چكيده :

در تحقيق حاضر تاثير انواع متغير هاي ريخته گري را بر روي ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم مطالعه و بررسي شده است. تحقيقات نشان داده است كه عوامل متعدد و روشهاي گوناگوني جهت ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم وجود دارد. بطور عمده به سه روش گرمايي (1-سرعت سرد كردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شيميايي (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و ديناميكي (1-لرزانش 2-حبابهاي گازي 3-پوششهاي فرار) تقسيم بندي مي شوند. در پروژه حاضر عوامل و روشهاي گوناگون به طور مطلوبي بررسي شده و يكي از روشها كه لرزانش مذاب است بطور عملي آزمايش گرديده است. به اين منظور 6 نمونه ريخته شده و مورد بررسيهاي ماكروسكوپي قرار گرفتند. اين بررسي ها نشان داد كه در عمليات لرزانش ريزدانگي به صورت بسيار خوبي صورت گرفته است ولي در عين حال سبب افزايش خلل وفرج شده است.

مقدمه

عموما ساختارهاي ريز دانه داراي خواص مطلوب تري از ساختارهاي درشت دانه مي باشند.به اين منظور همواره ريخته گران به دنبال يافتن روشهاي براي ريز کردن دانه ها مي باشند.اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترين روش ريز کردن دانه ها مي باشد. علاوه بر اين روش، عوامل و روشهاي ديگري نيز براي ريز کردن دانه ها وجود دارد که در شرايط خاص مورد استفاده قرار مي گيرند. اين پژوهش در پي آن است که عوامل و روشهاي گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسي نمايد. همچنين روش لرزانش مذاب در هم گام انجماد را بصورت عملي مورد آزمايش قرار دهد.

1-بررسي مقالات علمي :

روشهاي ريز کردن دانه بندي آلياژهاي آلومينيوم بطور عمده به سه روش گرمايي (1-سرعت سرد كردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شيميايي (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و ديناميكي (1-لرزانش 2-حبابهاي گازي 3-پوشش هاي فرار) تقسيم بندي مي شوند، که در زير به تفکيک مورد بررسي قرار مي گيرند.

1- 1- روشهاي گرمايي:

1-1-1- تاثير سرعت سرد كردن بر اندازه دانه:
سرعت سرد شدن به عنوان يك پارامتر مهم در انجماد قطعات ريختگي همواره مورد توجه بوده است . سرعت هاي انجمادي مختلف باعث تغيير ريز ساختار ، اندازه دانه ، مورفولوژي سيليسيم يوتكتيكي ، فاصله بين بازوهاي دندريت و فازهاي بين فلزي و بطور كلي خواص مكانيكي آلياژ هاي آلومينيم مي گردد .
براي بررسي اثر سرعت سرد كردن دو گونه آزمايش انجام شده است. تعدادي با استفاده از نمونه پله اي جهت بررسي اثر ضخامت هاي مختلف (سرعتهاي مختلف سرد شدن ) بر روي ريز دانگي و تعداد ديگري با استفاده از انواع مختلف قالب ( جنس قالب و ميزان انتقال حرارت در آن ) به بررسي اثر نوع قالب بر روي ريز دانگي پرداخته اند.
پس از بررسي نمونه ها مشاهده گرديده است با افزايش ضخامت از 5 تا 30 ميليمتر اندازه دانه ها زياد مي شود علت افزايش اندازه دانه در ضخامت هاي بالاتر افزايش زمان انجماد و كاهش سرعت سردشدن مي باشد كه منجر به ايجاد دانه هاي درشت تر در انتهاي انجماد مي گردد . با توجه به نتايج تجربي بدست آمده ( شکل (1)) مقدار افزايش اندازه دانه حدود 8 درصد مي باشد.
شکل (1) نتايج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله اي

براي بررسي اثر نوع قالب نمونه هايي در قالب هاي ماسه اي و فلزي ريخته شده و نتايج حاصل را بر روي اندازه دانه در جدول (1) مشاهده مي كنيم:
جدول (1)تاثير سرعت سرد شدن با تغيير نوع قالب و دماي فوق گداز بر روي اندازه دانه هاي نمونه هاي آلومينيومي ريخته شده:

شماره نمونه	درجه حرارت ريختن	نوع قالب	اندازه ي متوسط دانه(mm)
1	750	فلزي	1.3 mm
2	750	ماسه اي	4.2 mm
3	850	فلزي	دانه هاي ستوني3 mm
4	050	ماسه اي	6 mm

1-1-2 اثر فوق ذوب بر ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم:
دماي فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومينيومي مي گردد. در صورتي كه فوق گداز زياد باعث درشت دانگي مي گردد. به خلاصه نتايج آزمايشات تجربي در جدول (1) توجه کنيد
1-1-3- تاثير فشار در ريز كردن دانه ها :
با افزايش فشار نقطه ذوب اكثر آلياژها در يك دماي مطلق افزايش يافته بنابراين با افزايش فشار يك مادون انجماد حرارتي بوجود آمده و سرعت جوانه زني به شدت افزايش مي يابد و از طرف ديگر با افزايش فشار فاصله هوايي ميان قالب و مذاب از ميان رفته سرعت انتقال حرارت افزايش يافته و يك ريز دانگي نسبتا مطلوبي را مي توان حاصل مي شود.

1- 2- روشهاي شيميايي

1-2-1- ريز دانگي با استفاده از ريز كننده ها Ti)،B، Zr، (Sc:
افزايش برخي عناصر آلياژي،بدون آنكه تاثير قابل ملاحظه اي از نظر آلياژي كردن داشته باشند،باعث ريز شدن دانه ها مي شوند .
ريز كننده ها ذرات معلق در مذاب هستند كه مانند هسته هاي غير يكنواخت در انجماد عمل مي كنندوبا افزايش مراكز جوانه زني موجب كوچك و يكنواخت شدن دانه ها مي شوند .نقطه ذوب بالا ،شباهت ساختمان كريستالي ونزديكي ابعاد سلولي آن به ساختمان جامد آلومينيوم، قابليت چسبندگي وآغشته پذيري بالااز مشخصه هاي عمومي اين ذرات است.
نتايج حاصل از آزمايشات حاکي از اين است که استفاده ازTi در حد 1/0 تا 15/0 درصد، جهت ريزدانگي آلياژهايAl موثر است. آزمايشات بيشتر نشان داد که B اثر بيشتري در ريز کردن دانه نسبت به Ti دارد. اين نتيجه زماني معکوس ميشود که Al خالص يا آليازهاي بالاي 98%Al ريخته شود.
اضافه کردن Zr و Sc به صورت مجزا و يا ترکيبي در آلياژهاي 356 نتايج مشابهي نسبت به Ti و B داشته است. Zr در محدوده %3/0- %1/0 بهترين رسوبات وذرات اينترمتاليک را براي جلوگيري از رشد دانه ها و بازيابي آنها در آلياژهاي کارشده Al دارد. افزودن Zr در آلياژهاي ريختگي Al مفيد بودن آنرا برروي ريزدانگي ثابت مي کند اما تاثيركمتري نسبت به Ti دارد . Zr را مي توان به صورت آميژان Al- Zr ويا Zr اسفنجي اضافه نمود .افزايش واندازه گيري باقيمانده بعد از عمليات ريزدانگي به عمل ذوب و عملياتي نظير گاززدايي و زدن فلاکس بستگي دارد . بطور کلي مي توان گفت که تاثير همه ريز کننده ها با غلظت تغيير مي کند . Sc در محدوده 75/0- 39/. درصد و Zr در محدوده 69/0 - 37/0 درصد ريز کننده مي باشند.
گزارشات نشان ميدهند که Sc بر روي ريزدانگي آلياژهاي کار شده Al موثر است وسبب بهبودي خواص مکانيکي آنها مي شود. در سال 1971 مشخص شد که افزايش 5 – 01 /0 درصد از Sc در آلياژهاي کار شده Al سبب بهبود خواص فيزيكي و خواص کششي آن مي شود . همچنين نشان داده شده که با انتخاب شرايط دما و زمان جهت عمليات پيرسازي Sc در Al ترکيب مي شودو فاز AL3 Sc شكل گرفته و پايدار مي شود که رسوباتي کاملا کروي شکلي تشکيل مي دهند . طبق گزارشات Sc سبب افزايش پراکندگي و نيز افزايش استحکام ريزدانگي ونيز جلوگيري از تبلور مجدد مي شود . مسلما کاربرد آن مخصوصا در کشش هاي عميق و قطعات کار شده سبب افزايش استحکام تا بالاي 50% استحکام آلياژهاي Al مي شود. بنابر اين سبب بهبودي داکتيله و کاهش و حذف ترکهاي گرم در اغلب آلياژهاي Al خواهد شد.
1-2-2- استفاده از پودر فلزات بعنوان جوانه زا:
در اين روش آلياژ 7075به عنوان آلياژ مبدا و با توجه به عناصر موجود در اين آلياژ از پودر آلومينيوم، پودر برنج30-70 و پودر آلومينيوم-برنز(10-90) استفاده به عمل آمده است. در زمان ذوب اقدامات لازم براي جلوگيري از آلودگي مذاب انجام گرفت و پس از ذوب با توجه به كنترل دما در محدودهء oC750 با استفاده از قرصهاي C2Cl6انجام گرفته و دردماي حدود 10oC+720 جوانه زني بر حسب ضرورت انجام گرفته است، با كنترل صحيح زمان نگهداري نشان داده شده است که اندازه دانه ها در اين روش ريز كردن ، با تلقيح ساير مواد جوانه زا يكي مي باشد وبطور كل به دليل كم بودن زمان ميرايي و حل شدن سريع اين جوانه ها در مواردي كه زمان سرعت ريخته گري بالا است و زمان ميرايي نداريم از اين روش ميتوان استفاده نمود.

1- 3- روشهاي ديناميكي

1-3-1- بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر روي ريز دانگي آلياژهاي آلومينيم :
بررسي هاي به عمل آمده بيانگر مزاياي فراوان لرزانش مذاب در حين انجماد است. در اثر اين عمليات ساختار دانه بندي قطعات ريختگي از حالت ستوني به محوري ظريف تبديل مي گردد. البته اثرات قابل توجه اين عمليات بر اصلاح و ظريف سازي ساختار دانه بندي در شرايطي حاصل مي گردد كه مذاب در حال انجماد به مدت زمان نسبتا زياد تحت عمليات لرزانش مكانيكي قرار گيرد .
اثرات قابل ملاحظه لرزانش مذاب بر ساختار ميكروسكوپي ناشي از ايجاد جريانات شديد داخلي در مذاب است. با شروع انجماد جوانه هاي منجمد شده عمدتا در نزديكي ديواره هاي قالب جمع مي گردند. از طرفي در شرايط طبيعي رشد دندريتي از ديواره ها شروع وبه سمت مناطق داخلي پيش مي رود . لرزانش مذاب از يك سو سبب توزيع جوانه هاي منجمد شده در همان شروع انجماد به سمت مناطق داخلي و مركزي مي گردد . از طرفي تشكيل مجدد جوانه ها در نزديكي ديواره ها به دليل انتقال حرارت شديد در اين مناطق براي ادامه انجماد ضروري است. در واقع لرزانش مذاب با جلو گيري از تجمع جوانه ها در نزديكي ديواره هاي قالب از رشد آنها جلوگيري كرده و سبب مي گردد كه انجماد با تعداد بسيار بيشتري از جوانه هاي توزيع شده در مناطق مختلف قطعه شروع و ادامه يابد كه اين خود سبب ظريف شدن ساختار ميكروسكوپي وماكروسكوپي مي گردد. از طرفي لرزانش مذاب با اعمال نيروهاي شديد داخلي در مذاب سبب خرد شدن بازوهاي دندريتي در حال رشد مي گردد اين عمل سبب توزيع بيشتر و بهتر و افزايش قابل توجه تعداد جوانه هاي جامد در مذاب در حال انجماد گرديده و عمليات لرزانش مذاب از اين طريق نيز سبب افزايش سرعت جوانه زني و نهايتا ظريف سازي ساختار مي گردد . همچنين ارتعاشات بوجود آمده سبب بوجود آمدن يك موج سينوسي در مذاب مي گردد كه اين امرخود باعث افزايش فشار در برخي از نقاط در داخل مذاب شده و افزايش فشار طبق معادله كلاسيوس كلاپايرون باعث افزايش نقطه ذوب در برخي از نقاط شده و در يك دماي مطلق سبب بوجود آمدن يك مادون انجماد حرارتي در مذاب در حال انجماد شده كه اين نيز به نوبه خود در تشكيل جوانه و ايجاد ساختاري با دانه هاي ريز مؤثر مي باشد. لرزانش مذاب همچنين با افزايش انرژي داخلي مذاب و حركت بهتر سيال سبب بهبود شرايط در مذاب رساني به منظور جبران تخلخل هاي انقباضي مي گردد و از اين طريق سبب كاهش تخلخل در قطعات ريختگي مي گردد. البته به منظور رسيدن به بهترين شرايط از نظر كاهش تخلخل مي بايست پارامترها در لرزانش مذاب در شرايط بهينه تنظيم گردند . بر اساس تحقيق به عمل آمده در بسياري از موارد افزايش شديد دامنه ارتعاشات در لرزانش مذاب آلياژهاي Al - Si مي تواند بجاي كاهش تخلخل سبب افزايش تخلخل گردد.
منبع:www.castingboys.blogfa.com
/س