روش های تولید قطعات منیزیومی مبتنی بر انجماد
منیزیم فلزی قلیایی خاکی با عدد اتمی 12 می‌باشد. دمای ذوب این فلز حدود 650 درجه سانتیگراد بوده و دمای جوش آن 1091 درجه است. این فلز همرنگ با آلومینیوم بوده و از بسیاری از جهات با آلومینیوم قابل مقایسه می‌باشد. منیزیم ویژگی‌های منحصر به فرد خاصی دارد که آن را در میان سایر فلزات متمایز نموده است.
- فلزی سبک با چگالی کم
- استحکام ویژه بالا
- قابلیت بالای در جذب ارتعاشات
- قابلیت استفاده در شیلد الکترومغناطیسی
- پایداری ابعادی
- قابلیت بازیافت کامل
اما در کنار این خواص مطلوب و فوق العاده این فلز محدودیت‌های قابل توجهی دارد که همین موارد بر روش های تولید قطعات منیزیومی بسیار اثر گذار است :
- شکل پذیری پایین و ایجاد Texture (جهت گیری مرجح دانه ها ) بر اثر تغییر شکل و کاهش مجدد خاصیت شکل پذیری
- خواص مکانیکی پایین در دمای بالا
- فلز فعال شیمیایی:
- دمای احتراق پایین
- اکسیداسیون شدید
- خوردگی گالوانیک
تقسیم بندی روش های تولید[ویرایش]
برخلاف برخی فلزات مانند تیتانیوم که ذوب و ریخته‌گری آن در مقایسه با فرایندهای مبتنی بر تغییر شکل بسیار کم کاربرد می‌باشد ، در منیزیم فرایندهای مبتنی بر انجماد توسعه و فراوانی بیشتری دارند و فرایندهای مبتنی بر تغییر شکل کم کاربرد تر هستند. دلیل این موضوع را می‌توان در ساختار HCP منیزیم و مشکلات انایزوتروپی و شکل‌پذیری پایین آن جستجو کرد. بنابراین می‌توان به صورت تقریبی گفت که حدود 90 درصد قطعات تولیدی در زیرمجموعه روش‌های مبتنی بر انجماد قرار گیرند.
به صورت کلی می‌توان فرایندهای تولید قطعات منیزیومی را به صورت زیر تقسیم بندی کرد:[۱]
| فرایندهای مبتنی بر تغییر شکل | فرایندهای مبتنی بر انجماد | ||||
| شکل دهی ورق | شکل دهی بالک | جوشکاری | ریخته‌گری | ||
| ریخته‌گری ثقلی | ریخته‌گری تحت فشار پایین | ریخته‌گری تحت فشار بالا | |||
ریخته گری ثقلی[ویرایش]
در این روش مذاب بر اثر وزن وارد قالب می‌شود. با توجه به ویژگی های متالورژیکی منیزیم باید به برخی ملاحظات ریخته‌گری توجه کرد:
انتقال مذاب[ویرایش]
با توجه به واکنش‌پذیری فوق‌العاده منیزیم خصوصاً در صورت مذاب ، ریختن مذاب باید با آرامش و با کمترین تلاطم ممکن صورت گیرد چرا که هرچه تلاطم مذاب بیشتر باشد ، لایه‌های اکسیدی سطح به درون مذاب بیشتر نفوذ می‌کنند و همچنین مذاب تماس بیشتری با اتمسفر پیدا خواهد کرد و احتمال اشتعال بیشتر خواهد شد.
انقباض قالب[ویرایش]
این موضوع به وسیله جزئی به نام سیستم تغذیه جبران می‌شود.
سیستم باید از همه دیرتر منجمد شود که بتواند آخرین انقباض را داشته باشد. به دلیل ضریب حرارتی پایین منیزیم باید حجم زیادی از مذاب را در اختیار داشت تا دما زود افت نکند ، بنابراین به سیستم تغذیه بزرگی نیاز است.
همچنین به دلیل چگالی پایین منیزیم ، وزن و فشار زیادی برای حفاظت از قطعه اصلی ایجاد نمی‌شود. بنابراین باید حجم بسیار بزرگی وجود داشته باشد که جرم زیادی برای تغذیه تامین گردد.
قالب[ویرایش]
قالب باید premeabillity بالا یعنی قابلیت نفوذ زیاد گاز داشته باشد تا بتواند هوا را در حین ورود منیزیم به قالب از آن خارج نماید. خروج گازها از قالب مذاب به دلیل واکنش‌پذیری بالای منیزیم اهمیت بالایی دارد.
همچنین استفاده از پوشش ها و ممانعت کننده های خاص برای جلوگیری از واکنش‌های نامطلوب در این موارد الزامی است.
برای فولادها به صورت معمول از ظروف با جنس فولاد نسوز استفاده می‌شود ، این ظروف به جهت داشتن عنصر آلیاژی زیاد(مخصوصا نیکل) برای منیزیم قابل استفاده نیست چرا که به جهت واکنش‌پذیری منیزیم امکان نفوذ به مذاب وجود دارد. بنابراین برای ساخت بوته‌ها از حالت دولایه استفاده می‌شود. در حقیقت لایه داخلی از جنس فولاد کم کربن بوده و لایه بیرونی از جنس فولاد نسوز استفاده می‌شود. [۲]
محافظت از سطح مذاب[ویرایش]
دمای ذوب منیزیم حدود 650 درجه سانتیگراد است اما ریخته‌گری منیزیم به دلایل متالورژیکی در دمایی بین 720 و 780 درجه ریخته‌گری می‌شود. بنابراین به دلیل واکنش‌پذیری بالای منیزیم نیاز است تا در این دما از سطح مذاب به خوبی محافظت صورت گیرد.
روش قدیمی[ویرایش]
در این روش با ایجاد لایه محافظ به صورت سرباره از تماس هوا و اکسیژن با سطح مذاب ممانعت به عمل می‌آید. این لایه محافظ از جنس نمک های کلوئییدی می‌باشد.
مضرات :
- خاصیت خورندگی نمک‌های کلوئیدی که باعث کاستن از عمر قطعه می‌گردد.
- امکان نفوذ به مذاب و ریخته‌گری شدن همراه مذاب و کاهش خواص مکانیکی قطعه
روش نوین[ویرایش]
از این روش برای محافظت از قطعات حساستر استفاده می‌شود. در واقع در این روش از گازی سنگین که به صورت بالشتک بر روی مذاب باقی می‌ماند استفاده می‌شود. گازهایی که در این روش مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:
گاز So2[ویرایش]
برای قطعات با حساسیت کمتر استفاده می‌شود. با پاچش پودر گوگرد بر روی سطح مذاب بلافاصله گوگرد به گاز So2 تبدیل می‌شود که گازی سنگین و محافظ می‌باشد.مشکل اصلی این روش آن است که در صورت وجود رطوبت در محیط گاز So2 به سولفوریک اسید تبدیل می‌شود که بسیار خورنده می‌باشد.
گاز SF6[ویرایش]
این گاز پیوند بسیار قوی دارد و به این دلیل با هیچ چیز واکنش نمی‌دهد. همچنین گاز بسیار سنگینی است. عیب عمده آن گران قیمت بودن آن است. اما ایراد دیگر آن خاصیت گلخانه‌ای شدید و آسیب به محیط زیست می‌باشد.
ریخته‌گری تحت فشار بالا[ویرایش]
به این روش در اصطلاح H.P.D.C می‌گویند. در فلزاتی مانند آلومینیوم و منیزیم به دلیل دمای ذوب پایین از این روش استفاده می‌شود. در این روش مذاب با فشار و سرعت بالا درون قطعه هدایت می‌گردد. در حقیقت به نوعی ذرات آلومینیوم حرکت سریع و پودر گونه خواهد داشت.[۱]
مزایا[ویرایش]
- سرعت تولید بالا
- نبود مشکل سیالیت
- پرکردن راحت دیواره های نازک
این روش در منیزیم بیشتر از آلومینیوم کاربرد دارد چرا که با توجه به سیالیت بالاتر منیزیم نسبت به آلومینیوم فشار کمتری برای ورود مذاب به قالب نیاز است و علاوه بر آن می‌توان دیواره هایی با ضخامتهای کمتر از دیواره های آلومینیومی تولید کرد.
همچنین به جهت گرمای نهان ذوب پایین تر منیزیم نسبت به آلومینیوم قالب‌ها کمتر داغ شده و هر سیکل دای کست سریع تر انجام می‌پذیرد.
محدودیت ها[ویرایش]
به دلیل فشار زیاد مذاب در حین ورود به قالب ، همراه پودر مذاب مقدار زیادی گاز وارد می‌شود و در قطعه گیر می‌کند. گازها حل و فشرده شده و به صورت تخلخل هایی ریز درون قطعه باقی می‌مانند و عملاً بی آزار هستند ولی در صورت انجام عملیات حرارتی این تخلخل ها به صورت تاول بر روی سطح قطعه ظاهر شده و خواص قطعه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. بنابراین در این روش قابلیت عملیات حرارتی وجود ندارد.
ریخته‌گری تحت فشار پایین[ویرایش]
این روش ریخته‌گری مطابق شکل روبه رو صورت می‌گیرد. در توضیح آن می‌توان گفت که همانند نی درون نوشابه ، با بالا رفتن فشار درون نوشابه مایع به سمت بالای نی حرکت می‌کند. در اصطلاح به این روش L.P.D.C می‌گویند.[۳][۲]
به دلیل واکنش پذیری بالای منیزیم گاز کنترل شده خنثی وارد مخزن در بسته می‌گردد.
مزایا[ویرایش]
- کنترل محیط و اتمسفر
- عدم تشکیل لایه‌های اکسیدی به دلیل حرکت آرام مذاب
- هزینه کمتر برای ساخت و تعمیر دستگاه
- وجود قابلیت عملیات حرارتی به دلیل عدم گیر کردن حباب های گاز
محدودیت ها[ویرایش]
- فرایند زمان بر نسبت به ریخته‌گری تحت فشار بالا
- ضخامت های کم در این روش قابل تولید نیستند
ریخته‌گری نیمه جامد[ویرایش]
این فرایند ، مشابه فرایند تزریق پلاستیک است اما در دماهای بالاتر از تزریق پلاستیک صورت می‌گیرد. کلیت این روش بدین صورت است که گرانول منیزیم وارد دستگاه شده و در یک محفظه‌ای به صورت مارپیج به جلو حرکت می‌کند. در این حالت همزمان دمای گرانول بالا می‌رود و با رسیدن به انتهای مسیر به حالت نیمه جامد تبدیل می‌گردد. در این حالت خمیر توسط مارپیچ با فشار زیاد تزریق می‌گردد و همچنین از انجماد آن در طی مسیر جلوگیری می‌شود.
مزایا[ویرایش]
- عدم وجود مذاب منیزیم در فرایند که معنی عدم نیاز به مسائل حفاظتی است.
- مذاب مانند HDDC پاشیده نمی‌شود بلکه فشرده شده و بنابراین قابلیت عملیات حرارتی دارد
محدودیت ها[ویرایش]
- گران قمیت بودن دستگاه
- نیاز به فشار بالا
- استهلاک بالای دستگاه
- استفاده از گرانول های خاص با آلیاژ AZX912 که در آن از کلسیم به جهت افزایش مقاومت در برابر سوختن استفاده شده است. در این گرانول ها ساختار دندریتی منیزیم به ساختار کروی تبدیل شده و گران قیمت هستند. [۴]
ریخته‌گری پیوسته[ویرایش]
در این روش تولید بیلت های بزرگ منیزمی ممکن است. به دلیل اکسیداسیون شدید کنترل اتمسفر بسیار اهمیت دارد. از آنجا که منیزیم انرژی کمتری برای انجماد از دست می‌دهد ، کنترل ها بر روی زمان بسیار سخت تر می‌باشد. یکی از انواع این روش ریخته‌گری در روش Twin Roll Casting است. در این روش ریخته گری میان دو غلطک در حال گردش صورت می‌گیرد و این دو غلطک در حقیقت نقش قالب را ایفا می‌کنند که به دلیل تماس مستقیم با مذاب به صورت آبگرد حرارتشان تخلیه می‌گردد. این روش به آن جهت در منیزیم اهمیت دارد که ورق خروجی تعداد زیاد ی از سیکل های تغییر شکل را پاس کرده است و با توجه به شکل‌پذیری پایین منیزیم این روش از اهمیت بالایی برخوردار است. [۵]
جوشکاری آلیاژهای منیزیم[ویرایش]
همانطور که در مقدمه ذکر شد با توجه به ملاحظات و ویژگی‌های متالورژیکی منیزیم و آلومینیوم این دو فلز از بسیاری از جهات شبیه هم بوده و با توجه به ویژگی‌هایشان همیشه در انتخاب هر یک براساس کاربرد ، شک ها و تردیدهایی را برای طراحان به وجود می‌آورند که کدام یک برای کاربرد مد نظر مناسب تر هستند. یکی از مزیای منیزیم نسبت به آلومینیوم جوشکاری آن است. از مزایای جوشکاری منیزیم نسبت به آلومینیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- به دلیل هدایت حرارتی پایین تر منیزیم از آلومینیوم ، مشکل متمرکز کردن حرارت کمتر می‌باشد.
- قابلیت جذب هیدروژن در منیزیم از آلومینیوم کمتر است و بنابراین نگرانی در این خصوص هنگام جوشکاری وجود ندارد.
- آلیاژهایی که قابلیت جوشکاری ندارند در منیزیم کمتر است. [۱]
حفاظت از جوشکاری منیزیم[ویرایش]
در قدیم برای محافظت از سطح مذاب از نمک‌های سرباره‌ای یا FLUX استفاده می‌کردند. این روش منسوخ شده است و کسی از آن دیگر استفاده نمی‌کند.
در روش فعلی از TIG و MIG استفاده می‌کنند. همچنین محافظت از حوزچه مذاب توسط گاز آرگون صورت می‌گیرد.
جستار های وابسته[ویرایش]
- هدایت حراراتی
- جوشکاری
- آرگون
- تزریق پلاستیک
- دندریتی
- دای‌کست
- عملیات حرارتی
- سولفوریک اسید
- فولاد
- ریخته‌گری
- انایزوتروپی
- فلز قلیایی خاکی
- خوردگی گالوانیک
منابع[ویرایش]
- ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ مباحث منتخب در فناوری های پیشرفته منیزیم. اول جلد. به کوشش صادقی علیرضا و همکاران. آرون. ۱۳۹۵.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ مباحث منتخب در فناوری های پیشرفته منیزیم. دوم جلد. به کوشش صادقی علیرضا و همکاران. آرون. ۱۳۹۷.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "magnesium-die-casting" (به English).صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "extruded AZX912 magnesium" (به English).صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "magnesium-casting-metals" (به English).صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
This article "روش های تولید قطعات منیزیومی مبتنی بر انجماد" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:روش های تولید قطعات منیزیومی مبتنی بر انجماد. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
