساحل رودخانه ها گل و لای آلوده به روی نهشته می شود. مقدار روی در آبهای اسیدی هم بالاست.

وقتی ماهیها در آبهای آلوده به روی زندگی کنند ،مقدار روی در بدن آنها بالا می رود. وقتی روی وارد بدن این ماهیها می شود زنجیره غذایی را مختل می کند.

مقدار روی در خاک بالاست. وقتی خاک مزارع آلوده به روی شود، جانوران مقدار روی زیادی جذب می کنند که به سلامتی آنها آسیب می رساند. روی محلول در آب که در خاکها وجود دارد آبهای زیرزمینی را آلوده می کند.

روی تنها برای حیوانات خطرناک نیست بکه برای گونه های گیاهی هم خطر محسوب می شود. معمولا به علت تجمع روی در خاک، گیاهان روی زیادی جذب می کنند که برای سیستم بدنشان مضر است.

در خاکهای غنی از روی، تعداد محدودی از گیاهان شانس بقاء دارند. به همین علت است که در نزدیکی کارخانه هایی که در زباله شان روی وجود دارد، پوشش گیاهی اندکی وجود دارد. به علت اثرات منفی روی، این عنصر برای مزارع تهدید محسوب می شود. با وجود این ، کودهای روی دار هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند.

در پایان، روی می تواند فعالیت های خاک را مختل کند زیرا روی فعالیت میکروارگانیسمها و کرمهای خاکی اثرات منفی دارد. به خاطر وجود روی، تجزیه مواد آلی به شدت کند می شود.

 

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر روی : عدد اتمی: ۳۰

جرم اتمی:۶۵٫۴۰۹

نقطه ذوب : C°۴۱۹٫۷۳

نقطه جوش : C°۹۰۷

شعاع اتمی : Å ۱٫۵۳

ظرفیت: ۲

رنگ: سفید مایل به آبی

حالت استاندارد: جامد

نام گروه: ۱۲

انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 9.394

شکل الکترونی: ۲ ۱s22s2p63s23 p63d 104s

شعاع یونی : Å ۰٫۷۴

الکترونگاتیوی:۱٫۶۵

حالت اکسیداسیون:۲

دانسیته: ۷٫۱۳

گرمای فروپاشی : Kj/mol 7.322

گرمای تبخیر : Kj/mol 115.3

مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.00000005964

گرمای ویژه: J/g Ko 0.39

اشکال دیگر : هیدرید روی ZnH2

اکسید روی ZnO

کلرید روی ZnCl2

کاربرد : به عنوان روکشی برای فلزات و محافظی برای زنگ زدن مورد استفاده قرار می گیرد . در آلیاژکاری با برنج ، نیکل و برنز به کار می رود . همچنین در جوشکاری ، لوازم آرایشی و رنگ کاری مورد استفاده قرار می گیرد . در ساخت باتری نیز کاربرد دارد .

 

 زاماک

از معروف ترین آلیاژهای روی می توان به زاماک  اشاره کرد که علاوه بر روی دارای عناصری مانند آلومینیوم، مس و منیزیم نیز می باشد.

(روی– آلومینیوم- مس و منیزیم )

پایه و اساس آلیاژ زاماک، روی می باشد .روی فلزی به رنگ سفید مایل به آبی یا نقره ای و فلزی است درشت دانه (ساختمان بلوری هگزاگونال فشرده) که نقطه ذوب آن ۴۱۹ درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن برابر با ۹۰۶ درجه سانتی گراد است .وزن مخصوص روی برابربا gr/ cm31/7 بوده و دارای فشار بخار بالایی است که در آلیاژ سازی مورد توجه است. که مصرف روی بعد از ALوCUدر رتبه سوم قرار دارد.

آلیاژهای ریخته گی فلز روی به نام زاماک معروف ترین آلیاژ روی می باشدودر ۳گروه زاماک ۲ ،زاماک ۳ ، زاماک ۵ قرار گرفته که عناصر اصلی آلیاژ زاماک، روی – آلومینیوم-  مس و منیزیم و به مقدار کمی از عناصر آهن سرب و قلع می باشد که مقدار آلومینیوم در هر سه گروه زاماک در حدود ۵/۳ تا ۵/۴ درصد است و مهمترین قابلیت آلیاژهای روی حفظ ابعاد و دقت ابعادی آن می باشد که در صنایع مکانیکی و الکتریکی ، اتومبیل سازی ، اسباب بازی و پوشش ها برای جلوگیری از خوردگی (گالوانیزه ) مورد استفاده قرار می گیرد .

آلیاژهای روی به دو صورت نوردی و ریخته گری تولید می شود همان طور که در مقدمه بیان شد آلیاژ زاماک حاوی آلومینیوم ،  مس و مقدار کمی منیزیم می باشد که از نقطه ذوب ودرجه حرارت ریختگی وسیالیت ایده آلی برخوردار است.

آلیاژهای ۳ گانه روی – آلومینیوم – مس دارای یوتکتیکی در ۷ درصد آلومینیوم و ۹/۳ درصد مس می باشد که در حرارتی حدود ۳۷۵ درجه سانتی گراد تشکیل می گردد قادر به حل کردن ۳/۱ درصد آلومینیوم و ۹/۲ درصد مس است که در درجه حرارت محیط میزان حلالیت دو عنصر مذکور ناچیز می باشد.

 

خصوصیات کلی آلیاژ روی:

عملیات کار سردی (کار سختی) به روی,روی خالص انجام نمی شود علت بر اینکه درجه حرارت تبلور مجدد آن در نزدیکی دمای محیط میباشد. آلیاژهای روی را می توان با نورد- کشش- اکسترود و ریخته گری شکل داد که در این میان ریخته گری بخصوص ریخته گری تحت فشار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دردرجه حرارتهای ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد قابل نورد است ولی باز در ۲۵۰ درجه مجددا“ ترد    می گردد.

روی و آلیاژهای آن به صورت پوششهای فلزی برای ورقه آجر و سطح، زنجیرها، آهن آلات، لوله ، پیچ ها و مخازن سیستم و پوشش سیم موارد استعمال وسیعی پیدا کرده‌اند ریخته‌گری فشاری روش شامل قطعات اتومبیل، لوازم خانگی، وسائل دفتر کار. آهن آلات ،قفل ها اسباب‌بازیها و اجناس جدید هستند.

پوششهای گالوانیزه شده یا به وسیله غوطه‌وری ، آبکاری الکتریکی ، آبکاری مکانیکی یا به وسیله پخش شعله مورد استفاده قرار می‌گیرند.

معمولا تفاوت انواع  زاماک در میزان مس موجود در آن بوده به طوری که سایر عناصر آلیاژی ترکیبات نسبتا ثابتی دارند. مثلا مس موجود در زاماک ۲, ۰٫۱ % و در زاماک ۳ ۷۵/۰ % و در زاماک ۵ ,۲۵/۱% مس وجود دارد و در زاماک ۴ منیزیم وجود نداشته و درصد مس ,در این نوع زاماک به ۳% و درصد آلومینیوم به ۴% می رسد .چنانچه مقدار مس از ۲۵/۱درصد تجاوز کند باعث تشکیل فاز بین فلزی در زاماک می شود.

آلیاژهای ریختگی فشاری روی قیمت کمتر و استحکام خوبی دارند. آنها را می‌توان  تا حدود محدودی ریخته‌گری کرد، به تراشکاری کمتری نیاز دارند و مقاومت خوبی نسبت به خوردگی سطحی از خود نشان می‌دهند.

در صد عناصرآلیاژی انواع زاماک که معمولا مصرف می‌شوند در جدول زیر آمده است، هر گاه حدود ناخالصی‌ از حد مجاز تجاوز کند.آلیاژهای زاماک مستعد به خوردگی بین دانه‌ای تاب خوردگی و ترک‌برداری می‌شوند.

 

 تاثیرعناصر آلیاژی

در انتها بحث روی و آلیاژهای آن، اثر عناصر را روی آلیاژهای روی به طور مختصر بررسی میکنیم

اثر روی ، هر چه میزان روی در آلیاژ بیشتر باشد به علت این که روی دارای نقطه ذوب پایینی است، میزان استحکام بیشتر میشود همچنین مقاومت به خوردگی نیز افزایش مییابد.

 

 اثر آلومینیوم :

یکی دیگر از عناصری که در این آلیاژها اهمیت دارد آلومینیوم است چرا که این عنصر باعث افزایش استحکام کششی، مقاومت به خزش، استحکام به ضربه و سختی درروی می شود. اما با این تفاسیر باید میزان آلومینیوم را به دقت کنترل کرد چون در صورتی که مقدار آن بیشتر از۵/۳ تا ۳/۴ ٪ شود استحکامهای فوق را به مقدار زیادی کاهش میدهد.از جمله دیگر خواص میتوان کاهش مقدار اکسید سرباره و همچنین کاهش حمله به دیوارههای قالب و وسایل فولادی ( از جنبه خوردگی) را نام برد

 

اثر منیزیم :

سختی را افزایش داده ولی استحکام به ضربه درصد ازدیاد طول همچنین سیالیت مذاب آلیاژ را کاهش میدهد.

مقاومت به خوردگی را افزایش میدهد ولی این کار هم میتوان با مقدار کمی نیکل به دست آورد. اگر چه نیکل در آلیاژ با تشکیل ترکیب Ni2AL3 باعث افزایش سرباره در بالا و همچنین افزایش شکنندگی و سختی نقاطی در قطعه نهایی می شود.

 

اثر مس:

در واقع دو اثر مهم مس، افزایش استحکام کششی، خزشی و سختی و همچنین افزایش مقاومت به خوردگی است. اگر چه آلیاژهایی که دارای مقدار مس باشند در نهایت به صورت ناپایدار با استحکام به ضربه پایینی هستند به همین دلیل سعی می شود مقدار مس تا ۲۵/۱ ٪ محدود شود.

 

اثر آهن:

آهن به عنوان یک ناخالصی در آلیاژهای ریختهگری تحت فشار به شمار میرود چرا که حد حلالیت آهن در آلیاژ روی آلومینیوم پایین بوده و باعث:

۱- افزایش سرباره در بالای مذاب شده ( برای مثال ترکیب FeAl3 درقسمت بالای مذاب شناور میشود)

۲- شکنندگی در آلیاژهای ریختگی افزایش مییابد.

۳- مشکلات ماشینکاری در قطعه نهایی وجود دارد.

اثر سرب ، کادمیم و قلع: (اثرات زیان آور این عناصر بسیار مهم بوده)

کادمیم و قلع:

اثرات زیان آور این عناصر بسیار مهم بوده و به گونهای نیست که در همان ابتدای امر خود را نشان دهد اصولا اثرات این عناصر در قطعه بعد از گذشت زمان مخصوصا در هوای مرطوب دیده میشود. در واقع قطعه نهایی باعث پارگی و ایجاد ترک میشود.

 

اثر نیکل، کرم و منگنز:

یکی از اثرات مهم این آلیاژ در مذاب ایجاد ترکیبات Mn2AL5 , CrAL4, Ni2AL3 است که تحت اصلی سرباره مذاب را تشکیل میدهند. در واقع این عناصر با ترکیب با آلومینیوم باعث افزایش سرباره میشوند. در مواقع طبق تحقیقات انجام شده این ترکیبات بین فلزی در بسیاری از موارد هم باعث کاهش حد حلالیت میشوند.

 

منابع

http://Iran-mavad.com

http://www.packmangroup.com/

http://dir.wikipg.com/

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.