مروری بر آمیژان ها و کاربرد آنها در صنعت ذوب و ریخته گری

مروری بر آمیژان ها و کاربرد آنها در صنعت ذوب و ریخته گری

آمیژان ها(master alloys)  و مواد افزودنی به فلزات

آمیژان یک فلز پایه مانند آلومینیوم ، مس یا نیکل است که با درصد نسبتاً بالایی از یک یا دو عنصر دیگر ترکیب می شود.آمیژان ها و افزودنی ها جهت آلیاژ سازی را می توان در حالت کلی به مواردی نظیر، اضافه کننده یا افزایش دهنده عنصر مورد نظر در آلیاژ(آلیاژ ساز)، ریز کننده های دانه(grain refiner)، سخت کننده ها(hardeners) ، اکسید زداها(deoxidants) (در قسمت آمیژان های توضیحات تخصصی آورده شده است) که به مذاب یا پودر فلزات جهت ایجاد یک آلیاژ خاص، بهینه سازی مذاب یا تغییر مشخصات فرایند افزوده می شوند ،  اطلاق نمود

عناصر آلیاژ ساز موجود در آمیژان ها، به عنوان افزودنی هایی جهت بهینه سازی فرایند تولید آلیاژدر تولید مذاب شمش های اولیه(primary)، مذاب در فرایند ریخته گری و تولید مخلوط پودر فلزات استفاده می شود.

 

فواید آمیژان ها و افزودنی های آلیاژ ساز

آمیژان ها

آمیژان یک ترکیب پیش آلیاژ شده(معمولا به شکل شمش، مفتول، میله و …) یا ترکیبی از عناصر آلیاژ ساز(مانند قرص ها) می باشد که برای افزودن عناصر آلیاژی اصلی و عمده به فلز پایه مورد استفاده قرار می گیرد. آمیژان یک محصول نیمه ساخته می باشد(semi-finished) که به عنوان ماده اولیه توسط صنایع مرتبط با ذوب و فراوری فلزات مورد استفاده قرار می گیرد.

آمیژان ها برای افزودن مقادیر کم از ترکیبات با اختلاف نقطه ذوب زیاد ضروری هستند به این دلیل که افزودن فلز خالص با اختلاف نقطه ذوب زیاد  به مذاب از نظربازده انرژی و عملکرد فلز می تواند ناکارآمد باشد. به عنوان مثال ، افزودن مقادیر کمی از  مس خالص (نقطه ذوب 1083 درجه سانتیگراد) به مذاب آلومینیوم (نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد) به حرارت دادن کل مذاب آلومینیوم بالای 1083 درجه سانتیگراد نیاز دارد. آمیژان 50-50 مس و آلومینیوم حرارت دادن غیرضروری کل مذاب آلومینیوم را از بین می برد و اجازه می دهد درصد صحیح این آلیاژ در دمای بسیار پایین به مذاب آلومینیوم اضافه شود. آمیژان ها همچنین موثرترین روش برای افزودن مقدار کنترل شده فلزات خاکی کمیاب به سیستم های پیچیده تر آلیاژ هستند. به عبارتی آمیژان ها به کنترل میزان اکسیژن درون آلیاژ کمک می کنند ،در نتیجه فلزاتی را که به طور معمول در جو اکسید می شوند ، به مقدار متناسبی به مذاب اضافه می کنند. .  در ادامه به انواع آمیژان های مورد استفاده در صنعت ریخته گری بر اساس نوع کاربرد و عملکرد آنها می پردازیم

بهبود دهنده ها(Metallographic Modifiers)

اصلاح کننده ها یا بهبود دهنده ها(modifiers) جهت ایجاد تغییر خاص در ساختار آلیاژ به منظور دست یابی به خواص بهینه مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرند. به این نوع آمیژان ها بهبود دهنده های متالورژیکی نیز گفته می شود . یکی از معمول ترین و معروفترین نوع این آمیژان ها ، آمیژان آلومینیوم – استرانسیوم (AlSr)  می باشد که به صورت گسترده ای در آلیاژ های (Al-Si) جهت اصلاح ساختار آلیاژ مورد استفاده قرار می گیرد.

اضافه کننده عناصر آلیاژی یا آلیاژ سازهاElements Additives)  )

درحالت کلی اضافه کننده های عناصر آلیاژی به دلایل زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

  • به دست آوردن ریز ساختار یکنواخت. ساختارهای ریزدانه و یکنواخت آلیاژهای آلومینیوم، با کنترل دقیق فرآیند آلیاژ سازی و مورفولوژی متالوگرافی به دست می آیند
  • . ترکیبات شیمیایی دقیق و پایدار. مقدار عناصری که فعالیت شیمیایی بالایی دارند، همچنین تمایل بالایی به جدایی و رسوب(segregation) در حین فرایند ذوب و ریخته گری دارند را می توان به دقت کنترل کرد.
  • عملکرد خوب، نقطه ذوب کم و میزان بازیابی بالا: این ویژه گی می تواند امکان افزودن عنصر آلیاژی در دمای پایین و ذوب سریع را تحقق بخشد و بنابراین زمان فرایند را کاهش داده و کارایی تولید و کیفیت محصول را بهبود بخشد.

ریز کننده های دانه(Grain Refiners):

مزایای استفاده از ریز کننده های دانه در فرایند تولید عبارتند از:

  • ریزساختار یکنواخت، تاثیر قابل ملاحظه و بازده بالا: هسته ها پس از اضافه کردن ریزکننده های دانه به طور یکنواخت در فلز مایع تشکیل می شوند یعنی ریز کننده های دانه بر این اساس می توانند حداکثر تاثیر را در کمترین زمان داشته باشند. به عنوان مثال ریزکننده های دانه می توانند اندازه دانه آلومینیوم خالص را از 20،000 میکرون تا 120 میکرون به منظور بهبود قابلیت کار بر روی آن، ویژگی های مکانیکی آلیاژ آلومینیوم و پایداری کیفیت محصول، اصلاح کنند.
  • اثر طولانی مدت ریزکنندگی دانه و به تعویق افتادن کاهش این اثر

حذف کننده عناصر ناخالصی Purification Products

این آمیژان ها جهت حذف یک یا چند عنصر ناخالی(مضر بر روی خواص مکانیکی یا فیزیکی آلیاژ) به کار می روند. مهمترین آمیژان در این گروه، آمیژان آلومینیوم – بور (AlB) می باشد. با افزودن آمیژان بور به مذاب حاوی ناخالصی، بوریدهای آلومینیوم به داخل مذاب آزاد شده و آماده واکنش با ناخالصی های محلول می باشند. در نتیجه واکنش با عناصری نظیر وانادیم و تیتانیوم و حذف این عناصر از مذاب، هدایت الکتریکی به مقدار قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

انتخاب آمیژان

هنگام انتخاب آمیژان یا مواد افزودنی آلیاژی بایستی به مواردی همچون عملکرد خاص آن به عنوان افزودنی یا اصلاح کننده ، فرم و خلوص آن در نظر گرفته شود به عنوان مثال در کاربردهایی نظیر ریخته گری پیوسته آلومینیوم جهت تولید ورق، بیلت و مواردی نظیر آن، با توجه به نیاز مداوم به افزودن آمیژان آلومینیوم – تیتانیوم – بور( معمولا AlTiB5/1) از آمیژان مذکور ب صورت مفتول استفاده شده و توسط دستگاه شارژ کننده مفتول به مذاب(Rod Feeder)  ، آمیژان مفتولی شکل با نرخ ثابت به مذاب در مسیر کانال تزریق می شود.

سیسیتم های آلیاژی

هنگام کار با یک فلز خاص ، مهم است که بدانید چه موادی می تواند با آن آلیاژ شود تا از انتخاب مناسب آلیاژ اطمینان حاصل شود.

آلومینیوم یک فلز سبک ، غیر آهنی با مقاومت در برابر خوردگی ، شکل پذیری و استحکام مناسب است. آلیاژهای معمول آلومینیوم با ترکیب با عناصری شامل مس ، منیزیم ، منگنز ، سیلیکون و روی تولید می شود. عناصر دیگری که می توانند با آلومینیوم آلیاژ شوند عبارتند از: نیکل ، قلع ، وانادیوم ، مولیبدن ، کروم ، تیتانیوم ، آنتیموان ، بیسموت ، بور ، کلسیم و کبالت.

آهن یک فلز نرم و مغناطیسی است که می تواند با مقادیر مختلف از کربن ترکیب شده و فولاد تولید کند. عناصر آلیاژی دیگری که علاوه بر کربن با آهن جهت آلیاژ سازی ترکیب می شوند شامل منگنز ، کروم ، مولیبدن ، وانادیوم ، تنگستن ، کبالت ، سیلیکون و نیکل است همچنین  عناصر دیگری که می توانند با آهن آلیاژ شوند عبارتند از تیتانیوم ، مس ، کلسیم ، فلزات کمیاب ، زیرکونیوم ، نیوبیوم ، سلنیوم ، تانتالیم ، گوگرد ، فسفر و ازت.

کبالت یک فلز مغناطیسی غیر آهنی با استحکام و مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون عالی و مقاومت در برابر درجه حرارت بالا است. آلیاژهایی که معمولاً به کبالت اضافه می شوند شامل کروم ، نیکل ، مولیبدن ، آهن ، تنگستن ، آلومینیوم ، منگنز ، سیلیکون و تیتانیوم هستند. عناصر دیگری که می توانند با کبالت آلیاژ شوند عبارتند از وانادیوم ، بور ، گوگرد ، بور ، کربن و فسفر.

مس یک فلز نرم ، رسانا ، غیر آهنی با مقاومت در برابر خوردگی ، شکل پذیری و استحکام خوب است. عناصر  اصلی که با مس تشکیل آلیاژ می دهند شامل روی (آلیاژهای برنج) ، قلع (آلیاژهای برنز) ، آلومینیوم ، نیکل ، تنگستن ، طلا ، نقره و منگنز است. از دیگر عناصر تشکیل دهنده آلیاژ با مس می توان به سرب ، آرسنیک ، آنتیموان ، بیسموت ، کروم ، کبالت ، آهن ، منیزیم ، سیلیسیم ، فسفر ، تیتانیوم ، وانادیوم و زیرکونیوم اشاره کرد.

منیزیم یک فلز غیر آهنی با چگالی کم ، دارای شکل پذیری خوب ، مقاومت متوسط و مقاومت در برابر خوردگی مناسب است.گروه های آلیاژهای اصلی منیزیم شامل آلومینیوم ، روی ، مس ، نقره و زیرکونیوم است.

مولیبدن یک فلز نسوز با نقطه ذوب بسیار بالا و چگالی نسبتاً زیاد است. مولیبدن بعنوان یک فلز پایه معمولاً با تیتانیوم ، زیرکونیوم و کربن آلیاژ می شود. همچنین می تواند با تنگستن آلیاژ شود.

نیکل یک فلز غیر آهنی با استحکام و مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی عالی و ویژگی های درجه حرارت بالا است. آلیاژهای معمول نیکل شامل کروم ، مس ، آلومینیوم ، منگنز ، مولیبدن ، سیلیسیم ، آهن ، روی ، سیلیکون ، کبالت و منیزیم است. از دیگر آلیاژهای احتمالی نیکل می توان به تنگستن ، تیتانیوم ، کربن ، نیوبیوم ، فسفر ، تانتالوم ، لانتانیم ، بور و کلسیم اشاره کرد.

تیتانیوم یک فلز غیر آهنی با مقاومت در برابر خوردگی عالی ، خواص خستگی خوب و نسبت قدرت به وزن بالا است. عناصر موجود در آلیاژهای پایه تیتانیوم معمولاً شامل آلومینیوم ، قلع ، مولیبدن و وانادیوم هستند و همچنین می توانند شامل کروم ، منگنز ، سلنیوم ، آهن ، سیلیکون ، کلمبیوم ، تانتالوم ، زیرکونیوم و ازت باشند.

روی فلزی با نقطه ذوب نسبتاً کم و رنگی است که به طور گسترده ای در تولید اجزای قالب های ریخته گری استفاده می شود. آلیاژهای اولیه روی شامل آلومینیوم ، قلع ، منیزیم ، مس و آهن هستند. سایر عناصر آلیاژی احتمالی عبارتند از سرب ، کادمیوم ، سیلیسیم ، سریم ، آنتیموان ، کبالت ، تیتانیوم و وانادیوم.

عملکرد آلیاژ

آلیاژهای اضافه شده به مذاب یا پودر فلز پایه را می توان به عنوان آمیژان یا مواد افزودنی آلیاژی طبقه بندی کرد. این محصولات بیشتر با عملکرد خاصی که انجام می دهند قابل تفکیک و انتخاب هستند.

اصلاح کننده ها شامل هر ماده ای هستند که به منظور افزایش یا تغییر خصوصیات خاص به مذاب یا آلیاژ اضافه می شوند.  این خصوصیات شامل مقاومت در برابر خوردگی ، سیالیت ، قابلیت تراش ، شکل پذیری ، پایداری ، استحکام ، سختی و قابلیت جوش پذیری است.

اصلاح کننده های میکروآلیاژ افزودنیهایی هستند که در مقادیر کم اضافه می شوند و تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات یا فرایند دارند. به عنوان مثال ، افزودن عناصر خاکی کمیاب (RE) در مقادیر کم می تواند به طور چشمگیری انرژی سطح را تغییر داده و نفوذ ذوب در حوضچه مذاب جوش ، تصفیه ساختار دانه و مورفولوژی نقص های ساختاری را تغییر دهد.

عوامل از بین برنده اکسیژن(اکسیژن زدا ها) مانند آلومینیوم ، سیلیکون یا کلسیم به ذوب فولاد یا آلیاژ آهن اضافه می شود تا اکسیژن مذاب را جذب کند .در تولید فولاد ،فرایند اکسژن زدایی (Killing)  از هرگونه واکنش اضافی بین کربن و اکسیژن جلوگیری می کند ، در نتیجه مقدار کربن را در مقدار مورد نظر حفظ می کند. . فولادهای ناآرام ، یا نیمه آرام دارای دامنه ترکیب بیشتری در حین فرایند ریخته گری شمش خواهند بود.

عوامل گوگردزدایی باعث کاهش مقدار گوگرد یا کنترل مورفولوژی گوگرد در یک فولاد یا آلیاژ می شوند. گوگرد تمایل به نفوذ به مرز دانه ها دارد ، در نتیجه در اثر فرآیند کار گرم ، در فولاد یا آلیاژهای آهن شرایط شکننده ایجاد می شود. افزودن منگنز به آلیاژهای فولاد یا آهن ، سولفیدهای منگنز را تشکیل می دهند که ماهیت آنها  کروی شکل است و در نتیجه باعث تقویت مرزهای دانه می شود.

ریزکننده دانه ها ، جوانه زاها ها یا عوامل جوانه زا با فراهم آوردن نقاط زیادی برای شروع رشد کریستال ها در حین انجماد ، تبلور سریع و اندازه کریستال ریز را افزایش می دهند.

تلقیح کننده ها و کروی سازها به چدن ها اضافه می شوند و گرافیت کروی شکل تشکیل می دهند و در نتیجه چدن شکل پذیر می شوند. درصورت عدم استفاده از کروی کننده ها ، پوسته های گرافیت تشکیل می شوند که منجر به چدن شکننده تر می شود.

شکل

آمیژان ها و مواد افزودنی آلیاژی به طور کلی به صورت صفحه وافل ، شمش ریخته گری ، قطعات شمش برش خورده در اندازه های مختلف، مفتول ، قرص و  یا پودر بر اساس نیاز مشتری تولید می شوند. لذا خریدار بایستی بر اساس شرایط کاری خود راحت ترین فرم محصول را برای سیستم یا روند خود در نظر بگیرد.

خلوص و کیفیت

خلوص معیاری برای میزان تصفیه فلز یا آلیاژ است. هر عنصر اضافی در آلیاژ را می توان ناخالصی دانست. محصولات معمولاً حاوی مقادیر کمی ناخالصی مانند اکسیژن یا گوگرد هستند. گرچه این سطحها گاهی اوقات ناچیز هستند ، اما هنگام تولید یا انتخاب آلیاژ باید آنها را کنترل کرد ، زیرا مقادیر کمی از برخی عناصر می توانند تأثیرات مهمی بر کیفیت و آلیاژهای آلیاژ داشته باشند. کیفیت کلی آمیژان ها تا حد زیادی به کیفیت مواد اولیه مورد استفاده در تولید آن بستگی دارد.


اشتراک گذاری :



مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *