تاپیک متالورژی

[ghasem motamedi]

با پیشرفت تكنولوژی بدست آوردن مواد جدید از اهمیت خاصی برای دانشمندان برخورداراست و می تواند اثر بسیار شگرفی بر زندگی بشر داشته باشد . فوم های فلزی یكی از اینمواد هستند كه دانشمندان با بوجود آوردن آنها پای در فضای گسترده و جدید صنعتیگذاشتند .
عموما مابین 75% تا 95% ساختار فوم از منفذ ساخته شده است كه می تواندمتصل به هم یا به هم چسبیده باشد .
فوم های فلزی سخت هستند بر خلاف فوم هایپلاستیكی و تا زمانیكه آنها را برش ندهید مانند فلز جامد به نظر می رسند . ( به یادداشته باشید كه به خاطر چگالی پایین آلومینیوم معمولا از این فلز ساخته می شوند ) .

تاریخچه فوم فلزی :
فرآیند اول :
نخستین ثبت در مورد فوم های فلزی به سال 1984 باز میگردد . زمانی كه benjamin sosnick برای ارائه پروسه ای در مورد ساختن جرم فلزی فومشكل دارای حق امتیاز شد . روش او بر اساس بكار گرفتن این واقعیت بود كه آلیاژ هایفلزی مركبی كه شامل دامنه بسیار وسیع و متفاوتی از نقاط ذوب و جوش است می توانندمستقیما ذوب شوند یا به جوش آیند . در این فرآیند ، به یك آلیاژ فلزی چند فازی گرماداده می شود در تركیب این آلیاژ انتخاب شده یكی از اجزای آن بخار میشود در حالیكهبقیه اجزا تنها ذوب شدند این آلیاژ ضمن حرارت دادند ، در یك مجرای تحت فشار نگهداریمیشود به همین خاطر جزء گازی آن نمیتواند از مایع فرار كند . برقراری فشار باعثبخار شدن ناگهانی مخلوط می شود كه در نهایت میتوان با سرد كردن آن مخلوط به یك فرمجامد پر از منفذ های نزدیك به هم رسید موارد استفاده پیشنهادی بهبود مقاومت دربرابر فشردگی فوم را نشان میدهد كه همچنین جاذب گرما و صدا است . به طور واضح ،تنها مقدار كمی از آلیاژهای فلزی مركب برای این فرآیند واقعا مناسب هستند . اینفرآیند نسبتا گران تمام میشد و در نهایت هم تنها مقدار نسبتا كمی از فوم غیر معمولرا تولید میكرد و شاید به همین دلیل بود كه هیچگاه به طور وسیع مورد استفاده قرارنگرفت .
فوم های سلول باز :
بعدها در سال 1950 اولین سلول فوم فلزی باز تولیدشد كه شامل پراكندن آلومینیوم مذاب در دانه های خورد توده نمكی فشرده شده می باشدكه بعد از آن نمك را حل كرده تا منفذ هایی در میان آن باقی بماند این فرآیند ساختارفوم قابل اطمینان تری نسبت به متد sosnick تولید میكرد اما در حال حاضر هنوز هم بهآن به عنوان یك چیز كمیاب نگریسته میشود تا یك ابزار مهندسی .
ورود عامل فومی :
در سال 1959 ، تحقیق كاملا متفاوتی انجام شد اعضایاین گروه تحقیقاتی روشی برای ساختن فوم به نام خود ثبت كردند كه اساس آن ساختن فومبا مخلوط كردن فلز پودری با پودر فلز فومی گازی بود . پودر فلز فومی گازی بایدكاملا به دقت انتخاب میشد تا مقدار بسیار زیادی از گاز را در دمای ذوب فلز تجزیه وآزاد كند این مخلوط پودری به صورت سرد فشرده شده و از غالب خارج میشود تا یك مادهجامد فلزی همراه با فوم های منتشر شده در آن تولید شود زمانیكه این جسم جامد حرارتمیبیند تا به نقطه ذوب فلز برسد عامل فومی تجزیه میشود تا گاز را به فلز مذاب تزریقكند و فلز فومی تشكیل شود . فلز هیدروژن دار ( مخصوصا هیدرید تیتانیوم ) كه در دمایپایین به سهولت به فلز و گاز هیدروژن تجزیه میشود و در بسیاری از متد های ساختفومهای تجارتی متداول است به عنوان اولین ظهور عامل فومی به ثبت رسید .
خنك كردن فوم یك مشكل اساسی بود و این به معنی آن است كه گرمای منبع نسبتا سریعمیتواند از بین برود اما فلز همچنان گرم و داغ باقی می ماند و مستعد برای تبدیل بهفلز مذاب است قبل از آنكه به اندازه كافی سرد شود .
تحقیقات نشان میدهد كهاستفاده از آب به عنوان عامل سردكننده و یا گرم كردن تنها بخشی از فوم میتواند بهطور كلی مانع از این مشكل گردد .

فوم سازی به صورت مستقیم از طریق ذوب :
چهار سال بعد تحقیقی نسبتاوسیع انجام شد كه شامل متدی بود كه در آن عامل فوم ساز را مستقیما به فلز نیمگداخته اضافه میكردند سودی كه این روش داشت تولید بسیار ارزانتر فوم نسبت به متدپودری بود یك پیشرفت جدید آن بود كه مشتقی از فلز سیلیس را به آلومینیوم مذاب اضافهمیكردند و از آن برای افزایش چسبناكی و به دام انداختن گاز آزاد شده استفادهمیكردند ایده جدید دیگر استفاده از خاك رس به جای فلزات هیدراته برای عامل فوم سازیبود كه میتوان مولكولهای آب به دام انداخته شده در ساختار آنها را به هنگام اضافهكردن به ماده مذاب به صورت بخار آب آزاد كرد . تعداد اندكی از موسسات كار بر رویفوم های پودری فلزی را ادامه دادند و به خاطر هزینه آن به تولید در آزمایشگاههامنحصر شد و به تولید تجاری نرسید در مقابل آن فوم هایی كه به روش ذوب تهیه میشونداصلی ترین مركز توجه علایق تجاری هستند . دانشگاهها و كارخانجات زیادی مشغول كار برروی فومها هستند و پروسه های جدید تولید فوم از راه نفوذ دادن ، خلع كردن و… انجامشده است .
اساس فوم :
فوم ها با اساس ذوبی كمكم به روش اولیه تولید فوم چیده شدهاند كارخانجات بسیاری تولید فوم فلزی را شروع كردند . تحقیقات جدید در پایگاههایعلمی با هدف ارتقاء كیفیت فومها فومهاییست كه با روش ذوبی تولید میشوند در حالیكهاز هزینه های بالایی كه در تولیدات محصولات فوم به روش پودری ایجاد می شود میتوانبه این طریق اجتناب كرد .
فوم كردن فلزات دیگر
تا امروز تقریبا تمام تحقیقات متمركز در فومهایآلومینیومی بوده است ( به خاطر چگالی پایین و مقاومت در برابر خوردگی و نقطه ذوبپایین كه كار با آن را آسان میكند ) در هر حال فومهای آهن ، نیكل ، سرب نیز تولیدشده اند .
فومهای نیكل را به عنوان فیلترهای شیمیایی به كار میگیرند . دیگرفومها كیفیت مشكوكی دارند و در حال حاضر موضوع تحقیقات دانشمندان میباشد .
كابردهای فومهای فلزی :
هیچ خاصیتی از فومهای فلزی ویژه و استثنائینیست بیشتر خواص ماده آنها ( از قبیل چگالی ، سختی و دوام و …. ) در هر نوع مادهدیگری نیز یافت میشوند . نكته مهم در بازار فروش فومهای فلزی در كل ( به ویژهفومهای آلومینیوم ) در تركیب بینظیر كیفیت هاییست كه در هیچ ماده دیگری یافت نشدهاست :

• قدرت بالا ( 10mpa ) و سختی ( 1gpa)
• چگالی بسیار پایین ( حدودا 2/0چگالی آلومینیوم جامد )
• توانایی جذب مقادیر بالای انرژی با تحمل فشار در زمان فشرده شدن در هر جهت .

مواد ساختاری :
فومها سختی نسبتا بالا و چگالی پایین را بیش از مادهمولد خود دارا می باشند مهم است بدانیم كه اگر تنها قدرت مستقیم را در نظر بگیریم ،فومها غالبا كاربرد مشابه یا حتی بدتری از مواد جامد هم وزن خود ارائه میدهند نقطهقوت فومها زمانی آشكار میشود كه فشارهای منجربه خم شدن را به عنوان یكی از كیفیاتوزن در نظر بگیریم . پخش وسیع ساختارهای سلولی در لحظه ، سكون ماده را افزایشمیبخشد و به آن قدرت خم شدن و مقاومت ویژهبیشتری میبخشد تا آنچه به وزن حجمی فلزمربوط است این مطلب فومها را به عنوان تركیباتی كاربردی در اتومبیل سازی و هوافضامطرح میسازد این مطلب ممكن است به شكل تركیبات حمل وزن مستقیم به چشم بیاید امابیشتر موارد استفاده ساختاری را نشان میدهد كه در آن فوم عنصری مركزی است كه بالایه فلزی بیرونی احاطه شده و مورد استفاده قرار میگیرد . تولید این تركیبات درمقایسه با دیگرمواد كندوشكل آسانتر است و مقاومت بیشتری در برابر شكاف خوردن نشانمیدهد و این بخاطر همگرایی فومهاست . برخی از روشهای تولید همچنین اجازه میدهند كهقالبهایی با اشكال نامنظم از فومها پر شود ، به عنوان مثال برای ساختن شكلهایپیچیده و یا پركردن ساختارهای لوله ای از فومها به جای تركیبات جامد فلزی استفادهمیشود چون وزن بسیار كمتری داشته در حالیكه از مقاومت ساختاری قابل توجهی نیزبرخوردار میباشند .
در اینجا فهرست وار خلاصه ای از كاربردهای بالقوه فومهای فلزی را ذكر میكنیم :

• ورقه های خود پشتیبان محكم و بسیار سبك برای ساخت و ساز و حمل و نقل
• جذب انرژی ذره ای در ماشینها ، آسانسورها و سیستم های جابجایی
• كفها و دیواره ها
• ورقه های سقفی و دیواره ای ضد حریق با عایق گرمایی و صوتی
• جداره های كمپرسور
• بدنه و اگزوز موتورسیكلت
• تبادلگر گرمایی ، فیلترها و كاتالیزورها
• مبدلهای صوتی
• محفظه اسپیكر
• باتریها
• محفظه گیربوكس
• بخشهای ساختاری فضاپیما
• محفظه هایی برای ابزار الكترونیكی
• جاذب صوتی برای شرایط سخت

از آنجائیكه توضیح در مورد تك تك این موارد از حیطه این مقاله خارج است تنها بهمهمترین كاربردهای آنها میپردازیم :

جذب كننده ضربه :
طبقه بندی گسترده ای از كاربردها حول خاصیتجاذب انرژی فومهای فلزی بنا شده است در هنگام فشردگی ، فوم ها تنها دگر دیسیالاستیكی كمی را قبل از حالت پلاستیكی نشان می دهند در بیشتر فومها این حالت شاملدگر دیسی پلاستیكی گسترده ای از دیواره های سلولی در سلولهای شكست خورده می شود كهبتدریج در حلیكه ماده فشار كم و پایداری را تحمل میكند افزایش میابد . حركت تغییرجا در یك فلز به این معنی است كه مقدار زیادی از انرژی بدون افزایش فشار تا مرحلهبحرانی میتواند جذب شود به خاطر رفتار ایزوتوپ فوم جذب انرژی در هر جهتی كه فشاروارد میشود ممكن میكند این خاصیت كارآیی فوم را به عنوان ماده ای سبك ، ارزان ،جاذب تكانهای ناگهانی در بدنه جلویی اتومبیل ها یا قطارها برای محافظت از سرنشیناندر هنگام تصادفات افزایش میدهد .
این یكی از بخشهاییست كه فومهای فلزی به صورت تجاری استفاده شده و میتوانند دردربهای ضد ضربه به كار روند . در اصل فومهای فلزی به خاطر مقدار دگردیسی پلاستیكیكه میتواند در واحد حجم خود تحمل كند مورد توجه میباشد . به خاطر اینكه دیوارهسلولی آن طبیعتا از شكست ساختاری پیش از موقع به عنوان واحدهای جاذب انرژی جلوگیریمیكنند و از سرنشینان اتومبیل در هنگام مواجه با مواد سوختنی و انفجاری و تصادفاتمحافظت میكنند و یا به عبارتی دیگر مقاوم در برابر دما و حرارت میباشد .
فیلترهای دمای بالا و مقاوم در برابر خوردگی :
آلومینیوم مقاومت خوبیدر برابر زنگ زدن و بسیاری دیگر از حملات شیمیایی دارد . فومهای سلول باز باسوراخهای ریز میتوانند به عنوان مواد فیلتری مقاوم از نظر شیمیایی و یا در برابرحرارت بالا استفاده شوند . پیش نهاد شده كه ظروف حاوی سوخت مایع تا حدودی با فومهایسلول باز پر شوند تا اینكه در هنگام نشت مواد آتش زا كه كمكم چكه میكنند و بر سدمیریزند را جذب كنند نه اینكه قبل از آتش گرفتن این مواد به سرعت محوطه گسترده ایرا در بر گیرد .
مانع در برابر تغییرات حرارتی ( عایق گرمایی ) :
مقاومت در برابرخوردگی در تركیب با سطح گسترده واینكه دیواره سلولی با رسانایی گرمایی بالایی داردفومهای سلول باز را ماده ای ایده آل برای استفاده در مواد عایق گرما میسازد . فومهای سلول بسته از طرف دیگر رسانایی گرمایی كمی دارد و این بخاطر ساختار سلولیآنهاست پس مقاومت بالایی در برابر آتش دارد این قابلیت آنها را محافظ گرمایی خوبیمیسازد .
سطح وسیع :
تركیب رسانایی الكتریكی بالا و سطح وسیع فومهای سلول بازآنها را برای استفاده به جای الكترود مناسب مقدور كرده است . به عنوان مثال : درباطریهای اسید ـ سرب ساختار های سلول باز میتوانند حامی های كاتالیزوری بسیار خوبیباشند .
جذب صدا ( آگوستیك ) :
فركانس ایجاد صدا به نسبت قابلیت الاستیك مادهبه چگالی دارد . چون اینها میتوانند به نحو مستقلی تنوع داشته باشند از فومها برایحذف فركانس های مشخص استفاده می شود . همچنین از فوم ها برای مواد ضد صدا استفادهمیشود . در ساختار های پر محفظ فوم صدا توسط لرزش و اصطكاك همچون گاز مابین سلول هاپخش می شود ، انعكاس مجدد داخل یك ساختار سلولی راهی طولانی و طاقت فرساست كه در آنجذب كامل فركانس ممكن می باشد .
روشهای اصلی تولید :
روش ساختن فلزات فوم شده به چهار دسته مهم تقسیم میشود :

1. دسته اول : مربوط به فوم هاییست كه در حقیقت تنها تركیباتی از موادیمیباشند كه برای تولید فضاهای خاص استفاده میشوند . به عنوان مثال : پودرهای فلزییا فیبرهای متراكم . فومهایی كه با این روش ساخته میشوند از كیفیت پایینیبرخوردارند نوع قابل اعتماد تر تولید نفوذی می باشد كه در آن اشكال متخلخل ساخته میشوند و فلز های آب شده به داخل آن اشكال در قالب ها ریخته میشود و سپس قالب ها راجدا میكنند چون میتوان هر چه قدر خواست زمان صرف ساختن یك قالب عالی و بی نقص نمود . این روش برای ساختارهای كیفیت بالای فومهای سلول باز استفاده میشود و نكته منفیاین روش گران تمام شدن آن و پیچیده بودنش است و تنها برای ساختن اندازه های كوچكفوم مناسب هستند .
2. دسته دوم :روش دیگر بر اساس پودر میباشد . فلز های پودر شده وعوامل فوم ساز ( مواد شیمیایی كه در هنگام واكنش گاز آزاد میكنند ) با هم مخلوط شدهو فشرده میگردند با حرارت دادن مخلوط بالا در دمای ذوب فلز ، فوم تولید میشود .
3. دسته سوم :یک نوع سلول بسته در حدود 3 میلیمتر فوم سلول هستهبا حفره های حدود 80 درصد تا بحال ارزانترین نوع تولید فوم روش آب كردن میباشد دراین روش نوعی گاز به فلز آب شده چسبناك تزریق شده و تولید حفره میكند و فلز بهتدریج خنك میشود و فوم میسازد گرچه این روش ارزان است اما كیفیت بسیار خوبی نداردزیرا نمیتوان فاصله بین سلول ها را كنترل كرد .
4. دسته چهارم :روشهای دیگری نیز هستند گرچه فومهایی با حفره هایكمتر یا كیفیت پایین تری تولید میكنند . از جمله این روشها سرد كردن سریع فلز اشباعشده توسط هیدروژن میباشد بدین صورت كه وقتی فلز اشباع میشود هیدروژن آزاد شده وتولید حفره میكند چون سرد شدن در یك جهت ویژه اتفاق می افتد حفره ها معمولا طولانیو موازی در جهت سرد شدن می باشند كه البته این یك نقطه ضعف است زیرا این مواد بیشاز آنكه فوم مانند باشند كندو مانند هستند .

فوم های سلول باز :
این فومها دارای سه غالب هستند كه به آنها اشاره میكنیم .

1. قالب نمكی :اولین فوم های فلزی توسط پركردن یك قالب گرافیت اندود شدهتوسط نمك های زبر صخره ای تولید شد ( نمكی كه در آسیاب ها ریخته میشوند ) با گرمكردن آب دانه های نمك به هم چسبیده و آلومینیوم آب شده در داخل آن ریخته میشود باتكان دادن قالب این اطمینمان حاصل میشود كه آلومینیوم به همه جا رسیده است و سپسقالب نمكی را سرد میكند در این مرحله نمك در آب حل میشود و یك شبكه از آلومینیومباقی میگذارد .
   این روش حدودا 35 سال بعد مورد باز بینی قرار گرفت و بهبودهاییحاصل شد به ویژه اینكه حالا فلز آب شده در خلا به قالب نمك اضافه میشود و این بدانمعنی است كه فلز با اطمینان بیشتری پخش شده و دانه های نمك كوچكتری استفاده میشود ،كیفیت فومهایی كه به این روش تولید میشوند بسیار بالاست اما هنوز برای پخش این روشزود است .
2. قالب های گچی : با تغییراتی در این روش میتوان یك نوع فوم دیگر بدستآورد ، معمولترین روش در بوجود آوردن یك فوم پلاستیك سلول باز كه بسیار آسان همساخته میشود این است كه با چیزی كه بعدا حل شدنی باشد تركیب شوند كه در دمای بسیاربالا بهترین نمونه مواد گچ است . در این روش یك توده جامد با نوعی پلاستیك كه در گچاحاطه شده تولید میكنند گرم كردن آن در دمای بالا موجب تجزیه شدن پلاستیك میشود ،در نتیجه شبكه ای از كانالهای خالی را در سرتاسر توده گچی ایجاد میكند در این هنگامفلز آب شده با فشار بالا و مكش به داخل قالب ریخته میشود و گچ حل میگردد نتیجه اینروش داشتن یك فوم سلول باز است كه دقیقا ساختار سلولی فوم پلیمری اصلی را دارد .
3. وضعیت الكترودی :یك روش بسیار دقیق برای ساختن فوم های سلول باز آن استكه با یك فوم سلول باز پلاستیك كار را شروع كنیم با همان روشی كه در قالب های گچیآمده است اما بجای حرارت دادن آن را در معرض نوعی گاز كه با كربن مخلوط شده قرارداده و از آنجائیكه كربن هادی الكتریسیسته است آلومینیوم آب كاری شده را بر روی سدمیریزیم و حرارت میدهیم تا پلاستیك آب شده و به یك فوم سلول باز تبدیل شود .

خلاصه ای از مزایا و معایب روشهای نفوذ فلز :
مزایا :

1. كنترل بسیار نزدیك اندازه سلولها كه حتی برای دانه های نمك با اندازه های مختلفنیز امكان پذیر است
2. هر فلز یا آلیاژی را میتوان استفاده كرد ، تنها بدین شرط كه زیر دمای تجزیه نمكذوب شود .
3. قالب ها به شكل نهایی بسیار نزدیك هستند و استفاده از ماشین آلات را به حداقلمی رسانند .

معایب :

1. زمان زیادی طول میكشد تا نمك یا گچ حل شوند .
2. مراحل تولید مستمر نیستند و بسیار پیچیده اند و فوم های تولید شده بسیار گرانقیمت هستند .
3. فوم های تولید شده به این روش سخت فرم میگیرند .

سیر تكاملی گاز در فوم های سلول گازی :
روش اول :آسان ترین روش برای ساختن یك فوم سلول بسته تولید حباب هوا درانتهای یك حفره آلومینیوم آب شده می باشد سپس گرفتن كف و سرد كردن آن . در این روشپیچیدگی هایی نیز وجود دارد بویژه اینكه فلز باید مواد سرامیكی خوبی در خود داشتهباشد تا آن را چسبنده سازد ، و هوا باید بدون شكل دادن حباب از سطح خارج شود ، فومهایی به این روش اساسا ارزان و بی كیفیت اند .
مزایا :
الف ) در ساختن فوم ها با اندازه بالا ساخته میشوند .
ب )تولید آن آسان و نسبتا ارزان است .
معایب :
الف )پراكندگی گاز قابل كنترل نیست و حفره ها نیز بزرگ میباشند .
ب ) كنترل كمی برای تعیین اندازه حفره ها وجود دارند .
ج ) تنها تكه ای از آنها قابل تولید است و سطح فوم نیز نا صاف می باشد .
د ) باید قبل از شروع كار با سرامیك تركیب شوند و از آنجائیكه برخی از آلیاژ ها بهاندازه كافی چسبنده نیستند استفاده از هر نوع آن امكان پذیر نیست .
روش دوم : این روش فوم های پیچیده تری تولید میكنند با حفره های بهتر وهمسان تر . در این روش از عامل فوم ساز جامدی استفاده میكنند كه میتواند قبل آزادسازی گاز به آلومینیوم تركیب شود همین مطلب باعث كنترل بهتر پراكندگی به اندازهحفره ها می شود . ساختار سلولی این فوم ها از كیفیت بالاتری برخوردار است اما تولیداین فوم گران تر تمام میشود .
مزایا :
الف )اندازه های سلولی این فوم شكل یكنواخت تری دارند .
ب ) سلولهای كوچكتر با حفره های كوچكتر در ساختار دارد .
معایب :
الف )به علت نوع افزودنی ها گرانتر است .
ب ) شكل نهایی راتولید نمیكنند . چون پودر را نمیتوان در داخل قالب های پیچیده تكان داد .
روش سوم :روش چسباندن ورقه ای :
این روش فلزات مركب را توسط گازی كهتحت فشار آزاد می شود به فوم تبدیل میكند . این روش كیفیت بهتری به فوم میبخشدفایده این روش آنست كه زمان طولانی تری برای هم زدن امكان پذیر است . این روشهمچنین این قابلیت را دارد كه در شكل گیری نهایی محصولات استفاده شود .
مزایا :
الف ) كنترل خوبی در یكنواختی و اندازه سلولها وجود دارد .
ب )تولید قالب های نهایی
ج )این روش را می توان برای پر كردن قالبهای پیچیده تر هم استفاده كرد .
معایب :
عیب این روش محدودیت در نوع فلز های استفاده شده است

[ghasem motamedi]

قالب گيري فشاري ،يكي از قديمي ترين فرآيندهاي قالب گيريشناخته شده است. در اين قالبها ماده پلاستيكي در محفظه قالب قرار گرفته وبا حرارت وفشار شكل مي گيرد. در اين قالبها ،معمولا از تركيبات گرما سخت(ترموست)،بصورت عمدهواستفاده ميشودولي از محصولات گرما نرم (ترمو پلاستيك)در برخي موارد وبه ندرتاستفاده ميشود. موادي كه بعنوان شارژ اينگونه قالبها بكار مي رود،داراي اشكاليبصورت پودر ،ساچمه اي ،لايه اي وپيش فرم ميباشد.

قالبهاي فشاري عمدتا داراييك عيب ميباشند بطوريكه ،در اثر فشار زياد موجود در داخل قالب پين هاي ضعيفوديوارهاي نازك دفرمه ميشوند ، بنابراين طراحان اين گونه قالبها به منظور كم رنگكردن اين عيب ،از فرايند قالب گيري انتقالي كمك گرفته اند . سال 1909توسط آقاي لئوبكلند ،جهت توليد پوسته راديو پيدايش يافت.
فرايند قالب گيري انتقالي، در زمانجنگ جهاني دوم شناخته شد بطوريكه در ابتدا كاربرد عمده اي در صنايع نظاميداشت.


مراحل كلي فرآيند قالب گيري فشاري

در صورت لزوم قالب راتمييز و مواد آزاد كننده را داخل قالب مي ريزيم.

قالب را شارژ مي كنيم.

قالب توسط پرس بسته ميشود.

قبل از ايتكه قالب بطور كامل بسته شود،قالب را كمي بازكرده تا گازهاي محبوس از قالب خارج شود(تنفس قالب).

حرارتوفشار را اعمال كرده تا عمل قالبگيري تثبيت شود(در كاربرد فشار قبل از بسته شدنكامل قالب بايد اندكي درنگ شود بطوريكه گازها بتوانند از محفظه قالب خا رج شوند).

قالب را باز نموده و قطعه داغ را در فيكسچر خنك كننده قرار ميدهيم.

معرفي روشهاي قالب گيري

قالبگيري فشاري قالبگري انتقالي

قالبگيري تحت فشار پيستون

قالبگيري بصورت ريخته گي

قالبگيري پرسي

لازم به ذكر است كه دو روش اول بصورت عمده برايتوليد قطعات پلاستيكي اعم از مواد ترمو پلاستيكي وترمو ستي ميباشد.



شرح فرآيند قالبگري فشاري

در ابتدا قالب توسط شا بلن بارريز كه روي دستگاه پرس قرار دارد ،شارژ شده و قالب شروع به بسته شدن ميكند ،بطوريكهسنبه قسمت روئي قطعه را فرم داده و قسمت زيرين قطعه تا سطح جدايش قالب در داخلمحفظه پائيني فرم ميگيرد.

در اين قالبها دمائي در حدود 130تا200 درجه سانتيگراد توسط دو المنت گرم كننده حاصل ميشود ، ولي عمدتا دماي نيمه فوقاني قالب كمتراز نيمه تحتاني ميباشد بطوري كه معمولا قسمت فوقاني تا دماي 145درجه سانتي گراد گرمشده و قسمت تحتاني تا دماي 155درجه سانتي گراد گرم ميشود. فشار لازم در حدود 100تا500تن مي باشد ،البته اين فشار با توجه به سطح تماس قطعه با قالب تعيين ميشود.


شرح فرايند قالبگيري انتقالي


همانطور كه در قسمت چكيدهبه آن اشاره شد ، اين فرايند قالبگيري به منظور بر طرف كردن عيب قالبگيري فشاري ازاين روش قالبگيري استفاده ميشود.

در واقع عملكرد اين روش قالبگيري به اينصورت است كه ابتدا مواد شارژ فالب بصورت سرد يا نيمه گرم داخل كانال بار ريز وارد وتوسط يك سنبه فشار دهنده مواد از طريق روزنه هايي در سيستم ر اهگاهي ،به حفرهاياصلي قالب هدايت مي شود.

قالبهايي كه با اين روش طراحي مي شوند غالبا چندحفره اي ميباشند،به خاطر اينكه از نظرهزينه مقرون بصرفه شوند.


انواعروشهاي قالبگيري فشاري از نظر ساختمان قالب

قالب فلاش دار (قي) flash die

قالب سنبه اي كفي يا پله اي flat die

قالب مثبت positive die

قالب نيمه مثبت semi positive die


لازم به به توضيح است كه اينقالبها بر مبناي اجازه ي ورود مواد به كانال فلاش دسته بندي شده اند كه دراسلايدهاي بعدي توضيح اضافي داده ميشود .


قالبهاي فلاش دار

دراين قالب در اثر فشار حاصل از طرف پرس ،به مواد اضافي اجازه داده ميشود كه به راحتيبه كانال فلاش راه پيدا كند . در اين روش قالبگيري ، فلاش معمولا به صورت افقي است .

در اين روش قلبگيري لازم است، علاوه بر هزينه طراحي و ساخت،هزينه اي برايسنگ زدن پليسه حاصل شده در اطراف قطعه در نظر بگيريم .

در واقع يكي ازمعايب اينگونه قالبها ،همين هزينه اضافي مي باشد.

مزيت اين گونه قالبها درارزان بودن و ساده بودن آنها است .

كاربرد اين قالبها براي توليد قطعاتي ازمواد پلاستيكي با ضريب بالك پايين و قطعاتي كه رعايت ضخامت يكنواخت ديوارهاي آن مهمنباشد،البته يكنواختي ضخامت ديوارها تا حد زيادي به دقت ميله هاي راهنماي قالببستگي دارد .

تعريف ضريب بالك: حاصل تقسيم حجم مواد فرم نگرفته به مواد فرمگرفته را ضريب بالك گويند.



قالب هاي سنبه اي كفي يا پله اي

اين قالبها شبيه قالبهاي فلاش دار ميباشند ، با اين تفاوت كه در اينجا يكمحفظه بار دهي به مجموعه قالب اضافه شده است .

پله ي كفي عموما 16/3 اينچعرض دارد به منظور خروج مواد اضافي كه از بين سنبه و محفظه نشت ميكند.

اينقالبها ،قطعات را با چگالي يا دانسيته بيشتري نسبت به نوع فلاشدار مي سازند.

قطعات با پين هاي كوچك و مقاطع ظريف از اين راه قابل ساخت هستند.

در اين گونه قالبها نيز همانند قالبهاي فلاشدار سنگ زني فلاش يا پليسه بامقدار كمتري نسبت به قبل لازم است.


قالبهاي مثبت

در اين قالبهافضاي خيلي كمتري نسبت به دو نوع قبل براي خروج مواد اضافي به داخل كانال فلاش تعبيهشده است .

سنبه در محفظه فالب داراي انطباق كاملا جذب بوده و تلرانس در هرطرف 3 هزارم اينچ ميباشد .

اين قالبها براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه ايو قطعات عميق مانند محفظه راديو بكار ميرود و از هر قالبي براي قالبگيري مواد بافيلر پارچه اي مناسب تر هستند .

مزيت اين قالبها در اين است كه پليسه يافلاش بصورت عمودي ميبا شد و به سادگي بر طرف ميشود.

مهمترين عيب اين قالبهاخراشيدگي محفظه ي قالب توسط سنبه است كه مستقيما اثر آن روي قطعه مشاهده ميشود .



قالبهاي نيمه مثبت

اين قالبها متشكل از يك قالب سنبه ايپله دار و يك قالب مثبت هستند .

از اين قالبها براي ساخت قطعات با عمق زياد، قطعاتي كه در ته آنها مقاطع بزرگ و قطعا تي كه در برخي از مقاطعشان اختلاف ضخامتوجود دارد بكار ميروند.پليسه يا فلاش ايجاد شده به راحتي توسط سنگ بر طرف مي شوند.

معمولا براي فرم دادن ملامينها و تركيبات اوره اي از اين نوع قالبها كمك ميگيرند .

لقي بين سنبه و ماترس 1هزارم اينچ در هر طرف است .

معمولااين گونه قالبه را بصورت چند محفظه اي با محفظه ي باردهي مشترك مي سازند

بطوريكه به آنها قالبهاي ويژه اطلاق ميشود زيرا گاهي حتي بيشتر از يكصدمحفظه درآنها تعبيه شده است.


نكته

مكانيزم توليد قطعه درقالبهايي كه در اسلايد قبل توضيح داده شد براي توليد قطعاتي بود كه در ديواره يجانبي آنها هيچ گونه حفره يا سوراخ وجود نداشت ،حال اگر بخواهيم قطعاتي را كه ديواه ي آنها داراي حفره يا سوراخ مي باشد را توليد كنيم لازم است كه اين قالبها رابصورت تكه اي با سنبه ي ماهيچه جانبي و متحرك بسازد.


علاوه بر اينمكانيزم با توجه به نياز از مكانيزم صفحه ي بيرون انداز بجاي پينهاي بيرون انداز ومكانيزم فنري نيز استفاده ميشود



انواع روشهاي قالبگيري انتقالي ازنظر ساختمان


1. قالبهاي لوله راهگاهي

2. قالبهاي پيستوني


لازم به ذكر است كه اين تقسيم بندي توسط انجمن مهندسين امريكا صورتگرفته است.


قالبهاي لوله راهگاهي

در اين قالب ها پلا ستيك ها براثر نيروي وزن خود، از طريق لوله راهگاه به داخل قالب هدايت ميشوند.


قالبهاي پيستوني

در اين قالب ها مواد پلاستيكي وارد شده بهكانال بارريز توسط پيستون فشرده شده ، تا حدي كه به سطح جدايش قالب فشار واردميشود.


اجزاء ساختماني پلاستيكها (شامل ترموستهاوترموپلاستيكها)

رزين: عنصر چسباننده

نرم كننده:اين ماده آلي براي بهبودسختي ، مقاومت ،قابليت ارتجاعي قطعه وسهولت در امر قالبگيري به پلاستيك اضافهميشود.

عنصر فيلر:اين عنصر نقش پر كننده گي دارد و جنس آن ميتواند از گردچوب، پارچه،سفال وغيره با شد.

رنگ:براي بهبود شكل ظا هري محصولاتپلاستيكي،به آنها اضافه ميشود.

لازم به توضيح است كه ترموستها كلا دارايرزين پلاستيك و عنصر پر كننده بوده وترموپلاستيك ها داراي رزين پلاستيك و رنگ ميباشند،البته ماده ي نرم كننده در هر دو نوع پلاستيك استفاده ميشود.


كاربرد قالبهاي انتقالي


توليد قطعات با مقاطع پيچيده ويابا ما هيچه هاي جانبي مشگل

توليد قطعات با مغزيهاي نازك و پيچيده

توليد قطعات با سوراخهاي كوچك و عميق

توليد قطعات با چگا لي يكسانتري نسبت به روش قالبگيري فشاري

توليد قطعات دقيق

توليد قطعات باپليسه كمتر(خصوصا براي مواد ترموست با فيبرپارچه اي )

توليد قطعات با وزنسنگينتر مثلا مواد ترموست از جنس ملا مين ،فرم آلدئيد وقطعات با فيبر الياف نساجي.


تجهيزات مورد نياز در فرايند قالبگيري فشاري وانتقالي

برايتوليد قطعات به روش فشاري نياز به پرسهايي داريم كه :

تناژ بالا داشتهباشند(معمولا250 تن).

به شابلن بار ريز مجهز باشند يا قابليت نسي اين قسمتراد اشته باشند.

به سيستم محركه هيدروليكي مجهز باشند(بمنظور تنظيم سرعتحركت پرس).

در فرايند قالبگيري انتقالي علاوه بر موارد فوق به پرسهايي باتناژ كمتر و مخصوص نياز داريم.

پرسهاي مخصوص به پرسهايي اطلاق مي شود كهبتوانند هم عمل بستن صفحات قالب را انجام داده وعمل بارريزي،فشار وحرارت را توامابوجود بياورند.



مزاياي فرآيند قالبگيري فشاري

ضايعات كماست(در اين قالبها لوله راهگاه و كانال هدايت مواد وجود ندارد).

هزينهتجهيزاتي نسبتا اندك است.

عمليات مي تواند بصورت خودكار يا دستي انجامبگيرد.

محصول توليد شده كامل مي باشد.

جريان مواد در زمان كوتاهانجام شده در نتيجه تنش در قطعه و سائيدگي در قالب كم است.

قطعه دارايانسجام و يك پارچگي ساختار ي مي باشد.

قطعات طويل به راحتي با اين روشتوليد مي شوند.



معايب فرايند قالبگيري فشاري

قالبگيريقطعات پيچيده دشوار مي باشد.

در اين قالبها به قسمتهاي داخلي قالب مثل پينهاي بيرون اندز براحتي آسيب وارد ميشود.

ممكن استبراي توليد برخي قطعاتسيكل زماني از حد استاندارد(2الي4دقيقه)به طور چشمگيري زياد شود.

محصولاتمعيوب در اين روش مجددا قابل باز يابي نيستنند.



مزاياي فرايندقالبگيري انتقالي

در اين فرايند نسبت به روش قبل به فشار كمتري نياز است،بنابراين ميتوان از پرسهايي با تناژ كمتر استفاده كرد.

بعلت فشار كمتر هيچگونه صدمه اي به قالب و اجزاء داخلي آن وارد نمي شود.

در اين روش ميتوانابتدا مادهي اوليه را گرم كرد و سپس آن را به داخل قالب تزريق نمود كه نتيجه آنبهبودتوزيع دما در ماده اوليه و تشكيل شبكهاي عرضي ملكولي بطور سريع ميباشد .

زمان گردش عمليات كاهش يافته كه نتيجتا از عيوب قطعات مي كاهد.

ازطرفي بهبود در جريان مواد در اين قالب ها ،توانايي توليد اشكال پيچيده را فراهم ميآورد.




معايب فرايند قالبگيري انتقالي

بعلت اينكه اينقالبها معمولا چند حفره اي ميباشند، هزينه توليد آنها زياد است.

اينگونهقالبها بخاطر داشتن كانال بارريز جدا گانه به امكانات ويژه نظير پرسهاي مخصوص نيازدارند.



نتيجه گيري

با توجه به مزايا و معايب قالبهاي فشاريبه اين نتيجه مي رسيم كه فرايند قالبگيري فشاري يك روش كاملا مناسب براي توليدقطعات فشرده،طويل وقطعاتي كه دقت زيادي ندارند ، ميباشد.از طرفي از اين فرايند بطورعمده براي توليد قطعات ترمو ستي استفاده ميشود.


بخاطر اينكه در اين روشقطعاتي با ساختاري فشرده توليد ميشود،امروزه استفاده از اين روش براي توليد قطعاتحساس همچون چرخ اتومبيل روبه افزايش است.
فسفر تا حدود 0.1 درصد می تواند در آهن به صورت محلول وجود داشته باشد. چنانچهمقدار فسفر در چدن از این حد بیشتر باشد با آهن تشکیل ساختاری متشکل که از لایه هایپی در پی فسفید آهن و آهن را می نمایدکه اصطلاحا استدیت (steadite ) نامیده می شود. از آنجایی که این فاز آخرین فازی است که در مذاب چدن جامد می گردد لذا در مرزدانهها رسوب می کند.

[ghasem motamedi]

معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران

معرفي وكاربردها
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي¬باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل-آهن و پايه كبالت مي¬باشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربين¬هاي گازي، طرح¬هاي تبديل ذغال‌سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشته¬اند بوده است.
امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربين¬هاي گازي از جنس سوپرآلياژها مي¬باشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:
- توربين¬هاي گازي هواپيما
- توربين¬هاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق
- ساخت قالب‌هاي ريخته¬گري و ابزارهاي گرمكار
- مصارف پزشكي و دندانپزشكي
- فضاپيماها
- تجهيزات عمليات حرارتي
- سيستم¬هاي نوتروني و هسته¬اي
- سيستم¬هاي شيميايي و پتروشيمي
- تجهيزات كنترل آلودگي
- تجهيزات و كوره¬هاي نورد فلزات
- مبدل¬هاي حرارتي تبديل ذغال سنگ

به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكل¬پذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش توليد
با توجه به نحوة توليد مي¬توان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود كه عبارتنداز:
1) سوپرآلياژهاي كارپذير
سوپرآلياژهاي كارپذير در حقيقت گروهي از سوپر آلياژها هستند كه قابليت كار مكانيكي دارند و از روش¬هاي مكانيكي مي¬توان به آنها شكل¬داد. به منظور توليد مقاطع معيني ازسوپرآلياژهاي كارپذير، اولين گام آن است كه شمش¬هاي سوپرآلياژها به دليل حضور عناصر فعال(عناصري كه سريع در مجاورت هوا اكسيد مي¬شوند) در شرايط خاصي تهيه شوند. فرايندهاي ذوب در خلاءدر مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيكل و پايه آهن جزء ضروريات مي-باشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه كبالت امكان ذوب در هوا وجود دارد.
پس از تهيه شمش¬ آلياژهاي كارپذير به يكي از روش‌هاي فوق عمليات شكل¬دهي صورت مي¬گيرد. عمليات شكل-دهي سوپرآلياژها نيز مي¬تواند توسط عمليات متداول كليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد. سوپرآلياژهاي پايه آهن، كبالت و نيكل را مي¬توان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشكال ديگر توسط فرايندهاي نورد، اكستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شكل¬دهي در دماي بالا صورت مي¬گيرد و تعداد كمي از سوپرآلياژها را مي¬توان به صورت سرد شكل‌دهي نمود. ساختارهاي يكنواخت و ريزدانه¬اي كه از شكل‌دهي سرد حاصل مي¬شود نسبت به ساختارهاي شكل¬دادن گرم ارجحيت دارند.
عمليات ترموديناميكي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتي¬گراد انجام مي¬شود كه به اين ترتيب در حين شكل دادن عمليات حرارتي نيز صورت مي¬گيرد.

2) سوپرآلياژهاي متالورژي پودر
بسياري از انواع آلياژهاي كارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد مي¬گردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با دانسيته كامل از طريق روش‌هاي اكستروژن يا پرسكاري ايزواستاتيك گرم (HIP) توليد مي-گردند. مهمترين اين قطعات قيچي¬ها و سوزنهاي جراحي مي¬باشند.
فرايندهاي متالورژي پودر به‌دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريخته¬گري ترجيح داده مي¬شوند هر چند كه معايبي را نيز به همراه خواهند داشت:
- يكنواختي در تركيب شيميايي و ساختار كريستالي
- ريز بودن اندازه دانه¬هاي كريستالي
- كاهش جدايش¬ها
- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد
اما مشكلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي كربني و آخال‌هاي سراميكي باعث مي¬گردد كه در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش‌ريزي و ترمومكانيكي متداول صورت پذيرند.

3) سوپرآلياژهاي پلي‌كريستال ريختگي
وجود محدوديت‌هاي تكنولوژيكي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلياژ مي‌گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين صنعت نيز روز به روز توسعه مي¬يابد.
تعداد زيادي از فرايندها را مي¬توان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديك به قطعة نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات توسط فرايند ريخته¬گري دقيق توليد مي¬گردند.
محدوده تركيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گسترده¬تر از سوپرآلياژهاي كارپذير بوده و بنابراين خواص متنوع¬تري نيز از اين طريق قابل حصول خواهند بود هر چند كه انعطاف‌پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي كار مكانيكي بهتر از ريخته¬گري خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريخته¬گري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپرآلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته است.

4) سوپرآلياژهاي تك¬كريستالي انجماد جهت¬دار
به‌منظور توسعه توربين¬هاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي كاري و كارآيي موتورها، به‌طور مداوم روش¬هاي توليد سوپرآلياژها در حال بهبود است.
قسمت‌هاي بحراني توربين¬ها معمولاً شامل پره¬هاي تحت فشار بالا، هواكش¬ها و ديسك¬ها مي¬باشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات بسياري در زمينه افزايش راندمان توربين¬ها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امكان افزايش دماي ورودي، فشاركاري و كاهش هزينه¬هاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهت¬دار به‌منظور توليد تك‌كريستالي‌هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين طريق پره¬هاي توربين را با دانه¬هاي جهت¬دار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحكام خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند.
با توسعه اين تكنولوژي، امروزه در توربين¬هاي مصرفي در نيروگاه‌هاي برق نيز از قطعات تك‌كريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده به‌عمل مي¬آيد.
در سال¬هاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها مي‌باشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 به صورت تك‌كريستال توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب تركيب شيميايي
به طور كلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه كبالت مي¬باشند كه بسته به درجه حرارت كاربردي مورد استفاده قرار مي¬گيرند .

1) سوپرآلياژهاي پايه نيكل
امروزه آلياژهاي نيكل در حالت‌هاي "تك‌فازي"، "رسوب سختي شده" و "مستحكم‌شده توسط رسوبات اسيدي و كامپوزيت¬ها" در مصارف صنعتي مختلف مورد استفاده قرار مي¬گيرند.
سوپرآلياژ¬هاي پايه نيكل پيچيده¬ترين تركيباتي مي¬باشند كه در قطعات دماي بالا به كار مي¬روند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرفته از جنس اين آلياژها مي¬باشد. خصوصيات اصلي آلياژهاي نيكل، پايداري حرارتي و قابليت مستحكم شدن مي¬باشد.
بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد كرم، حداكثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد كبالت و مقادير كمي موليبدن، نيوبيم و تنگستن مي¬باشند.
دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيكل كه ميزان نيكل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 مي¬باشند.
اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم مي¬باشند و در رديف آلياژهاي پايه نيكل قرار مي¬گيرند. آلياژهاي پايه نيكل معمولاً تا دماي 650 درجه سانتي¬گراد استحكام خود را حفظ مي¬كنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحكام خود را از دست مي¬دهند.

2) سوپرآلياژهاي پايه آهن
سوپرآلياژهاي پايه آهن نشات گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي مي¬باشند كه داراي زمينه¬اي از محلول جامد آهن و نيكل بوده و براي پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيكل است.
- گروه‌هاي متعددي از اين آلياژها تاكنون مشخص گرديده¬اند كه هر يك با مكانيزم¬هاي خاصي مستحكم مي¬¬شوند. برخي از اين آلياژها نظير 57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيكل مي¬باشند و استحكامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد.
- گروه دوم آلياژهاي پايه آهن كه آلياژهايX750 و Incoloy901 نمونه¬هاي آن مي¬باشند، حداقل 40 درصد وزني نيكل داشته و همانند گروه¬هاي با نيكل بالاتر استحكام بخشي توسط سختي رسوبي صورت مي¬گيرد.
- گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيكل- كبالت مي¬باشند و استحكام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتي¬گراد مناسب بوده و ضريب انبساط حرارتي آنها پايين مي¬باشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شماره¬هاي 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و غيره مي¬باشند.

3) سوپرآلياژهاي پايه كبالت
سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتي¬گراد خواهند داشت.
سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر مي¬باشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريخته¬گري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند مي¬باشد.
سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را مي¬توان به صورت ذيل در نظر گرفت:
- آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتي¬گراد مورد استفاده قرار مي¬گيرند كه شامل آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO مي¬باشند.
- آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتي¬گراد به كار مي¬روند نظيرTN3MP، 159 MP
- آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite
آلياژ 2525HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربين¬هاي گازي، اجزاء راكتورهاي هسته¬اي، ايمپلنت‌هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفته-اند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن مي¬باشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش مي¬باشند.
اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارت‌هاي بالا مورد نياز باشد به كار مي¬روند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نمي¬توان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار مي¬گيرند.

بازار سوپرآلياژها
شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا _ فضا در نظر گرفت كه با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و قطعات يدكي آن در سطح جهان پيش بيني مي¬گردد كه تنها بازار قطعات يدكي هواپيماها بالغ بر 4،5 ميليارد دلار باشد، بررسي¬ها حاكي از آنست كه تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار مي¬شوند كه نيمي از وزن اين موتورها از جنس سوپر آلياژ خواهدبود .
بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايران، سوپرآلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارت¬خانة نفت، نيرو و دفاع مورد استفاده قرار مي¬گيرند.

[ghasem motamedi]

در فراينداستخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحيمي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) ,
كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوبMeltingناميدهمي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شوددور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين درس كورههائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه هاPigsدر آنهاذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .
اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب(Re-Melting Furnaces)ميگويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوندبه ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :
1)كوره هاي بوته ايCrucible Furnaces
2)كوره هاي تشعشعيRadiation or Reverberatory Furnaces
3)كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple)
4 ) كوره هاي برقيElectric Furnaces
5)كوره هاي با شعاع الكترونيElectron Furnaces
6)كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)
كوره هاي بوته اي :
همانطو كه از نام آنها پيداست برايعمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايتبه مواد موجود در داخل بوته مي رود .
حرارت بهسه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي
جنس بوته ها :
جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهنخالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوتههاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر
آهن خالصبراي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوتههاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چونبا بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم بااكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود.
آهن خالص تجاري:
چون آهن بصورتخيلي خالص به ندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتهاتوليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه برايذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درستكرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست ميكنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم وساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژهاوجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذابAlوZn , آهن را درخود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) وارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .
بوته هاي فولادي :
از بوته هاي فولادي براي ذوبآلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثلآلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را ميخورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).
بوته ازجنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليزيك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , ازآلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , ازجمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيومNb (كه دوام ومقاومت خوبي دارد) .
بوته هايگرافيتي :
همانطور كه از نام اين بوتهها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سهصورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولفنيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آنباقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشدو بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتيبلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطهذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حينانجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهسسخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .
بوته هايگرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن ازانتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود بهداخل بوته هدايت مي كند .
طرز ساخت بوته هايگرافيتي :
به اين شكل است كه گرافيت را همراه باكمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با
فشار زيادپرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دمادر حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آراميدر كوره سرد مي شود .
بوته هايسيليكون كاربايد :
اين نوع بوته ها ازاستحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض ومنبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدنبيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .
بوته هاي شاموتي :
اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز دراثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگيبه درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهايموليت در حداكثر خود قرار گيرد(1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
موليت نسوزي است كه تا دماي 18000Cمي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دمايبالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 16500Cاست .
انواعكوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces
الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل 2- چرخان حول محورناوداني كورهب) كورهبوتهاي ثابت (زميني)
1- با سوخت جامد - اين نوع كوره هادو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفادهمي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابهلاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوبفلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل هاو هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اينكوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز وپودر,كك
درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چندكك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه رادر بالا مي گذاريم.
2- با سوخت مايع–نقشه اينكوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره هااز گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت باارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده ازبوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل سادهصنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوعونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كهپس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و درتبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يابالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6mmبه بالا رولكرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110cmپس 100*14/3=314 cmقطر داخليبدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ ميزنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار ميدهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواندبوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15cmاست. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.
مثال :
ازكوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده ميكنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاببخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.
كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :
از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند وموقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژرا تحويل مي گيرد.
در اين كوره ها نيز سعي مي شودشعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد
كوره هاي دوار :
كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن درسال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آناستفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نامManometerسازنده اين نوع كوره ها است.
Rotary Furnaceكه با ظرفيت هايKg 250 تا 70 تنمذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد. سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل ومازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمكجراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعداز شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.
جدارهنسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيومخاك نسوز آلومينائي است .
ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است وتوسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده وروي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقهمي چرخانند1 r.p.mودر ايران با سرعت تقريباً2 r.p.mدرست مي شود .
در كشور كورههاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاجصادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500Kgو 1 تن را ميسازد .
اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتشتهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . درايران ظرفيت 500Kgدر ريختهگريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودهو قابلتهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها درايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , دربعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنهانيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده میشود.

[ghasem motamedi]

اطلاعاتکلی

چدن (cast iron) ، آلیاژی ازآهن- کربنوسیلیسیماست که همواره محتوی عناصری در حدجزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1درصد) بوده و به حالتریختگی یا پس از عملیات حرارتیبه کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیتچدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهایمهندسی که درآنها چدن معمولی ناپایدار است به کارمی‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینهساختاری آنبستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی،پرلیتی،بینیتیوآستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آنبراساسخواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیینمی‌شود.


طبفه‌بندی چدن‌ها
چدن ها به دوگروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارداستعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور ومقاصد ویژه ازجمله چدنهای سفید و آلیاژی که برایمقاومت در برابر سایش ،خوردگیو مقاوم در برابر حرارت بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند.

چدن های معمولی (عمومی)
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهایریختگی بوده و براساس شکلگرافیتبه انواعزیر تقسیم می‌شوند:

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای:چدن های خاکستری جزو مهمترین چدنهای مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام اینچدنها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواصچدنهای خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیعگرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنینروی مقادیر جزئیعناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ،متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی وسرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریبهدایت گرماییبالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیتتحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعاتتولیدی از اینچدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاومدر برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگیهایی که در معرضتنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشهاهستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت درساختارباعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفتدرقطعات چدنیبدنهموتورهامشاهده می شود دیواره نازک ولاغرسیلندردارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ایبا پرلیت زیاد راپیدا می‌کند. همچنین درساختماشین آلات عمومی،کمپرسورهای سبکوسنگین،قالب‌ها،میل لنگ‌ها،شیر فلکه‌هاواتصالاتلوله‌هاو غیره از چدنهایخاکستری استفاده می‌شود.

چدن های مالیبل یا چکش خوار:چدن هایچکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورتچدن سفید فرقمی‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهایشبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی استبازپخت در دمایبالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختارینهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتیبسته به ترکیبشیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیببه کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ،نحوه بازپخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالارفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکیکوتاهمی‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاحمی‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیارکم در این چدنها دست آورد دیگری در این زمینه هستند Te و Bi تشکیل چدن سفید درحالتانجمادرا ترقیداده،B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام باافزایش تعداد خوشه‌هایگرافیت می‌شودمیزان Mn موجود ونسبت Mn/S برای آسان کردنعمل بازپخت می‌بایستیکنترل گردد. عناصری ازجمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومتبالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیلاساسی برای انتخابچدن های چکش خوار قیمت تمام شدهپایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهایآنها درقطعات اتومبیل قطعاتکشاورزی،اتصالات لوله ها،اتصالاتالکتریکیوقطعات مورد استفاده در صنایع معدنیاست.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن:اینچدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گرانمعرفی شد. توسعهسریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرفآن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده وتولید آنبا وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیاییاین چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ،منگنز0.3% ،گوگرد 0.01%،فسفر 0.01% ومنیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برایتولید چدنگرافیت کروی از منیزیم وسریماستفادهمی‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح وبازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر باآن آلیاژ می‌شوند واین باعث کاهش مصرف منیزیم وتعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را بهسمت کروی شدن هدایت کند کهمیزان اکسیژن و گوگرد کمباشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدنمایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهشاکسیژنشوند ولیفرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. ازکاربردهای این چدن ها درخودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولیدمفصل‌هایفرمان و دیسک ترمزها،در قطعات تحت فشار در درجهحرارت های بالا مثل شیرفلکه‌هاواتصالات برای طرحهای بخاروشیمیایی غلتکهای خشک‌کننوردکاغذ،در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌هاو غیره است.

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل:این چدن شبیه خاکستری است با اینتفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ،گرافیتتکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توانگفتیک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌هایگرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدنگرافیت لایه‌ایاست که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدنها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بینچدن های نشکن وخاکستری باز کرده است.
ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برایتولید چدنگرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت استاز: Mg%4-5،Ti%8.5-10.5،Ca%4-5.5،Al%1-1.5،Ce%0.2-0.5،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه باچدنخاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه وخواص مقاومت در دمایبالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیتماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. ازنظر مقاومت به شکافو ترک خوردگی برتر از سایر چدن هااست. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکیمناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارداستعمال گوناگون مطرحمی‌سازد. مقاومت بالا در مقابلترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسبمی‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن هاباعث کاربرد آنهابرای قطعاتی از جملهسر سیلندرها،منیفلدهای دود،دیسکهایترمز،دیسکها و رینگهای پیستونشدهاست.

[ghasem motamedi]

فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده وبراق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را بهخوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی ونرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاومباشند




فلزات و تغییر شکلشان
فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده وبراق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را بهخوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی ونرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند .
شکل واقعی فلزات
شکل واقعی فلزات به اندازه یون و تعداد الکترون‌هاییکه هر یون در حوزه اشتراکی دارد و انرژی یون‌ها و الکترون‌ها بستگی دارد. هر قدرفلز گرمتر شود این انرژی زیادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح‌هایگوناگونی به خود بگیرند. یک فلز ممکن است در حرارت‌های مختلف، طرح‌های متنوعی رااختیار کند، اما در بیشتر آرایش‌ها، یون‌ها کاملاً پهلوی هم قرار دارند، و معمولاًتراکم در فلزات زیادتر از دیگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و دیگر جامدات ومایعات.فلزات هادی خوب برق هستند. چون الکترون‌های آنها برای حرکت مانعی ندارند. همه فلزات جامد و مایع گروهی الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادی‌های خوبالکتریسیته هستند. به این سبب فلزات از دیگر گروه‌های عناصر، کاملاً متفاوتدارد.
اختلاف عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات، در توانایی هدایت گرما والکتریسیته است. هادی خوب آزمایش‌های مربوط به گرما جسمی است که ذرات آن طوری تنظیمشوند که بتوانند آزادانه نوسان یافته و به ذرات مجاور خود نیز امکان نوسان آزاد رابدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سریع یون‌ها و الکترون‌ها است. در فلزات چون گروهالکترون‌ها، غبار مانند یون‌ها را احاطه می‌کنند، طبعا هادی‌های خوبی برای حرارتهستند «رسانش گرمایی فلزات).
مقاومت مکانیکی فلز
مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحملکرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خودرا زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشارمتغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند،می‌شکنند.
علت درخشش فلزات
دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیحمی‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکسمی‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلیجلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.الکترون‌ها می‌توانندهر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشترانرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نوربرق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشانبلکه سفید به نظر می‌آیند.
علت تغییر شکل فلزات
بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌هایخود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلزنیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شودیا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختیتغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورتورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هایی شکلداده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما درشکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهمرا در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینمسطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگرتحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریتبالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم بهآسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید درموقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیزکرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورتوجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند.
آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشانمی دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خمکردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را بایداز طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدولالاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجازحتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگیآن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقتدما را کنترل کرد.اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیراوقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنهاوجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم بهخود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری دراثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم ترو سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیریفلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمیاز نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالتنرم است.
آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیردر حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شدهاست آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کارپذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصرلیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژهای متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب اینآلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پاییناست که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایینمی شود.
آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار میروند. آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای درصنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمیتواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم میتواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشدآهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه واکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند .
آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایعهوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواندحدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواندباعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشدترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلتهواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی ازقابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتنداز :1- مصارف خانگی نظیر ظروف 2- مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3- مصارف تاسیساتینظیر لوله و اتصالات 4- مصارف صنایع فضایی5- مصارف اتومبیل سازی 6- مصارف کشتی سازیبدنه پروانه پمپ 7- مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8- مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها .
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو بااستفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ،مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی بهشکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم میتوان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است.
آلومینیوم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در برگشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیتحدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمهتمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یاشراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذراتفلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کندآلومینم دارای فنریت زیادی است.
وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه باقابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشدفنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولیمقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کردفنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن استبیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیبجبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوبارهذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد .
انواع تغییر شکل:
بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک ورشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل وانفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجادترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی،ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع،اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکستدرفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعویقانداختن شکست است.
شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارایشبکه fcc هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرمخواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشیبالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهرگشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصالآنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکستنهایی است
مراحل مختلف شكست نرم در یك فلز انعطاف پذیر
در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیریکنواخت ناشی از ناخالصیهای موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره هایبسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترکمیشود .
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد برسازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست درحالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ( داکتیل ) یک پیشامد نامطلوب است.
ترك داخلی در نا حیه نازك شده در نمونه كششی مس با خلوص بالا
شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعبمرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهرمیشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهدهنمیشود.نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی درامتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصلهاتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنشبحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش،شکست پدیدار میشود.در جدول زیر تنشهای بحرانی عمود بر صفحات کریستالی معین در چندتک کریستال برای شکست داده شده است.
شكست ترد وتعدادی از تك كریستالها
عملا تنش لازم برای شکست مواد لازم فلزی به اندازه قابل توجهی کمتراز تنش شکستمحا سبه شده ا ز طریق تئوری است . بنابراین فعل وانفعال شکست نمیتواند از طریقگسستن همزمان تمامی پیوند های اتمی درامتداد سطح شکست صورت گیرد. بد ین ترتیب فعل وانفعالات شکست عملا بیشتر از طریق ایجاد یک ترک بسیار ریز به عنوان منشا ترک و رشدو پیشروی آن انجام میگیرد . برای پیشروی ترک د ر یک ماده لازم است مقدار تنش متمرکزدر نوک ترک از استحکام کششی در آن موضع فراتر رود . د ر مواردی که شرایط برایپیشروی منشا ترک مساعد نیست ترک می تواند متوقف گشته وشکست پدیدار نشود.

تئوری گریفیت:
او چنین بیان می کند که در ماده ای که حاوی تعدادیترک بسیار ریز باطول معینی است ، همین که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل بهمقدار تنش لازم برای گسستن پیوندهای اتمی د رآن موضع ( استحکام کششی ) رسید، شکستظاهر میشود . باپیشرفت ترک ، سطح ترک افزایش می یابد . این مطلب بدین معنی است کهبرای ایجاد این سطح باید انرژی به کار برده شود . این مقدار انرژی از انرژی تغییرشکل کسب می شود.
بنابراین فرضیه گریفیت علت پدیدار گشتن شکست ترد را وجود ترکهاو خراشهای سطحی بسیار ریز ( با اندازه بحرانی) و پائین بودن استحکام را د رآن مواضعمی داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهای سطحی بسیار ریز شکست ترد در آنها پدیدار می شود . بنابراین د ر این گونه مواد هم باید فعل وانفعالاتی صورتگیرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعی مقدارتنش از استحکام کششیود رنتیجه ایجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانیزم این فعل و انفعال راچنین بیانداشتند که در حین تغییر شکل پلا ستیکی نابجاییها در پشت موانع ( مانند مرزدانه هاومرز مشترک د و قلوییها ) تجمع یافته وبدین ترتیب در زیر نیم صفحه های مربوط به ایننابجاییها ترکهای بسیار ریزی ایجاد می شود .
این ترکهای بسیار ریزهمچنین میتواند محلهای مناسبی برای نفوذ عناصری مانند اکسیژن ، ازت وکربن درآنها وایجادفازهای ثانوی ترد ودر نتیجه شکست ترد باشند. چنین رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجودعناصری مانند آنتیموان وآهن همراه بااکسیژن مشاهده شده است .
مكانیزم ایجاد ترك از طریق نابجاییها
الف)تجمع نابجائیها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب)تلاقینابجائیها (Cottrell)
کاترل مکانیزم د ومی رابرای ایجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ین صورت که منشاترکهای ریز می تواند د ر اثر تلا قی د و صفحه لغزش بایکد یگر ، د ر نتیجه د ر همآمیختن نابجاییها د ر محل تلا قی آن د و صفحه و ایجاد نابجاییها ی جد ید ، ناشیشود، این مکانیز م می تواند د لیلی برای ایجاد سطح شکست ( صفحه کلیواژ ) مشاهده شدهد ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزاتچندین کریستالی شکست تر د میتواند به صورت برون دانه ای ( بین دانه ای) و یا دروندانه ای باشد.شکست برون دانه ای در بین دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر میشود. د لیل این نوع شکست بیشتر میتواند وجود ناخالصیها یا جدایش و رسوب عناصر یافازهای ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بیشتر به صورتدرون دانه ای است . بدین ترتیب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش می یابد. د رجه حرارتو سرعت تغییر شکل تاثیر مخالفی برروی نوع شکست خواهد داشت ، به طوری که باکاهش درجهحرارت و ازد یاد سرعت تغییر شکل ، تمایل برای شکست ترد به صورت درون دانه ای د رحین خزش د ر نتیجه تغییرات شیمیائی دراثر اکسیداسیون ممکن خواهد بود. چنانچهاکسیداسیون برون دانه ای در فلزات صورت گیرد، تنش شکست بسیار کاهش می یابد.
تافنس شکست:
چنانچه در جسمی ترک وجود داشته باشد، د راین صورت استحکامآن جسم استحکامی نیست که از طریق آزمایش کشش به دست می آید ، بلکه آن کمتر است. دراین صورت مسئله ترک واشاعه آن اهمیت پیدا می کند. در اینجا تافنس شکست به رفتارمکانیکی اجسام ، شامل ترک یاد یگر عیوب بسیار ریز سطحی یاداخلی مربوط میشود. البتهم یتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاری از عیب نبوده و شامل عیوبی هستند . دراین صورت آن چه که د رطراحی و اتنخاب مواد برای ما اهمیت صنعتی ویژه ای دارد ،مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل برای جسمی است که شامل عیبی با شکل و اندازه معینیاست . بنابراین به کمک تافنس شکست می توان توانایی جسمی که بطور کامل سالم نیست رادرمقابل یک بار خارجی وارد برجسم سنجید.معمولابرای تعیین تافنس شکست از آزمایش کششبرروی نمونه آماده شده ای از جنس معین که ترکی بطول وشکل معینی برطبق استاندارددرسطح یاداخل نمونه بطورعمد ایجاد شده استفاده می شود، شکل نمونه به گونه ای د ردستگاه آزمایش کشش قرار می گیرد که ترک ریز به صورت عمود برامتداد تنش کششی قرارگیرد.
اکنون این سئوال مطرح می شود که به ازای چه مقداری از تنش s جوانه ترک مصنوعی در داخل جسم گسترش می یابد تاحدی که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف این ترک تنشبه صورت پیچیده ای توزیع می شود. حداکثر تنش کششی ایجاد شده د ر راس ترک بزرگتر ازخارجیs است و تنش بحرانی ( sc ) نامیده میشود.تا زمانی که sc کوچکتراز استحکام کششیاست نمونه نمی شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستیکی ابتدا انرژیپتانسیل در نمونه ذ خیره می شود . موقعی که ترک شروع به رشد می کند بین مقدارکاهشانرژی پتانسیل ذخیره شده د رنمونه وانرژی سطحی ناشی از رشد ترک تعادل برقرار است . تازمانی رشد ترک ادامه پیدا می کند که از انرژی الاستیکی کاسته و به انرژی سطحیافزوده شود، یعنی تالحظه ای که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گریفیث با توجه به روابطمربوط به انرژی پتانسیل ذ خیره شده و انرژی سطحی ترک در ماده الاستیکی ،مانند شیشهو تغییر و تبد یل آنها به یک د یگررابطه زیر را ارائه کرد:
s=√2Egs ∕ pa
این رابطه برای حالت تنش د و بعدی برقرار است . gs د ر این رابطه انرژی سطحیویژه و E مد ول الاستیکی ماده است .برای حالت تغییر شکل د و بعدی ( حالت تنش سهبعدی باصرفنظر از تغییر شکل د ربعد سوم ) رابطه زیر را ارائه کرد:
(s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n²

لازم به تذکر است که رابطه گریفیث برای یک ماده الاستیکی شامل ترک بسیار ریزباراس ترک تیز ارائه شد و این رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمی شو د . بنابراین رابطه گریفیث شرط لازم برای تخریب است ، اما شرط کافی نیست .
در رابطهگریفیث انرژی تغییر شکل پلاستیکی در نظر گرفته نشده است . ازاین ر و اروان انرژیتغییر شکل پلاستیکی ، که برای فلزات و پلیمرها در فرآیند شکست قابل توجه است رادرنظر گرفت و رابطه زیر راارائه کرد:
s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa
سپس اروین رابطه گریفیث را برای موادی که قابلیت تغییر شکل پلاستیکی دارند ، بهکار برد و باتوجه به میزان رها شدن انرژی تغییر شکل الاستیکی در واحد طول ترک درحین رشد (G) رابطه زیر را برای حالت تنش د و بعدی ارائه داد :
s = √ EG ∕ pa
بامقایسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ین ترتیب د ر لحظه ناپایداری ،وقتی میزان رها شد ن انزژی تغییر شکل الاستیکی به یک مقدار بحرانی رسید ، شکستپدیدار می شود. در این صورت در لحظه شکست :
برای حالت تنش دو بعدی Gc=pasc²∕E
برای حالت کرنش دو بعدیGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E
Gcمقیاسی برای تافنس شکست یک ماده بوده و مقدار آن برای هر ماده ای ثابت و معیناست . بامعلوم بودن این کمیت می توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه ای باید برسدتاجسم بشکند . بدین ترتیب این رابطه در مکانیزم شکست اهمیت دارد. هرچقدر Gcکوچکترباشد ، تافنس کمتر یا به عبارتی ماده تردتراست .رابطه زیر را برای حالت تنش دو بعدیمی توان به صورت زیر نوشت :
Gc = √ EGc ∕ pa
و برای شرایط تغییر شکل نسبی د و بعدی رابطه زیر ارائه شده است :
(s = √ EGc ∕ pa(1_n²
تعیین تنش شکست بحرانی sc کار چندان ساده ای نیست . اما می توان گفت که به ازایتنشهای جسم باوجود ترک هنوز نمی شکند . از این رو تنش درحد پاینتر از مقدار بحرانیبا ضریب شدت تنش K توصیف و رابطه زیر برای آن ارائه شد ه است :
K= fs√ pa
در این رابطه f ضریب هند سه نمونه معیوب ، s تنش اعمالی وa اندازه عیب است ، درشکل تئوری گریفیث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراین صورت 1 = f است . با انجامآزمایش روی نمونه ای با اندازه معینی از عیب می توان مقدار k ، که به ازای آن ترکشروع به رشد کرده و موجب شکست میشود ، را تعیین کرد . این ضریب شدت تنش بحرانی بهعنوان تافنس شکست نامیده میشود و به Kc نشان داده میشود .اماازطرفی ، همچنین بهازای تنش ثابتی درحد کوچکتر از استحکام کششی باافزایش کند ترک ، طول ترک (a) میتواند به مقدار بحرانی برسد و به ازای آن نمونه تخریب شود.
تافنس شكست (Kc) از فولادی با تنش تسلیم MN.m2 2070 با افزایش ضخامت تا تافنسشكست در حالت تغییر شكل صفحه ای (دو بعدی) كاهش می یابد.
کمیتهای Kcو Gc بستگی به ضخامت نمونه دارد. همین که ضخامت نمونه افزایش یافت ،تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتی کاهش می یابد ، این مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغییرشکل نسبی دو بعدی KIc نامیده می شود . Kc کمیتی مستقل از اندازه نمونه است و درمحاسبه استحکام که مستلزم اطمینان بالاست ، به کار میرود .
بنابراین در طراحی در محاسبات باید روابط زیر توجه شود :
s< Kc ∕ √ pa
و در حالت تغییر شکل دو بعدی ( حالت تنش سه بعدی باناچیز بودن تغییر شکل در بعدسوم):
s< K1c ∕ √ pa
کمیتهای K1c و G1c نه فقط برای گسترش ترک ترد ونرم تعریف شد ه است ، بلکه همچنینبرای شکست تحت شرایط تنش خوردگی ، خستگی و خزش نیز به کار میرود. در جداول زیرتافنس شکست تعدادی از مواد ارائه شده است .
تافنس شكست تعدادی از مواد طراحی
تافنس شكست در حالت تغییر طول نسبی دومحوری (KIc) تعدادی از مواد
اگر حد اکثر اندازه عیب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، میتوانماده ای را باتافنس شکست Kc یا K1c به اندازه کافی بالا ، که بتواند از رشد ترکجلوگیری کند، انتخاب کرد. همچنین اگر حداکثر اندازه مجاز عیب موجود درقطعه و تافنسشکست ماده ، یعنی Kc یا K1c، معلوم باشد در آن صورت میتوان حداکثر تنش قابل تحملبرای قطعه رامشخص کرد. از این رو میتوان اندازه تقریبی قطعه را تیین کرد، آن چنانکه از پایینتر آمدن حداکثر تنش ایجاد شده از حد مجاز، اطمینان حاصل شود.
همچنیناگر ماده معینی انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثراندازه مجاز عیب قابل تحمل را میتوان به طور تقریب بدست آورد.
توانایی هرمادهدر مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:
1- عیوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهشمیدهد. فنون خاص تولید، مانند جداسازی و کاهش ناخالصیهااز فلز مذاب و فشردن ذراتپودر در حالت داغ در تولید اجزای سرامیکی همگی میتواند موجب کاهش اندازه عیب شود وتافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذیر ، ماده مجاور راس ترکمیتواند تغییر فرم یابد . به طوری که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن ازحساسیت آن شده و ضزیب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگیری میکند معمولاافزایش استحکام فلز انعطاف پذیری را کاهش میدهد و سبب کاهش تافنس شکست میشود ،مانند سرامیکهاوتعداد زیادی از پلیمرها ، تافنس شکست بسیار پایینتر از فلزاتدارند.
3- مواد ضخیمتر وصلبتر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزایش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمایش ضربه ، نوعاتافنسشکست جسم را کاهش میدهد.5- افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزایش میدهد،همان گونه که د ر آزمایش ضربه این چنین است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولاتافنس شکست بهبود مییابد ، د ر حالی که با وجود عیوب نقطه ای و نابجاییهای بیشترتافنس شکست کاهش مییابد. بنابراین مواد سرامیکی دانه ریز میتواند مقاومت به رشد ترکرا بهبود بخشند.

[ghasem motamedi]

چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.
چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چدن های معمولی
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای
چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.
چدن های مالیبل یا چکش خوار
چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.
چدن های گرافیت کروی یا نشکن
این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.
چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل
این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است. ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.
چدن نسوز
اين نوع از چدن ها به گروهي از آلياژهي آهني گفته ميشود كه شرايط كاري آنها در محيط گرم ودر درجات حرارتي تا حدود 1100 درجه سانتي گراد مي باشد در چنين درجات حرارتي چدن ها نبايستي اكسيده شده وتحمل نيرو هاي مكانيكي را نيز دارا باشند. در هنگامي كه حد اكثر درجه حرارت 600 درجه سانتي گراد باشد اين نوع چدن ها حتي ميتوانند تحت شرايط ديناميكي( همان نيروهاي سيكلي يا متحرك بر قطعه ) به خوبي كار كنند نيكل كرم و موليبدن از مهمترين عناصري هستند كه دراين نوع چدن هاوجود دارد دارند . علاوه بر مسئله مقاوم بودن اين نوع چدن ها در مقابل اكسيداسيون بايستي در اثر حرارت ديدن باد نكرده وترك نخورند. ميزان باد كردگي و رشد چدن ها در درجه حرارتي بالاي400 درجه سانتي گراد زياد بوده مي تواند تا 10 درصد نيز برسد علت رشد وباد كردگي چدن ها به دليل تجزيه شدن سمنتيت به آهن وگرافيت در اثر حرارت است كه توام با رشد وباد كردگي قطعات خواهد بود لذا براي جلوگيري از اين مشكل از عناصري نظير موليبدن مس و كرم و فسفر استفاده مي گردد به طور كلي منظور از افزودن عناصر آلياژي حفظ استحكام چدن در درجه حرارت كار قطعه – اكسيده نشدن وعدم رشد و باد كردن چدن مي باشند مهمترين عنصر آلياژي و ارزانترين آن كرم مي باشد. چدن هايي كه داراي 20 درصد كرم هستند مي توانند تا درجات حدود 1000 درجه سانتي گراد كار نموده وچدن هايي كه داراي 35 درصد كرم هستند تا درجه حرارت 1150 درجه سانتي گراد اكسيده نمي شوند.
تر كيبات مربوط به اين نوع چدن ها
كربن 2تا6/2 – سيلسسيم حدود 1 – تا 5/1 در صد نيكل – كرم 18 تا 23 مس حدود5/1 – گوگرد كمتر از 06/0 – فسفر حدود1/0 درصد مقدار كرم در اين نوع چدن ها را مي توان تا 35 درصد نيز افزايش داد نمونه اي ديگر از تركيب اين نوع چدن ها : كربن 1تا 2 – سيليسيم 5/0 تا 2/2 – منگنز حد اكثر 25/0 گوگرد 05/0 – فسفر حد اكثر 1/0 وكرم 30 تا 34 درصد در توليد اين نوع چدن ها از فروتيتا نيم يا فروكرم به عنوان جوانه زا استفاده مي شود انواع ديگر چدن هابژي مقاوم در مقابل حرارت چدن هاي پر سيليسيم مي باشد اين نوع چدن ها در شرايطي مصرف مي گردند كه درجه حرارتي كار بالا تر از 900 درجه سانتي گراد نباشد .
تركيبات نمونه اي از اين نو ع چدن ها : كربن 2/2 تا 3/2- سيليسيم 5/4 ت 5/5 – منگنز 1تا 5/1 نيكل 18 تا 22 كرم 8/1 تا 5/4
چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.
چدن های بدون گرافیت
شامل سه نوع زیر می باشد:
چدن سفید پرلیتی
ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.
چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت)
نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.
چدن سفید پرکرم
چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:
چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
چدنهای فریتی با 34-30% Cr
چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین. طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.
چدن های گرافیت دار
چدن های آستنیتی
شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.
چدن های فریتی
شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.
چدن های سوزنی
در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.

[ghasem motamedi]

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید.نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد.گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .
کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :
1- سمی بودن کلر 2- تلفات آلومینیم
عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا 2%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.
آلیاژهای Si-Al-Mg
دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند.این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود 3/0 % و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد.افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند . به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود.از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.
وزن مخصوص كم:
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.
پوشش سخت دادن Hard Coating
یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding
بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. 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 دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.
ریخته گری در قالبهای مختلف
ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد.در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد .افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.
روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :
آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.
نرمی آلومینیم در حالت سرد
اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلیبا رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود داردنیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی داردوضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگریدر اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار استماده مستحکم تر و سخت تر می شوددر قطعه تنش تولید میشوداگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سردمممکن است باعث ترک خوردن آن شودراحت ترین ماده آلومینیمی از نظرتغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« استآلومینیم خالص وآلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حالکار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده استآلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدارکمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .

[ghasem motamedi]

مس

مشخصات فيزيكي مس
.مسداراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب داردمسداراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنينداراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد
1-داراي نقطه ذوب بالايي نسبتبه آلياژ هاي غير آهني مي باشد
2-داراي سياليت كم
3-اكسيداسيون بالا
4-آلياژ مس داراي دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري مي باشد به خصوص درآلياژ هاي برنج كه اين دامنه انجماد خيلي طولاني مي شودمواد شارژي كه برايساخت آلياژ هاي مس به كار مي رود شبيه آلياژ هاي آلومينيم مي باشد كه شامل :
1- شمشهاي اوليه
2-شمش هاي ثانويه
3-قراضه ها
4- برگشتي ها
5- هاردنر ها
قابل توجهاست كه مس قابليت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراين ساخت آلياژ هاي مس همراهعنصري نظير Ni,Si,Zn امكان پذير مي باشد .
شمش هاي اوليه
در مواد شارژ شمش هاي اوليه مي باشد كه شامل شمش مس قلع سيليسيم روي و سرب ميباشد .نكته : شمش مس به شكل ورق يا مفتول استفاده مي شود كه با درجه خلوص 99.9تا 99.5 درصد معمولا داراي ناخالصي هاي نظير قلع نيكل آهن آنيتموان سرب بيسموت ميباشد كه معمولا بيشترين ناخالصي در اين آلياژ آهن و نيكل مي باشد .
شمش قلع
اين شمش عموما براي ساخت برنز هاي قلع دار استفاده مي شود كه داراي نقطه ذوب 232درجه سانتيگراد مي باشد كه وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد . اين عنصر داراي درجه خلوصي در حدود 99.5 تا 99.9 درصد مي باشد كه داراي ناخالصيهايي نظير مس آهن سرب آلومينيم بيسموت آنتيموان مي باشد و عموما به شكل شمش هاي 25كيلويي و يا مفتول استفاده مي شود .
شمش سيليسيم
كه عموما در ساخت عنوان برنجها و برنز ها استفاده مي شود و به شكل آميژن و هاردنر به مذاب مس اضافه مي شود .
شمش روي
اين شمش عموما براي ساخت برنج ها استفاده مي شود كه داراي وزنمخصوص 7.1 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتي گراد ميباشدد: شمش سرب : اين شمش داراي نقطه ذوب 327 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص 11.3گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و در صنعت به عنوان سنگين ترين عنصر شناخته مي شوداين عنصر عموما در برنز هاي سرب دار و برنج هاي استفاده مي شود
شمش نيكل
نيكل از لحاظ خواص فيزيكي بسيار شبيه مس بوده و داراي نقطه ذوب 1453 درجه سانتيگرادو دانسيته 8.9 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد . نيكل عموما در برنج هاي مخصوصاستفاده مي شود كه در اصطلاح به اين برنج ها ورشو مي گويند .
شمش هاي ثانويه
اين شمش ها از ذوب مجدد و تصويه آلياژ هاي مس به دست مي آيد كه از نظر كنترلتركيب شيميايي مناسبت تر و مرغوب تر مي باشد همچنين داراي عناصر آلياژي مي باشدمعمولا شمش هاي ثانويه داراي 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سربمي باشد.
قراضه ها
كه معمولا ضايعات مس بوده كه قبل از استفاده بايد پيشگرم شده و عمليات اسيد شويي و چربي گيري بر روي آن ها انجام مي شود .
آميژن ها
دليل استفاده از آميژن ها در آلياژ هاي مس به اين دليل مي باشد كه آلياژ سازيعلاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخير عناصر آلياژي و تلفات مذاب جلوگيري مي كند .
انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس
آميژن مس – سيليسيم
جهت توليد اين آلياژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سيليسيم رابه شكل ذرات ريز به مذاب اضافه مي شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن 7 تا 8 مرتبهمي باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پيدا مي كندتا از تلفات Si در Cu جلوگيري شود .
آميژن Al-Cu
روش تهيه اين نوع آميژن بهاين صورت مي باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپسمس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه مي كنند اما روش دوم ساخت آميژن به اين صورتمي باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند كه پس از هربار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگيري شود
آميژنسه گانه Cu,Al,Ni
براي تهيه اين هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هيچ گونهمشكلي ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ايجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافهمي كنند . پس از آماده سازي مواد شارژ و پيش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطهذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفيه عناصر آلياژي به مذاب اضافه مي شود . بهتريننوع كوره ها در ذوب Cu كوره هاي القايي مي باشد اما از كوره هاي و روبربرگ نيزاستفاده مي شود . معمولااين نوع آلياژ ها در صنايع الكترونيك و برق استفاده مي شود كه تا حدود 2 درصد شاملناخالصي مي باشد و جود ناخالصي باعث كاهش هدايت الكتريكي آلياژ مي شود ناخالصي هايموجود شامل روي آرسنيك كادميم سيليسيم كرم ونقره مي باشد به علت قابليت اكسيداسيونبالا و انجماد خميري و سياليت پايين ريخته گري اين آلياژ مشكل مي باشد .
مواد قالب گيري در ريخته گري مس
ريختهگري مس هم در داخل قالب هاي دائمي و هم قالب هاي موقت انجام مي شود ريخته گري قالبهاي موقت به روش هاي ماسه اي تر ماسه اي خشك پوسته اي CO2 انجام مي شود كه حسب مورداستفاده آن بنتونيت همراه مواد افزودني مي باشد كه آرد حبوبات به دليل افزايشاستحكام، خاك اره به جهت افزايش نفوذ گاز مي باشد در آلياژ هاي مس بايد نفوذ گازماسه به دليل انجماد خميري بالا باشد همچنين گرد زغال باعث افزايش مقاومت به ماسهسوزي ماسه استفاده مي شود .
ريخته گري قالب هاي دائمي
بهدو روش ريژه وتزريقي انجام مي شود كه عمر قالب هاي دائمي در آلياژ هاي مس در مقايسهبا ساير آلياژ هاي غير آهني كوتاه تر مي باشد كه به دليل درجه حرارت ريخته گريبالاي مس ودانسيته بالاي مس مي باشدنكته : چگالي و دانسيته مس 8.4 مي باشدجهت افزايش عمر قالب:
استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگيري از شوكحرارتي به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن يا فولاد مي باشد كه در آلياژ هاي مسدر داخل فولاد تمركز حرارتي شديدي وجود دارد كه به علت انتقال حرارتي كم فولاد ميباشد به دليل انتقال حرارتي شديد مذاب و انتقال حرارتي كم قالب تمركز حرارتي درقالب هاي فولادي به وجود مي آيد .
سيستم هاي راهگاهي
كهبا توجه به سياليت پايين مذاب مس در مقايسه با آلياژ هاي غير آهني ديگر معمولاابعاد سيستم راهگاهي در آلياژ هاي مس بزرگتر از آلياژ هاي ديگر مي باشدسيتسمراهگاهي در اين نوع قالب ها به دو دسته تقسيم مي شوند .
قطعات كوچك با ابعاد يكنواخت :
دراين گونه قطعات سيستم راهگاهي به گونه اي طراحي مي شود كه كار تغذيه را سيستمراهگاهي انجام مي دهد و عملا نيازي به تغذيه گذاري نداريم نسبت به سيستم راهگاهي دراين حالت 1-9-3 و 1-8-2 مي باشد.
قطعات بزرگ و يكنواخت :
در اين روش نيازبه تغذيه گذاري مي باشد كه نسبت سيستم راهگاهي در اين حالت 2-3-2 و 1-8-2 مي باشدتغذيه هاي به كار گرفته شده دراين سيستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد ميباشد.
تغذيهگذاري
تغذيهگذاري در آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد داردانواع آلياژ هاي مس بسته به نوعانجمادعمومابه سه دسته تقسيم مي شوند :
1-آلياژ ها با دامنه انجماد كوتاه و انجماد پوسته ايمانند مس – آلومينيم در اين گونه قطعات ميزان مك و حفرات گازي پراكنده كمتر وبيشترين انقباض در قسمت وسط يا گرمترين نقطه انجماد در نظر گرفته مي شود داراي 4.5تا 4% انقباض مي باشد
2-آلياژ ها با دامنه و انجماد خميري مانند آلياژ هاي مس – روي ، برنز ها – مس –سرب اين نوع آلياژ ها داراي انجماد شديد خميري مي باشندميزان مك و حفرات انقباضي پراكنده در اين گونه آلياژ ها زياد مي باشد لذا تعيين محلتغذيه مشكل مي باشد بنابراين بايد با استفاده از مبرد و يا مواد اگزوترم مواد گرمازا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوريم تا حداقل ميزان مك و حفرات انفباضي و گازيدر قطعه توليد شوند كه معمولا در اين قطعات از تغذيه گرم استفاده مي شود .
3-آلياژ هايي با دامنه انجاد متوسط مي باشد اين نوع آلياژ ها در حدفاصل دو حالت بالاقرار مي گيرند معمولا در اين نوع قطعات هم انقباضات متمركز و هم غير متمركز ديده ميشود كه اين امر را مي توان با اگزوتر و مبرد برطرف كرد مانند مس – بريليم .
عمليات كيفي تهيه مذاب Cu
كهشامل مرحل :
1-اكسيژن زدايي
2-هيدروژن زدايي
3-كنترل تركيب شيميايي
4- تصفيه
اكسيژن زدايي
اكسيژن يكي از مهمترين عناصري كه ميل تركيبي زيادي با مس و آلياژهاي مس دارد كه با افزايش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اكسيژن توليد اكسيد مسدو ظرفيتي مي كند . در 1050 تا 1100 درجه اكسيد 2 ظرفيتي مس تبديل به اكسيد يكظرفيتي مي شود . اگر درجه حرارت از 1100 بيشتر شود مجددا اكسيد مس تجزيه مي شودبه مس و اكسيژن محلول كه اين اكسيژن در داخل مذاب حل شده و توليد اكسيد مي كندواكنش ديگري را كه انجام مي دهد با هيدروژن مي باشد كه توليد رطوبت و اكسيدفلزات موجود در مذاب را مي كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسيدهاي موجود نيز به شكل ناخالصي در مذاب به وجود مي آيد براي حذف اكسيژن و اكسيد هايفلزي در آلياژ هاي مس از سه روش استفاده مي شود:
استفاده از فلاكس هايپوششي:
اين مواد مانع از ورود اكسيژن و هيدوژن به داخل مذاب Cu مي شود . فلاكس هايمورد استفاده معمولا تركيبات كربني – خورده شيشه – و براكس مي باشد( براكس كهتركيبات سديم و پتاسيم كريوليت مي باشد )و خورده شيشه نيز تركيبات سيليسي بوده كهعلاوه بر مانع شدن ورود اكسيژن به مذاب باعث افزايش سياليت مذاب و سرباره گيري آسانمي شود.
استفاده از مواد غير محلول در مذاب جهت حذفاكسيژن :
موادغير محلول در سطح مذاب قرار داده كه اين مواد در روي سطح شروع به انجام واكنششيميايي كرده و در ضمن احياء اكسيد هاي مذاب به عنوان مواد پوششي در سطح مذاب ازاكسيد شدن مذاب جلوگيري مي كنند كه مهمترين آن ها عبارتند از كاربيد كلسيم CaO2،پرايد منيزيم Mg3O2 فلاكس هاي مايع نظير اسيد بوريك زغال چوب اين مواد ضمن خاصيتاحيايي داراي وزن مخصوص پايين مي باشد و روي مذاب قرار مي گيرند بعضي از واكنش هاييكه اين مواد انجام مي دهند شامل
استفاده از اكسيزن زداهاي محلول در مذاب :
اين نوع اكسيژن زداها در حد فاصل سرباره و مذابواكنش مي دهند معمولا احياء كننده هاي قوي هستند كه عناصري مانند فسفر روي منگنزسيليسيم ليتيم آلومينيم و در بعضي ازمواد سرب شامل اين دسته از اكسيژن زداها ميباشد اين عناصر قابليت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابليت احياءكنندگي قوي اكسيد مس را احياء مي كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و يابه صورت گاز از مذاب خارج مي شود واكنش هايي كه اين عناصر انجام مي دهند شاملعناصر Al- ليتيم –سيليسيم پس از پايان واكنش محصولات واكنش در آنها باقي ميماند لذا كمتر استفاده مي شود و بهترين اكسيژن زداي محلول فسفر مي باشد كه پس ازواكنش از مذاب خارج مي شود و با كاهش انحلال اكسيژن در مذاب از طرف ديگر انحلالهيدروژن افزايش پيدا مي كند لذا بعد از مرحله اكسيژن زدايي بايد عمليات ريخته گريبلافاصله انجام شود .
هيدروژن زدايي
اينعنصر ماننداكسيژن از اتمسفر محيط و يا رطوبت موجود در مواد شارژ و محيط قالب واردمواد شارژ مي شود اگر داخل مذاب ميزان اكسيژن بالا باشد باعث كاهش حلاليت هيدروژنمي شود . هيدروژن در مرحله انجماد تبديل به مولكول هيدروژن مولكولي در داخلحفرات انقباضي قرار گرفته و مانع از تغذيه حفرات انقباضي توسط مذاب مي شود در نتيجهحفرات انقباضي تشديد مي شوند .
نكته : حفرات گازي هستند كه در مقطع برشي آنحفرات به صورت گرد و منظم مي باشد اما حفرات انقباضي حفراتي مي باشند كه در مقطعشكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزني شكلي نيز در دور آن تشكيل شدهاست
بخار آب موجود به سه شكل در قطعات توليدي اثر مي گذ ارد :
1- مقدار بخار آبتوليدي كمتر از حد بحراني باشد در اين شرايط اگر درجه حرارت ذوب و يا فوق ذوب بالاباشد در زمان انجماد نيز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محيط را پيدا مي كند
2- مقدار بخار آب توليدي حدود حد بحراني باشد در اين شرايط در اثر افزايش دما و كاهشچگالي بخار آب و افزايش حجم بخار و همچنين افزايش فشار بخار سرعت خروج بخار از محيطقالب برابر با سرعت توليد گاز توسط مذاب است در اين شرايط ميزان عيوب گازي به حداقلمي رسد .
3- ميزان بخار آب توليدي بيشتر از حد بحراني باشد تشكيل بخار و عدمخروج بخار از محيط باعث افزايش مك تحلخل حفرات گازي و انقباضي در قطعه مي شود .
روش هاي حذف هيدروژن
استفادهاز فلاكس و سرباره هاي اكسيدي :
اين نوع سرباره ها با هيدروژن موجود در مذاب واكنشداده و تشكيل بخار آب مي دهد اين بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هيدروژن زداييتشكيل مي شود اين روش در صنعت كمتر استفاده مي شود كه به دلايل زير مي با شد
1-واكنش هاي ايجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره مي شود .
2-باعث افزايش تلفاتمذاب مي شود
3-ممكن است بخار آب موجود در فصل مشترك مذاب و بخار دوباره تجزيهشود و هيدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود .
دمش گاز خنثي :
با دمش گازخنثي مثل نيتروژن و آرگون مي توان هيدروژن موجود در مذاب را به شكل فيزيكي ومكانيكي به سطح مذاب هدايت كرد علاوه بر گاز هاي هيدروژن و اكسيژن كه ممكن است درمذاب وجود داشته باشد دي اكسيد كربن CO2 و دي اكسيد گوگرد SO2 نيز در مذاب وجوددارد كه منشا اين عناصر محصولات حاصل از احتراق مي باشد CO2 مي تواند با مذاب واكنشداده و تشكيل سولفيد مس دهد : كه سولفيد مس مي تواند به صورت ناخالصيدر حفرات باقي بماند .
كنترل تركيب شيميايي
موادشارژ حين تهيه مذاب داراي تلفات مي باشد اين نوع تلفات باعث بر هم خوردن تركيبشيميايي مذاب مي شود
منشاء تلفات عناصر آلياژي در مذاب
تلفاتمذاب و عناصر آلياژي در سرباره :
به علت قابليت چسبندگي مذاب و عناصر آلياژي باسرباره مقداري از مذاب و عناصر آلياژي همراه با سرباره خارج ميشود.
تمايل تركيبعناصر آلياژي با اكسيژن :
درجه حرارت بالاي مذاب كه باعث تصعيد و تبخير عناصرآلياژي مي شود .
تلاطم مذاب :
باعث افزايش سطح تماس مذاب و سرباره مي شود كه اينامر باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .
روش ذوب :
اگر در روش ذوبتقدم و تاخر اضافه كردن عناصر آلياژي در نظر گرفته نشود باعث افزايش تلفات مذاب وعناصر آلياژي مي شود .

برنج

آلياژ مس – روي (برنج)
فاز B و B' داراي سختي و مقاومت به سايش بالا مي باشد و باعث افزايش استحكام و سختيآلياژ مي شود افزايش بيشتر روي در آلياژ باعث تشكيل فاز گاما مي شود Cu5Zn8 اين فازفوق العاده شكننده بوده و باعث ايجاد ترك و كاهش خواص مكانيكي در آلياژ مي شود وجودناخالصي ها در برنج ها باعث تشكيل فاز هاي مياني Cu2ZnAl و Cu2ZnSn,Cu5ZnMg اين فازها به شكل ناخالصي و آخال باعث كاهش خواص آلياژ مي شود . نوع آلياژ رنگ ومشخصات مس Cu>98 رنگ و مشخصات مسبين 98 تا 90 طلايي تيره زرد تيرهبين 85تا 80 رنگ سرخ مسبين 65 تا 70 رنگ زرد – زرد روشنكمتر از 60رنگ زرد متمايل به سفيد .
آلياژ مس قلع( برنز)
وجودقلع در مس باعث افزايش استحكام و خواص مكانيكي مي شود حد حلاليت قلع در مس در فازآلفا حدود 13.5 درصد است و در درجه محيط مقادير بسيار كوچك و صفر مي رسد. قلع درمس تشكيل فاز بين فلزي دلتا را مي دهد Cu3Sn8 اين فاز ، فاز سختي بوده و باعثافزايش سختي آلياژ مي شود عموما آلياژ هاي مس قلع زير 20 درصد قلع دارند و آلياژهايي كه 5 تا 10 درصد قلع دارند داراي فاصله انجماد بسيار طولاني 200درجه و لذاانجماد خميري دارند يكي از آلياژ هاي برنز آلياژ زنگ مي باشد كه داراي 20 تا 23درصد قلع مي باشد و سختي و شكنندگي زياد دارد وجود سرب باعث افزايش خاصيت ماشينكاري مي شود وجود آلومينيم در آلياژ هاي مس قلع باعث افزايش سختي و شكنندگي اين نوعآلياژ ها مي شود و همچنين وجود آهن در تركيب شيميايي اين نوع آلياژ ها به ريز شدنشبكه كريستالي كمك مي كند . آلياژ هاي برنز در ياتاقان ها و نقاطي كه ميزانخوردگي بالا مي باشد استفاده مي شود مانند اسكله ها و كشتي ها همچنين درجه حرارتريخته گري برنز 1070 تا 1150 درجه مي باشد.
آلياژ مس-نيكل(ورشو)
ورشوآلياژي از مس و نيكل بوده اين آلياژ جلاي فلزي بالايي دارد و عموما در ساخت صنايع واشياء هنري و صنايع غذايي استفاده مي شود همچنين اين آلياژ به نقره آلماني نيزمعروف مي باشد.
آلياژ مس – قلع- روي
عموما 10 قلع و 20 درصد روي دارد ايننوع آلياژ مقاومت به خوردگي بالايي در آب دريا داشته لذا در صنايع دريايي از آناستفاده مي شود .
آلياژ مس- سرب
حلاليتسرب در مس پايين بوده كه حلاليت 0.002 درصد مي باشد وجود عناصر مانند قلع باعثافزايش حلاليت سرب در مس مي شود حلاليت را تا 0.005 افزايش پيدا مي كند سرب به دليلوزن مخصوص بالايي كه دارد تمايل به جدايي زيادي در آلياژ دارد لذا در حين ريخته گريپايين عمليات مخلوط كردن و هم زدن انجام شود سرب در اكثر برنج ها و برنز ها تا حدود 2 درصد وجود دارد كه بعلت افزايش قابليت ماشين كاري و روغن كاري مي شود اما درآلياژ هاي ياتاقان ميزان سرب تا 50% افزايش پيدا مي كند معروف ترين آلياژ مس سربآلياژ 85 % مس 5% روي 5% سرب 5% قلع كه آلياژ معمولا براي ساخت قطعات هيدروليكياستفاده مي شود فوق ذوب در آلياژ هاي مس سرب در حدود 150 درجه بوده كه براي جلوگيرياز رسوب در فاز مذاب مي باشد .

روی

روي يكي از فلزات درشت گونه است كه خواص مكانيكي ضعيفي دارد داراي شبكه كريستالي H.C.C بوده و درجه حرارت ذوب آن 419.5 درجه سانتي گراد بوده و داراي دانسيته 7.13را در درجه حرارت محيط دار و نقطه تبخيري آن 1060 مي باشد داراي فشار بخار زيادي ميباشد اكسيد روي تا 200 درجه مي تواند به عنوان لايه پوششي محافظ عمل كند كه ايندليل به جهت غير متخلخل بودن اين اكسيد تا درجه حرارت 200 مي باشد و در برابراكسيژن و خوردگي در درجه حرارت محيط مقاومت بالايي را نشان مي دهد اما با افزايشدرجه حرارت اين اكسيد متخلخل شده و ناپايدار شده و اكسيداسيون و خوردگي به شدتافزايش پيدا مي كند مهمترين عناصري كه با روي تشكيل آلياژ مي دهند شامل Al-Cu-Mn-Fe- سرب قلع و نيكل و منگنز مي باشدمعروف ترين آلياژ روي –آلياژ رويمس آلومينيم مي باشد كه به زاماك موسوم مي باشد .زاماك داراي خواص مكانيكي بالانسبت به ساير آلياژ هاي روي مي باشد نقطه ذوب پايين و سياليت زيادي دارد اين آلياژعموما داراي 7%آلومينيم و 3و9% مس و مابقي روي مي باشد و روي داراي دو پارامتر شبكه H=2.6 و C=4.9 آنگستروم مي باشد .
عناصر آلياژي در آلياژ هاي روي
آلومينيم
مقدار آن در آلياژ هاي روي 3.5 تا 4.3 مي باشد كه مقدار بيش از 4.3 باعث كاهشمقاومت آلياژ و افزايش شكنندگي آلياژ مي شود آلياژ داراي سياليت نسبتا بالايي است . اگر مقدار آلومينيم كمتر از 3.5 درصد شود به دليل كاهش درصد تركيب يوتكتيكيسياليت مذاب و قابليت ريخته گري كاهش پيدا خواهد كرد .
مس
مقدار مس مصرفي درآلياژ هاي روي عموما 1.25درصد مي باشد كه تا اين مقدار باعث افزايش خواص مكانيكي واستحكام آلياژ مي شود و افزايش درصد مس بيش ازاين مقدار خواص مكانيكي را تضعيف ميكند و آلياژ را نيز ترد و شكننده مي كند .
منيزيم
معمولا به عنوان اكسيژن زدادر ريخته گري روي استفاده مي شود تا حدود 0.03 % در مذاب وجود دارد بيشتر از اينموجب كاهش خواص مكانيكي و باعث افزايش مقاومت به خوردگي آلياژ مي شود .
آهن
اين عنصر تا حدود 0.02% باعث افزايش خواص مكانيكي مي شود كه اگر بيشتر از اين باشدبا آلومينيم موجود در مذاب تشكيل فازFeAl3¬ را مي دهد مقاديري از اين فاز واردسرباره مي شود و مقاديري نيز به صورت ذرات ريز در ضمينه اتمي مي ماند و باعث كاهشخواص مكانيكي مي شود عنوان ريز كننده هم مي تواندمحلي براي جوانه زني غير يكنواختباشد را ما خواص آن كمتر از محدوديت هاي آن است.
قلع-سرب
اين دو عنصر باعثتشديد خورندگي آلياژ مي شود سياليت ونقطه ذوب آلياژ را كاهش مي دهد.
نيكل -منگنز - سيليسيم - كرم
به مقدار جزئي باعث افزايش خواص مكانيكي شده اما بيش از حدحلاليت باعث افزايش تلفات مذاب و كاهش قابليت ماشينكاري مي شود كه دليل اين امرايجاد فاز هاي غير فلزي سخت در آلياژ مي باشد ميزان مصرف آن Maتا حدود 5% Si3% كرمو 2% نيكل مي شود.
ذوب و ريخته گري آلياژ هايروي
ريختهگري آلياژ هاي روي در كوره هاي روربر كوره هاي زيمنس و كوره هاي الكتريكي انجام ميشود و بوته ي مورد استفاده عموما بوته چدني وفولادي مي باشد فلز روي مذاب در دردرجه حرارت ذوب به سرعت اكسيد مي شود و باعث افزايش تلفات روي درسرباره مي شود باتوجه به سياليت بالا و نقطه ذوب پايين عموما ريخته گري اين فلز نسبت به ساير آلياژها آسان تر مي باشد عموما از منيزيم و ليتيم جهت اكسيژن زدايي مذاب روي استفاده ميشود وجود آلومينيم در مذاب روي باعث تشكيل Al2O3 اكسيد آلومينيم مي شود كه ايناكسيد غير متخلخل بوده وبه علت سبك بودن در سطح مذاب قرار گرفته و به عنوان مايه يپوششي مانع از اكسيداسيون روي مي شود . عمل ذوب معمولا تحت فلاكس هاي پوششيانجام مي شود و پس از تهيه مذاب عناصر آلياژي به صورت خالص يا آميژن به مذاب اضافهمي شوند عموما عمليات گاز زدايي و اكسيژن زدايي در روي از اهميت كمتري برخرودار استكه به علت وجود آلومينم و منيزيم به عنوان عناصر آلياژي مي باشد عموما براي كاهشتلفات روي ابتدا بوته را تا حدود 500 درجه پيش گرم كرده سپس عنصر روي را اضافه ميكنند تا سرعت ذوب را بيشتر و تلفات را كمتر كنند .
روش تهيه آلياژ ZnAl
جهتتهيه آلياژ ZnAl ابتدا 30 درصد روي را ذوب كرده سپس درجه حرارت را تا 500 درجهافزايش داده و تكه هاي كوچك Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند پس از شارژ كامل Al مابقي روي به مذاب اضافه مي شود پس از تهيه مذاب اكسيژن زدايي توسط منيزيم انجامشده و سرباره گيري اعمال مي شود و عمل تزريق كه عموما توسط ماشين ها محفظه گرمانجام مي شود صورت مي گيرد .جهت تهيه آلياژ زاماك ( روي Cu-Al ) نيز نصف رويمورد نياز را ذوب كرده سپس از آميژن 19.2 مس 80 آلومينيم 1 منيزيم اين آميژنآلومينيم منيزيم روي را جهت اكسيژن زدايي را تامين مي كند سپس باقي مانده روي بهمذاب اضافه مي شود و درجه حرارت ريخته گري روي در قالب هاي ماسه اي 475 و در قالبهاي فلزي 420 مي باشد آلياژ هاي روي عموما به علت دانه درشت بودن در قالب هاي آبگرد چدني و فولادي ريخته مي شوند تا با افزايش سرعت سرعت كردن خواص مكانيكي تا جايممكن افزايش پيدا كند يكي از مهمترين آلياژ هاي روي آلياژ 85% روي و 5% مس و 5%آلومينيم مي باشد كه با نام آلياژ ياتاقان خوانده مي شود كه كاربرد صنعتي دارد .
انواع قالب هاي ريخته گري آلياژ هاي روي
در آلياژ هايروي به علت دانه درشت بودن سعي مي شود كه در قالب هاي فلزي ريخته گري شوند قالب هايچدني و فولادي كه با سيستم هاي آبگرد انجماد جهت دار ايجاد مي شوند تا مك و حفره بهتغذيه هدايت شوند. در قالب هاي موقت هم امكان پذير است كه به دو روش پوسته اي وماسه اي تر و خشك مي شود به علت داشتن دامنه ي انجماد كوتاه تمايل به انجماد پوستهاي داشتند لذا ايجادانجماد جهت دار در اين گونه آلياژ ها به سهولت امكان پذير استدر صورت استفاده از قالب هاي چدني و فولادي قبل از استفاده بايستي 210-180 درجه پيشگرم شود تا عمر قابل افزايش يابد همچنين در صورت استفاده از مواد پوششي جهت افزايشعمر و تسهيل خروج قطعه از قالب مي شود . به علت داشتن سياليت بالا در آلياژ هايروي مقاطع نازك تري نسبت به ساير آلياژ هاي غير آهني قابل ريخته گري مي باشد .
روش هاي مورد استفاده براي خروج ناخالصي ها
نگهداري مذاب دردرجه حرارت بالا به صورت طولاني اين روش در صنعت به ندرت استفاده مي شود در اين روشناخالصي ها فرصت رسيدن به سرباره را پيدا مي كنند كه اين روش باعث تشديد تلفات مذابو اكسيداسيون مذاب مي شود .
تزريق گاز خنثي:
با تزريق گاز خنثي فشار داخل مذابافزايش پيدا كرده افزايش فشار باعث خروج گاز هاي بيش از حد انحلال و نيز ناخالصيهاي معلق در مذاب و انتقال آن ها به سرباره مي شود اين روش باعث هيدروژن زدايي نيزمي شود كه در صنعت اين روش متداول تر مي باشد .
استفاده از فلاكس :
فلاكس ها باتشكيل فيلم نازكي در حد فاصل مذاب و ناخالصي ها به وجود مي آورند مانع از چسبندگيناخالصي ها به مذاب مي شود و باعث انتقال ناخالصي ها به سرباره مي شود فلاكسهايمورد استفاده در اين روش شامل كريوليت پراكس تركيبات سيليس و تركيبات كربني مي باشدكه در ريخته گري سنتي معمولا از شيشه خورد شده استفاده مي شود.

[ghasem motamedi]

شرح آزمایش فاراده

در سال 1807، شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته، پنج عنصرپتاسیم، سدیم، کلسیم، استرانسیم و باریم را کشف کرد. دیوی با این کار به این نتیجهرسید که عناصر با جاذبه‌هایی که ماهیتاً الکتریکی هستند به هم متصلمی‌شوند.
قوانین فاراده: نخستین مقدمه برای پیدایش مفهوم الکترون


مایکلفاراده در حدود سال 1830 و قبل از کشف مفهوم الکترون، آزمایشهای الکترولیز متعددیانجام داد که همراه با محاسبات کمّی بود و حاصل آن دو قانون معروف به قوانین فارادهاست. این آزمایشها و قوانین مربوطه عبارتند از:
1.در آزمایشهای الکترولیز برای آزاد کردن یک عنصر، همواره دیده می‌شود که مقدار عنصرآزاد شده متناسب با مقدار جریان الکتریسیته است که از محیط عمل عبور می‌کند. برایمثال از عبور 96500کولن برق (یک فاراد الکتریسیته) از محلول نمکهای جیوه یک ظرفیتی، همیشه 201گرم جیوه آزاد می‌شود. این مقدار جیوه معادل یک مول (تعداد) اتم جیوه است. حال اگر نمک جیوه دو ظرفیتی باشدبایدکولن برق عبورکند تا همان یک مول جیوه آزاد شود. بدیهی است اگر فقط 96500 کولن برق از محلولعبور دهیم،مول و یااتمآزاد خواهدشد.
2.هرگاه مقدار یکسان جریان برق از سه ظرف بگذرد که در اولی نمک فلز یک ظرفیتی (مثل
قوانین فاراده: نخستین مقدمه برای پیدایش مفهوم الکترون


مایکلفاراده در حدود سال 1830 و قبل از کشف مفهوم الکترون، آزمایشهای الکترولیز متعددیانجام داد که همراه با محاسبات کمّی بود و حاصل آن دو قانون معروف به قوانین فارادهاست. این آزمایشها و قوانین مربوطه عبارتند از:
1.در آزمایشهای الکترولیز برای آزاد کردن یک عنصر، همواره دیده می‌شود که مقدار عنصرآزاد شده متناسب با مقدار جریان الکتریسیته است که از محیط عمل عبور می‌کند. برایمثال از عبور 96500کولن برق (یک فاراد الکتریسیته) از محلول نمکهای جیوه یک ظرفیتی، همیشه 201گرم جیوه آزاد می‌شود. این مقدار جیوه معادل یک مول (تعداد) اتم جیوه است. حال اگر نمک جیوه دو ظرفیتی باشدبایدکولن برق عبورکند تا همان یک مول جیوه آزاد شود. بدیهی است اگر فقط 96500 کولن برق از محلولعبور دهیم،مول و یااتمآزاد خواهدشد.
2.هرگاه مقدار یکسان جریان برق از سه ظرف بگذرد که در اولی نمک فلز یک ظرفیتی (مثل( و در دومینمک فلز دو ظرفیتی (مانند) و در سومیمحلول ترکیبی از فلز سه ظرفیتی (مانند) قرار داشتهباشد، مقدار رسوبهای فلزی که از عبور مقدار یکسان الکتریسیته آزاد می‌شوند، متناسببا جرم اتمی فلز تقسیم بر اعداد صحیحی میباشد که " ظرفیت" نامیده می‌شوند.
سه عملالکترولیز انجام یافته در یک مدار الکتریکی مطابق شکل بالا، می‌رساند که به ازاءعبور یک فاراد الکتریسیته که تقریباً برابر 96500 کولن است. گرم سدیم در ظرفوسط وگرمجیوه در ظرف سمت چپ وگرم آلومینیومدر ظرف سمت راست آزاد می‌شود. با توجه به جرمهای اتمی، این مقادیرمعادل یک مول سدیم (یا تقریباًاتم) یامول جیوه (یااتم) و یامول آلومینیوم ( یااتم) هستند.

مقدمه

الکترولیزیابرقکافت، کاربردی از علمشیمیفیزیکاست که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصرشیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم برالکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا می‌شویم.
قانون اول فارادی در الکترولیز

• وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثلاسیدسولفوریکرقیق می‌گذرد،آببه اجزایش یعنیهیدروژنواکسیژنتجزیه می‌شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد می‌شوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می‌شوند،الکترولیتنامیده می‌شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی بهالکترولیزمعروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می‌برند و جریان را به آن می‌رسانند،الکترودنام نهاده‌اند. الکترود مثبت بهآندو الکترود منفی بهکاتدمعروف است.
• محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور می‌کند،بر الکترودها می‌نشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد می‌شود، می‌توان اندازهگرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم رامی‌توان به‌آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد،مسبرکاتد رسوب می‌کند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد ازکربنساختهشده باشد، می‌توان به‌آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوحمشاهده می‌شود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می‌توان جرم فلز رسوب کرده رادقیقا معین کرد.
• اندازه‌گیری نشان می‌دهد که جرممادهآزاد شده در هرالکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصلزمانی متفاوت می‌توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریانمتناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم بامدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما اینحاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده درالکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. اینقانون مهم را اولین بار ، "فارادی" وضع کرد و بهقانون اول فارادی درالکترولیتهامعروف است.

• اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلیباشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشتهمی‌شود: m=Kq=KIt که در آن ،Kضریب تناسب است. با فرض اینکهq=1 C (با کل یک کولن) باشد، در می‌یابیم که ضریبKمساوی جرم ماده آزاد شدهتوسط بار1C، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان1Aدرمدت1Sزمان است.
• بررسی‌هایفارادینشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آنماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار 1C مقدارنقره 1.1180mg را آزاد می‌کند. همین مقدار نقره توسط 1C در الکترولیز هر نمک نقره مثلاکلرور نقره ومانند آن آزاد می‌شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلزدیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیتK،هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده دادهنامیده می‌شود.

تعریف هم‌ارز الکتروشمیایی

هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است ازجرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد.
قانون دوم فارادی

با توجه به اینکه هم‌ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیارمتفاوت است، چه خواصی از جسم هم‌ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می‌کنند؟ پاسخ اینسوال در قانون مهم دیگری که آن را نیزفارادیبا آزمایش به‌اثبات رساند،نهفته است.


هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسباست و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداداتم‌هایهیدروژنتعریف می‌کنند کهمی‌توانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند.
مثال عددی برای توضیح قانون دوم

جرم مولی نقره 0.1079Kg/mol و ظرفیت آنمساوی یک است. جرم مولیروی 0.0651Kg/mol و ظرفیت آندو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم‌ارز الکتروشیمیائی نقره و رویبرابر است با: 3.30=(0.0654/2)/(0.1079/1)

• اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با[K[Kg/C، جرم مولی آن را با[M[Kg/molو ظرفیت آنرا با( 1,2,3,...) nنمایش دهیم، می‌توان قانوندوم فارادی را به این شکل(K=(1/F)(M/nنوشت. در اینجاFضریب تناسبو ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیتFبهثابت فارادیمعروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:

F=96484C/mol

• برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند، مانندمسکهیک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم‌ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولیهر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم‌ارز شیمیایی آن جسم نامیده می‌شود. این نسبت ،مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است.

برای اجسام تک‌ظرفیتی هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم‌ارز شیمیایی آنهامتناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام می‌کنیم که در آن ، جرم مادهآزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریستهqاز الکترولیت است. این فرمولm=(1/F)(M/n) qمفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادیF، به عدد ،مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا

مقدمه
الکترولیزیابرقکافت، کاربردی از علمشیمیفیزیکاست که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصرشیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. با برخی از اینکاربردها آشنا می‌شویم.
اندازه گیری جریان الکتریکی
الکترولیز ، روش مناسبی برای اندازه گیری باریاست که از بخش معینی از مدار می‌گذرد. برای این منظور ، باید یک ظرف الکترولیتی رابه این جزء مدارمتصل کرد ( مانند بدست آوردننقره ) و جرم ماده رسوبکرده بر الکترودها را اندازه گرفت. از تقسیم جرم رسوب بر هم‌ارز الکتروشیمیایی آن ،مقدار باری که از این قسمت مدار گذشته است، بدست می‌آید.

برای تعیین جریانالکتریکی در مدار ، کافی است که جرم رسوب کرده روی الکترودها در زمانی را که طولکشیده است، اندازه بگیریم. اگر در این مدت زمان ، جریان تغییر نکرده باشد، نسبت جرمرسوب به زمان و هم‌ارز الکتروشیمیایی بر طبققوانینالکترولیز فارادیجریان مدار را بدست می‌دهد.
مدرج کردن آمپرسنج‌ها
با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده برایهم‌ارزهای شیمیایی می‌توان آمپرسنج‌ها ( گالوانومترها ) با هر مبنای ساختمانی را بادقت بالایی مدرج کرد. برای این منظور کافی است ظرف الکترولیت و آمپرسنج را بطورمتوالی به هم بسته و جریان ثابتی را درمدت زمان معین از آنها بگذرانیم ( ثابت بودنجریان را می‌توان از ثابت بودن عقربه به آمپرسنج کنترل کرد ) و سپس بوسیله وزن کردن، جرم جسم رسوب کرده را معین نماییم. اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده مربوط رابدانیم، می‌توانیم مقدار الکتریسیته ای را که از مدار گذشته است، بر حسبکولنمعین نماییم و از تقسیم مقدار بار برزمان دایر بودن جریان (t) ، جریان بر حسبآمپربدستمی‌آید.

طبیعی است که این روش در عمل برای مدرج کردن آمپرسنج های استانداردبکار می‌رود. اگر یک چنین آمپرسنج را بدقت مدرج کرده باشیم، با اتصال این آمپرسنجبه هر سیستم آمپرسنجی بطور متوالی می‌توانیم با آمپرسنج استاندارد ، آن را مدرجنماییم. با این روش ، دقت آمپرسنج‌ها را نیز تست می‌کنند.
روش الکترولیتی بدست آوردن فلزات خالص
مس، مثال گویایی از این خالص سازییا تصفیه الکترولیتی است. سنگ معدن مس، حاوی ترکیبی از مس باگوگرد، اکسیدهاو نیز ناخالصی‌هایی از فلزات بیگانه ( Ni ، Pb ، Sb ، As ، Bi و غیره ) است. مسی راکه مستقیما از سنگ معدن بدست آمده و دارای ناخالصی‌هایی است، به شکل تیغه‌هاییقالب‌ریزی و به‌عنوانآنددر محلول سولفات مس قرار می‌دهند.

با انتخاب ولتاژ مناسب (o.2v تا o,25 ولت ) در الکترودهای الکترولیت می‌توان اطمینان یافت که فقط فلز مس در کاتد رسوبمی‌کند. ناخالصی‌های بیگانه یا به داخل محلول می‌روند ( بدون رسوب در کاتد ) یا درکف قرار می‌گیرند و فلز خالص مس در کاتد ایجاد می‌گردد.
آبکاری الکتریکی
با استفاده ازالکترولیز، فلزی را می‌توان با لایه ای از فلزات دیگر پوشانید ( لایه نشانی ). این فرایند بهآبکاریالکتریکیمعروف است. از نظر فنی ، مهمترین کاربرد آبکاری با فلزاتخاصیتاکسایشضعیف است ( بخصوص ،آبکارینیکل و کرم). همینطور ، آبکاری نقره و طلا برای محافظت فلزات ازخوردگیدر هوا است.

برای بدست آوردن پوشش لازم ، جسم را بطور مکانیکی ، کاملا تمیزو چربی‌زدایی می‌کنند و آن را به‌عنوانکاتددرمحلولالکترولیتیحاوی نمک فلزی قرار می‌دهند که جسم باید با آن آبکاری شود. برایاینکه آبکاری یکنواخت‌تر باشد، بهتر است دو تیغه به‌عنوان آند بکار گرفته شود و جسمبین آن دو قرار گیرد.

شکل‌سازی الکتریکی

• قالب‌سازی الکتریکی ، نمونه ای از کاربردهای ویژهالکترولیز در صنعت می‌باشد. با استفاده از الکترولیز نه فقط می‌توان اشیا را بالایه ای از فلزات پوشش داد، بلکه می‌توان نمونه‌های فلزی برجسته ای از آنها تهیهکرد (مثل سکه‌ها ، مدال‌ها و غیره). این فرایند را در سالهای 1840 ، "یاکوبی" (B.S.Yakobi) فیزیکدان و مهندس برق روسی تکامل بخشید و آن راشکل‌سازی الکتریکی نام نهاد.
  
  برای ساختن یک نمونه برجسته از یک شیء ابتداقالب شیء با مادهپلاستیکیمثل موم ساخته می‌شود. این قالب با پوشش خود بوسیلهگرافیت،رسانای الکتریسیته می‌شود و سپس به‌عنوانکاتددر محلول الکترولیت کار گذاشته می‌شود. در خلال الکترولیز ، لایه ای از فلز باضخامت مورد نظر بر قالب می‌نشیند.
  
  قالب‌سازی الکتریکی ، کاربرد مهمی در چاپ، یعنی چاپ الکتریکی دارد. در این فرایند ، یک متن از پیش نوشته معمولی تهیهمی‌شود. سپس قالبی از موم یا پلاستیک برای آن ساخته می‌شود. پس از پوشش قالب باگرافیت ، آن را در محلول الکترولیت قرار می‌دهند و در آنجا لایه کلفتی از مس روی آنمی‌نشیند. برای استحکام این لایه ، پشت نمونه را با فلز چاپ آلیاژی با نقطه ذوبپایین با ماده اولیهسرب) پوشانده می‌شود. نمونهبدست آمده از پیش نوشته بعدا برای چاپ بکار می‌رود. مقدار جسم آزاد شده درالکترودها با هم‌ارز شیمیایی آن جسم(M/n)برابر باشد.

قوانین فارادی در الکترولیز
مقدمه
الکترولیزیابرقکافت، کاربردی از علمشیمیفیزیکاست که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیایعناصرشیمیایی است و درآزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم برالکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانینآشنا می‌شویم.
قانون اول فارادی در الکترولیز
· وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثلاسیدسولفوریکرقیقمی‌گذرد،آببه اجزایش یعنیهیدروژنواکسیژنتجزیه می‌شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتریآزاد می‌شوند. محلولهایی از ایننوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می‌شوند،الکترولیتنامیده می‌شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکیبهالکترولیزمعروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می‌برند و جریان را بهآن می‌رسانند،الکترودنام نهاده‌اند. الکترود مثبت بهآندو الکترود منفی بهکاتدمعروف است.
· محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی کهجریان عبور می‌کند،بر الکترودها می‌نشینند. جرم ماده ایرا که در الکترود آزاد می‌شود، می‌توان اندازهگرفت. اگرمحلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرمرامی‌توان به‌آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفاتمس جریان بگذرد،مسبرکاتد رسوب می‌کند. این پدیده را در صورتیکهمثلا کاتد ازکربنساختهشده باشد، می‌توان به‌آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوحمشاهده می‌شود. باوزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می‌توان جرم فلز رسوب کرده رادقیقا معین کرد.
· اندازه‌گیری نشان می‌دهد که جرممادهآزاد شده در هرالکترود ، به جریان الکتریکی ومدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصلزمانیمتفاوت می‌توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبورجریانمتناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیزهم با جریان الکتریکی و هم بامدت زمان انجام آزمایشمتناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما اینحاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم مادهآزاد شده درالکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریستهای که از الکترولیت گذشته است. اینقانون مهم را اولین بار، "فارادی" وضع کرد و بهقانون اولفارادی درالکترولیتهامعروف است.




· اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلیباشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادیبه شکل زیر نوشتهمی‌شود: m=Kq=KIt که در آن ،Kضریب تناسب است. با فرضاینکهq=1 C (با کل یک کولن) باشد، در می‌یابیم کهضریبKمساوی جرم مادهآزاد شدهتوسط بار1C، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شدهتوسط جریان1Aدرمدت1Sزماناست.
· بررسی‌هایفارادینشان داد که هر مادهمقدار K معینی دارد که مشخصهآنماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار 1C مقدارنقره 1.1180mg را آزاد می‌کند. همین مقدار نقره توسط 1C در الکترولیز هر نمک نقره مثلاکلرور نقره ومانند آن آزاد می‌شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمکهر فلزدیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیتK،هم‌ارز الکتروشیمیایی مادهدادهنامیده می‌شود.
تعریف هم‌ارز الکتروشمیایی
هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم، عبارت است ازجرم آزاد شده ازاین جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلولبگذرد.
قانون دوم فارادی
با توجه به اینکه هم‌ارزالکتروشیمیایی مواد مختلف بسیارمتفاوت است، چه خواصی از جسم هم‌ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می‌کنند؟پاسخ اینسوال در قانون مهمدیگری که آن را نیزفارادیباآزمایش به‌اثبات رساند،نهفتهاست.


هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنهامتناسباست و با ظرفیت شیمیاییآنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداداتم‌هایهیدروژنتعریف می‌کنند که می‌توانند با آن ، ترکیب یا جانشینآن شوند.
مثال عددی برای توضیح قانون دوم
جرم مولی نقره 0.1079Kg/mol و ظرفیت آنمساوی یک است. جرم مولیروی 0.0651Kg/mol و ظرفیت آندو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبتهم‌ارز الکتروشیمیائی نقره و رویبرابر است با: 3.30=(0.0654/2)/(0.1079/1)




· اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با[K[Kg/C، جرم مولی آن رابا[M[Kg/molو ظرفیت آنرابا( 1,2,3,...) nنمایشدهیم، می‌توان قانوندوم فارادی را به اینشکل(K=(1/F)(M/nنوشت. دراینجاFضریبتناسبو ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکساندارد. کمیتFبهثابت فارادیمعروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:

F=96484C/mol

· برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشانمی‌دهند، مانندمسکهیک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دوهم‌ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولیهر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم‌ارز شیمیایی آن جسم نامیده می‌شود. این نسبت ،مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازماست.
· برای اجسام تک‌ظرفیتی هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم‌ارزشیمیایی آنهامتناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را درهم ادغام می‌کنیم که در آن ، جرم مادهآزاد شده بر اثرعبور مقدار الکتریستهqازالکترولیت است. این فرمولm=(1/F)(M/n) qمفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابتفارادیF، به عدد،مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا مقدار جسم آزادشده درالکترودها با هم‌ارز شیمیایی آن جسم(M/n)برابر باشد.


الکترولیزبدون نیاز بهجریان برق


شايد بسيار عجيب باشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.امااين كار انجام پذير است.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد برايهر نوع استفاده اي مناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجهمي باشد........
استفاده از الكتروليزامروزه بهترين راه براي توليد سوخت پيل ميباشد. اين برتري به دلايل زيراست:
1- الكتروليز علاوه بر توليد هيدروژن، اكسيژنمورد نياز پيل را نيز توليد مي كند.
2-الكتروليزبسيار ساده و با خلوص بالا هيدروژن توليد ميكند
3-هزينه هاي آن در مقايسه با روش هاي ديگر بسياركمتر است و...
در واقع تنهامشكلي كه براي استفاده از الكتروليز وجود دارد نيازمند بودن آن به برق است. ديگراينكه در صورت استفاده پيل براي وسايل نقليه حمل آب نا مناسب به نظر ميرسد كه اينمشكل با ذخيره سازي هيدروژن قابل حل است.
اما در مورد مشكل اول بايد گفت كه تحقيقات بسياري براي انجامالكتروليز بدون نياز به جريان الكتريسيته انجام گرفته است. كه در اينجا به اينمسٌله ميپردازيم:
شايد بسيار عجيبباشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.اما اين كار انجام پذيراست.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد براي هر نوع استفاده ايمناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجه ميباشد.
در اين دستگاهاز خاصيت مغناطيسي براي تبديل آب به يون هاي سازنده استفاده مي شود به اين صورت كهآب را از مسيرهايي با ديواره هاي مغناطيسي عبور مي دهند. آب در حين عبور از اينمسير ها به يون هاي سازنده تبديل ميشود و به الكترود هاي موجود منتقل مي شود تايونهاي هيدروژن اكسيده و اكسيژن كاهيده شود. به اين طريق جرياني از الكترون بينالكترود کاتد و آند ايجاد ميشود. در واقع به جاي اينكه جريان برق يون ها را مجبوربه الكترون دادن يا گرفتن كنند،خود يون ها داوطلبانه به سمت الكترود ها ميروند وجرياني از الكترون را برقرار مي كنند.البته بايد به اين مطلب هم توجه داشت كه اينجريان ايجادي صرف اكسايش هيدروژني ميشود كه جفت اكسيژنش آن را ايجاد كرده. بنا براين جهت ادامه الكتروليز نمي توان از اين جريان استفاده كرد.
همانطور كه اشاره شد، استفاده از اين روش به دليل وجود تجهيزاتمغناطيسي به نسبت سنگين است. و نيز براي توليد هيدروژن مطلوب هزينه بر نيز ميباشد. اما با توجه به عدم وابستگي آن به جريان برق به نظر مناسب ميآيد.