گزارش كارآموزي ريخته‌گري در كارخانه ذوب فلزات ايمن‌كار
دسته بندي :
فنی و مهندسی »
صنایع
گزارش كارآموزي ريخته‌گري در كارخانه ذوب فلزات ايمن‌كار در 29 صفحه ورد قابل ويرايش
فهرست مطالب
عنوان صفحه
مقدمه
مشخصات فيزيكي 1
مشخصات ريخته گري ذوب 2
تقسيم بندي آلياژها 3
آلياژسازها (Hardeners) 7
كنترل تركيب 10
برگشتي ها و قراضه ها 12
گاززدايي Degassing 17
اكسيژن زدايي 20
احياء كننده ها 21
فلاسك هاي گازي 23
تصويه : فيلتر كردن 25
جوانه زاها Grainrefiners 27
آلومينيوم مس 33
توليد آلياژ 36
آلومينيوم – سيليسيم 37
توليد آلياژ 38
ماهيچه 40
- قسمت ماهيچه سازي 42
- قسمت ريخته گري 43
-سالن ويبراسيون 45
-مراحل سنگ زني و تراشكاري 46
-تست عمليات حرارتي 46
-كوره aging 47
-قسمت كنترل 48
-مرحله شستشو 50
مشخصات فيزيكي
آلومينيم يكي از عناصر گروه سديم در جدول تناوبي است كه با تعداد پروتون 13 و نوترون 14 طبقه بندي الكتروني آن به صورت زير مي باشد :
(1S2);(2S2)(2P6);(3S2)(3P1)
كه در نتيجه مي توان علاوه بر ظرفيت 3 ، ظرفيت 1 را نيز در بعضي شرايط براي آلومينيم در نظر گرفت .
آلومينيم از يك نوع ايزوتوپ تشكيل شده است و جرم اتمي آن در اندازه گيري هاي فيزيكي 9901/26 و در اندازه گيري هاي شيميايي 98/26 تعيين گرديده است . شعاع اتمي اين عنصر در 25 درجه سانتي گراد برابر 42885/1 آنگسترم و شعاع يوني آن از طريق روش گلداسميت برابر A57/0 بدست آمده است كه در ساختمان FCC و بدون هيچ گونه تغيير شكل آلوتروپيكي متبلور مي شود .
مهمترين آلياژ هاي صنعتي و تجارتي آلومينيم عبارت از آلياژ هاي اين عنصر و عناصر دوره تناوبي سديم مانند منيزيم ، سيليسيم و عناصر دوره وابسته تناوب مانند مس و يا آلياژ هاي توام اين دو گروه است .
(Al-CuMgSi);(Al-CuMg);(Al-SiMg);(Al-Cu);(Al-Si);(Al-Mg)
سيليسيم و منيزيم با اعداد اتمي 14 و12 همسايه هاي اصلي آلومينيم مي باشند و بسياري از كاربرد هاي تكنولوژيكي آلومينيم بر اساس چنين همسايگي استوار است .
ثابت كريستالي آلومينيم A0414/4 = a و مطابق شرايط فيزيكي قطر اتمي آن 8577/2 = dAl مي باشد . بديهي است حلاليت آلومينيم به نسبت زيادي به قطر اتمي بستگي دارد و مطابق آنچه در مباحث متالوژي فيزيكي بيان مي گردد ، اختلاف قطر اتم هاي حلال و محلول نبايد از 15 % تجاوز نمايد ، در حالي كه شكل ساختماني و الكترون هاي مدار آخر نيز در اين حلاليت بي تاثير نيستند .
مشخصات ريخته گري و ذوب
آلومينيم و آلياژ هاي آن به دليل نقطه ذوب كم و برخورداري از سياليت بالنسبه خوب و همچنين گسترش خواص مكانيكي و فيزيكي در اثر آلياژ سازي و قبول پديده هاي عمليات حرارتي و عمليات مكانيكي ، در صنايع امروز از اهميت زيادي برخور دارند و روز به روز موارد مصرف اين آلياژ ها توسعه مي يابد . عناصر مختلف مانند سيليسيم ، منيزيم و مس در خواص ريخته گري و مكانيكي اين عنصر شديداً تأثير مي گذارند و يك رشته آلياژ هاي صنعتي پديد مي آورند كه از مقاوت مكانيكي ، مقاوت به خورندگي و قابليت ماشين كاري بسيار مطلوب برخوردارند . قابليت جذب گاز و فعل و انفعالات شيميايي در حالت مذاب از اهم مطالبي است كه در ذوب و ريخته گري آلومينيم مورد بحث قرار مي گيرد .
تقسيم بندي آلياژ ها
آلياژ هاي آلومينيم در اولين مرحله به دو دسته تقسيم مي گردند :
الف ) آلياژ هاي نوردي (Wrought Alloys) كه قابليت پزيرش انواع و اقسام كارهاي مكانيكي ( نورد ، اكستروژن و فلز گري ) را دارند .
ب ) آلياژ هاي ريختگي (Casting Alloys) كه در شكل ريزي و ريخته گري هاي آلومينيم با گسترش بسيار مورد استفاده اند . آلياژ هاي نوردي كه در مباحث شكل دادن فلزات مورد مطالعه قرار مي گيرند از طريق يكي از روش هاي شمش ريزي (مداوم ، نيمه مداوم ، منفرد ) تهيه مي گردند و پس از قبول عمليات حرارتي لازم ، تحت تاثير يكي از زوش هاي عمليات مكانيكي به شكل نهايي در مي آيند .
آلياژ هاي ريختگي آلومينيم كه مورد بحث اين پروژه نيز مي باشند از طرق مختلف ريخته گري ( ماسه اي ، پوسته اي ، فلزي و تحت فشار )شكل مي گيرنند و مستقيماً و يا بعد از عمليات حرارتي ( در صورت لزوم )در صنعت استفاده مي شوند .
در مورد آلومينيم و ساير آلياژ ها كشور هاي مختلف استاندارد هاي متفاوتي به كار مي برند كه مشخصه درجه خلوص و يا ميزان نا خالصي ها و ساير تركيبات آلياژ مي باشد . استاندارد آلياژ هاي آلومينيم علاوه بر مشخصه هاي ارقامي كه در جداول 1 و 2 درج گرديده است به كمك رنگهاي اصلي نيز آنجام مي گيرد . نمونه چنين رنگهايي در استاندارد انگليسي عبارت است از :
آلومينيم خالص رنگ سفيد
آلومينيم ـ مس رنگ سبز
آلومينيم ـ منيزيم رنگ سياه
آلومينيم ـ مس ـ نيكل رنگ قهوه اي
آلومينيم ـ روي ـ مس رنگ آبي
آلومينيم ـ سيليسيم (منيزيم ) رنگ زرد
آلومينيم ـ سيليسيم ( مس ) رنگ قرمز
در ايران متأسفانه هنوز استانداردي براي صنايع آلومينيم بكار نمي رود و به رابطه كارخانه با كشور هاي مختلف سيستم هاي متفاوت انگليسي ، امريكايي ، بلژيكي و غيره بستگي دارد. مقايسه استاندارد هاي مختلف جهاني تقريباً مشكل و در مورد آلياژ هاي ريختگي نيز با اندك تفاوت چنين مقايسه اي آمكان پذير مي باشد .
آلياژ سازها (Hardeners)
اين عناصر كه به نام هاي Temper Alloys و Master Alloysنيز ناميده مي شوند به مقدار زيادي در صنايع ريخته گري آلومينيم به كار مي روند ، زيرا آلومينيم با نقطه ذوب كم اغلب قادر به ذوب و پذيرش مستقيم عناصر با نقطه ذوب بالا نيست (مس 1083 درجه ، منگنز 1244 درجه ، نيكل 1455 درجه ، سيليسيم 1415 درجه ، آهن 1539 درجه و تيتانيم 1660درجه سانتي گراد ) . همچنين عناصر ديگري كه نقطه ذوب بالا ندارند ، داراي فشار بخار وشدت تصعيد و اكسيداسيون مي باشند كه در صورت استفاده مستقيم درصد اتلاف اين عناصر شديدا افزايش مي يابد ( منيزيم ، روي ) . تركيب شيميايي و نقطه ذوب بعضي از آلياژ ها كه در صنايع آلومينيم به كار مي رود .مشخصات متالوژيكي آلياژ ها در فصل جداگانه اي مورد مطالعه قرار خواهد گرفت . تهيه آلياژ ساز ها معمولا در كار گاههاي ريخته گري نيز انجام مي گيرد در اين مواقع اغلب روش هاي زير مورد استفاده است .
معمولا قطعات عنصر دير ذوب را ريز نموده و در فويل هاي الومينيمي پيچيده و يا در شناور هاي گرافيتي قرار داده ودر داخل مذاب الومينيم (800 درجه تا 850 درجه تحت فلاكس )فرو مي برند و سپس آن را به هم ميزنند.
گاز زدايي (Degassing)
همانگونه كه در مباحث قبل و كتاب اصول ريخته گري تشريح گرديده است گاز هاي محلول در مايع بعد از انجماد به دليل تنش سطحي مذاب و عدم امكان خروج كامل به صورت حباب هايي با اندازه هاي مختلف در قطعه ريخته شده باقي مي مانند كه خواص مكانيكي و وزن مخصوص قطعه را شديدا كاهش مي دهند . در مورد ذوب آلياژ هاي آلومينيم ، هيدروژن تنها گازي است كه به صورت محلول در مايع و حباب در جامد ظاهر مي گردد و از اين رو عمليات گاز زدايي (هيدروژن زدايي ) در ذوب آلومينيم و آلياژ هاي آن از اهميت خاص برخوردار است . ميزان حلاليت هيدروژن در مذاب آلومينيم به درجه حرارت و فشار خارج ( نسبت به فشار داخل ) بستگي دارد و همين امر پايه و اساس گاز زدايي آلومينيم را تشكيل مي دهد . لذا كنترل درجه حرارت براي اجتناب از جذب گاز كه بايستي حد اقل ممكن باشد اولين عاملي است كه در جريان ذوب مورد توجه قرار مي گيرد . معمولا درجه حرارت مذاب را 720ـ740 درجه سانتي گراد اختيار مي كنند تا علاوه بر تحديد حلاليت گاز از سياليت نسبتا مناسب و ويسكوزيته كم برخوردار باشد .
ـ ذوب در خلاء (فشار كم )
ذوب در خلاء به دليل عدم وجود گاز هاي محيطي ، علاوه بر تقليل ميزان هيدروژن از شدت اكسيداسيون و امكان وجود ساير تركيبات غير فلزي نيز مي كاهد . مهمترين اصل در اين روش تقليل فشار خارجي است كه در نتيجه حلاليت هيدروژن را به نسبت زيادي تقليل مي دهد . اين روش در صنايع امروز در حال توسعه است .
ـ گاز زدايي با گاز هاي بي اثر
افزودن گاز هاي بي اثر مانند ازت و ارگون باعث آن مي گردد كه فشار نسبي داخل مذاب افزايش پيدا كرده و در نتيجه از حلاليت هيدروژن كاسته شود.
آزمايشات رانسلي (Ransley) نشان مي دهد كه چنانچه گاز ارگون يا ازت به مقدار cc1 بر دقيقه به داخل مذاب رانده شود فشار داخلي راندمان استخراج هيدروژن برابر 52% است و چناچه گاز بي اثر برابر دقيقه/cc5 به داخل مذاب دميده مي شود :
بايستي توجه داشت كه كه در آن a درصد هيدروژن در مخلوط گازي مي باشد و از اين رو گاز هاي بي اثر مانند ارگون ، هليم و ازت (در صورت عدم وجود منيزيم ) مي توانند به عنوان مواد دگازر به كار روند .
آلومينيم مذاب معمولا توسط آرگون خشك براي تقليل فشار خارجي ( افزايش فشار داخلي )به نسبت گاز زدايي مي شود كه در نتيجه مقدار هيدروژن را از 34/0 سانتي متر مكعب بر 100 گرم به 034/0تقليل مي دهد و معمولا اين عمل در كوره هاي بوته اي ثابت توسط كپسول هاي گاز ارگون (مخلوط گازي ) انجام مي شود .
تركيب فلوئور مضاعف سديم سيليسيم( Na2SiF6) نيز كه در درجه حرارت مذاب تجزيه مي شود و گاز {F4Si } را كه نسبت به مذاب آلومينيم بي اثر است ، توليد مي كند نيز با همان نتايج گاز هاي ازت و ارگون روبرو است جز آنكه سديم حاصل نمي تواند در آلياژ هاي منيزيم دار به كار رود .
توليد آلياژ
مس به دليل نقطه ذوب بالا ، 1083 درجه سانتي گراد ، به صورت خالص به آلياژ اضافه نمي شود و بيشتر از آميژان 50-50و آميژان اوتكتيك 33-67 استفاده مي كنند براي ساخت آميژان ها ابتدا مس را ذوب مي كنند و از ايجاد حرارت فوق ذوب جلوگيري نموده و آلومينيم را در قطعات كوچك و به دفعات 4تا 5 مرتبه به آن مي افزايند . در عمل بعد از ذوب آلومينيم ، درجه حرارت فوق ذوب را تا 30درجه بالا مي برند و سپس آميژان را به نسبت مورد لزوم به آن مي افزايند .كليه عمليات كيفي مذاب بعد از افزايش مس آنجام ميگيرد و فقط فلاكس هاي پوششي قبل از افزايش آميژان مس همواره با شارژ به بوته داده مي شوند .
آلومينيم –سيليسيم
سيليسيم در تمام آلياژ هاي تجارتي آلومينيم وجود دارد و در انواع آلياژ هاي ريخته گري و به خصوص در سيلومين ها مقدار آن تا 13 درصد مي رسد .
از دياگرام تعادل اين دو عنصر نتيجه مي گردد كه حلاليت سيليسيم در آلومينيم در درجه حرارت محيط نا چيز است و از 05/0درصد تجاوز نمي كند و سيليسيم نا محلول با فاز آلومينيم با حلاليت نا چيز در شبكه ساختماني خود باقي مي ماند كه داراي ساختمان اوتكتيكي و درشت و سوزني شكل است و بهمين دليل به وسيله سديم شبكه آن را ظريف مي كنند . تاثير سيليسيم در خواص مكانيكي آلياژ آلومينيم به ساختمان ميكروسكوپي و چگونگي انجماد آن بستگي دارد و از اين رو اين آلياژ در شرايط مختلف توليد ( ماسه ، فلزي ، تحت فشار ) خواص متفاوتي دارد كه در شكل 4 مشخصات كلي آن درج گرديده است و از آنها چنين استنباط مي گردد كه قالب هاي فلزي ، بهترين نتيجه را در ريخته گري اين آلياژ دارد.
اين آلياژ ها عمليات حرارتي بخصوصي ندارند و خواص مكانيكي آنها تغييرات عمده اي در اثر عمليات محلولي و پير سختي ندارد . سيليسيم با افزايش سياليت آلياژ (تركيب اوتكتيك ) و كاهش درصد جذب گاز تسهيل انجماد پوسته اي ،خواص ريخته گري آلياژ را بهبود مي بخشد و از اين نظر آلياژ بسيار مناسبي مي باشد .
توليد آلياژ
سيليسيم معمولا به صورت آميژان آلومينيم – سيليسيم با تركيب 13% يا22% سيليسيم به مذاب افزوده ميشود كه اين آلياژ در اثر القاء سيليسيم خورد شده به مذاب آلومينيم ، توليد مي گردد . سيلومين ها به سهولت در آلومينيم مذاب حل مي شوند . نقطه ذوب آنها حدود 580درجه سانتي گراد مي باشد . بايستي توجه داشت كه اعمال دگازين و فلاكسينگ همواره قبل از ظريف كردن با سديم انجام مي گيرد .
مشخصات قالب
آلياژ هاي آلومينيم با كليه روش هاي مختلف ريخته گري ( ماسه ، كچ، پوسته اي ، سراميك )و در قالب هاي فلزي و تحت فشار قابليت ريخته گري دارد . تمام آلياژ هاي صنعتي و تجارتي اين عنصر با يكي از طرق فوق توليد مي گردد كه در آن ميان ريخته گري در ماسه ، در قالب هاي فلزي و تحت فشار از گسترش بيشتري برخوردار است . به دليل نقطه ذوب و وزن مخصوص كم اين آلياژ ها قالب هاي مورد استفاده كم تر تحت تاثير واكنش هاي حرارتي و هيدرو استاتيكي مذاب قرار مي گيرنند و از اين رو سطح ريختگي و دقت ابعاد آن از كيفيت بهتري نسبت به ساير آلياژ هاي سنگين و آهني برخوردار است . مشخصات مختلف قالب ها و مواد آن در ساير كتب ريخته گري تدوين گرديده است و در اين مبحث به اختصار ، قالب ها و مواد آن مورد مطالعه قرار مي گيرند .
لازم به تذكر است كه روش ريخته گري و كنترل كيفي مذاب و كيفيت شرايط ريخته گري در خواص مكانيكي محصول نهايي از اهميت ويژه اي برخوردار است و فقط تركيب شيميايي آلياژ نمي تواند خواص مكانيكي و فيزيكي را تعيين مثي كند . در جدول هاي بخش پنجم نمونه اي از تغييرات خواص نشان داده شده ودر جدول زير تاثير روش ريخته گري در خواص مكانيكي دو نوع آلياژ مختلف آلومينيم مشخص گرديده است .
ماهيچه
انواع ماسه هاي نرم سيليسي همراه با چسب هاي روغني ، رزينهاي فنلي ، سيليكات سديم و انواع چسب هاي گرم و سرد در ساخت ماهيچه هاي آلومينيم ريزي بكار مي روند كه مشخصات كلي زير را دارند :
الف) نرم و ريز هستند
ب)گاز بسيار كمي توليد مي كنند
پ)استحكام زيادي ندارند و فقط نيرو هاي در حمل و نقل و در جا گذاري را تحمل مي كنند .
ت)قابليت از هم پاشيدگي سريع دارند .
تا جمعاً علاوه بر ايجاد سطوح ساف و عدم تخلخل در سطح ، در مقابل انقباض آزاد آلياژ مقاومتي نداشته باشند . مشخصات عمده چسب هاي ماهيچه در صنايع آلومينيم ريزي در جدول زير درج گرديده است .