متالورژی فلزات غیر آهنی

[ghasem motamedi]

در این تاپیک فلزات غیر آهنی از نظر (معرفی ،خواص ،کاربرد،روش هاو اصول استخراج ،تولید ،آلیاژها،سنگهای معدنی و کانی ها،گانگ وناخالصیها،کوره ها،معایب ،مزایا،ذوب و ریخته گری ،فعل وانفعالات،خوردگی،پوشش دهی،عملیات حرارتی،استانداردها)در کل ازسنگ معدنی اولیه تا مرحله تمام کاری مورد بررسی قرار گرفته می شود.کاربران هر مورد از موارد فوق را میتوانند در یک بخش تاپیک قرار دهند امید وارم در پایان تاپیک جامعی بدست بیاید.

ابتدا به معرفی این فلزات می پردازیم:

معرفی فلزات غیر آهنی:
فلزات غیر آهنی شامل تمام مواد فلزی با پایه غیر از آهن می باشند وشامل موارد زیر میباشند:
معروف ترین فلزات غیر آهنی:مس،آلومینیوم،منیزیم،روی،س رب،نیکل،فلزات قیمتی طلا ،نقره وگروه پلاتینها،تیتانیم،اورانیوم و مولیبدن
کادمیم،کبالت،زیر کونیم،بریلیم،تانتالم و...

[ghasem motamedi]

خوردگی ( Corrosion )
خوردگی اصطلاحی است که به فسادفلزات از طریق ترکیب فلز با اکسیژن وسایر مواد شیمیایی انجام میشود.





زنگ زدن ( Rusting )
زنگ زدن فقط در مورداکسید شدن آهن وآلیاژهای آهنی در هوای خشک یا مرطوب به کار می رود که محصول خوردگیاز جنس هیدرات فریک یا اکسید فریک است .
اکسید شدن ساده فلزاتسبک
این فلزات شامل فلزات قلیایی وقلیایی خاکی هستند که وقتی اکسیدشوند حجم قشر اکسید تشکیل شده متخلخل بوده و مانعیجهت نفوذ اکسیژن به داخل قشر اکسید نیست و اکسید خاصیت چسبندگی به فلز ندارد. بهطور خاص سدیم وپتاسیم در حرارت های عادی و متعارفی میل ترکیبی شدیدی با اکسیژندارند ولی در درجات حرارت خیلی کم اکسید شدن به تاخیر می افتد و اکسید تشکیل شده دراین حالت خاصیت چسبندگی دارد.

آلومینیم و آلیاژهایآن
آلومینیوم ، فلزی نرمو سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری٬ مات و لایهنازکاکسیداسیونکه در اثربرخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشترجلوگیریمی‌کند. وزن آلومینیومتقریبأ یک سومفولادیامساست . چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاومدربرابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومینفلزچکش خوار و ششمین فلزانعطاف‌پذیراست.

خواصفیزیکی

حالتماده

جامد

نقطهذوب

933.47 K (1220.58 °F)

نقطهجوش

2792 K (4566 °F)

گرمایتبخیر

293.4 kJ/mol

گرمای همجوشی

10.79 kJ/mol

فشاربخار

2.42 E-06 Pa at __ K

سرعتصوت

5100 m/s at 933 K

خواص اتمی

وزناتمی

26.981538 amu

شعاعاتمی (calc.)

125 (118) pm

شعاعکووالانسی

118 pm

شعاعوندروالس

اطلاعات موجودنیست

ساختارالکترونی

Ne]3 s2 3p1]

-e بازای هر سطح انرژی

2, 8, 3

درجه اکسیداسیوناکسید

3 (آمفوتریک)

ساختارکریستالی

مکعبی face centered

آلومینیوماز جمله جدیدترین مصالح ساختمانی است که در آغاز قرن 20 یک فلز نسبتا کمیاب بود واین روزها از متداولترین فلزات است که به صورت آلیاژی و غیر آلیاژی به کار می رود .
ویژگی های عمومی خوردگی :
آلومینیوم یک فلز پست ( فعال ) است که با محیط اطراف میل ترکیبی شدیدی دارد . یعنی سطح آلومینیوم در معرض هوا بهسرعت از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم حدود 0.01 میکرومتر پوشیده می شود که فلز رااز حمله بعدی خوردگی محافظت می کند . معادله زیر به معادله لگاریتمی معکوس معروفاست که در مورد خوردگی و اکسید شدن فلزاتی نظیر آلومینیوم به کار می رود :
1/y = 1/y0 – k9( Ln[a(t-t0)+1])

y0 : ضخامت قشر اکسید در بدو آزمایش
t0 : زمان آزمایش در بدو شروع
k9 : ثابت
این معادله در مورد اکسیدشدن آلومینیوم د ردرجه حرارت معمولی و اکسیژن خشک صادق است . هم چنین د راین فلز ودر فلز زیرکونیوم رشد فیلم به روش اکسید شدن آنودیک از این معادله پیروی می کند . وقتی آلومینیوم د رمجاورت اکسیژن خالص و خشک قرار می گیرد بین اکسیژن وآلومینیوم یکنوع پیل الکتریکی موضعی تشکیل می شود که سبب رشد فیلم می شود .
خوردگی یکنواخت :
خوردگی یکنواخت فلز آلومینیوم درفضای باز معمولا قابل اغماض است . محلول های دارای PH خارج از دامنه اثر ناپذیری در نمودارپتانسیل PH سبب خوردگی مواد ساختهشده از آلومینیوم می شوند. ملاط تازه تهیه شده هم قلیایی است ولذا خورنده آلومینیوماست از این رو برای اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز باید مراقبت شود که ازپخش شدن ملاط جلوگیری شود . سطوح آلومینیومی که در تماس با بتون تازه هستند حتما درآغاز زدوده می شوند ولی به زودی با تشکیل اندود آلومینات کلسیم برروی آن ها ازخوردگی بعدی جلوگیری می شود.


تشکیل حفره :
دراتمسفرهای باز آلوده ٬ حفره های کوچکی تشکیل می شوند که با چشم قابل رویت نیستند . روی این حفره ها جرم های کوچک محصولات خوردگی معمولا اکسید آلومینیوم و هیدروکسیدآلومینیوم هستند ٬ تشکیل می شوند . حفره های کم عمق معمولا اثر چندانی بر استحکاممکانیکی ساختمان ها ندارند ٬ با این وجود جلای درخشنده فلز به تدریج از بین می رودو به جای آن اندود خاکستری – زنگاری محصولات خوردگی ظاهر می شود. اگر اتمسفر حاویدوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگی جذب و رنگ زنگاری تیره ایجاد می شود .
اگر آلومینیوم به طور دائم در معرض آب قرار گیردحفره دار شدن آن خیلی جدی خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسیژن وکلریدو یا یون های دیگر هالید ها تعیین کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر یونهای HCO3 و Cu2+وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بیشتر خواهد بود البته مشروط براین که پتانسیل تشکیل حفره بالا رود . بیرون حفره واکنش کاتدی انجام می گیرد کهکنترل کننده سرعت تشکیل حفره است .
خوردگی دو فلزی :
چون آلومینیوم یک فلز پست است خطر خوردگی دو فلزی در تماس مستقیم آن بایک فلز نجیب تر مثل فولاد وجود دارد . ولی شرط وقوع حمله٬حضور یک الکترولیت در نقطه تماس است . لذا خوردگی دو فلزی در فضای بسته خشک به وجودنمی آید و خطر حمله خوردگی دو فلزی در اتمسفر باز وجود دارد . البته این نوع خوردگیروی سطحی که با دوده آلوده شده باشد هم پیش می آید .

خوردگی شکافی:
نوعی خوردگی شکافی در آلومینیومدر حضور آب پیش می آید نتیجه این خوردگی شکافی می تواند تشکیل اکسید آلومینیوم باشدکه به صورت لکه های آب سبب بی رنگ شدن سطح می شود . زدودن لکه هاب آب دشوارواحتمالا غیر ممکن است .

خوردگی لایه ای :
خوردگی لایه ای که به خوردگی پوسته شدن هم معروف است بیشتربه موادی که غلتک می خورند یا روزن ران می شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود می شود . مکان حمله د رلایه هایموازی نازک در جهت حرکت به جلو بوده است و سبب می شود که رویه های فلزی که موردحمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و یا تاول هایی بر سطح فلز ایجاد شود . خوردگیلایه ای با قرار گرفتن فلز در آب راکد و یا اتمسفر در یایی هم به وجود می آید ومقاومت در برابر خوردگی لایه ای هم از روی عملیات پیر سازی تعیین می شود .
یکی دیگرازخواص مشخصه آلیاژهایآلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی کهدر هوا قرار گیرد بلافاصله با یک لایه چسبنده اکسیدآلومینیومی پوشیده می‌شود، اینلایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه کنده شودبلافاصلهدوباره تشکیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازک طبیعی در حدود 025/0 میکرون (یک میکرون = یک هزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محکم است که مانع موثری درمقابل اغلبمواد خورنده محسوبمی‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت بهدیگران مقاومتر است. برای مثال گروهآلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آبدریامقاوم است. از طرف دیگرآلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگیضعیف‌تر و از نظر استحکام مکانیکی قویترمی‌باشد.روش های زیر در جلوگیری از خوردگی به کار می رود :

حفاظت کاتدی:
مصالح آلومینیوم غوطهور در آب را می توان به روش حفاظت کاتدی در مقابل تشکیل حفره حفظ کرد. برای این کارپتانسیل الکترودی را تا مقدار زیر پتانسیل تشکیل حفره جسم در محیط مورد نظر پایینمی آورند٬ با وجود این گاز هیدروژن می تواند در کاتد تشکیل شود که نتیجه آن بالارفتن مقدار PH است . هرگاه PH بسیار بالا رود آلومینیوماحتمالا مورد حمله قرار می گیرد لذا از حفاظت اضافی آن باید اجتناب کرد .

آندی کردن:
لایه اکسید تشکیل شده در سطحآلومینیوم در معرض هوا از خصلت حفاظتی خوبی برخوردار است اما این لایه اکسید را میتوان با برقکافت ضخیم تر کرد . این کار را آندی کردن می گویند و اکسیدی که به اینترتیب تشکیل می شود اندود اکسید آندی نامیده می شود . با آندی کردن فلز مقاومت دربرابر خوردگی افزایش می یابد ضمن اینکه سطح با قرار گرفتن در فضای باز ظاهر جدیدیپیدا خواهد کرد . در موقع آندی کردن آلومینیوم شی فلزی اند پیل الکترولیتی را تشکیلمی دهد . اندود اکسید آندی که طی برقکافت ایجاد می شود شامل یک لایه فشرده به صورتسد در نزدیک سطح فلز و لایه دیگری با منافذ ریز بر روی آن است .

رنگ کاری :
مصالح آلومینیومی را برایفضای باز مثل ساختمان ها نیاز به رنگ مقاوم به خوردگی ندارند . خوردگی اتمسفری انقدر شدید نیست که بر مقاومت ساختمان اثر گذارد . در هر حال رنگ کردن آلومینیومبیشتر به منظور زیبا سازی انجاممیشود.
اگرمقاومت طبیعی آلومینیومبرایبعضی از محیط‌ها کافی نباشد در آن صورت روش هایی وجود دارد که بتوان مقاومتآنرا افزایش داد. برخی از اینروشها عبارتند از: پوشش دادن با آلومینیم ٬ آندایزه کردن یا آبکاری ٬ پوشش سخت دادنومحافظت کاتدی .

پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:
بطور کلیآلیاژهای آلومینیوم با استحکام زیاد از نظر خوردگی کم مقاومترین آنها محسوبمی‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادنیکی از روش های افزایش مقاومت خوردگی به یک آلیاژ با استحکام زیاد است. در اینفرآیند یک لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه درمجموعه خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسباست.

آندایزهکردن (آبکاری) Anodizing:
در این روش ازمقاومت زیاد در مقابل خوردگی لایه پوششی که بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تازهبریده شده تشکیل می‌گردد استفاده می‌شود. همانگونه که قبلاً ذکر گردید این لایهعامل مقاومت به خوردگی طبیعی این فلز است. آندایزه کردن در واقع یک نوع ضخیم کردنلایه اکسیدی به ضخامت تا چندین هزار برابر ضخامت لایه اکسید طبیعی است. نتیجه عمل،لایه‌ای است سخت با ضخامت حدود 5/25 میکرون بر تمام سطح آلومینیوم که علاوه برمقاومت به خوردگی در مقابل سایش نیز استحکام کافی دارد. آندایزه کردن یک روشالکتریکی است که انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولی که فلز در آن مورد عمل قرارمی‌گیرد و ضخامت لایه اکسیدی حاصل، فرق می‌نماید. از این طریق پوشش دادن علاوه برحفاظت سطحی گاهی به منظور تزئینی نیز استفاده می‌گردد اگر فلز آندایزه شده را باانواع رنگهای مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریباً بصورت قسمتی از اکسید سطحی بدستمی‌آید.

تاولزدن سطح قطعات آلومینیمی در هنگام عملیات حرارتی :
عواقب نفوذ هیدروژن بداخل مذاب از طریق واکنش سطحی مذاب بابخار آب در ریخته گری کاملا مشخص است. یک چنین واکنشی ممکن است در خلال عملیاتحرارتی انحلال نیز با آلومینیوم جامد انجام گیرد که منجر به جذب اتم های هیدروژنشود. این اتم ها می توانند در حفره های داخلی با هم ترکیب شده و تشکیل مجموعه هایگاز ملکولی دهند. در اثر حرارت دادن ماده فشار گازی موضعی ایجاد می شود و با توجهبه اینکه در این دماهای بالا فلز دارای پلاستیسیته نسبتا زیادی است این امر منجر بهتشکیل تاولهای غیر قابل جبران سطحی می گردد.
تاولهای ایجاد شده بر سطح قطعات آلیاژ آلومینیومی عملیاتحرارتی شده در محیط مرطوب حفره های داخلی که این تاولها در آنجا ایجاد می شوند ازتخلخل های اولیه شمش که از بین نرفته اند ترکیبات بین فلزی که در خلال تغییر شکلترک خورده اند و احتمالا خوشه های مکانهای خالی اتمی در شبکه که ممکن است در اثر حلشدن رسوبات یا ترکیبات حاصل شده باشند ناشی می شوند. در این گونه موارد وجود تاولیکه باعث خرابی ظاهر سطحی قطعه می گردد ممکن است تاثیر برروی خواص مکانیکی قطعاتبگذارد. در هر حال بیش از حد گرم کردن قطعه منجر به تاول زدن می گردد زیرا هیدروژنبه آسانی می تواند توسط مناطق ذوب شده جذب گردد که در این صورت مساله جدی تر می شودو باعث مردود شدن قطعه کار می گردد.
از آنجائی که حذف کامل حفره های داخلی در محصولات کار شده مشکل است ٬ لازماست مقدار بخار آب موجود در محیط کوره را به حداقل رسانید.اگر این امر امکان پذیرنباشد در آن صورت ورود یک نمک فلورایدی بداخل کوره در خلال عملیات حرارتی قطعاتحساس می تواند از طریق کاهش واکنش سطحی قطعه با بخار آب مفید واقعشود.

[ghasem motamedi]

در حال حاضر دو نوع فرآیند الکترولیز جهت تولیدمنیزیم مورد استفاده قرار می گیرد که اختلاف عمده آنها در درجۀ هیدراسیون mgcl2 وطراحی سلول الکترولیز می باشد.


یکی از پیشگامان ایجاد و توسعه این فرآیند آی – جیفاربن اینداستری در آلمان بود و روش ابداعی این شرکت هم اکنون مبنای فرآیند مورداستفاده به وسیله شرکت نروژی نرسک هیدرو که تولید کنندگان عمده این فلز در اروپا میباشد ،قرار دارد.در این فرآیند که مشهور به فرآیند IG است MGO حاصله از مینرال هایآب دریا را خشک کرده و همراه با یک ماده احیاء کننده مانند احیاء کننده مانند پودرزغال و محلولMgcl2 به صورت بریکت در می آورند.بریکت حاصله را بطور جزئی کلسینه کردهو در دمای حدود Ċ1100 جهت تولید کلرید منیزیم مذاب بدون آب کلرینه می کنند آنگاه mgcl2 به دست آمده مستقیماً به داخل سلول الکترولیز که در دمای Ċ740 کار می کندشارژ می شود.سایر ترکیبات کلریدی مانند nacl وcacl2 را جهت بهبود هدایت حرارتی وتغییر ویسکوزیته و چگالی الکترولیت اضافه می کنند.آندهای مورد استفاده در هر سلولاز نوع گرافیتی مصرف شونده و کاتدها از جنس فولاد ریختگی بوده که به صورت معلقمقابل یکدیگر قرار گرفته اند.سلولها نوعاً در محدودۀ 5 الی 7 ولت و جریانمتجاوز200000 آمپر کار می کنند.منیزیم به صورت قطراتی روی کاتد رسوب کرده و به طرفسطح الکترولیت رشد می کند،در حالیکه کلر در آند متصاعد می گردد و جهت تولید کلریدمنیزیم بازیافت می شود.دومین فرآیند الکترولیز تولید منیزیم،به وسیله شرکت شیمیایی DOWتوسعه یافت و در بزرگترین واحد جهانی تولید منیزیم واقع در بندر آزاد تگزاس که mgCl2 از آب دریا استخراج می کند،مورد استفاده قرار گرفته است.منیزیم به صورتهیدروکسید در اثر افزودن آهک رسوب کرده و سپس در اسید کلریدریک حل می گردد.محلول بهدست آمده متعاقباً تغلیظ و خشک شده و mgCl2 هیدراته شده آماده شارژ به سلولالکترولیز می شود.بر خلاف فرآیندIG سلولهای الکترولیز از جنس فولاد ساخته شده که بهعنوان کاتد عمل کرده و از بیرون حرارت داده می شود. این سلولها در محدوده 7-6ولت وجریان 90000 آمپر کار می کنند.
انرژی مصرف شده به ازاء یک کیلوگرم منیزیم تولیدشده حدود 5/12 کیلو وات ساعت در فرآیندIG و 5/17 کیلو وات ساعت در مورد سلول مربوطبه شرکتDOW می باشد و لیکن هر کدام از فرآیندها نیاز به حدود 15کیلو وات ساعت انرژیاضافه جهت آماده سازی کلریدمنیزیم بدون آب برای شارژ به داخل سلول دارد که در اینقسمت امکان صرفه جویی قابل ملاحظه وجود دارد.
تولید منیزیم با استفاده ازفرآیندهای حرارتی
تولید منیزیم با استفاده از احیایی حرارتی مستقیم دولومیتکلسینه شده با فروسیلیکون مطابق واکنش ساده زیر صورت میگیرد.
2CAO.Mgo+Si→2mg+(cao)2sio2
در فرآیند پیچن بریکت های متشکل از موادواکنش کننده در اندازه های 150 کیلوگرمی به داخل راکتورهای استوانه ای شکل فولادیکه تحت خلاءtorr 1/0 قرار دارد و از بیرون تا دمای 1200 درجه سانتی گراد گرم میشوند،شارژ می گردد.منیزیم تولید شده که به صورت بخار می باشد در انتهای اکتور قرعکه خارج از کوره قرار دارد و به وسیله آب خنک می شود،تقطیر می گردد.از مزایایفرآیند پیجن هزینه سرمایه گذاری نسبتاً پایین و حساس نبودن به خلوص مواد خام میباشد ولیکن محدودیت عمدۀ آن طولانی بودن زمان فرآیند می باشد به طوری که تقریباً 8ساعت وقت لازم است تا حدود 20 کیلوگرم منیزیم در هر راکتور تولید گردد.
درفرآیند مگنترم،از کوره قوس الکتریک که در دمای حدود Ċ1550 و فشار داخلیtorr(15 -10)کار می کند،استفاده می شود.چون واکنش در فاز مذاب اتفاق می افتد زمان لازم برایتکمیل آن کمتر از فرآیند پیچن خواهد بود.عمل شارژ کوره ممکن به صورت پیوسته و تخلیهدر فواصل زمانی منظم صورت گیرد.آلومینا با باکسیت به مخلوط شارژی اضافه می شود.تاسیلیکات کلسیم محصول جدا شده و به صورت سرباره خارج گردد.در این حالت هم منیزیم بهصورت بخار تولید شده و در یک کندانسور مجزا جامد می گردد.واحدهای تولید منیزیم بهاین روش در فرانسه ،ژاپن،امریکا و یوگسلاوی سابق قرار داشته و ظرفیت کوره به 11 تنبالغ می گردد.
در مجموع هزینه عملیاتی روش های سیلیکوترمی بیشتر از فرآیندهایالکترولیز استخراج منیزیم می باشد.با این حال استفاده از روش های حرارتی به دلیلهزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک های حرارتیبه دلیل هزینه سرمایه گذاری کمتر و امکان اجرا در مقیاس کوچک ادامه دارد.تکنیک هایحرارتی مختلفی تاکنون جهت استخراج منیزیم ارائه شده است ولیکن هیچکدام در حال حاضردر مقیاس تجارتی به بهره برداری نرسیده است.به عنوان نمونه یکی از روشهای امیدبخشدرآینده استفاده از کوره قوسی پلاسما است که در آن پلت های ساخته شده از مخلوط mgo و کک به داخل سرباره مذاب متشکل از mgo،cao ،Al2o3 شارژ می شود با توجه به چگالیانرژی بالای پلاسما و دماهای بالای حاصله در سطح سرباره در اثر واکنش هایسیلیکوترمی (مثلاًĊ1500( امکان نگاهداشتن فشار بخار منیزیم در حد اتمسفر معمولیفراهم می گردد. این مزیت به همراه بازده تقریباً کامل مصرف سیلیسیم باعث افزایشامکان رقابت اقتصادی روش حرارتی تولید منیزیم خواهد شد.

[ghasem motamedi]

تحقيق به عمل آمده شامل تعدادي از عيوب قطعات آلومينيومي تحت فشار مي باشد و سعي بر آن شده که عيبهاي مهم آن از جمله عيب سرد جوشي - عيب نيامد – عيب مک هاي گازي - عيب مک هاي انقباضي – عيب آبلگي – عيب مک هاي سوزني ( ريزمک ) – عيب ترک خوردگي – عيب سخت ريزه و عيب قطره هاي سرد مورد بررسي و چاره جوئي قرار گيرد. قابل ذکر است نياز امروزي صنعت به کيفيت هاي بالاتر ايجاب مي کند که توليد کنندگان به سطوح جديدي از کيفيت و بازده توليد دست يابند و اگر چه اين نوع ريخته گري محدوديتهايي دارد اما ثابت شده که با بکارگيري اصول مهندسي کارآيي آن به خوبي بسياري از فرآيندهاي ديگر خواهد بود و باعث بالابردن سطح کيفيت موجود خواهد شد.
يک عيب در دايگست هميشه قراردادي است زيرا به نوع استفاده و نحوه برداشت هر مشتري از عملکرد و کارآيي قطعه بستگي دارد بنابراين آنچه براي يک مشتري عيب محسوب مي شود ممکن است براي مشتري ديگر نقطه ضعف به حساب نيايد تعريف اين که چه چيز عيب محسوب مي شود به عهده مشتري است و مسأله اصلي نيازهاي خاص هر قطعه مي باشد.

◄ مقدمه و تاريخچه:
دايکاست يا ريخته گري تحت فشار عبارت است از روش توليد قطعه از طريق فلز مذاب و تحت فشار به درون قالب که پس از بسته شدن قالب ، مواد مذاب به داخل يک نوع پمپ يا سيستم تزريق هدايت شود سپس در حاليکه پيستون پمپ مواد مذاب را با سرعت از طريق سيستم تغذيه قالب به داخل حفره مي فرستد ، هواي داخل حفره از طريق سوراخهاي هواکش خارج مي شود. اين پمپ در بعضي از دستگاهها داراي درجه حرارت محيط و در برخي ديگر داراي درجه حرارت مذاب مي باشد.
از ابتداي قرن 20 کاربرد قطعات ريخته گري آلومينيوم رشد خود را آغاز نمود اولين محصولات آلومينيوم مختص به وسايل آشپزخانه و قطعات تزئيني بود بعد از جنگ جهاني دوم رشد سريعي در صنعت ريخته گري آلومينيوم بوقوع پيوست و علت اصلي آن نسبت وزن / استحکام عالي آلياژهاي AL بود.
از سال 1945 به دليل توسعه صنايع ريخته گري تزريقي ، ميزان مصرف و کاربرد آلومينيوم ريختگي شديدا افزايش پيدا نمود و بيشترين آن در صنايع اتومبيل سازي بود بخصوص در کشورهايي مثل ژاپن سرعت رشد مصرف آلياژهاي AL به صورت صعودي رو به افزايش بوده است که از طريق مواد آلومينيوم مي تواند وزن اتومبيل را کاهش دهند

توجه: يک عيب در دايگست هميشه قراردادي است زيرا به نوع استفاده و نحوه برداشت هر مشتري از عملکرد و کارآيي قطعه بستگي دارد بنابراين آنچه براي يک مشتري عيب محسوب مي شود ممکن است براي مشتري ديگر نقطه ضعف به حساب نيايد تعريف اين که چه چيز عيب محسوب مي شود به عهده مشتري است و مسأله اصلي نيازهاي خاص هر قطعه مي باشد

◄ عيب سرد جوشي:
سردجوشي عبارت است از برخورد دو جبهه از فلز مذاب اکسيد شده که باعث ناپيوستگي در قطعه ريخته شده مي شود. در صورتي که انجماد فلز خيلي پيشرفته باشد اتصال دو جبهه مذاب بطور کامل انجام شده و سردجوشي به صورت کشيدگي در قطعه ظاهر مي شود.

نحوه ايجاد عيب سرد جوشي:
سردجوشي نتيجه تقسيم شدن موج مذاب در طول پر شدن قالب مي باشد اين تقسيم شدن مي تواند در اثر وجود يک مانع در راه عبور مذاب ( پين يا ماهيچه ) باشد و يا در اثر يک انسداد ناشي از جاري شدن به صورت جت مي باشد حضور اکسيد در فلز مذاب قبل از ريخته گري پديده سردجوشي را شديدتر مي نمايد

◄ عيب نيامد:
نيامد عيبي است که در اثر نرسيدن مذاب به قسمت هايي از قطعه ايجاد مي شود اين عيب مي تواند در نواحي نازک قطعه ايجاد شود و از نظر ظاهري به عيب سردجوشي شبيه است

نحوه ايجاد عيب نيامد:
عيب نيامد نتيجه تقسيم شدن جبهه مذاب در حين پر شدن قالب است فلز خيلي سرد بوده و يا زمان پر شدن قالب خيلي طولاني مي باشد و يا حتي ممکن است جهت حرکت مذاب در قالب در حين پرشدن قالب نامناسب باشد به طوري که مذاب مسير طولاني را براي رسيدن به هدف بپيمايد در اين حال قبل از اينکه قالب توسط مذاب پر شود انجماد آغاز شده و نيامد ايجاد مي شود.

◄ عيب مک هاي گازي:
اين عيب به صورت مک هايي با ديواره صاف ظاهر مي شود که شکل کروي داشته و با سطح خارجي نيز ارتباطي ندارند سطح داخلي اين مک ها معمولا ً براق بوده اما گاهي ممکن است تا حدودي اکسيده نيز شده باشد که بستگي به منشأ ايجاد مک ها دارد.

نحوه ايجاد عيب مک هاي گازي:

الف ) حبس هوا در حين پر شدن قالب : پرشدن قالب هاي ريخته گري تحت فشار معمولا ً به صورت تلاطمي انجام شده و اين تلاطم باعث حبس هوا در قالب مي شود.

ب) حبس هوا در محفظه نگهدارنده مذاب : در ماشين هاي محفظه سرد در هنگام اولين فاز تزريق ذوب هوا مي تواند وارد مذاب شده و در هنگام پر شدن قالب هوا در بخش هاي زيادي از مذاب محبوس گردد.

پ) حبس گاز در محفظه سيلندر تزريق : اين حالت در اثر تبخير و يا تجزيه ماده حلال موجود در روانساز پيستون ايجاد مي شود در نتيجه در هنگام ورود مذاب به اين قسمت ها بايد ماده روانساز به صورت خشک باشد.

ت) حبس گاز از طريق مواد مذاب : همان فرآيند ذکر شده در فوق مي باشد که ناشي از تبخير ناقص روانساز قالب و يا تجزيه آن هنگام رسيدن مذاب مي باشد.

ث) آزاد شدن گاز حل شده در فلز مذاب : آلومينيوم و آلياژهاي آن به راحتي آب و ديگر ترکيبات هيدروژن دار ( مانند روغن و گريس ) را تجزيه مي نمايند هيدروژن آزاد شده در هنگام اين تجزيه در فلز حل شده و هر چه دما باشد ميزان ورود هيدروژن به فلز نيز بيشتر خواهد بود برعکس حلاليت هيدروژن درآلومينيوم در حالت جامد عملا ً ناچيز است در نتيجه در حين انجماد هيدروژن حل شده در مذاب آزاد شده و ايجاد سوراخ هاي ريز مي نمايد.

◄ عيب مک هاي انقباضي :
مک هاي انقباض به صورت حفره با فرم و اندازه متغير مي باشند اين مک ها بر عکس مک و حفره هاي گازي سطوح صاف و براق نداشته و کم و بيش حالت کندگي و سطوح دندريتي دارند.

نحوه ايجاد عيب مک هاي انقباضي:
در هنگام انجماد فلز دچار انقباض حجمي گرديده و در صورت عدم وجود فلز مذاب جبران کننده انقباض ، اين انقباض به صورت يک يا چند حفره ظاهر مي گردد اين حفره ها مي توانند در سطح قطعات ريختگي ظاهر شوند ( مثلا ً در مواردي که مذاب در شمش ريزي منجمد مي شود ) و يا برعکس به صورت بسته در داخل قطعه محبوس گردند که معمولا ً در ريخته گري تحت فشار مشاهده مي شود.

◄ عيب آبلگي :
عيب آبلگي همانند حفره هاي گازي است اما در سطح قطعه ظاهر مي شود همچنين در مورد قطعات نازک اين عيب مي تواند در دو سطح قطعه نيز ظاهر شوند.

طريقه ايجاد عيب آبلگي :
روش ايجاد آبلگي همانند ايجاد عيب حفره هاي گازي است ولي در اين مورد آزاد شدن هيدروژن حل شده بر خلاف ايجاد حفره هاي گازي ، به صورت غير کافي انجام مي گيرد در اين حال در صورتي که درجه حرارت قطعه در هنگام باز کردن قالب بيش از حد بالا باشد مقاومت مکانيکي آلياژ بسيار ضعيف بوده و حفره هاي گازي ايجاد شده تحت فشار فوق العاده قوي موجب تغيير شکل قطعه در نواحي نزديک سطح مي شوند همچنين در صورت نازک بودن قطعه نسبت به قطر حفره گازي نيز عيب فوق به وجود مي آيد

◄ عيب مک هاي سوزني ( ريزمک) :
ريز مک هاي سطحي به صورت سوراخ هاي بسيار ريز ( چند صدم ميلي متر ) و اغلب به صورت گروهي مشاهده مي گردند.

نحوه ايجاد عيب مک هاي سوزني

الف ) حبس گاز : در اين مورد تاول هاي ريزي به وسيله حباب هاي گازي که در نواحي بسيار نزديک سطح محبوس گرديده اند ايجاد مي شود.

ب) اکسيدها : اکسيدهاي موجود در فلز نيز مي توانند عيب فوق را ايجاد نمايند.

◄ عيب ترک خوردگي:
عيب ترک خوردگي به صورت ايجاد ترک هاي کم و بيش نازک و عميق ظاهر مي شود در برخي موارد اين ترک ها مي توانند حتي ضخامت قطعه را نيز طي نمايند.

نحوه ايجاد عيب ترک خوردگي:
اين نوع ترک ها بين دانه اي بوده و به فرم هاي غيرمنظم مي باشند اين ترک ها هنگامي ايجاد مي شوند که آلياژ در انتهاي انجماد تحت تنش باشد. در اغلب موارد خطر ايجادترک در نواحي از قطعه که مستعد ايجاد تنش مي باشند و در نقاط گرم بيشتر است.

◄ عيب سخت ريزه:
اين عيب به صورت ناهنجاري ساختاري و يا حضور اجسام خارجي مي باشد که در حين ساخت و يا فرسايش و يا شکست ابزار برش ايجاد مي شوند.

نحوه ايجاد عيب سخت ريزه:
عيب سخت ريزه در ريخته گري تحت فشار مي تواند مبدأ متفاوتي داشته باشد.

الف ) ترکيبات بين فلزي

الف – 1 – ترکيبات m-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات بر روي برش هاي قطعات به صورت سوزن هاي کوتاه ديده مي شود که در حقيقت به صورت ذرات بريده مشاهده مي شود.

الف – 2 – ترکيبات x-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات به فرم خطوط چيني ريز مشاهده مي شوند اين ترکيبات نسبت به ترکيبات قسمت قبل (m-Al(Fe,Mn)Si) بر روي خواص مکانيکي ضرر کمتري داشته و در فرآيند ساخت عملا ً مشکلي را ايجاد نمي نمايند.

الف – 3 – ترکيبات c-Al(Fe,Mn)Si

اين ترکيبات به شکل بلورهاي چند وجهي با طول متغير مي باشند اين نوع ترکيبات هنگامي ايجاد مي شوند که درجه حرارت حمام مذاب به کمتر از حد معيني باشد که اين حد بستگي به مقدار آهن ، منگنز و کروم در آلياژ دارد.

ب) اکسيداسيون ، واکنش با ديرگدازه ها

آلياژهاي آلومينيوم مخصوصا ً در حالت مايع طبيعتا ً بسيار اکسيد شونده هستند روي حمام آلياژ مذاب معمولا ً لايه اي از اکسيد آلومينيوم ايجاد مي شود که به آن اکسيد آلومينيوم گاما مي گويند اين لايه به شدت محافظت کننده است اما طي چند ساعت يا چند ده ساعت به اکسيد آلومينيوم آلفا تبديل مي شود سرعت تبديل تابعي از درجه حرارت مي باشد از طرفي سرعت اکسيداسيون همچنين به حضور برخي عناصر آلياژي و از همه مهم تر در ريخته گري تحت فشار بستگي به حضور فلز روي در آلياژ دارد.

پ) ذرات خارجي

آزمايش سيستماتيک بر روي تعداد زيادي از نمونه ها به کمک ميکروسکوپ الکترونيکي نشان داده اند که اغلب ذرات خارجي موجود در قطعات ، متشکل از ذرات ديرگدازنشان داده اند که اغلب ذرات خارجي موجود در قطعات ، متشکل از ذرات ديرگداز ،(احتمالا ً با شکل تغيير يافته در اثر واکنش با آلومينيوم و يا ذرات بوته ) مي باشند.

◄ عيب قطره هاي سرد:
قطرات سرد به صورت طبله هاي کم و بيش کروي به صورت محبوس در روي قطعه ظاهر مي شوند واغلب موارد نيز قابل حل شدن و ايجاد پيوستگي ساختاري با فلز اطراف خود نمي باشند تنها راه تشخيص اين عيوب ، بررسي ريز ساختار آنها مي باشد.

نحوه ايجاد عيب قطره هاي سرد:
قطرات سرد قسمت هايي از فلز هستند که به سمت ديواره هاي قالب و يا ماهيچه پاشيده شده اند و بلافاصله نيز منجمد گرديده اند بدون آنکه بتوانند توسط مذاب بعدي حذف گردند اين قطرات منجمد در داخل قطعه محبوس شده ، بدون آنکه ذوب مجدد شده باشند اين قطرات فقط باعث ايجاد يک غيرهمگوني در ساختار فلزي مي شوند.

◄ طبقه بندي علل عيوب قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار:
◄ علل عيب سرد جوشي:
عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق
طرح نامناسب سيستم مذاب رساني
پايين بودن سرعت دومين فاز مرحله تزريق
بيش از حد بودن مقدار مذاب تزريق شونده
سرد بودن قالب
سرد بودن مذاب هنگام تزريق
کوتاه بودن کورس ( زمان ) دومين مرحله تزريق

◄ علل عيب مک هاي گازي:
طرح نامناسب سيستم مذاب رساني
کم بودن سرعت دومين مرحله تزريق
بالا بودن سرعت دومين مرحله تزريق
طولاني بودن زمان مرحله تزريق
مشکل قالب گيري
عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب
کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها
عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

◄ علل عيب مک هاي انقباضي:
فشار نامناسب مرحله سوم ( تزريق
عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق
طرح نامناسب سيستم مذاب رساني
سرعت خيلي پايين مرحله دوم تزريق
گرم بودن قالب
کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها

◄ علل عيب آبلگي:
عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق
سرعت پايين مرحله دوم تزريق
بالا بودن سرعت مرحله دوم تزريق
طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق
مشکل قالب گيري
عدم وجود هواکش به اندازه کافي در قالب
کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها
عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

◄ علل عيب مک هاي سوزني:
طرح نامناسب سيستم مذاب رساني
طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق
زمان نامناسب قالب گيري
عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب
کيفيت نامناسب آلياژ مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها
عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

◄ علل عيب ترک خوردگي:
نامناسب بودن عمل تزريق
فشار نامناسب مرحله سوم تزريق
گرم بودن قالب
گرم بودن مذاب تزريق شونده
مشکل قالب گيري
کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

◄ علل عيب سخت ريزه:
نامناسب بودن ترکيب شيميايي آلياژ
نامناسب بودن زمان انجماد
وجود ترکيبات بين فلزي در آلياژ
اکسيد شدن آلياژ و واکنش با ديرگدازه ها
وجود هر گونه ذرات خارجي در آلياژ

◄ علل عيب قطرات سرد:
عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق
طرح نامناسب سيستم مذاب رساني
پايين بودن سرعت مرحله دوم تزريق
سرد بودن مذاب تزريق شونده
کوتاه بودن زمان مرحله دوم تزريق

◄ بررسي روش هاي جلوگيري از ايجاد عيوب در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار:
◄ مشکلات تزريق:
مشکلات مربوط به تزريق مذاب منجر به ايجاد ترک در حد قابل توجهي مي شوند به خصوص هنگامي که بيرون اندازه ها به طور موضعي روي قطعه فشار وارد کرده و قطعات هنگام خروج دچار تغيير شکل شوند در اين حال فشار زيادي بر قطعات وارد شده و منجر به شکست يا ايجاد ترک مي گردد جهت حل اين عيب سه راه حل وجود دارد.

الف ) کوتاه کردن بيرون اندازه ه.

ب) افزايش ضخامت راهگاه در محل تماس با قطعه.

پ) بازبيني نحوه توزيع بيرون اندازه ها روي قطعه و يا افزايش قطر آنه.

◄ اضافه فشار يا زمان بالا آمدن ذوب:
تأثير فشار اضافي در فاز سوم با دو فاکتور در ارتباط مي باشد مقدار فشار اعمال شده و تأخير در کاربرد اين فشار

الف ) مقدار فشار اعمال شده : فشار اضافي اثر مطلوبي بر کاهش عيوب به ويژه در مورد مک هاي انقباضي به وسيله اعمال فشار در فاز يوتکتيکي دارد در اين حال تأثير اين فشار اضافي بر روي حفره هاي گازي کمتر محسوس مي باشد حداکثر فشار قابل اعمال بستگي به نيروي بسته شدن قالب دارد.

ب) تأخير در اعمال فشار : با ايجاد تأخير در اعمال فشار اضافي در مرحله سوم ريخته- گري تحت فشار ، انجماد سريعا ً انجام مي پذيرد به همين دليل لازم است فشار مرحله سوم بلافاصله پس از پر شدن قالب اعمال گردد در غير اين صورت قسمت هاي نازک قطعات منجمد گرديده و مانع هر گونه انتقال فشار بر بقيه قسمت هاي قطعه مي گردد.

◄ گريپاژ يا توقف نابهنگام پيستون تزريق:
حرکات ناگهاني پيستون تزريق عامل ايجاد انواع عيوب است از جمله سرد جوشي ، نيامد، مک هاي انقباضي و حتي عيب قطرات سرد ، گريپاژ پيستون به راحتي قابل تشخيص است به شرط آنکه منحني جابجايي و فشار آن را در اختيار داشته باشيم. منشأ گريپاژ پيستون اغلب در سرد شدن نامناسب پيستون بوده که خود دو علت دارد.

الف ) کارکرد نامناسب سيستم خنک کننده پيستون تزريق.

ب) دبي غير کافي آب که ، نياز به بازبيني و رگلاژ دارد.

از طرفي علت هاي ديگري نيز جهت گريپاژ پيستون وجود دارند :

• سرد شدن بيش از حد پيستون تزريق

• بسته شدن شير تزريق و يا ديگر عيوب مربوط به سيستم هيدروليک

• گرفتگي فلر در سيلندر تزريق

• طرح سيستم تغذيه قالب

چند عامل جهت نامناسب بودن قالب را مي توان ذکر نمود :

الف ) روش طراحي – سيستمي که از طريق تجربي طراحي شده باشد و يا حتي بدتر از آن طراحي بدون محاسبه موجب ايجاد عيوب مي گردد.
ب ) کوتاه بودن طول راهگاه ورودي مذاب – در اين حال برخي نقاط قطعه به سختي از مذاب تغذيه شده و يا برعکس موجب چرخش مجدد مذاب در داخل قالب مي گردد

پ) تعداد بيش از حد راهگاه ورودي مذاب – در صورتي که قطعه توسط مقدار بيش از حد راهگاه ورودي مذاب پر شود (3 و يا بيشتر ) و فاصله آنها زياد باشد در طول پر شدن قالب خطر جوش خوردگي نا مناسب وجود دارد ( عيوب سردجوشي و نيامد )

ت) نوع سيستم راهگاهي براي قطعه ريختگي نامناسب باشد فرم قطعه يک پارامتر مهم جهت انتخاب سيستم راهگاهي به بهترين شکل ممکن به منظور پر شدن صحيح قالب مي باشد.

ميزان کردن نامناسب ذوب با مقدار بيش از حد ذوب : مقدار نامناسب مذاب عامل مهمي در پيدايش عيوب است در نتيجه هنگامي که مذاب در حد بيش از اندازه در داخل محفظه ريخته شود پر شدن قالب در همان مرحله اول تزريق انجام شده و فلز به طور غير عادي سرد مي شود و عيوب سرد جوشي و يا نيامد انجام مي شوند.

سرعت پايين مرحله دوم تزريق :
جهت پرکردن قالب در شرايط بهينه لازم است که مذاب به حالت پودري در قالب جاري شود در اين حال فلز به صورت قطرات ريزي در آمده که موجب کاهش خطر حبس هوا در قالب مي شوند اين امر از ايجاد حفره هاي گازي ، آبلگي ، زير حفره ، نيامد و کشيدگي جلوگيري مي نمايد
در برخي موارد در قطعاتي که ضخيم باشند اين مزيت وجود دارد که قالب مي تواند با سرعت مرحله دوم کمتري پر شود در اکثر قريب به اتفاق قطعات ريختگي تحت فشار ، سرعت مرحله دوم بالايي لازم است.

سرعت مرحله دوم تزريق بيش از حد زياد باشد :
اگر سرعت حرکت پيستون تزريق بيش از حد زياد باشد سرعت تزريق مذاب در قالب و در نتيجه سرعت پر شدن قالب نيز بيش از اندازه خواهد بود در ريخته گري تحت فشار عملا ً دو سيستم جريان مذاب مشاهده مي شود.
اول سيستم فوراني (جت ) که براي پر شدن قالب و سلامت داخلي قطعات مضر مي باشد اين مسئله در سرعت هاي بيش از حد پايين مرحله دوم تزريق مشاهده مي شود.
دوم سيستم اسپري شدن مذاب است که بهترين حالت ممکن را جهت رسيدن به سرعت کافي تزريق مذاب به دست مي دهد ( بستگي ضخامت راهگاه ورودي مذاب دارد ) با وجود اين در محدوده سيستم اسپري شدن مذاب براي سرعت هاي نسبتا ً بالا يک سري مشکلات نيز ممکن است ايجاد شوند در نتيجه هنگامي که سرعت مرحله دوم تزريق خيلي زياد است هواي داخل قالب زمان لازم براي خروج از محفظه قالب را نداشته و مي تواند منجر به ايجاد عيوب حفره هاي گازي و سوزني شدن گردد در اين حال لازم است که سرعت مرحله دوم تزريق کاهش يابد.
بايد خاطر نشان شود که سرعت بيش از حد مرحله دوم تزريق در برخي موارد منجر به فرسايش شديد قالب نيزمي شود که عمر قالب را کوتاه مي نمايد.

سرد بودن قالب :
سرد بودن قالب موجب ايجاد عيوب مختلفي مي شود راه حل هاي مختلفي جهت جلوگيري از آن مي توان پيشنهاد نمود.

الف ) کاهش ميزان روغن کاري

ب) افزايش آهنگ توليد (در صورت امکان )

پ) افزايش دماي مذاب تزريق شونده به منظور افت حرارتي قالب

ت) افزايش زمان انجماد به منظور کاهش اتلاف حرارتي قالب

بيش از حد گرم بودن قالب :
هنگامي که قالب بيش از حد گرم باشد چندين راه قابل ارائه هستند.

الف ) افزايش ميزان روغن کاري ، چون روغن کاري موجب سرد شدن قابل توجه قالب مي گردد.

ب) کنترل شرايط سرد وگرم شدن قالب.

پ) کاهش سرعت توليد.

سرد بودن بيش از حد مذاب در حين تزريق :
به منظور کاهش خطر ايجاد عيوب ريخته گري مانند سردجوشي ، نيامد ، ترک خوردگي و قطرات سرد بايد مذاب در منطقه بالاي سوليدوس بوده و اين مسأله در تمام مرحله پر شدن قالب رعايت شود در صورت سرد بودن بيش از حد مذاب ، چندين راه حل وجود دارند که عبارتند از :

الف ) افزايش دماي مذاب در کوره نگهدارنده با وجود اين نبايد بالاتر از محدوده c 710 باشد.

ب) کاهش زمان انتقال مذاب ازکوره ذوب به کوره نگهدارنده به منظور کاهش اتلاف حرارتي در ملاقه و ريختن فلز گرم تر به داخل کوره هاي نگهدارنده.

پ) کاهش زمان نگهداري مذاب پيش از بارريزي ، زيرا مذاب در کوره نگهدارنده مرتبا ً سردتر مي شود.

ت) در انتها مؤثرترين راه حل را مي توان کاهش زمان پر شدن قالب عنوان کرد.

گرم بودن بيش از حد مذاب در هنگام تزريق : مذاب بيش از حد گرم در هنگام تزريق مي تواند باعث ايجاد عيوبي نظير ترک خوردن ( فلز بيش از حد گرم در حين تزريق مي تواند تغيير شکل دهد ) و يا کشيدگي انقباضي گردد ( به علت افزايش درجه حرارت قالب ) براي رفع اين مسأله دو راه حل وجود دارد که عبارتند از :

الف ) کاهش درجه حرارت مذاب در کوره نگهدارنده ، البته نبايد دما را بيش از حد کاهش داد زيرا در اين صورت عيوب ديگري مانند سردجوشي و... به وجود خواهند آمد.

ب) افزايش زمان پر کردن قالب هدف از اين کار از بين بردن تأثير گرم شدن قالب در حين پر شدن و به دست آوردن فلز سردتر در انتهاي پر شدن قالب مي باشد.

◄ نتيجه:
در تمام تبادل نظرهايي که در هر کارخانه يا کارگاه معين بين افراد صورت مي گيرد ( بين کارخانه و فروشندگان ، و بين کارخانه با ساير کارخانه ها ) مشکلات بزرگ زيادي مي تواند به دليل تفاوت در نوع تعريف و فهم هر يک از طرف ها از عيوب ايجاد شود.
نمونه هاي زيادي وجود دارد که يک اپراتور يا متصدي کنترل کيفي موردي را به عنوان عيب تعريف کند در حالي که اين يک عيب نيست اين امر موجب اعمال اقداماتي مي شود که هميشه پرهزينه بوده واغلب ضرورتي ندارد اطمينان يافتن از اين که تمام افراد نام تعريف شده براي عيوب ريختگي و نحوه توصيف آن را به درستي مي دانند مي تواند تا حد زيادي از بروز چنين مسائلي جلوگيري نمايد.
به همين دلايل ( و دلايل ديگر) براي يک توليد کننده قطعات دايکاست داشتن تعاريف خوب و مناسب از عيوب براي ديگران مزيت بزرگي به شمار مي آيد يک فاکتور ساده ولي حياتي در اين زمينه وجود افرادي هست که در يک کار گاه به يک زبان صحبت کنند و درک خوبي از هم داشته باشند.
بهترين راه براي حل اين مشکل درست کردن يک تابلو عيوب به همراه نمونه اي از قطعات معيوب و برچسب گذاري قطعات با نامي که به عيب مربوط به آنها اختصاص داده شده مي باشد به همراه اين تابلو ، کتاب عکسي بايد وجود داشته باشد که هر يک از عيوب در آن نشان داده شده باشد.

[ghasem motamedi]

پوشش آلومينيومي دادن Alcladding:
بطور كلي آلياژهاي آلومينيوم با استحكام زياد از نظر خوردگي كم مقاومترين آنها محسوب مي‌گردند. اين مطلب بخصوص در مورد آلياژهاي حاوي درصدهاي زياد مس يا روي صادق است. از طرف ديگر مقاومت به خوردگي آلومينيوم خالص بسيار زياد است. پوشش آلومينيومي دادن يكي از روشهاي افزايش مقاومت خوردگي به يك آلياژ با استحكام زياد است. در اين فرايند يك لايه آلومينيوم خالص به سطح آلياژ مورد نظر متصل شده و در نتيجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل مي‌شود. اين روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌اي مناسب است.

◄ آندايزه كردن (آبكاري) Anodizing:
در اين روش از مقاومت زياد در مقابل خوردگي لايه پوششي كه بلافاصله بر روي سطح آلومينيوم تازه بريده شده تشكيل مي‌گردد استفاده مي‌شود. همانگونه كه قبلاً ذكر گرديد اين لايه عامل مقاومت به خوردگي طبيعي اين فلز است. آندايزه كردن در واقع يكنوع ضخيم كردن لايه اكسيدي به ضخامت تا چندين هزار برابر ضخامت لايه اكسيد طبيعي است. نتيجه عمل، لايه‌اي است سخت با ضخامت حدود 5/25 ميكرون بر تمام سطح آلومينيوم كه علاوه بر مقاومت به خوردگي در مقابل سايش نيز استحكام كافي دارد. آندايزه كردن يك روش الكتريكي است كه انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولي كه فلز در آن مورد عمل قرار مي‌گيرد و ضخامت لايه اكسيدي حاصل، فرق مي‌نمايد. از اين طريقه پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحي گاهي به منظور تزئيني نيز استفاده مي‌گردد اگر فلز آندايزه شده را با انواع رنگهاي مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقريباً بصورت قسمتي از اكسيد سطحي بدست مي‌ايد.

◄ پوشش سخت دادن Hard Coating:
يكي از فرايندهاي آندايزه كردن است كه به تدريج اهميت پيدا مي‌كند و آن را آندايزه كردن سخت يا پوشش سخت دادن مي‌نامند. اين فرايند گرچه در اساس مشابه آندايزه كردن معمولي است ولي از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسيد سولفوريك و درجه حرارت عمل پايين‌تر است. فرايند بقدري ادامه مي‌يابد كه لايه اكسيدي به ضخامتي تا حدود 5 برابر ضخامت آندايزه كردن معمولي برسد.
لايه حاصل ممكن است به ضخامتي تا حدود 127 ميكرون برسد كه پوسته‌اي بسيار سخت است. موارد استفاده يك چنين پوشش سخت و مقاوم سائيدگي بسيار وسيع است. عمر مفيد قطعاتي چون چرخ دنده‌ها و پيستون هواپيما، لوله تفنگ، چرخ دنده‌هاي كامپيوتر، لبه‌هاي پره‌هاي هليكوپتر و افشانك‌هاي پيستوله‌‌هاي پاشش فلزات را مي‌توان به اين طريق افزايش داد.

◄ حفاظت كاتدي Cathodic Protection:
برخي از موارد مصرف دريايي آلومينيوم نياز به يكنوع حفاظت متفاوت با حفاظتهاي فوق‌الذكر دارد. در اينگونه موارد فلز در آب دريا غوطه‌ور مي‌گردد، مانند بدنه پايين كشتي‌ها، كه به مقاومت خوردگي بيشتري نيازمند هستند. اين روش حفاظت در مقابل خوردگي در لوله‌هاي آلومينيومي زيرزميني مخصوصاً وقتي كه فلزات ديگري نيز در خاك وجود داشته باشد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
حفاظت كاتدي يكنوع كنترل خوردگي است كه در آن يك ميله يا صفحه آلومينيومي (آند) براي حفظ و جلوگيري از بين رفتن ساختمان آلومينيومي مورد نظر (كاتد) وجود از بين مي‌رود ميله يا صفحه از بين رونده از طريق يك مقاومت الكتريكي به ساختمان مورد حفاظت متصل مي‌گردد. از طريق عمل الكتروشيميايي يك ولتاژ مستقيم جريان توليد مي‌گردد كه به جاي خوردگي ساختمان مورد نظر باعث خورده شدن آند مي‌شود.
پس از تمام شدن قطعات آند، قطعات جديدي جايگزين مي‌گردد و اين عمل معمولاً هر دو تا ده سال بر حسب شدت خوردگي انجام مي‌گيرد.

◄ وزن مخصوص كم:
يك متر مكعب آلومينيوم خالص 8/2827 كيلوگرم وزن دارد و يك متر مكعب از سنگين‌ترين آلياژهاي آلومينيوم (يعني آلياژهاي حاوي مس و روي) داراي وزني در حدود 2953 كيلوگرم است. حتي اين سنگين‌ترين آلياژ‌هاي آلومينيوم نيز حداقل 1978 كيلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم ساير فلزات ساختماني (بجز منيزيم) است (جدول 1-1). مزيت اين كم بودن وزن چيست؟ مي‌توان اين مزيت را بصورت زير خلاصه نمود:
مزاياي وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهاي آلومينيومي و چه در مورد وسيله نقليه ساخته شده از آلومينيوم.
2- ظرفيت بيشتر: امكان صرفه‌جويي در وزن ساختمان‌هاي آلومينيومي بخوبي در پايه‌ها و تاسيسات حفاري چاههاي نفت ديده مي‌شود. لوله‌هاي حفاري كه شافت مته حفاري نيز محسوب مي‌گردد امروزه از آلومينيوم ساخته مي‌شود. وزن كم اين لوله خود مي‌تواند ظرفيت دكل حفاري كه بايد تمام وزن سيم مته را تحمل نمايد دو برابر كند.
3- صرفه‌جويي در كار: بعلت سبكي كه به معني نصب سريعتر و اقتصادي‌تر ساختمان‌ها، تعداد كمتر كارگر مورد نياز و خستگي كمتر استفاده از وسايل آلومينيومي خانگي است.
4- ممان اينرسي كمتر: در نتيجه دانسيته آلومينيوم ممان اينرسي قطعات آلومينيومي كمتر مي‌گردد. اين كلمه نام علمي براي تمايل يك قطعه براي متوقف و يا در حالت يكنواخت ماندن مگر اينكه يك نيروي خارجي اعمال گردد مي‌باشد. هر چه قطعه سنگين‌تر باشد ممان اينرسي آن بيشتر و كار بيشتري براي حركت دادن و يا متوقف كردن آن مورد نياز است. ماشين‌كاري‌هاي سريع مدرن امروزي نياز به موادي با ممان اينرسي كم دارد طوريكه كه بتوان بسرعت و با بازدهي خوب دستگاه را بكار انداخت و يا از كار باز داشت، اين مطلب خصوصاً براي دستگاههاي بسته‌بندي و ماشين‌هاي چاپ با قطعات داراي حركت متناوب صادق است.
5- تعداد قطعات بيشتر به ازاي هر كيلو وزن: وزن كمتر بمعني تعداد قطعات بيشتر به ازاي هر كيلو وزن است. ميخ، پيچ، مهره و واشر آلومينيومي را مي‌توان به ازاي واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادي ساخت.

◄ مقاومت زياد در مقابل خوردگي:
يكي ديگر از خواص مشخصه آلياژهاي آلومينيوم مقاومت در مقابل خوردگي است. آلومينيوم خالص وقتي كه در هوا قرار گيرد بلافاصله با يك لايه چسبنده اكسيد آلومينيومي پوشيده مي‌شود، اين لايه پوششي، مانع خوردگي مي‌گردد. اگر در اثر سائيدگي اين لايه كنده شود بلافاصله دوباره تشكيل مي‌گردد. ضخامت اين لايه نازك طبيعي در حدود 025/0 ميكرون (يك ميكرون = يكهزارم ميلي‌متر) است، با اين وجود بقدري محكم است كه مانع موثري در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب مي‌گردد.
البته برخي از آلياژهاي خاص آلومينيوم نسبت به ديگران مقاومتر است. براي مثال گروه آلياژهاي Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دريا مقاوم است. از طرف ديگر آلياژهاي آلومينيوم حاوي مس يا روي از نظر مقاومت خوردگي ضعيف‌تر و از نظر استحكام مكانيكي قويتر مي‌باشد.
اگر مقاومت طبيعي آلومينيوم براي بعضي از محيط‌ها كافي نباشد در آن صورت روشهايي وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزايش داد. برخي از اين روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومينيوم Alcladding»، «آندايزه كردن (آبكاري) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت كاتدي Cathodic Protection».

[ghasem motamedi]

بسياري از مهندسين و طراحان هنوز تيتانيوم را فلزي گران و ناشناخته قلمداد مي کنند؛ اما پيشرفت هاي اخيري که در زمينه توليد اين فلز صورت گرفته است، نشان مي دهد که تيتانيوم ماده اي بسيار فوق العاده براي استفاده هاي مهندسي است و از بسياري از مواد مشابه مورد استفاده در اين صنعت ارزان تر است.
يکي از ويژگي هاي مهم تيتانيوم چگالي پايين آن (۵۵/۴ گرم بر سانتي متر مکعب) است. اين ويژگي، همراه با استحکام و مقاومت بالا در برابر خراشيدگي، تيتانيوم را به فلزي بسيار ايده آل تبديل کرده است. تيتانيوم عمدتاً در صنايع هوا – فضا و همينطور در کارخانه ها و تجهيزات صنايع شيميايي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين فلز همچنين در ساخت عينک ها، مهندسي هاي ظريف، اندازه گيري، مهندسي کنترل و فن آوري پزشکي مخصوصاً مواردي که حد تحمل بيولوژيک از اهميت زيادي برخوردار است، مورد استفاده قرار مي گيرد.

◄ کاربردهاي تيتانيوم:
مهم ترين مورد مصرف فلز تيتانيوم که در تلاقي با زندگي روزمره ما قرار مي گيرد، بيشتر در اشياي قيمتي نظير ساعت هاي مچي، عينک ها و جواهرات است. اين کاربرد ها به اين تصور هرچه بيشتر دامن زده اند که تيتانيوم فلزي گران است.
از طرف ديگر انتخاب فلز مورد استفاده در طراحي هاي مختلف از اولين مراحل ساخت اشيا به شمار مي رود و در اين مرحله بسياري از فلزاتي که به نظر مي ايد بايد گران قيمت باشند، بدون انجام تحليل اقتصادي از ميان گزينه هاي احتمالي حذف مي گردند. در نگاه اوليه به درستي تيتانيوم در صدر ليست فلزات گران قيمت و داراي استفاده هاي خاص قرار دارد. اما اين مسئله اشتباهي است که بسياري از طراحان در همان مرحله اول طراحي مرتکب مي شوند. آن ها در محاسبات مقدماتي، وزن فولاد مورد استفاده در طراحي خود را با وزن تيتانيوم مورد نياز، بدون آن که به حجم آن توجه داشته باشند جايگزين مي کنند و مسلم است که يک کيلوگرم تيتانيوم بسيار گران تر از يک کيلوگرم فولاد است. در حاليکه اين مقدار تيتانيوم، چندين برابر همان مقدار فولاد کاربري دارد.
عده بسيار کمي از مردم به مقايسه وزن دو قطعه مشابه که يکي از فولاد و ديگري از تيتانيوم ساخته شده است توجه دارند. هنگامي که از لحاظ هندسي، اين دو قطعه داراي حجم مشابه باشند، نسبت بهاي قطعه تيتانيومي به بهاي قطعه فولادي با آلياژ درجه بالا به عدد ۵/۲ تا ۳ مي رسد.
مواد تيتانيومي از قدرت تحمل بسيار بالايي برخوردارند و همچنين نقطه تسليم آن ها در برابر نيروي کششي وارد شده بسيار بالا است. مقاومت بيشينه آلياژ تيتانيوم ۳۳ که در آن از فلزات آلومينيوم، اناديوم و قلع استفاده شده، در برابر نيروي کششي، معادل يک هزار و ۲۰۰ نيوتون بر متر مربع است و اين در حاليست که تيتانيوم خالص هم مي تواند فشار ناشي از نيروي کششي را تا حد ۷۴۰ نيوتن بر متر مربع تحمل کند؛ با اين وجود همچنان مي توان اين فلز را سخت تصور کرد. (با توجه به اين که حد شکست در برابر کشيدگي آن حداقل ۸ درصد است)
در حال حاضر تعداد طراحاني که در زمينه ساخت اشياء متحرک به استفاده از اين فلز علاقه نشان داده اند رو به فزوني گذاشته است. يکي از کاربردهاي جديد تيتانيوم، استفاده از آن در توربين هاي بخار است. تيتانيوم مهندسان را قادر مي سازد تا طول پره هاي توربين را زياد کرده و بدين ترتيب نسبت نيروي توليد شده را افزايش دهند.
از ديگر کاربردهاي رو به افزايش تيتانيوم، استفاده از آن در موقعيت هايي است که نياز به مقاومت بالا در برابر برش احساس شده و يا ترکيبي از دو نيروي برشي و کششي ديده مي شود. در اين حالت خاص از نوع ويژه اي از تيتانيوم استفاده مي شود که بر روي آن پوششي از نيتريد قرار دارد. اين پوشش از حرارت دادن فلز در فضاي نيتروژني بدست مي ايد.
همينطور در صنايع خودرو سازي، کاربردهاي جديد و جالبي براي تيتانيوم پيدا شده است. به عنوان مثال جايگزين کردن تيتانيوم با فولاد، در موتور مولد قطار، باعث کاهش ۶۰ درصدي وزن اين وسيله شده است. از ديگر کاربردهاي تيتانيوم در اين صنعت، استفاده در ميل لنگ، مفتول هاي اتصالي و سيستم اگزوز خودرو است. مهم ترين حوزه هاي رشد استفاده از تيتانيوم در حال حاضر صنايع هوا – فضا، نيروگاه ها و دستگاه هاي شيرين کننده آب هستند.
يکي ديگر از خواص مهم تيتانيوم، قابليت قرارگيري آن به عنوان فلز واسط ميان دو فلز ديگر است. به عنوان مثال از تيتانيوم در صفحات انتقال دهنده گرما در کارخانه هاي شيميايي يا شيرين کننده آب استفاده مي شود.
يکي از دلايل مقاومت بالاي تيتانيوم در برابر خراشيدگي و عدم انفعال اين عنصر در برابر ديگر مواد شيميايي، پوسته اي است که بر روي فلز تشکيل مي شود. هنگامي که تيتانيوم با اکسيژن تماس پيدا مي کند، سطح آن به سرعت واکنش نشان داده و اکسيده مي شود. در اثر اين فعل و انفعال شيميايي، پوسته اي بسيار مقاوم تشکيل مي شود که جلوي هرگونه فعل و انفعال ديگري را مي گيرد. اگر به اين پوسته آسيبي برسد، در صورت حضور اکسيژن و يا حتي آب، تيتانيوم مجدداً اکسيده شده و در محل خراش، پوسته جديدي تشکيل مي شود. اين مکانيزم بسيار به آلومينيوم شباهت دارد. با اين تفاوت که پوسته تشکيل شده بر روي تيتانيوم، ضخيم تر و پايدار تر از پوسته آلومينيوم است. اين لايه محافظ علاوه بر ايجاد مقاومت در برابر خراشيدگي، حد تحمل بيولوژيک فلز را افزايش مي دهد. با اين وجود بعضي از ترکيبات شيميايي نظير فلئورين مي توانند اين پوسته محافظ را تخريب کنند.
با توجه به کاربردهاي فراوان تيتانيوم، اين فلز در گروه فولادهاي آلياژي و يا آلياژهاي نيکل قرار مي گيرد، اما به خاطر سختي و قدرت تحمل آن در برابر کشش و برش، نيروي بيشتري براي شکست اين فلز نسبت به فلزات آهني لازم است. يکي از دلايل اين که هزينه توليد تيتانيوم بسيار بالا است، استفاده از فن آوري موجود جهت توليد محصولات با کيفيت بسيار بالاست که بتواند نيازهاي صنايع حساسي مانند هوا – فضا را پاسخگو باشد. مقيد بودن به توليد محصولات با کيفيت بسيار بالا، مسلماً موجب ايجاد هزينه هاي اضافي مي گردد، اما اگر حوزه هاي جديدي براي مصرف اين فلز که نياز به کيفيت بسيار بالا هم نداشته باشد، ايجاد گردد؛ اين امکان وجود دارد که فن آوري هاي جايگزيني براي توليد ساخته شوند تا هزينه ها را کاهش دهند. صنايع ساختماني و خودرو سازي، از جمله صنايعي هستند که اگر به صورت عمده وارد بازار مصرف شوند، به ساخت فن آوري ارزان قيمت تر کمک خواهند کرد.
تا زماني که تيتانيوم به عنوان فلزي گران قيمت تلقي مي شود، اين چرخه ادامه دارد و آثار آن مثل تقاضاي محدود و مصرف پايين باعث مي شود تا توليدکنندگان هيچ علاقه اي به توسعه فن آوري هاي ارزان تر و ساده تر نداشته باشند.
يکي از شرکت هايي که در زمينه توليد تيتانيوم فعال بوده و پيشرفت هاي مهمي هم داشته است، شرکت دويچه تيتان (Deutsche Titan) از زير مجموعه هاي گروه تيسن کراپ (Thyssen Krupp) در آلمان است. اين شرکت به همراه شرکت ايتاليايي تيتانيا، گروه تيتانيوم را تشکيل داده اند.
دويچه تيتان، تيتانيوم اسفنجي مورد نياز خود را از کشورهاي روسيه، قزاقستان، اوکراين، ژاپن و چين خريداري مي کند و سالانه ظرفيت توليد ۴ هزار تن شمش را دارا مي باشد. اين شمش ها مي توانند تا ۱۳ تن وزن داشته باشند. دويچه تيتان طيفي از محصولات نيمه تمام را با استفاده از تأسيسات خود شرکت، گروه تيسن کراپ و همينطور کوره هاي ذوب ديگر توليد مي کند. محصولات اين شرکت در غالب شمش، اسلب، ورق، کلاف، صفحه، لوله جوش کاري شده و مفتول عرضه مي شوند.

[ghasem motamedi]

تيتانيوم خالص تجاري و آلياژهاي تيتانيومي آلفا و شبه آلفا به طور کلي نشان داده اند که مقاومت خوبي در مقابل خوردگي دارند. آنها جزء اين دسته از آلياژهاي تيتانيوم هستند که قابليت جو شکاري دارند.
تيتانيوم خالص معمولاً داراي مقداري اکسيژن آلياژ شده با آن است که استحکام تيتانيوم خالص تحت تاثير مقدار اين عناصر بين نشيني ( اکسيژن و نيتروژن ) در ساختار تيتانيومي است. آلياژهاي آلفا معمولاً داراي مقدار بالايي از آلومينيوم هستند که موجب مقاومت به اکسايش اين آلياژ در دماهاي بالا مي شوند. ( آلياژهاي آلفا – بتا همچنين داراي يک عنصر آلياژي اصلي هستند که آلومينيوم است اما اولين دليل آن براي پايدار کردن فاز آلفا است ).آلياژهاي آلفا را نمي توان براي افزايش خواص مکانيکي بالا تحت عمليات حرارتي قرار داد زيرا يک آلياژ تک فاز به حساب مي ايد. اضافه کردن عناصر آلياژي به تيتانيوم خالص قابليت عمليات حرارتي براي اين آلياژها يا کار در دماي بالا را چون به صورت يک ساختار دو فازي حاصل شده اند ( آلفا – بتا ) ، ايجاد مي کند.
آلياژهاي بتا نيمه پايدار هستند ، به اين منظور که تمايل به تغيير فاز براي يک حالت تعادلي يا بالانسي از ساختارها دارند. آلياژهاي بتا استحکامي به واسطه ، استحکام ذاتي شان ، ناشي از ساختار بتا و رسوب فاز آلفا و ديگر فازها از آلياژها در طراحي فرايندهاي عملياتي حرارتي به دست مي آورند.
با اهميت ترين فايده و مزيت به دست آمده از ساختارهاي بتا ، افزايش شکل پذيري آنها در ارتباط با ديگر ساختارهاي هگزاگونال از جمله آلفا و آلفا – بتا است. تيتانيوم آلوميند از آلياژهاي متداول تيتانيومي متفاوت هستند زيرا آنها به طور اساسي ترکيباتي هستند که باعث افزايش استحکام و قابليت شکل پذيري و ديگر خواص مي شوند. تيتانيوم آلوميندي کاربردهاي دماي بالاتر نسبت به آلياژهاي تيتانيومي دارند اما قيمت تمام شده بيشتر و به طور کل داکتيليته و قابليت فرم پذيري کمتري خواهند داشت.

◄ درمورد آلياژهاي تيتانيموم بيشتر بدانيم:
تيتانيوم وآلياژهاي آن پتانسيل بالايي در خيلي از کاربردهاي خاص دارند ولي بايستي قبل از طراحي و استفاده از آن ، برخي از واقعيتها را درمورد آن مطلع بوده و مد نظر داشت که بيشتر آن در ادامه آورده شده است.
محصولات شکل داده شده تيتانيوم به راحتي در دسترس مي باشند ولي ريخته گري شده آن محدودتر است. آلياژهاي شکل داده شده از فاکتورهاي تجربي خوبي برخوردار مي باشند. هر چند که آلياژهاي ريخته گري از لحاظ وزن و قيمت مقرون به صرفه هستند. ريخته گري تحت فشار ايزواستاتيک گرم مي تواند محصولاتي در مقايسه با استحکام کاربردي محصولات شکل داده شده را براي بيشتر فلزات حاصل کند.
آلياژهاي پودري خيلي بيشتر مورد قبول هستند. همچنين فرايندهاي پودر ( متالورژي پودر ) امکان ترکيب آلياژهاي نا متعارف تري را نسبت به هم مي دهد. اگر در اين فرايند به واسطه بر هم کنش تيتانيوم با گازهاي بين شبکه همچون N2 & O2 ، روشهاي پيچيده بايستي اتخاذ شود. بنابراين آلياژهاي پودري تيتانيوم بايستي بسيار گران و پر هزينه در کاربردهاي مختلف باشند سطح خواص آلياژهاي پودر ممکن است به حد انتظار ترکيبات شيميايي نرسد. با اين حال با متالورژي پودر اين امکان وجود دارد که با بدست آوردن محصولي ترکيبي به شکل نهايي محصول مورد نظر امکان جبران قيمت تمام شده باشد و دليلي بر اينکه حداقل يک پتانسيل براي هزينه هاي پايين تر هنگامي که در طي پروژه منظور مي شود وجود داشته باشد.
آلياژهاي ريخته گري شده يا پودري تيتانيومي هميشه امکان انتخاب در کاربردهاي سازه را دارا مي باشند. اما بايستي برنامه ريزي براي اين قبيل استفاده ها در همان مراحل اوليه طراحي مد نظر قرار گيرد نه اينکه تلاش شود تا مواد به دست آمده پودري يا ريخته گري شده در مراحل نهايي کار به جاي مواد شکل داده شده قرار گيرند. اين معقول به نظر مي رسد که موقع انتخاب آلياژهاي تيتانيومي از عمومي ترين آلياژِها استفاده شود مگر در مواقعي که خاصيت خاصي از اين فلز مد نظر باشد تا يک آلياژ خاص در نظر گرفته شود ( مثلاً Ti-6AL- 4v داراي خواص متعدد و زيادي است اما مصارف خاصي دارد ).
Handbook ها و مراجع مربوط به مواد و از اين قبيل کتابها براي طراحي بسيار با ارزش هستند. اما هيچ جانشيني را براي تماس با تأمين کننده و سازنده وجود ندارد. خواص و ويژگيهاي از اين قبيل شرايط فرم دهي غير معمول و يا فرايند غير ايده آل ريخته گري را براي اين فلز نبايستي عمليات سرد کردن و گرم کردن غير معمولي را براي خواص در نظر گرفت. خواص مواد ريخته گري شده و پودري در محدوده پايين تر نسبت به آلياژهاي شکل داده شده قرار دارد. به طوري که خواص مشترک آنها به سختي به همديگرقابل مقايسه هستند.
اما داده هاي بدست آمده پراکنده در ريخته گري و همچنين متالورژي پودر ممکن است پايين تر از حداقل هاي طراحي را نتيجه بدهد. اگر يک طراحي پذيرفته شود بدون هيچ انعطافي با رعايت سطح خواص آن مشخص شده ، اين طراحي ممکن است به صورت غير قابل برگشت پذيري بعداً مورد سؤ ظن و گمان باشد. صنايع فضايي به دنبال بهترين خصوصيت وبهينه ترين آنها هستند. هنگامي که تيتانيوم در کاربردهايي با بحرانيت کمتر استفاده مي شود ، دقت کمتري در خواص بايستي در نظر گرفته شود و اين امکان وجود دارد تا هزينه و زمان کاهش داده شود.
امروزه دز ايران علاوه بر صنايع هوايي و نظامي رويکردي خاص به اين فلز در صنايع شيميايي به خصوص در صنايع پتروشيمي ديده مي شود که اين به نوبه خود باعث ايجاد مجال مناسبي جهت کار بر روي ابن فلز و تهيه روشهاي استاندارد توليد تجهيزات تيتانيومي در ايران مي گردد.

◄ ساختار تيتانيوم به طور کلي:
نقطه ذوب تيتانيوم در حدود 1660 درجه سانتيگراد مي باشد. اما بيشتر آلياژهاي تجاري آلومينيوم در دماي 538 درجه سانتيگراد کاربرد دارند. تيتانيوم داراي دو ساختار کريستالي است ، در يکي از آنها اتمها در ساختار مکعبي مرکزدار( bcc ) قرارگرفته اند و در ديگر اتمها در يک ساختار شش وجهي فشرده يا هگزا گونال ( HCP ) قرار دارند. ساختار مکعبي مرکز دار ( bcc ) تنها در دماي بالا به دست مي ايد بجز در مواردي که تيتانيوم با ديگر عناصر براي ثبات پايدار ساختار مکعبي در دماي پايين آلياژ شده است.
دو ساختار کريستالي تيتانيوم به عنوان ساختارهاي b ، a شناخته مي شوند. a اشاره دارد به ساختارهاي هگزاگونال تيتانيوم چه به صورت آلياژ يا خالص و ساختار b مربوط به ساختارهاي مکعبي يا آلياژهاي آن است.
ساختارهاي b ، a در بعضي مواقع به عنوان سيستم ها يا نوع هايي از سيستم شناخته مي شوند که آن را به چهار دسته آلياژهاي a و شبه a يا نزديک به a و a / b و a تقسيم بندي مي کنند.
اين ترکيبات نشان دهنده تمامي عناصر آلياژي تيتانيوم نيست اما بيشتر عناصر استفاده شده در طراحي آلياژهاي تيتانيوم را شامل مي شود.

◄ اطلاعات بيشتري در مورد ساختار تيتانيوم:
تيتانيوم خالص تجاري به صورت ساختار a است. اضافه کردن برخي از عناصر آلياژي به تيتانيوم خالص تجاري محدوده را براي ريز ساختارهاي آلياژي ايجاد مي کند. با داشتن سطح مطلوبي از عناصر آلياژي b ، فاز b در طول گرم کردن توليد مي شود و در حين فرايند سرد کردن در ادامه يک فرايند گرم به ساختار ديگر منتقل مي شود. ساختار حاصله در اين مورد را آلياژهاي b ، a مي نامند ( فاز b به a تبديل مي شود ولي فاز باقي مانده هم خواهيم داشت ) تغييرات در آلياژهاي متمايز مي شود با محدوده وسيعي از ساختار وخواص شيميايي آلياژ که لازمه يک آلياژ a مي باشد. اين تغييرات به صورت ترم ساختاري near - a ( ساختارهاي شبه a يا نزديک به a ) هستند. ساختار را بايستي به طور کلي به عنوان نيمه پايدار شناخت. آلياژها با ساختار b در حين سرد کردن تا دماي اتاق به دست مي ايند.
آلوميندهاي تيتانيومي ترکيبات بين فلزي هستند که از تيتانيوم وآلومينيوم ( به همراه يک يا بيشتر از عناصر آلياژي ) به دست مي ايند.

[ghasem motamedi]

باز يافت آلومينيم :

[ghasem motamedi]

برُنز، آلیاژی از مس و قلع می‌باشد. برخی از انواع برنج‌ها برنز هم نامیده می‌شوند.

برنج (آلیاژ)
بطور كلي آلياژ CU و Sn برنز قلع و در اصطلاح عاميانه برنز ناميده مي شود اين آلياژ در زمانهاي قديم در ايران بنام مفرغ مشهور بوده است اما از لحاظ كلي برنز به آلياژهاي مس به علاوه يك عنصر غير از روي اطلاق مي شود. مانند آلياژ مس و آلومينيوم كه به آلومينيوم برنز مشهور است يا مس و نيكل كه به نيكل برنز مشهور است. بررسي نمودار تعادلي آلياژ Cu و Sn‌ نشان مي دهد كه با افزايش عنصر قلع نقطه ذوب كاهش و فازهاي گاما و ε در ساختار ظاهر مي گردد لذا با افزايش عنصر قلع سختي و استحكام آلياژ افزايش و انعطاف پذيري آن كاهش ميابد، لذا برنزهاي قلع ريختگي حداكثر 25% قلع دارند علاوه براي به منظور بهبود نرمي از خواص آلياژ برنز قلع به آن عناصر مختلفي اضافه مي شود كه مهمترين آنها عبارتند از Zn , Pb , P اضافه نمودن Zn به آلياژ برنز قلع باعث افزايش سياليت مذاب و سهولت ريختگري مي گردد.
. مسوار

مِسوار (مسبار هم نوشته‌اند) آلیاژی است از قلع و مس. بطور سنتی حدود ۸۵ تا ۹۹ درصد مسوار را قلع و بقیه را مس تشکیل می‌دهد. مس در این آلیاژ نقش سخت‌کننده را دارد.
برنج (آلیاژ)
و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌دو در آلیاژ تعیین کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است. برخی از انواع برنج‌ها برنز هم نامیده می‌شوند هرچند برنز آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.
از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند: مثلاً در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش، در مهمات جنگی، در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد (مثل مغزی قفل‌ها)، و مخصوصاً بخاطر خاصیت آکوستیکی در سازهای موسیقی (مثل هورن).
برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد.
برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می کرد.
برنج معمولاً قابلیت چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.
مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروب‌کشی به آن می‌دهد. به‌همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان‌ها استفاده می‌کنند.
امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند.
چگالی متوسط برنج ۸٫۴ گرم بر سانتی‌متر مربع است .
انواع برنج
برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع
برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد. ساختار کریستالی این نوع برنج FCC است .
برنج بتا: شامل ۴۵٪ تا ۵۰٪ روی که سختی و مقاومت بیشتری نسبت به گرما و فشار و ضربه دارد.
برنج آلفاـبتا: شامل ۳۵٪ تا ۴۵٪ روی مناسب برای گرما
برنج آلومینیومی: که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه های اروپایی استفاده می کنند .
برنج آرسنیکی: شامل آرسنیک. آلومینیوم است که در ساخت دیگ‌های بخار کاربرد دارد .
برنج فشنگی: شامل ۳۰٪ روی
برنج معمولی: شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما (سرد)
برنج عالی: شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.
برنج سربی: همان برنج آلفاـبتا همراه با مقداری سرب است.
برنج پست: شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا
برنج دریایی: شبیه به برنج دربا سالار با ۴۰٪ روی و ۱٪ قلع
برنج سفید: شامل بیش از ۵۰٪ روی ، بسیار شکننده
برنج طلایی: که نرم ترین فلز برنج است با ۹۵٪ مس و ۵٪ روی که در ساخت مهمات جنگی کاربرد دارد.

[ghasem motamedi]

مس
مس یکی از عناصر جدول تناوبی است که نشان آن Cu و عدد اتمی آن 29 می‌‌باشد.
== ويژگيهای مهم فلز ==
مس فلز نسبتا" قرمز رنگی است که از خاصيت هدايت الکتريکی و حرارتی بسيار بالايی برخوردار است.( در بين فلزات خالص، تنها خاصيت هدايت الکتريکی نقره در حرارت اتاق از مس بيشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از ميلاد برمی گردد، احتمالا" اين فلز قديمی‌ترين فلز مورد استفاده انسان می‌‌باشد.مس علاوه بر اينکه در سنگهای معدنی گوناگون وجود دارد، به حالت فلزی نيز يافت می‌‌شود.( مثلا" مس خالص در بعضی مناطق). اين فلز را يونانيان تحت عنوان Chalkos می‌‌شناختند. چون مقدار بسيار زيادی از اين فلز در قبرس استخراج می‌‌شد روميان آنرا aes Cyprium می‌‌ناميدند. بعدها اين واژه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهايت انگليسی شده و به لغت Copper تبديل شد.
== کاربردها ==
مس فلزی قابل انعطاف و چکشخوار است که کاربردهای زيادی مانند موارد زير دارد:
سيم های مسی لوله‌های مسی دستگيره‌های درب و ساير وسايل منزل (تنديسگری). مثلا" مجسمه آزادی شامل 179000 پوند مس می‌‌باشد. آهنرباهای الکتريکی. موتورها، مخصوص موتورهای الکترومغناطيسی. موتور بخار وات. کليدها و تقويت کننده‌های الکتريکی. لامپهای خلاء، لامپهای پرتوی کاتدی و مگنترونهای(اجاقهای مايکروويو). هدايت کننده موج برای تشعشع مايکروويو. به علت خاصيت هدايت بهتر آن نسبت به آلومينيوم، کاربرد مس در IC ها به جای آلومينيوم رو به افزايش است. به‌عنوان جزئی از سکه ها. در وسايل آشپزی، از جمله ماهی تابه. بيشتر سرويسهای قاشق(چنگال)و چاقوها دارای مقاديری مس هستند (نقره نيکلی). اگر نقره استرلينگ در ظروف غذاخوری بکار رفته باشد ،حتما"بايد دارای درصد کمی مس باشد. به‌عنوان بخشی از لعاب سراميکی و در رنگ آميزی شيشه. وسايل موسيقی ،بخصوص سازهای بادی. به‌عنوان يکا(بيواستاتک)در بمارستانها و پوشاندن قسمت‌های مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها. ترکيباتی مانند محلول(فلينگ)که در شيمی کاربرد دارد. سولفات مس که به‌عنوان سم و تصفيه کننده آب کاربرد دارد.
تاریخچه ==
مس برای تعدادی از تمدنهای قديمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاريخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پيش می‌‌رسد. يک آويزه مسی، متعلق به سال 8700 قبل از ميلاد در شمال عراق کنونی پيدا شد.نشانه هايی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسيدهای آن مانند مالاکيت و آزوريت تا سال 5000 قبل از ميلاد وجود دارد.در عوض اولين نشانه‌های استفاده از طلا تقريبا" به 4000 سال قبل از ميلاد بر می‌‌گردد.
مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلياژ آن با قلع يافت شده تقريبا" متعلق به 3000 سال قبل از ميلاد هستند. در يکی از اهرام يک سامانه لوله کشی با مس پيدا شده که مربوط به5000 سال پيش است. مصريان دريافتند افزودن مقدار کمی قلع، قالب گيری مس را آسان تر می‌‌کند بنابراين آلياژهای برنزی که در مصر کشف می‌‌شوند تقريبا" قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چين باستان حداقل به 2000 سال قبل از ميلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از ميلاد در اين کشوربرنز مرغوب ساخته می‌‌شده است.در نظر داشته باشيد چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می‌‌شود، دوران ذکر شده تحت تاثير جنگها و کشورگشائيها قرار می‌‌گيرد.در اروپا مرد يخیOetzi ،مردی که به دقت نگهداری می‌‌شود و متعلق به3200 سال قبل از ميلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% می‌‌باشد. مقدار زياد آرسنيک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالايش مس می‌‌باشد. استفاده ار برونز در مرحله‌ای از تمدن به قدری فراگير بود که آن مرحله را عصر برونز می‌‌نامند. برنج برای يونانيان شناخته شده بود اما اولين بار بصورت گسترده توسط روميان بکار رفت. به خاطر زيبايی درخشانش- بطوريکه در باستان برای ساخت آئينه از آن استفاده می‌‌شد -ونيزبه دليل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطوره‌شناسی و کيمياگری فلز مس با الهه های آفروديت و ونوس پيوند دارد.در کيمياگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سياره ناهيد نيز بود.
نقش زيست‌شناختی
وجود مس برای کليه گياهان و حيوانات عالی ضروری می‌‌باشد. مس در آنزمهای متنوعی ،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزيم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسيژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم 9/0 ميلی گرم در روز می‌‌باشد. مس در جريان خون عمدتا" روی پروتئين پلاسمايی بنام ceruloplasmin حرکت می‌‌کند. اگرچه مس اول در روده جذب می‌‌شود، اين عنصر همبسته با آلبومين به سوی کبد منتقل می‌‌شود. يک حالت ارثی که بيماری ويلسون ناميده می‌‌شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود.اين بيماری در صورت عدم درمان می‌‌تواند منجر به آسيبهای کبدی و مغزی شود.
پيدايش
مس معمولا" به شکل معدنی يافت می‌‌شود.کانيهايی مثل آزوريت، مالاکيت و برنيت همانند سولفيدهايی از جمله کالکوپيريت ( CuFeS2) ،کوولين ( CuS)، کالکوزين ( Cu2S) يا اکسيدهايی مانند کوپريت (Cu2O) از منابع مس هستند.
ترکيبات
آلياژهای بسياری از مس وجود دارد- برنج آلياژ مس/روی و برنز آلياژ مس/ قلع است. متداول‌ترين حالات اکسيداسيون مس شامل حالت مربوط به مس يک طرفيتی cuprous، 1+Cu و حالتcupric ،2+Cu می‌‌باشد.
کربنات مس به رنگ سبز است که بوسيله آن ظاهر منحصر به فرد بامها يا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمانها ساخته می‌‌شوند. اکسيدهای مس ( مانند :اکسيد مس ايتريم و باريم 7δ Yba2Cu3O یا YBCO) پايه‌های بسياری از ابر رساناهای غير معمول را تشکيل می‌‌دهند. ترکيبات ديگر : سولفيد مس
ايزوتوپها
علاوه بر تعداد زيادی رادوايزوتوپ، دو ايزوتوپ پايدار Cu-63 و Cu-65 موجود است.تعداد بسيار زيادی از اين راديوازوتوپها دارای نيمه عمرهايی به مقياس دقيقه يا کمتر دارند، طولانی‌ترين نيمه يعمر متعلق به Cu-64 است که مدت آن 7/12 ساعت ،با دو حالت فرسايشی که منجر به محصولات جداگانه می‌‌شود.
هشدارها
با تمامی ترکيبات مس بايد طوری رفتار شود گويی سمی هستند ( مگر خلاف آن مشخص باشد). اين فلز در حالت پودری خطر آتش زايی دارد.30 گرم سولفات مس برای انسان کشنده است.مس موجود در آب آشاميدنی با غلظتی بيش از 1 ميلی گرم در ليتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می‌‌گردد. مقدار بی خطرمس در آب آشاميدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بين 5/1 تا 2 ميلی گرم در هر ليترمی باشدبرنز