"معرفی اولیه" :

 چدن با گرافیت فشرده و یا ""Compacted Graphite Cast Iron محدوده ای از چدنها هستند که از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بین چدنهای خاکستری و داکتیل قرار دارند و به دلیل دارا بودن ترکیبی از استحکام، هدایت حرارتی بالا و قابلیت ریخته گری مناسب مورد توجه ریخته گران قرار گرفته است. کارآیی CGI در اکثر موارد کاربردی مورد تایید قرار گرفته است، اما تولید انبوه این نوع چدن به علت تغییرات وسیع ریز ساختار و به خاطر به کار بردن تیتانیم برای تثبیت ساختار گرافیت فشرده، محدود شده بود.[1]

" منظور از چدن با گرافیت فشرده این است که چدن عاری از گرافیت ورقه ای و دارای 20% گرافیت کروی و 80% گرافیت فشرده باشد".[2]

در حقیقت پیدایش چدنهای با گرافیت فشرده شاید به طور اتفاقی در جهت ایجاد گرافیتهای کروی حاصل شده باشد.

در واقع  هنگام تولید چدنهای نشکن در مواردی که مقدار منیزیم کم بوده این ساختار گرافیت پدید آمده و محققین با این ساختار گرافیت مواجه شدند و کم کم به فکر بازرسی بیشتر این ساختار و یافتن خواص آن افتادند.

تولید صنعتی این چدنها برای مصارف صنعتی در سال 1965 و توسط R.D.Schelleng پتنت شد.

ولی قابل توجه اینکه امروزه طراحان موتور با افزایش میزان فشار اشتعال در داخل موتور موفق به بهبود کارکرد موتور، کاهش میزان مصرف سوخت و آلاینده ها شده اند. به همین خاطر در ساخت موتورها بایستی از مواد با استحکام بالا استفاده شود که چدن خاکستری جوابگوی این مسیله نیست.

چدن داکتیل نیز به خاطر هدایت حرارتی پایین آن مورد توجه قرار نگرفته است. چدن با گرافیت فشرده تنها نوع چدن است که هم خاصیت استحکام و هم هدایت حرارتی بالا را دارا می باشد. امروزه شرکت اتومبیل سازی  Ford پیشتاز در امر تولید موتور از جنس CGI است.

بدنه و سر سیلندر موتور مستلزم ایجاد ساختار تقریبا یکنواخت گرافیت و عدم استفاده از تیتانیم به علت تضعیف خاصیت ماشینکاری آن است.

 بعضی از نمونه هایی کاربردی CGI  عبارتند از : "مانیفلد خروجی دود، سر سیلندر، بدنه موتور، اجزای سیستم ترمز و قطعات مقاوم به خستگی حرارتی".[1]

ریز ساختار " : "CGI

 گرافیتها در چدن CGI به صورت کرمی شکل (Worm-Shape ) دیده می شوند این ذرات مانند گرافیتهای ورقه ای در جهات تصادفی آرایش یافته اند با این تفاوت که نسبت به آن کوتاهتر و ضخیم تر و گوشه های آن گرد می باشد.( در شکل 1 و 2 نمونه ای از این ساختار دیده می شود.)

شکل1: شکل گرافیت های فشرده با  10 % کرویت در متالوگرافی

شکل 2: تصویر سه بعدی از مورفولوژی گرافیت[2]

 با  این که ذرات کرمی شکل (worm shape) به حالت دو بعدی به صورت مجزا دیده می شوند ولی در حالت سه بعدی با گرافیت های کناری خود در فاز زمینه مرتبط هستند.

مورفولوژی پیچیده مرجانی شکل این نوع گرافیتها همراه با گوشه های گرد سطح نا صاف، منجر به چسبندگی قوی ذرات با فاز زمینه می گردد که به خاطر همین مسئله از شروع و اشاعه ترک جلوگیری می کند و موجب بهبود خواص مکانیکی می گردد.

 در شکل 3 می توانید چگونگی مورفولوژی گرافیت را در سه نوع چدن خاکستری،  گرافیت فشرده و نشکن مورد بررسی قرار دهید.

شکل 3: عکس های SEM از گرافیتهای کروی، فشرده و خاکستری[1]

حضور گرافیت های کروی در ریز ساختارهای چدنهای CGI اجتناب ناپذیر می باشد. با افزایش میزان گرافیت کروی، استحکام و سختی افزایش ولی قابلیت ریخته گری، ماشینکاری و هدایت حرارتی کاهش می یابد. فاز زمینه این نوع چدنها بر حسب نوع مصارف آن و خواص مورد نظر قطعه می تواند کاملا پرلیتی، فریتی و یا مخلوطی از هر دو باشد.

یکی از مهمترین مسایل در ارتباط با این چدن تعیین میزان فشردگی و درصد کروی شدن است. می توان از فرمولهای معتبر نیز برای تعیین میزان درصد گرافیت کروی در مقطع خاصی از قطعه استفاده کرد، در معادله زیر می توان با استفاده از مساحت گرافیتهای کروی به کل مساحت گرافیتها ، درصد کرویت را تعیین کرد.

ترکیب شیمیایی:

 مشخصات و خواص چدن با گرافیت فشرده در دامنه وسیعی از کربن معادل هیپویوتکتیک یعنی 7/3% و تا هایپر یوتکتیک یعنی 7/4%، با میزان کربن 4-1/3%  و میزان سیلیسیم 3-7/1% تعریف شده است .

 با مقدار سیلیسیم ثابت، انتخاب کربن معادل پایینتر احتمال تبریدی شدن را افزایش می دهد و باعث شمارش ندول کمتری می گردد. با مقدار کربن معادل ثابت، مقدار سیلیسیم بالاتر، تعداد گرافیتهای کروی را افزایش می دهد. مقدار کربن و سیلیسیم بهینه را می توان از روی شکل زیر انتخاب نمود:

 شکل 4: تعیین میزان سیلیسیم و کربن بهینه برای تولید CGI

کربن معادل بهینه بایستی بر مبنای ضخامت قطعه انتخاب شود، برای این ضخامت معین، کربن معادل بالاتر ایجاد گرافیت شناور و کربن معادل پایین تر تمایل به تبریدی شدن را افزایش می دهد.

برای ضخامت های 10-40 mm، ترکیبات یوتکتیک (CE=4.3) توصیه می شود تا خواص مطلوبی در قطعه به دست آید . مقدار منگنز می تواند 0.1-0.6% باشد. فسفر باید پایین تر از 0.06% باشد چون میزان بالاتر از آن باعث کاهش چقرمگی می شود.

 هر چند چدن CGI با درصد گوگرد بالا حدود (0.07-0.12%) تولید شده است، اما احتمالا کاهش گوگرد به 0.01-0.025% اقتصادی تر می باشد. چنانچه مقدار گوگرد زیاد باشد مصرف آلیاژ افزایش می یابد. در ضمن وضعیت ترکیب شیمیایی نیز دگرگون می گردد زیرا عناصر مخصوص عملیات باید با گوگرد باقیمانده متوازن گردد. مقدار گوگرد باقیمانده پس از عملیات حدود 0.01-0.02% خواهد بود. به منظور حصول اطمینان از تشکیل گرافیتهای فشرده (کرمی شکل) لازم است همانند فرآیند تولید چدن نشکن از عناصری برای عملیات چدن سازی استفاده گردد. این عناصر عبارتند از"منیزیم، عناصر نادر خاکی ( سریم، لانتانیم و غیره) ، کلسیم، تیتانیم و الومینیوم".

 ذوب:

مواد مورد نیاز برای تولید چدن CGI در اصل همانند موادی می باشند که برای تولید چدن SG به کار می روند. برای ذوب کردن چدن CG از کوره های القایی ، کوپل، قوس الکتریکی استفاه می شود. نیازمندیهای مربوط به مواد، گرم نمودن زیاد و گوگرد زدایی قبل از آماده نمودن نهایی ذوب، مشابه چدن نشکن است. تهیه مذاب برای ساختن قطعات چدنی با گرافیت فشرده به کمک فرو سیلیس منیزیم انجام می گیرد.

حضور عناصر خاکی نادر در کنار آلیا‍ژ فروسیلیس منیزیم باعث افزایش فشردگی گرافیت و در نتیجه باعث ایجاد خواص مکانیکی بهتر می شود.

روش های مختلفی برای تولید چدن گرافیت فشرده در صنایع ریخته گری ابداع شده است. متداولترین روش عملیات مذاب پایه با عناصر کروی کننده مانند     "Ce ,Mg" و ضد کروی کننده مانند" " Sn ,Ti ,Al می باشد. استفاده از عناصر آلومینیوم و تیتانیم و قلع موجب تشکیل کاربید و پرلیت در قطعات صنعتی می شوند که بایستی برای ماشینکاری بهتر دارای زمینه فریتی باشند.

"عملیات ذوب":

 مهمترین روشهای تولید چدن CG می تواند به قرار زیر طبقه بندی گردند:

1-   عملیات ذوب با آلیاژهای منیزیم

2-   عملیات ذوب با آلیاژهای فشرده کننده و همچنین آلیاژهای مانع فشرده شدن گرافیتها

3-   عملیات ذوب با آلیاژهایی که پایه آنها فلزات نادر خاکی یا آلیاژهای نادر خاکی –منیزیم می باشد.

4-  عملیات بر روی چدن اصلی حاوی مقادیر نسبتا بالایی از عناصر گوگرد و آلومینیوم همراه با الیاژهای حاوی عناصر فشرده کننده گرافیت.

هنگامیکه منیزیم باقیمانده 0.013-0.022%  کنترل و ثابت گردد در این صورت چدن CG حاصل می شود. کنترل مقدار منیزیم  در حد فوق هنگام عملیات در پاتیل مشکل می شود زیرا چنانچه مقدار منیزیم باقیمانده از مقدار فوق افزونتر شود چدن نشکن حاصل گردیده و در صورتی که این مقدار کاهش یابد چدن به دست آمده چدن خاکستری خواهد بود.

"مواد قالبگیری":

 همانند جدن نشکن از کلیه موادی که برای تولید SG به کار گرفته می شود در این زمینه نیز می توان استفاده کرد. این مواد عبارتند از ماسه مخلوط با بنتونیت، ماسه با سیمان و ماسه با رزین .

مواد مذاب چدنهای گرافیت فشرده حساسیت بیشتری نسبت به جذب گوگرد از قالب نسبت به مواد مذاب چدن نشکن دارد. بر خلاف چدن نشکن چدن CG نباید بیش از اندازه عملیات گردد. هنگام استفاده از ماسه رزینی بازیابی شده ، با اسید پاراتولو سولفونیک (PTS) به عنوان کاتالیست سخت کننده باید دقت زیادی معطوف گردد  چون باعث افزایش میزان گوگرد جذب شده به مذاب می گردد.[1]

"خواص مکانیکی و فیزیکی":

 *سیالیت چدن بستگی زیادی به میزان کربن، سیلیسیم و دما دارد. افزون بر آن مورفولوژی انجماد در این زمینه نقش دارد . چدن با گرافیت ورقه ای دارای بهترین سیالیت می باشد و چدن نشکن از این دیدگاه بدترین وضع را دارد . همانطور که انتظار می رفت چدن CG بین این دو وضعیت واقع شده است.

 *نظر به این که چدنهای CG شکل با CE یکسان نسبت به چدنهای خاکستری دارای استحکام بیشتری می باشند. در مورد  مشخصات انقباضی این چدن باید گفت که  تولید قطعات CGI سالم و عاری از کشیدگی های ریز داخل و خارجی نسبت به چدنهای نشکن آسانتر بوده و کمی از چدنهای خاکستری مشکلتر می باشد. به علت پایین بودن مقدار انقباض که چدن CG امکان عدم استفاده از تغذیه مقدور می باشد. به این ترتیب هزینه ساخت با اصلاح مدل هنگام تبدیل مواد از خاکستری به CG کاهش خواهد یافت و می توان با همان سیستم راهگاهی بکار رفته در چدن خاکستری، چدن کرمی شکل را (گرافیت فشرده) تولید کرد. در واقع نسبت به چدن نشکن انقباض حاصل از انجماد (Shrinkage) کمتری داشته و تغذیه های محدودتری نیاز دارد که در نتیجه راندمان ریختگی ان بالاتر خواهد بود.

*چدن CG در مقایسه با چدن خاکستری دارای انعطاف پذیری و استحکام بالاتری می باشد. استحکام کششی و تنش تسلیم این چدن، کمی پایین تر از چدن نشکن بوده و بسیار بیشتر از چدن با گرافیت ورقه ای می باشد.

                      چدن کروی < مدول الاستیسیته چدن CG < چدن ورقه ای

*استحکام چدنهای با گرافیت فشرده با افزایش ضخامت کاهش می یابد.

*چون هدایت حرارتی گرافیت در چدنها بیشتر از زمینه فلزی می باشد، پس شکل، مقدار، اندازه و پراکندگی گرافیت های موجود در چدن نقش تعیین کننده در کنترل هدایت حرارتی دارد. در چدنهای نشکن که گرافیت کروی و منفصل دارند، هدایت حرارتی کمتر است.

*هدایت حرارتی با زمینه فریتی بیشتر از هدایت حرارتی با زمینه پرلیتی است.

*هدایت حرارت خوب و استحکام کششی بالای این چدن ، کاربردش را در درجه حرارتهای بالا مناسب می سازد که باید در برابر رشد و پوسته شدن مقاومت از خود نشان دهد.

*برای ساخت قالب های چدنی و قالب شمش ریزی در صنعت فولاد، سر سیلندرهای موتورهای دیزلی و نیز محافظ احتراق توربین بسیار مناسب هستند.

افزایش مقدار سیلیسیم تا  2.6% موجب بهبود استحکام و سختی در چدن به صورت ریخته و آنیل شده می گردد که علت آن افزایش مقدار فریت می باشد. سیلیسیم به صورت محلول جامد در فاز فریت رسوب کرده و موجب افزایش استحکام آن می شود.

*چدن با گرافیت فشرده با ساختار زمینه فریتی و پرلیتی دارای حالت الاستیک خطی است و حد ارتجاعی ان از چدن نشکن کمتر است.[3]

شکل5: استحکام کششی نهایی و 0.2% استحکام تسلیم چدنهای CGI با 85-100% پرلیت به عنوان تابعی از دما و ندولاریته.[3]

شکل6: تاثیر میزان پرلیت بر استحکام نهایی و استحکام تسلیم 0.2% چدنهای CGI با 0-10% ندولاریته.[3]

"کاربرد های  عملی در صنعت":

 تولید و کاربردهای عملی CGI در ابتدای سال 1960 آغاز گردید. مثال بارز این موارد منیفلد های اگزوز، اجزا ترمز، محفظه های پمپ و فلایویل ها می باشند.

با توجه به گزارش AFS Metal Casting Forecast حدود 66000 تن از محصولات CGI در طول سال 2001در آمریکا تولید شده است. به طور نمونه دو نوع بلوک سیلندر از جنس CGI در همان زمان تولید گردید:

"بلوک سیلندر Audi33Lit V8TDI وپوسته موتوردیزلی BMW3 LitV8D"

از کابردهای چدن CGI ، تولید با حجم بالای قطعات پیچیده ای مانند بلوک سیلندرها و سر سیلندرها می توان نام برد که دارای مشخصات ریز ساختاری محدودی بوده و همچنین مجاز به استفاده از تیتانیم به منظور افزایش میزان قابلیت ماشینکاری نیز نمی باشند.

به طوریکه حجم بالایی از تولید بلوک سیلندر CGI در طی سال 2003 جهت مصارف کمپانی های فورد و آئودی صورت پذیرفته است.

مشخصات مربوط به ریز ساختار بسته به شرایط کاری و نیازهای مربوط به تولید انتخاب می گرددند به طور مثال تولید منیفلدهای اگزوز از جنس CGI به میزان حدود 50% کروی شدن گرافیت را به همراه خواهد داشت به طور کلی می توان گفت که کروی شدن گرافیت ها در تولید مناسب و بدون عیوب قطعات ریختگی و همچنین عدم آسیب در هنگام ماشینکاری بسیار موثر می باشد به طور مثال، شرکت دایملر کرایسلر با افزایش میزان کروی شدن گرافیتها تا 50% عیوب ترک را در قطعات  bed plate  کاهش داده است.

 در این مورد میزان کروی شدن گرافیتها بالاتر از حد مجاز می باشد چرا که ماشینکاری این قطعه تنها به فرز کاری  و ایجاد سوراخهای کوچک توسط دریل محدود می گردد و قطعه تحت بارگذاری حرارتی قرار نمی گیرد.

هم اکنون تولید منیفلدهای CGI در شرکت tupy"" با افزودن 0.1-15 % تیتانیم امکانپذیر شده است، افزودن تیتانیم اثر مخربی در رشد گرافیتها داشته و برای تولید چدنهای با گرافیت فشرده بایستی که مقدار زیادی منیزیم به مذاب اضافه شود، حضور بیشتر منیزیم این اطمینان را می دهد که تیتانیم مانع از رشد گرافیتهای کروی نشده و سبب ایجاد گرافیتهای ورقه ای شکل نمی شود.

 زمانی که از فرآیند افزودن تیتانیم برای تولید مانیفولد استفاده می شود، تشکیل نهایی آخالهای کربو نیترید سخت باعث تشکیل یک پوشش ساینده روی سطح شده و اجازه ماشینکاری زیادی را همانند بلوکهای سیلندر و سر سیلندر نمی دهد تاثیر تیتانیم و قابلیت قطعات CGI زمانی آشکار می شود که بدانیم برای افزودن هر 0.1% تیتانیم اضافه شده بیش از هزار آخال کربو نیترید تیتانیم در هر میلیمتر مربعی از سطحی که ماشینکاری می شود وجود خواهد داشت.

حتی با افزایش مقادیر کم تیتانیم به طور شگرفی عمر ابزار در طول عملیات برش ممتد کاهش می یابد بنابر این این امر بدان معنا است که حضور تیتانیم در فرایند تولید  CGI نمی تواند برای تولید بلوکهای سیلندر و سر سیلندر مورد استفاده قرار گیرد.[2]

"نکته مهم":

چدن با گرافیت فشرده می تواند با مقادیر متغیر پرلیت به تناسب کاربرد مورد نظر تولید شود، منیفلدها نیاز به بیش از 95% فریت به منظور جلوگیری از افزایش دمای بالا را دارند در مقایسه بلوکهای سیلندر و سر سیلندر به طور معمول با میزان پرلیت بالا به منظور افزایش استحکام و سختی تولید می شوند.

چدن های با گرافیت فشرده ممکن است با 98-60% پرلیت به منظور فراهم آوردن میزان سختی مشابه BHN (190-225 ) مانند چدنهای خاکستری متداول مورد توجه واقع شوند، به هر حال ساختارهای تمام پرلیت (100% پرلیت) برای قطعات کمی کاربرد داشته و منجر به ایجاد خواص مکانیکی بالاتری در قطعات می گردند.

"در مقایسه با خاکستری مزایای "CGI :

*کاهش ضخامت دیواره با توجه به بارگدازی مشابه، از نقطه نظر طراحی مشخص شده است که پتانسیل کاهش ضخامت مقاطع دیواره های محفظه های سیلندر در CGI بیشتر از خاکستری است،

* افزایش میزان بارگذاری با توجه به طراحی موجود،

* کاهش میزان فاکتورهای ایمنی با توجه به میزان کمتر تغییرات در خواص قطعات،

* کاهش میزان ترک ترد در جابجایی مونتاژ و سایر موارد با توجه به میزان انعطافپذیری بالاتر،

* کاهش میزان ترک ترد در جابجایی و مونتاژ و سایر موارد با توجه به میزان انعطاف پذیری،

* کاهش میزان ترک گرم در حین تخلیه قطعات،

* استحکام بالاتر و نبودن نیاز به فرایند آلیاژسازی.

"در مقایسه با نشکن مزایای CGI ":

*قابلیت ریخته گری بهتر قطعات با ترکیب پیچیده تر،

* بهبود در میزان استحکام ،

* قابلیت تا 20% کاهش میزان تجمع تنش با توجه به میزان هدایت حرارتی بالاتر و نزول پایین تر، بهبود در مقادیر گرمای مبادله شده.[3]

 منابع:

1- AFS Transaction 2000 " What's the CGI?"

2- تولید قطعات چدنی با گرافیت فشرده در صنایع خودروسازی (ماهنامه صنعت ریخته گری شماره 10 آبان 83 )

3- "Mechanical and physical properties for engine design" Dr. Steve Dawson (Based on a paper presented at: Werkstoff und Automobilantrieb) Materials in power train VDI ( verein deutscher Ingenieure) Dresden Germany 28-29 october 1999)

 برای اطلاعات بیشتر به زبان انگلیسی میتوانید به سایت زیر مراجعه کنید

www.Sintercast.com

چدن های 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 (عمومی)

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 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:
oچدن 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.

oچدن 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:

1.چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
2.چدنهای فریتی با 34-30% Cr
3.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:
oچدن 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.

oچدن 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.

oچدن 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.

امروزه فولادها در شرايط متغير و گسترده اي ؛ شامل محيط هايي با دماي بالا و خورنده تحت شرايط تنش استاتيكي و ديناميكي بكار مي روند. از قبيل دريچه هاي موتور هواپيما ، حامل هاي كوره ، رتورت ها ، واحدهاي كراكينگ نفت و توربين هاي گازي . سه مشخصه براي فلزاتي كه در دماي بالا به كار مي روند ؛ مورد نياز است :

1-  مقاومت به اكسيداسيون و پوسته شدن

2- حفظ استحكام در دماي كاري

3- پايداري ساختار ؛ با توجه به رسوب كاربيدها ، كروي شدن ، كاربيدهاي سيگما، تردي بازپخت

ديگر ويژگي ها نيز ممكن است در كاربرد مهم باشند ؛ همچون مقاومت ويژه و ضريب حرارتي براي اهداف الكتريكي ، ضريب انبساط براي واحدهاي ساختماني و مقاومت به نفوذ در اثر پديده سوختن در بعضي كاربردهاي كوره اي . در مورد فولادهاي توربين هاي گازي مشخصات ديگري نيز مطرح مي شود ، ظرفيت ميرايي داخلي و استحكام خستگي ، حساسيت به فاق و استحكام ضربه اي ( سرد و گرم ) ، مشخصه جوشكاري و ماشينكاري ، بويژه در رتورهاي بزرگ كه بايد با حداقل مقاطع جوشكاري شده ساخته شوند .

پوسته اكسيدي كه بر روي آهن شكل مي گيرد متخلخل بوده و چسبنده نيست،  اما اين پوسته در اثر اضافه كردن عناصر ويژه اي به فولاد ، چسبنده و محافظ مي شود . اين عناصر كرم ، سيليسيم و آلومينيوم هستند و آنها بوسيله ميل تركيبي زياد با اكسيژن توصيف مي شوند ؛ اما واكنش بوسطه شكل گيري فيلم اكسيدي خنثي به سرعت متوقف مي شود. مقاومت به اكسيداسيون فولاد نرم بوسيله شكل گيري آلياژ آهن - آلومينيوم در سطح ، به مقدار زيادي بهبود مي يابد. اين عمل به وسيله حرارت دادن در 0C 1000 و تماس با پودر آلومينيوم (calorising ) يا اسپري  حرارتي انجام مي شود.

بهبود مقاومت خزشي نيز بوسيله روش هاي زير بدست مي آيد :

- بالا بردن دماي نرم شدن بوسيله انحلال عناصر آلياژي

- استفاده معقول از رسوب سختي در دماي كاري ، بدون پديده فراپيري .  سختي فاز ثانويه شديدا وابسته به درجه و يكنواختي ، پراكندگي بدست آمده است و ضريب خزش وابسته به دامنه فاصله اجزا است .

- كنترل درجه كارسختي در بازه دمايي مناسب كه اغلب اندازه خزشي اوليه را كاهش مي دهد.

- تغييرات در پروسه توليد ، اكسيژن زدايي و ذرات درون مرزهاي كريستالي نيز مي توانند روي خواص خزشي تاثير گذار باشند.

- ذوب در خلا مزايايي دارد كه در روش هاي معمول نمي توان به آنها دست يافت .

خواص مكانيكي نيز بوسيله  اضافه كردن عناصر گوناگون بهبود بخشيده مي شود ؛ كبالت ، تنگستن و موليبدن باعث استقامت فولاد در برابر عمل تمپر كردن مي شود. فولادهاي آستنيتي آلياژي هيچ تغييري ندارندو بنابراين بوسيله سرد كردن در هوا سخت نمي شوند . اما مقاومت به سايش آنها خوب نيست . مقدار كافي از عناصر آلياژي همچون سيلسيم و كرم خط Ac را بالا مي برد. فولاد با درصد بالاي نيكل نبايد در دماي بالا در تماس با دي اكسيد گوگرد و يا ديگر تركيبات گوگردي قرار گيرد ؛ چون فيلم هاي كريستالي سولفيد نيكل شكل مي گيرد.

در فولادهايي با كرم بالا كاربيدها به هم پيوسته و بزرگ مي شوند، كه اين منجر به كم كردن مسدود شدن رشد دانه هاي فريت در دماي بالاي 0C 700 مي شود. رشد بيش از اندازه دانه ها باعث كم شدن تافنس مي شود.  همچنين رشد دانه در بالاي 0C 1000 در فولاد هاي آستنيتي اتفاق مي افتد، اما هيچ مشكلي بوجود نمي آيد . چون آنها حتي در شرايط دانه هاي درشت چقرمه و داكتيل باقي مي مانند. هنگام گرم كردن در بازه  0C 500- 900 فولادهاي آستنيته  ، كاربيدها در طول مرزهاي آستنيت رسوب نمي كنند و بعلت اينكه ترك هاي درون بلوري احتمالا افزايش مي يابند اگر فولاد تحت تنش پيوسته در شرايط كششي در اين رنج دمايي قرار گيرد. فولادهاي فرتيك و آستنيتيك در تركيب ويژهاي بوسيله شكل گيري فاز سيگما ترد مي شوند.

گرايش متالورژي استخراجي
گرايش متالورژي استخراجي يكي از زيرمجموعه هاي رشته مهندسي مواد است. كشور ايران جزء معدود كشورهاي جهان بشمار مي رود كه داراي معادن متنوع و غني از فلزات است. با وجود اين مزيت نسبي، متأسفانه هنوز ما نتوانسته ايم به جايگاه واقعي خود در توليد فلزات در جهان برسيم. در ايران در حال حاضر فقط فلزاتي نظير آهن، مس، سرب، روي و آلومينيوم بصورت انبوه توليد مي شود. هنوز ما وارد كننده فلزاتي نظير تيتانيم، منيزيم، كبالت و ... هستيم. حتي بايد اشاره كرد كه بحث روز ايران در رابطه با غني سازي اورانيم، با وجود معادن حاوي اورانيم اخيراً مورد توجه قرار گرفته، كه يك بحث كاملاً متالورژيكي است. در حقيقت بايد از متخصصين امر استخراج فلزات بعنوان متوليان توليد فلز اورانيم نام برد. بنابراين دير يا زود ايران بايد توليد ديگر فلزات مهم صنعتي و استراتژيك را آغاز كند. اين مسئله جز با كمك نيروهاي متخصص امكان پذير نيست.
در اين رشته به هيچ وجه در مورد معدن كاري و استخراج معادن بحث نمي شود. اين جزء مواردي است كه به فارغ التحصيلان رشته مهندسي معدن مربوط مي شود. بلكه كار فارغ التحصيلان اين رشته هنگامي آغاز شده كه سنگ معدن حاوي فلز در محل كارخانه تحويل گرفته مي شود.
در اين گرايش دانشجويان، اصول و مباني علمي استخراج فلزات را آموزش مي بينند. در كنار آموزش فناوريهاي متداول توليد فلزات، روشهاي نوين توليد فلزات نيز تدريس مي شود.
از ديگر زمينه هايي كه در اين گرايش آموزش داده مي شود ميتوان به خوردگي و از بين رفتن فلزات و روشهاي جلوگيري از آن و روشهاي پوشش دهي فلزات اشاره كرد. گفتني است كه در حال حاضر 33% از درآمد ناخالص ملي كشور آمريكا بواسطه مسئله خوردگي انواع سازه ها، اتومبيلها، صنايع و .... تلف مي شود. اين نشان دهنده اهميت علم خوردگي فلزات است. همچنين با عمليات خاص ميتوان در سطح فلزات، پوششهاي خاصي ايجاد كرد كه خصوصيات سطحي فلزات را بطور چشمگيري بهبود داد. بعنوان مثال ميتوان با ايجاد پوششهاي خاص سختي سطح فلزات را تا پانزده برابر افزايش داد. يا با ايجاد پوششهاي مناسب در سطح فلزي مثل آهن، آنها را در محيطهاي خورنده اي مثل اسيد سولفوريك به راحتي بكار برد. دانشجويان جزء مواردي كه در اين رشته با آن آشنا مي شوند خوردگي و روشهاي جلوگيري از آن و علم پوشش دهي فلزات است.
زمينه هاي اشتغال:
دانش آموختگان اين گرايش علاوه بر كار در كارخانجات توليد فلزات نظير توليد فولاد و ذوب آهن، مس، آلومينيوم، سرب و روي و ... مي توانند در مراكز تحقيقاتي در ارتباط با توليد فلزات مشغول به كار شوند. همچنين در صنايعي مثل نفت و پتروشيمي در ارتباط با مسائل بسيار مهم و حساس خوردگي فعاليت كنند.
زمينه هاي ادامه تحصيل:
دانشجويان پس از اخذ مدرك كارشناسي مي توانند اين رشته را در ايران در سطوح كارشناسي ارشد و دكتري ادامه دهند. دانشگاه علم و صنعت ايران تاكنون بيش از ده دوره فارغ التحصيل دوره دكتري در اين گرايش داشته است و هم اكنون فارغ التحصيلان آن در دانشگاههاي معتبر ايران و مراكز صنعتي و تحقيقاتي مشغول به كار هستند.
براي آن دسته از فارغ التحصيلان كارشناسي نيز كه قصد ادامه تحصيل در خارج از كشور را دارند، با توجه به سابقه خوبي كه دانشجويان ايراني در خارج از كشور داشته اند، دانشگاههاي خارجي به خوبي پذيراي فارغ التحصيلان اين گرايش هستند.

گرايش متالورژي صنعتي
رشته متالورژي صنعتي يكي از زير مجموعه‌هاي رشته مهندسي مواد است. در مهندسي مواد شناخت ساختار مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بين اين ساختار و خواص در جهت افزايش زمينه‌هاي كاربردي و طراحي مواد نو و تركيبات جديد از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
با توجه به نام و محتوي اين رشته ملاحظه مي‌شود كه در اين رشته از علم شناخت فلزات و آلياژها در جهت كاربردهاي صنعتي استفاده مي‌شود. علم متالورژي كه يكي از شاخه‌هاي علم مواد مي‌باشد در زمينه طراحي و توليد آلياژهاي صنعتي كاربرد دارد. كليه قطعات مكانيكي كه در صنايع مختلف بكار مي‌رود از فلزات و آلياژهاي گوناگوني ساخته شده اند. انواع فولادها و چدن‌هاي آلياژي، آلومينيم و آلياژهاي آن، مس، منيزيم، روي و ساير فلزات به‌طور وسيع در ساخت انواع قطعات صنعتي مورد مصرف قرار مي‌گيرند. اين قطعات در صنايع مختلف به‌خصوص صنايع خودروسازي، هوا- فضا، هواپيماسازي، پتروشيمي، صنعت نفت و گاز، ساختمان، سازه‌هاي فضايي، حمل‌ونقل، صنايع نظامي به‌كار مي‌روند.
زمينه‌هاي كاربردي جديد:
رشته متالورژي صنعتي علاوه بر كاربردهاي متداول كه در صنايع گوناگون دارد در جهت طراحي و توليد مواد پيشرفته به‌سرعت در جهان در حال توسعه مي‌باشد. مواد مغناطيسي نو با خواص برتر، استفاده از مواد مركب (كامپوزيت) پايه فلزي‌، ساخت مواد پيشرفته از طريق تركيبات بين‌فلزي، ‌استفاده از آلياژهايي كه مي‌توانند جايگزين اعضاي بدن انسان شوند، ايجاد آلياژهاي سبك جهت توليد قطعات حساس، ‌طراحي و توليد آلياژهايي كه در دماهاي بالا به‌كار مي‌روند،‌ طراحي آلياژهايي كه در شرايط ويژه و سخت كاربرد دارند مثال‌هايي از كاربرد رشته متالورژي صنعتي در توليد مواد پيشرفته مي‌باشد. در سال‌هاي اخير رشته‌هايي مانند مواد زيستي و نانوتكنولورژي مورد توجه بسياري از محافل علمي، تحقيقاتي و صنعتي جهان قرار گرفته است كه رشته متالورژي صنعتي مي‌تواند نقش اساسي در جهت توسعه اين‌گونه مواد پيشرفته ايفا نمايد. دراين راستا در ايران و به‌خصوص دانشگاه علم و صنعت ايران در سال‌هاي اخير تحقيقات علمي گسترده‌اي صورت گرفته است و دانشكده مهندسي مواد و متالورژي به عنوان قطب علمي مواد پيشرفته كشور شناخته شده است. پژوهش و تحقيقاتي كه در اين رشته و با همكاري با ساير مراكز علمي جهان صورت مي‌گيرد در قالب مقالات علمي در معتبرترين مجلات جهان به‌چاپ مي‌‌رسد.
زمينه‌هاي اشتغال و ارتباط با ساير رشته‌ها:
به‌دليل كاربرد وسيع مواد و به‌خصوص فلزات در ساخت كليه قطعات صنعتي مي‌توان به زمينه اشتغال دانش‌آموختگان اين رشته در صنايع گوناگون پي‌برد. در بخش دولتي شركت‌ها و كارخانجات بزرگ نظير توليد فولاد، ذوب‌آهن، صنايع خودروسازي،‌ صنايع هوا- فضا، صنايع نظامي و صنعت نفت،‌پتروشيمي و ... و در بخش خصوصي اكثر كارخانجات توليد قطعات صنعتي به‌خصوص در صنايع خودروسازي، ساختمان‌سازي،‌ معادن ‌و صنعت سيمان مي‌تواند زمينه‌هاي جذب دانش‌آموختگان رشته متالورژي صنعتي را فراهم سازد. اين رشته‌ ماهيتاً‌ ارتباط نزديكي با دو رشته مهندسي مكانيك و مهندسي صنايع دارد واكثر پروژه‌هاي صنعتي به‌صورت كارگروهي و تيمي به انجام مي‌رسد.
زمينه‌هاي ادامه تحصيل در ايران و جهان:
دانش‌آموزاني كه علاقه‌مند به درك عميق پديده‌ها و رفتار مواد مختلف و يافتن كاربردهاي نوين و طراحي مواد جديد متناسب با نيازهاي روزافزون بشري مي‌باشند و همچنين علاوه‌بر داشتن علايق مهندسي،‌ خود را به علوم نيز نزديك حس مي‌كنند مي‌توانند در اين رشته موفق باشند.

گرايش سراميك
رشته سراميك يكي از زير مجموعه‌هاي رشته مهندسي مواد است. وظيفه اصلي يك مهندس مواد در ابتدا شناخت ساختمان مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بين اين ساختار و خواص است و در مواردي ديگر با توجه به نياز كاربردي كه وجود دارد مواد جديد و تركيبات جديد را طراحي نمايد.
اما رشته سراميك به عنوان يك زير شاخه رشته مواد چيست؟
در ابتدا با شنيدن نام سراميك هر انساني به ياد ظروف سفالين مي‌افتد و بسياري فكر مي‌كنند كه رشته مهندسي سراميك يك رشته هنري است و گروهي ديگر اين تصور را دارند كه اين رشته محدود به ساخت محصولاتي چون ظروف سفالين، كاشي يا چيني مي‌باشد. اما نكته قابل توجه در رابطه با اين شاخه از علم مواد اين است كه با شناخت و ورود دست‌آوردهاي آن به دنياي صنعت يك مرحله جديد و يك تحول بزرگ پديد آمد. اين شاخه كه بسيار هم جوان است ‌سبب شد تا تحول بزرگي درصنايع فضا، الكترونيك، اپتيك، پزشكي و بسياري از علوم ديگر پديد آيد.
بطور كلي اگر تعريفي از سراميك به شكل ساده و ابتدايي بدهيم بايد بگوييم كه مواد سراميك عبارتند از مواد معدني غيرفلزي. كافي است كه به اطراف خود نگاه كنيد، هر آنچه كه جزء مواد آلي (مانند پلاستيك، چوب و لاستيك)و فلزي نباشد سراميك است. پس مي‌بينيم كه در دنياي كنوني سراميك‌ها ما را محاصره نموده‌اند. شيشه‌ها از جمله شيشه‌هاي ساختماني، اپتيك، فيلترهاي بسيار دقيق اپتيكي، مصالح ساختماني از جمله سيمان، كاشي،‌ چيني بهداشتي، نسوزها و كلاهك‌ها و پوشش‌ بيروني موشك‌هاي فضاپيما و قطعات اصلي كامپيوتر‌ها، اجزاي دروني قطعات الكترونيك از جمله Ic ها، خازن‌ها،‌ مقاومت‌ها،‌ ايمپلانت‌ها و بسياري از قطعاتي كه جايگزين اعضاي بدن انسان مي‌شود، فروالكتريك‌ها، فري مغناطيس‌ها و فوق‌هادي‌ها و بسياري كاربردها و مواد ديگر كه همه و همه مديون شناخت و بوجود آمدن رشته سراميك است. در سال‌هاي اخير رشته‌هايي مانند مواد زيستي و نانوتكنولوژي مورد توجه بسياري از محافل علمي، تحقيقاتي و صنعتي جهان قرار گرفته است كه رشته سراميك با دوشاخه بايو سراميك‌ها و نانو سراميك‌ها در اين رشته‌ها مطرح مي‌باشد.
به طوركلي سراميك‌ها به دو دسته سنتي و مدرن تقسيم مي‌شوند. در ايران به شكل عمده صنعت سراميك متمركز بر توليد سراميك‌هاي سنتي است كه شامل صنايع شيشه،‌ چيني،‌ كاشي،‌سيمان،‌ نسوز و ... بوده است. امكان ادامه تحصيل در اين رشته تا مقطع دكترا درداخل كشور وجود دارد، وضعيت ادامه تحصيل در دانشگاه‌هاي خارج از كشور نيز در اين رشته بسيار مطلوب مي‌باشد و اين رشته بسيار مورد توجه جوامع صنعتي و دانشگاهي جهان است.
از ديدگاه وضعيت بازار كار،‌ با توجه به رشد قابل توجهي كه اين صنعت در ايران داشته و دارد، بازار كار مناسبي را مي‌توان براي آن متصور شد. هر چند با ظرفيت قابل ملاحظه‌اي كه سالانه در اين رشته جذب دانشگاه‌ها مي‌شوند تا حدودي از قطعيت اين سخن كاسته مي‌شود. نزديكي اين شاخه از مهندسي با رشته‌هاي فيزيك و شيمي بيش از تمامي رشته‌هاست و بسته به شاخه‌هاي خاص به هر يك از دو رشته فيزيك و شيمي كاربردي نزديك مي‌شود. دانش‌آموزاني كه علاقمند به درك عميق‌تر علل پديده‌هاي رفتاري مواد مختلف و يافتن كاربردهاي نوين و طراحي مواد جديد متناسب با نيازهاي روزافزون بشري مي‌باشند و به طور كلي علاوه بر داشتن علايق مهندسي خود را به علوم نيز نزديك حس مي‌كنند، مي‌توانند در اين رشته موفق باشند.
درهرحال كشور ما داراي خلاء هاي بسياري براي محصولات و شاخه‌هاي جديد و نوين سراميكي است.همگام با توسعه همه جانبه كشورنياز فراواني به مهندسان و دانشمندان تحصيل كرده در اين رشته وجود خواهد داشت و هر فرد متخصص با دارا بودن جديت، اعتماد به نفس و پشتكار مي‌تواند بازار كاري مناسبي براي خود پديد آورد.

اغلب در حين بررسي نتايج آزمايش آناليز فولادها به وجود عناصري برمي خوريم که اطلاع از چگونگي تاثير عناصر فوق ساختار فولادها از جمله الزامات دانش فني مهندسين مي باشد لذا با استفاده ازمقدمه کتاب کليد فولاد(نويسنده:C.W.Wegst) سعي در معرفي ابتدايي برخي عناصر موجود در ساختار فولادها شده است.

کربن

کربن مهمترين و موثرترين عنصر آلياژي در فولادها مي باشد و بالاترين تاثير را در ساختار آن دارد.هر فولاد آلياژ شده علاوه بر کربن عناصر آلياژي ديگري نظير سيليسيم – منگنز-فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوريکه اين عناصر به شکلي ناخواسته به هنگام فرايند توليد در فولاد باقي خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلياژي براي بدست آوردن نتايج مشخص و منحصر بفرد و افزايش کنترل شده منگنز و سيليسيم در فولاد , فولاد آلياژي را بوجود خواهد آورد. با افزايش ميزان کربن استحکام . سختي پذيري فولاد فولاد بيشتر ميشود اما چکش خواري و قابليت جوشکاري و ماشينکاري (با استفاده از ماشينهاي برش) کاهش

 مي يابد.اين عنصر عملا هيچ تاثيري بر مقاومت خوردگي در آب, اسيد و گازهاي گرم ندارد.

کلسيم

در ترکيب با سيليسيم به شکل سيليسيم –کلسيم در رکسيژن زدايي فولادها به کار مي رود.کلسيم, مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادي حرارت را افزايش مي دهد.

سديم

اين عنصر يک اکسيژن زداي مسلم و نيرومند است و گوگرد زدايي را نیز سرعت و شتاب می دهد.به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود.همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد.آلیاژهای آهن-سدیم با مقادیر تقریبی 70% سدیم دارای خواص آتش دهندگی(مانند سنگ چخماق) هستند و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاذه قرار می گیرد.  

کبالت

کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد. در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند.مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد و موجب بهبود استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود.لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار,فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود.وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند.در کمیتها و مقادیر بالا, پایداری مغناطیسی,نیروی مغناطیس زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد.لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می  رود. این عنصر تحت تاثیر تابش نوترونی, رادیوایزوتوپ 60 کبالت را شکل می دهد. به همین دلیل برای فولادهایی که در راکتورهای اتمی بکار برده میشوند مناسب نمی باشد.

کرم

وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کرم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی, به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی, قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد.بنابراین سبب بهبود حساسیتهای سخت  کاری و بازپخت می شود.اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد.و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد با افزایش کرم در فولادهای ساده کرم دارجوش پذیری کاهش می یابد.با اضافه نمودن هر واحد  1% کرم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان 100_80نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.کرم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفین نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کرم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود و در برابر هیدروژن تحت فشارخواص مواد را افزایش می دهد.با افزایش کرم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد.به طور تقریب حداقل 13% کرم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد.این مقدار کرم باید در قابل فلزی حل شود.این عنصر موجب محدودین دامنه فاز گاما می شود و باالعکس ئامنه فاز فریتی را افزایش می دهد.همچنین باعث پایداری آستنیت در فولادهای آستنیتی کرم-منگنزیا کرم-نیکل شده و سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.(آلیاژهایی برای آببندی شیشه)با افزایش همزمان میزان کربن و کرم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی و شدت نیروهای پسماند زدا افزایش می یابد.

مس

مس بعنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود.زیرا این فلز به زیرلایه های  سطحی فولاد تمرکز یافته و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذبه مرز دانه ها ,حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد.لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد.به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد.این عنصر در مقادیر بالای 30%موجب سختی رسوبی میشود و بدین ترتیب سختی پذیری نیزبهبود می یابد.اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند.در فولادهای آلیاژی ساده و پرآلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد.مقادیر بالاتر از 1% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.

هیدروژن

هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استخکام کششی فولاد را افزایش دهد,موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد.انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن  سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد.هیدروژن اتمی ایجاد شده ,در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد(مک)که  در فرآیند جوشکاری(پروزیتی) نام دارد.هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.

منیزیم

این عنصر موجب تشکیل گرافیت کروی در چدن می باشد.

منگنز

منگنز یک اکسیژن زداست.این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد.بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد.وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است.زیرا خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخرانی را نیز به شدت کم می کند به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثیرات مطلوبی در قابلیتهای آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند.اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت حواهد شد در حالیکه مغز فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند لذا این گروه از فولادها تحت تاثیر نیروهای ضربه ای(کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند.با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.

مولیبدن

این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کرم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.

نیتروژن

این عنصر به دو صورت ظهور می کند

1-بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی  در خلال فرآیند ته نشینی رسوبی است  که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی آبی(تغییر شکا در درجه خرارت آبی300-350  درجه سانتیگراد)  می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.

2-بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.

آلومینیوم

یکی از قویترین اکسیژن زداها  و نیتروژن زداهاست.و بر اساس نتیج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد.در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می دهد که باعث  افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن می شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژس برای مقاومت حرارتی فولادها بکار می رود.

ارسنیک

دامنه فاز گاما را محدود میکند لذا عنصری مخرب شناخته می شود زیرا مانند فسفر میل شدیدی به جداسازی ریزدانه های عناصر مختلف دارد. شکنندگی ناشی از بازپخت را افزایش داده و باعث کاهش شدید چقرمگی و قابلیت جوشکاری میگردد.

از ادامه معرفی عناصر دیگر مانند بور,بریلیم,تانتالیم,کلومبیوم,آنتیموان,سلنیم,سیلسیم,نیکل,اکسیژن,فسفر,تنگستن,قلع,تیتانیم بدلیل خارج بودن از حوصله صرفنظر شده است.

مهمترین عملیات حرارتی که روی چدن نشکن انجام می شود و هدف از انجام آنها :
عملیات حرارتی که در دمای پایین برای کاهش یا آزاد کردن تنش های داخلی باقی مانده پس از ریخته گری انجام می شود.
● آنیل کردن
عملیات حرارتی که برای بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی ، کاهش سختی و حذف کاربیدها انجام می شود.
● نرماله کردن
عملیات حرارتی که به منظور بهبود استحکام به همراه کمی انعطاف پذیری انجام می شود .
● سخت کردن و تمپر کردن
عملیات حرارتی که به منظور افزایش سختی یا بهبود استحکام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسلیم) انجام می شود .
● آستمپر کردن
عملیات حرارتی که به منظور بدست آمدن ساختاری با استحکام بالا به همراه کمی انعطاف پذیری و مقاومت به سایش عالی انجام می شود .
● سخت کردن سطحی به وسیله ی القاء ، شعله یا لیزر
عملیات حرارتی که به منظور مقاوم به سایش ساختن و سخت کردن موضعی سطح انتخاب شده انجام می شود .
در این مقاله عملیات آنیلینگ ، نرماله کردن ، آستمپر کردن ، کونچ کردن و تمپر کردن چدن نشکن شرح داده می شود.

◄ آستنیته کردن چدن نشکن:
هدف معمول آستنیته کردن این است که تا حد امکان زمینه ی آستنیتی با مقدار کربن یکسان قبل از پروسه ى حرارتى تولید شود. به عنوان مثال در چدن نشکن هیپریوتکتیک برای آستنیته کردن باید از دماى بحرانى کمی بالاتر برویم به طورى که دماى آستنیته در منطقه ى دو فازى ( آستنیت و گرافیت ) باشد. دماى آستنیته کردن به وسیله ى عناصر آلیاژى موجود در چدن نشکن تغییر مى کند
با افزایش دمای آستنیته کردن می توان آستنیت تعادلی حاوى کربن که در حال تعادل با گرافیت است را افزایش داد. که این پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). کربن موجود در زمینه ی آستنیتی کنترل دمای آستنیته کردن را مهم ساخته که این دما به منظور جلو بردن واکنش به مقدار زیادی به کربن موجود در زمینه ی آستنیتی بستگی دارد ، این ساختار مخصوصاً برای آستمر کردن ساخته می شود ، سختی پذیری (قابلیت آستمپر کردن ) به میزان زیادی به کربن موجود در زمینه و در واقع به عناصر الیاژی موجود در چدن نشکن بستگی دارد ، میکرو ساختار اصلی و سطح مقطع قطعه تعیین کننده ی زمان مورد نیاز برای آستنیته کردن می باشند
مراحل بعد از آستنیته کردن هنگامی که مورد اهمیت باشند عبارتند از : آنیل کردن ، نرماله کردن ، کونچ و تمپر کردن و آستمپر کردن

◄ آنیلینگ چدن نشکن :
هنگامی که حداکثر انعطاف پذیری و قابلیت ماشینکاری عالی مورد نیاز باشد و استحکام بالا مورد نیاز نباشد ، عموماً چدن نشکن آنیل فریتی می شود . بدین گونه که میکروساختار به فریت متحول می شود و کربن اضافی به صورت می باشد، اگر ماشینکاری عالی مورد 60-40-18 نوع ASTM کروی رسوب می کند. این عملیات حرارتی ساخته ی نیاز باشد باید مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلیاژی از قبیل کرم و مولیبدن درحد امکان پایین باشد زیرا باعث آهسته کردن پروسه ی آنیل می شوند .
نحوه ی آنیل کردن توصیه شده برای چدن نشکن آلیاژی و چدن نشکن با کاربید یوتکتیک و بدو ن کاربید یوتکتیک در پایین شرح داده شده است :
آنیل کامل برای چدن نشکن با 2%-3% سیلیسیم و بدون کاربید یوتکتیک :
گرم کردن تا دمای 870- 900 درجه ی سانتی گراد و نگهدار ی در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخامت ،سپس سرد کردن در کوره با سرعت 55 درجه سانتی گراد در ساعت تا دمای 345 درجه ی سانتی گراد سپس سرد کردن در هوا.
آنیل کامل در صورت وجود کاربید یوتکتیک :
گرم کردن تا دمای900C-870C و نگهداری در این دما برای 2 ساعت و بیشتر از این زمان برای ضاخمت های زیاد ، سپس سرد کردن در کوره با سرعت 110C/hتا دمای 700Cو نگهداری در این دما برای 2 ساعت ، سپس سرد کردن در کوره تا دمای 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد کردن در هوا .
آنیل کردن زیر منطقه ی بحرانی برای تبدیل پرلیت به فریت:
گرم کردن قطعات تا دمای705C-720Cونگهداری در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخانت ، سپس سرد کردن در کوره با سرعت55C/h تا دمای 345C و سپس سرد کردن در هوا .
وقتی که در چدن نشکن عناصر آلیاژی وجود داشته باشد از سرد کردن سرتاسری قطعه جلوگیری می شود و کاهش درجه حرارت از نقطه ی بحرانی تا400C ادامه می یابد و سرعت سرد کردن از55C/h کمتر می باشد .
به هر حال برخی عناصر در شکل کاربید خود اگر تجزیه ناپذیر باشند به شکل کاربید اولیه که بسیار سخت است می باشندکه این حالت بیشتر در کرم می باشد ، به عنوان مثال% 0.25 کرم باعث تشکیل کاربید اولیه ی بین نشینی می شود که در اثر عملیات حرارتی تا دمای 925C و نگهداری در مدت2h-20h حتی نیز از بین نمی رود . زمینه ی حاصل از رسوب پرلیت ، زمینه ی فریتی با کاربید می باشد که فقط 5% ازیاد طول دارد .
نمونه های دیگری از عناصر که به شکل کاربید در چدن نشکن وجود دارند عبارتند از مولیبدن بیشتر از 0.3% و وانادیم وتنگستن در مقدیر بیش از 0.05%.

◄ سختی پذیری چدن نشکن :
سختی پذیری چدن نشکن یک پارامتر مهم تعیین کننده ی واکنش ثابت آهن برای نرماله کردن ، کونچ کردن و تمپرکردن یا آستنیته کردن می باشد.
سختی پذیری معمولاً به وسیله ی آزمایش جامینی تعیین می شود ، که در آن از یک میله با اندازه ی استاندارد (قطر 1 اینچ و ارتفاع 4 اینچ) استفاده می شود که آن را آستنیته می کنند سپس یک سر آن را به وسیله ی آب سرد می کنند ، نوسان در سرعت سرد کردن باعث بی ثباتی (متفاوت بودن) در میکروساختار می شود که سختی آنها تغییر می کند سپس آنها را تعیین و ثبت می کنند.
زمینه ی با کربن بالا باعث بالا رفتن دمای آستنیته کردن و در نتیجه ی آن باعث افزایش سختی پذیری می شود (منحنی جامینی فاصله ی زیادی تا پایان سرد کردن پیدا می کند ) و همچنین قطعه حداکثر سختی بالاتری پیدا می کند.
هدف از اضافه کردن عناصر آلیاژی به چدن نشکن افزایش سختی پذیری است ، منگنز و مولیبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشکن نسبت به مس و نیکل عناصر بسیار موثری در افزایش سختی هستند.
در هر حال همانند فولاد افزودن ترکیب نیکل - مولیبدن یا مس - مولیبدن یا مس - نیکل - منگنز نسبت به اینکه این عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه کنیم ، تاثیر بیشتری خواهند داشت.
بنابراین برای ریخته گری مقاطع زیاد که نیاز به سختی و آستمر زیاد دارند معمولاً از ترکیب ان عنصر استفاده می کنند . سیلیسیم صرف نظر از تاثیری که روی زمینه ی حاوی کربن دارد تاثیر زیادی روی سختی پذیری ندارد .

◄ نرماله کردن چدن نشکن :
نرماله کردن (سرد کردن در هوا در جریان آستنیته کردن) به طور قابل توجهی می تواند باعث بهبود استحکام کششی شود.و امکان استفاده در ساخت چدن نشکن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد .
میکروساختار حاصل از نرماله کردن به ترکیب شیمیایی چدن و سرعت سرد کردن بستگی دارد سختی تحمیل شده به
وسیله ی ترکیب شیمیایی قطعه به موقعیت منطقه ی زمان - دمای دیاگرام CCT بستگی دارد .
سرعت سرد کردن به حجم قطعه ی ریختگی بستگی دارد ولی شاید بیشتر تحت تاثیر دما و جریان هوای اطراف قطعه ی در حال سرد شدن باشد .
اگر چدن حاوی مقدار زیادی سیلیسیم نباشد و دست کم حاوی مقدار مناسبی منگنز(یا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور کلی نرماله کردن ، ساختار پرلیت ظریف تولید خواهد کرد . قطعات سنگین در صورتی که نیاز به نرماله شدن داشته باشند برای بدست آوردن ساختاری کاملاً پرلیتی و سختی پذیری بیشتر بعداز نرماله کردن حاوی عناصر الیاژی از قبیل مولیبدن و نیکل و منگنز اضافی هستند . قطعا ت سبک چدن های آلیاژی ممکن است بعد از نرماله کردن حاوی ساختارمارتنزیتی یا بینیتی باشند
دمای نرماله کردن معمولاً بین870C-940C می باشد و زمان استاندارد نگهداری 1h برای هر اینچ ضخامت و نگهداری به مدت 1h به عنوان حداقل در این دما کافی است .برای چدن های حاوی عناصر آلیاژی به دلیل کاهش نفوذ کربن در آستنیت زمان بیشتری نیاز است به عنوان مثال قلع و آنتیموان برای گرافیت های کروی ، به طور موثری از حل شدن کربن در زمینه ی حاوی گرافیت کروی جلوگیری می کنند .
گاهی اوقات بعد از نرماله کردن ، قطعات را به منظور دست یافتن به سختی مورد نظر و حذف تنش های باقی مانده در اثر تفاوت سرعت سرد کردن در قسمتهای مختلف قطعه به دلیل اختلاف اندازه ی مقطع، قطعه ی ریختگی را تمپرمی کنند.
تمپر کردن قطعات بعد از نرماله کردن برای دستیابی به چقرمگی بالا و مقاومت به ضربه می باشد. تاثیر تمپر کردن در سختی و استحکام کششی به ترکیب شیمیایی چدن و میزان سختی بدست آمده از نرماله کردن بستگی دارد.
تمپر کردن شامل حرارت دادن مجدد تا دمای425C-650C و نگهداری در این دما به مدت1h برای هر اینچ ضخامت از مقطع می باشد . این دما برای دستیابی به مشخصات گوناگون در مدت بالای رنج معمول، متفاوت می باشد.

◄ کونچ و تمپر کردن چدن داکتیل :
قطعا ت تجاری قبل از کونچ و تمپرکردن معمولاً در دمایی بین845C-925C آستنیته می شوند.برای به حداقل رساندن تنش و جلوگیری از ترک خوردن قطعه برای کونچ متوسط روغن ترجیحاً از روغن استفاده میشود ولی برای قطعات با اشکال ساده از آب یا آب نمک استفاده می شود و قطعا ت پیچیده را به منظور جلوگیری از ترک خوردن در حین کونچ، در روغن پیش گرم شده تا دمای 80C-100Cکونچ می کنند .
تاثیرکونچ کردن درآب مکعبی ازجنس چدن نشکن که تا دمای آستنیته گرم شده بود بدست آمدن سختی بالایی(55-75HRC) بوده است. دمای آستنیته کردن دراین مکعب بین 845C-870C بوده است . در دمایی بالاتر از 870C مقدار زمینه ی حاوی کربن (آستنیت) بیشتری بدست خواهد آمد به همین دلیل مقدار آستنیت بیشتری(پس از کونچ کردن) حفظ خواهد شد که در نتیجه ی این امر سختی کاهش پیدا می کند .
قطعا ت بعد از کونچ شدن باید تمپر شوند تا تنش حاصل از کونچ شدن آزاد گردد. سختی حاصله بعد از تمپر کردن به
عناصر آلیاژی موجود ، دمای تمپر کردن و به همان اندازه زمان تمپر کردن بستگی دارد . تمپر کردن در دمای 450C - 600C باعث کاهش سختی می شود که میزان آن به عناصر آلیاژی موجود،سختی اولیه وزمان تمپر بستگی دارد . سختی ویکرز چدن نشکن کونچ شده به وسیله ی دما و زمان تمپر کردن تغییر می کند .
تمپر کردن چدن نشکن از یک فرآیند دو مرحله ای تشکیل می شود. مرحله ی اول همانند فرآیند فولادها رسوب دادن کاربیدها است . مرحله ی دوم (معمولاً به وسیله ی کاهش سختی در زمان طولانی تر مشخص می شود) جوانه زنی و رشد گرافیت ثانویه که حاصل از مصرف شدن کاربیدها می باشد. کاهش سختی به همراه تشکیل گرافیت ثانویه همانند کاهش استحکام کششی و به همان اندازه کاهش استحکام خستگی می باشد. هر آلیاژی با در صد مشخص (عناصر) داری درجه حرارت تمپر مفید خواهد بود.

◄ آستمپر کردن چدن نشکن:
هنگامی که استحکام مناسب به همراه انعطاف پذیری مورد نظر باشد، عملیات حرارتی کننده اجازه می دهد ساختار آستمپر شده از آستنیت و فریت تولید گردد. زمینه ی آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحکام کششی و انعطاف پذیری می شود که در هر نوع چدن داکتیل ممکن می باشد. برای بدست آوردن آن خواص مطلوب نیاز است که به اندازه ی سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنیته و آستمپرکردن دقت و توجه کافی شود .

◄ اندازه سطح مقطع و عناصر آلیاژی :
با افزایش سطح مقطع سرعت کاهش درجه حرارت بین دمای آستنیته و دمای آستمپر کردن تغییر می کند . آستمپر کردن یا شامل کونچ کردن در روغن داغ 240C ، کونچ کردن به وسیله ی جریان نیتریت / نیترات،کونچ کردن توسط جریان هوا (فقط برای قطعات نازک یا قسمت های کوچک) و برای نوع ابزار کونچ کردن در حمام سرب.
به منظور جلوگیری از واکنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرلیت در مقاطع ضخیم) باید آنها را در حمام نمک کونچ کرد . سختی به وسیله ی کونچ کردن در آب یا افزودن عناصر آلیاژی (مثل مس ، نیکل ، منگنز ، یا مولیبدن ) که باعث تسهیل سختی پذیری پرلیت می شوند . این نکته مهم است مه بدانیم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدایش در هنگام انجماد می شوند که این امر برای قابلیت آستمپر شدن و در نتیجه ی آن برای خواص مکانیکی مضر خواهد بود. انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه پارامترهایی هستند که شدیداً تحت تاثیر قرار می گیرند .
منگنز و مولیبدن بیشترین تاثیر را در سختی پذیری پرلیت دارند اما به منظور افزایش آهن یا تعدیل کاربیدها همیشه موجب سگرگاسیون و سرد شدن ناحیه ی بین سلولی در قطعه می شوند . در صورتیکه مس و نیکلبه همان اندازه تاثیری در سختی
پذیری ندارند ولی باعث جدا شدن گرافیت کروی در زمینه میشوند و از به وجود آمدن کاربیدهای مضرجلوگیری می کنند. ترکیبی از این عناصر به اندازه ی مساوی به دلیل تاثیر آنها در سختی پذیری به قطعه افزوده می شود.

◄ دما و زمان آستنیته کردن :
معمولاً شکل شماتیک دیاگرام نشان می دهد که با افزایش دمای استنیته کردن ، زمینه ی حاوی کربن (آستنیت) نیز افزایش می یابد. زمینه ی فعلی حاوی کربن ، به شکل مخلوط شدن عناصر موجود در زمینه ، مقدار آنها و موقعیت آنها در زمینه بستگی دارد (سگرگاسیون) .
مهمترین عامل تعیین کننده در زمینه ی حاوی کربن در چدن داکتیل سیلیسیم موجود در آن است ، با افزایش سیلیسیم برای دمای آستنیته ی معیین مقدار کربن موجود در زمینه کاهش می یابد. دمای آستنیته بین845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنیته کردن برای کربن گیری مجدد تمام زمینه تقریباً 2 ساعت کافی می باشد.
دمای استنیته کردن کاملاً تحت تاثیر مقدار کربن موجود در زمینه می باشد که اثر مهم آن در سختی پذیری می باشد. دمای آستنیته ی بالا و مقدار کربن بالا باعث افزایش سختی پذیری می شود . که باعث کاهش سرعت دگرگونی آستنیت همدما می شود .

◄ زمان و دمای آستپمر کردن :
دمای آستمپر کردن اولین پارامتر تعیین کننده ی میکروساختار نهایی در قطعه و در نتیجه ی آن سختی و استحکام محصول آستمر شده است . با افزایش دمای آستمپر کردن ، سختی و مقاومت به ضربه ی متفاوتی خواهیم داشت.
دستیابی به حداکثر انعطاف پذیری در دمای معیین آستمپر کردن ، تابع حساس زمان می باشد . افزایش اولیه ی ازیاد طول نسبی در مرحله ی (1) رخ می دهد و پیشرفت ازیاد طول نسبی در مرحله ی نهایی اتفاق می افتد که در آن نقطه ی شکست
آستنیت حداکثر می باشد . آستمپر کردن مجدد فقط به منظور کاهش انعطاف پذیری در مرحله ی (2)واکنش که در نتیجه ی تجزیه ی ساختار به تعادل بینیت می باشد . زمان آستمپر کردن از 4-1 ساعت متفاوت می باشد

در امر فناوری نانو ابزار و تجهیزات نقش مهمی را ایفا می کنند چرا که بدون ابزار مسلما فعالیت در حوزه نانو امری غیرممکن است. در گذشته به علت ضعف فناوری و نیز نبودن وسایل اندازه گیری و آنالیز بسیاری از محققان حتی نمی دانستند که تحقیقی که انجام می دهند در حوزه فناوری نانو است. مثالی از این مورد را می توان در شیشه های رنگی کلیسا ها پیدا کرد که مربوط به چند صد سال قبل است و امروزه محققان با کمک ابزارهای بررسی و آنالیز به این امر پی برده اند که در ساخت این شیشه ها فناوری نانو بکار رفته است.
در این سری از مقالات سعی می شود تا تجهیزات و ابزارهای مورد استفاده در این فناوری برای محققان و علاقمندان به تحقیق در این حوزه معرفی شود. در این مقاله به معرفی میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می‌پردازیم که جدیدا توسط آقای دکتر صابر در مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی ساخته و ارائه شده است.

شکل 1) نمایی از NAMA-STM ساخته شود توسط محقق ایرانی

میکروسکوپ پیمایشگر تونلی (Scanning Tunneling Microscopy) که به طور اختصار به آن STM گفته می شود برای بررسی و تصویربرداری از سطوح صلب و فلزی که الکتریسیته را عبور می دهند بکار می رود. این میکروسکوپ نتیجه تحقیقات Russell Young و همکارانش در فاصله 1965-1971 در مرکز تحقیقات ملی است.
در این میکروسکوپ از نوعی جریان الکتریسیته (جریان تونلی) استفاده می شود که علت نامگذاری آن است. زمانی که نوک میکروسکوپ در مجاورت سطح رسانا و در فاصله یک نانومتری آن حرکت می‌کند جریان برقرار می شود (شکل 2).

شکل 2) نوک قلم STM آنقدر تیز و باریک است که به راحتی در بین اتم ها بالا و پایین می رود

نوک قلم بر روی یک تیوب فیزوالکتریک قرار دارد. زمانی که ولتاژ به الکترودهای متصل به این تیوب داده می شود با اندک تنظیماتی می توان جریان ثابت تونلی ایجاد کرد و در هنگام اسکن، نوک را در فاصله ثابتی از نمونه سطح قرار داد. حرکت تیوب فیزوالکتریک ثبت می شود و به صورت یک تصویر به نمایش در می آید. با استفاده از میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می توان اتمهای منفرد روی سطح نمونه را به صورت سه بعدی مشاهده کرد. از این تکنیک برای اجسامی مانند مواد رسانا و مولکول های DNA استفاده می شود (شکل3).

شکل 3) نمای شماتیک از نحوه کارکرد STM

مزیت این نوع تصویربرداری این است که نیاز نیست با کار در خلاء انجام شود (در اکثر موارد از خلاء برای جلوگیری از آلوده شده نمونه استفاده می شود) بلکه می توان از آن برای آنالیز اجسام در هوا یا مایعات نیز استفاده کرد. شکل 4 نمایی از سطح فلز مس را نشان می دهد که توسط M. F. Crommie, C. P. Lutz, and D. M. Eigler در مرکز تحقیقات IBM گرفته شده است. این محققان توانستند با وضعیت دهی به اتمها از نمونه تصویربرداری کردند.

شکل 4) تصویر گرفته شده از سطح نمونه مس در IBM

الف) ماسه طبیعی : شامل ماسه های رودخانه ای و ماسه های بادی

ماسه طبیعی مستقیماً از منابع طبیعی ، استخراج و استفاده می شود و هیچگونه کار اضافی روی آن انجام نمی شود مثل ماسه کنار رودخانه ( این ماسه ها را بوسیله HCl آزمایش می کنند که حاوی آهک نباشد ).

حسن ماسه رودخانه ای در این است که شسته شده و میزان گردی بیشتری دارند در نتیجه کیفیت سطحی قطعات بالا می رود. اما در ماسه بادی ، خاک نیز وجود دارد که خاصیت چسبندگی دارد.

ب) ماسه مصنوعی:

در این حالت ، معادن طبیعی را شناسایی کرده و مثلاً آن را الک کرده و ناخالصی هایی مثل آهک را حذف می کنند و آن را خرد کرده و گرد می کنند ( این ماسه ها تحمل دمایی بالاتری دارند ).

انواع ماسه ( از نظر شکل ظاهری ) :

1-    ماسه های گرد:

در این حالت شکل ذرات ماسه در زیر میکروسکوپ ، کروی است. اکثر ماسه های مصنوعی از نوع ماسه های گرد هستند که کیفیت سطحی بهتری را ایجاد می کند و قابلیت عبور گاز بهتری  نیز دارد ( قابلیت عبور گاز به تخلخل ماسه مربوط است ).

2-    ماسه های شبهه گرد

این نوع ماسه در قسمت هایی گرد و در قسمت هایی گوشه دار است.

3-    ماسه های گوشه دار

این ماسه کاملاً گوشه دار است و بطور کامل در هم چفت می شوند و استحکام بالاتری ارائه می دهد و از نظر حمل و نقل قالب و حرکت مذاب و فشار مذاب ، استحکام بالاتری دارد اما قابلیت عبور گاز کم است.

4-    ماسه های مخلوط

این ماسه ها شکل خاصی ندارند.

انواع ماسه ( از نظر ترکیب شیمیایی ) :

1-    ماسه سیلیسی ( SiO₂ )

سیلیس یک حالت آلوتروپیک و چند ساختاره دارد و در دماهای مختلف ، ساختارهای متفاوتی دارد ( منگنز، کبالت ، قلع و زیرکنیوم نیز آلوتروپیکند ). در نتیجه اگر با سرعت های مختلف سرد شود ، خواص متفاوتی ارائه می کند ( در طراحی قالب برای مواد دیر گداز ، مشکل ساز است زیرا منجر به ترک خوردن بدنه قالب می شود ).

برای دیدن تصویر در اندازه واقعی روی آن کلیک کنید

 همان طور که از وزن مخصوص ها ( دانسیته ها ) ملاحظه می شود ، با تغییرات دما ، انبساط و انقباض در ابعادشان بوجود می آید که باعث  شکست قالب می شود ( بیشترین تغییرات را Cristobalite دارد ).

یک مزیت ماسه سیلیسی ، وجود معادن زیاد و ارزانی آن است.

متوسط ضریب انبساط این ماسه  Cm/Cm ºC ^6-10×16.2 است ( یک نمونه استاندارد از ماسه می سازیم و تا دمای مورد نظر می بریم و نگه می داریم سپس یک درجه اضافه می کنیم و طول را اندازه گیری می کنیم ).

این ماسه برای ریخته گری قطعات آهنی و فولادی و فولاد آلیاژی مناسب نیست و بصورت ماسه Backing  استفاده می شود. در چدن ریزی معمولاً از ماسه سیلیسی مصنوعی استفاده می شود.

1-    ماسه زیرکنیوم ( ZrO₂.SiO₂ )

زیر در طبیعت همراه با سیلیس است. غلظت زیر در ماسه بین 40 تا 50 درصد است.

این نوع ماسه خاصیت انبساط حرارتی دارد و ضریب انبساط حرارتی آن حدوداً Cm/Cm ºC ^6-10×4.5 است که از ماسه سیلیسی پایین تر است و برای مواد قالب و آجر و بدنه کوره مناسب است.هدایت حرارتی این ماسه بالاتر است و سریع تر خنک می شود ( 4 برابر کوارتز ). دارای وزن مخصوص ( دانسیته )  gr/Cm³4.75 است که تقریباً 2 برابر ماسه سیلیسی است که یک مزیت است زیرا در واقع چگالی توده ، زیاد است و یک بخش از نیروی مذاب را خنثی می کند.

تحمل دمایی ماسه زیرکونی بالاست و خاصیت دیرگدازی خوبی دارد  درنتیجه برای فلزات با دمای ذوب بالا کاربرد دارد ( حدوداً در ºC 2000 به حالت خمیری در می آید ). از دیگر خصوصیات این ماسه دانه های گرد و منظم و عدم خیس شدن توسط مذاب ( نمی چسبد ) و عدم تمایل به واکنش شیمیایی با اکثر فلزات است و اگر سرباره یا مذاب ، دارای موادی باشند که باعث خوردگی بدنه کوره شود ، این ماسه مقاوم است.

2-    ماسه الوینی ( سیلیکات های مضاعف آهن و منیزیم (Mg.Fe)₂SiO₂ )

Forsterite         2MgO.SiO₂    ,  Fayalite           2FeO.SiO₂

دیرگدازی این ماسه نسبت به ماسه سیلیسی بالاتر و از ماسه زیرکونی کمتر است ( ºC 1850-1750 ) که برای فولاد ساده و پر کربن و کم آلیاژ مناسب است. این ماسه دارای وزن مخصوص ( دانسیته ) gr/Cm³ 3.3 است و از نوع ماسه های گوشه دار است. انبساط حرارت این ماسه از ماسه سیلیسی کمتر و از ماسه زیرکونی بالاتر است.

3-    ماسه کرومیتی ( FeO.Cr₂O₃ )

این ماسه عمتاً بصورت ماسه رویه ( Facing Sand ) استفاده می شود ، دیرگدازی بالایی دارد ( ºC 1850-1450 ) که هر چه اکسید کرم کمتر باشد بهتر است. این ماسه دارای وزن مخصوص ( دانسیته )  gr/Cm³4.5 می باشد. در شرایطی که با چسب خاک رس ترکیب شود در ºC 1000 دارای انبساط حرارتی mm/mm 0.17 است ، سیلیس در همان شرایط دارای انبساط حرارتی mm/mm 0.6 و زیر mm/mm 0.076 است. این ماسه ، سیاه رنگ و از نوع ماسه های گوشه دار است.

4-    ماسه شاموتی ( 3Al₂O₃.SiO₂ )

این ماسه دارای دیرگدازی ºC 1750-1670 است که هر چه Al2O3 بیشتر باشد ، بهتر است. از این ماسه در ریخته گری بصورت آجر و بدنه کوره استفاده می شود. این آجر نارنجی نیز دارای انبساط و انقباض بوده و ترک می خورد. این ماسه برای فولاد آلیاژی و کم کربن مناسب است.

انتخاب ماسه :

از چند نقطه باید نمونه گیری کرد و تست ترکیب شیمیایی و دیر گدازی و .... انجام داد ( برای اینکه رطوبت و مواد همراه ماسه تبخیر نشود ، باید در ظرف بسته نمونه برداری کرد.

خواص عمومی ماسه ریختگی :

1)      استحکام در حالت تر ( Green Strength ) : استحکام فشاری و برشی در گوشه ها

2)    استحکام در حالت خشک ( Dry Strength )

3)      استحکام در حالت حرارتی ( Hot Strength ) : سریع به دمای بالا می رسد ، وقتی رطوبت خود را از دست می دهد نباید شکل خود را از ذست بدهد زیرا باعث ایجاد ترک و خرد شدن یا پلیسه و زائده و رگه می شود.

4)      قابلیت عبور گاز ( Permeability ) : گاز متصاعد شده از چسب و پوشش و هوای داخل باید خارج شود. به شکل و دانه مواد قالب و میزان کوبش و چسب و رطوبن بستگی دارد.

5)      پایداری حرارتی ( Thermal Stability ) : ابعاد خود را حفظ کند و ضریب انبساط حرارت پایین داشته باشد.

6)      دیرگدازی ( Refractoriness ) : مواد قالب تغییر حالت ندهد و سوخته و ذوب نشود و مقاوم به حرارت باشد.

7)      قابلیت شکل گیری ( Flowability ) : به اندازه دانه بستگی دارد.

8)      کیفیت سطحی ( Produces Good Casting Finish ) : به خواص فیزیکی دانه بستگی دارد.

9)      قابلیت فروپاشی ( Collapsibility ) : تابع نوع چسب مصرفی است.

10)  قابلیت بازیافت ( Reusable )

11)  تهیه و کنترل ساده

12)  درت خنک کنندگی ( Remove Heat )

نکته : ماسه سیلیسی را با خاک اره مخلوط کرده و جلو انبساط و انقباض را می گیرند یا با چسب سیلیکات سدیم و مواد افزودنی برای راحت جدا شدن مخلوط می کنند.

نکته : رطوبت در صنعت بین 4 تا 6 درصد وزنی است ، اگر رطوبت کم باشد ، استحکام تر کاهش می یابد و اگر زیاد باشد ، باعث ایجاد موک گازی می شود ( استحکام تر psi 7-6 است ).

کروم فلز سخت و درخشان با قابلیت پولیش بالا است و بی بو بدون مزه است.این فلز با ترکیب با اکسیژن و تشکیل فیلم اکسید بر روی سطح فولاد،از اکسیداسیون سطوح زیرین جلوگیری می کند.

در بیست وششم جولای 1761،یوهان گوتلب لمان(Johann Gottlob Lehmann) در کوهستان های اورال ماده معدنی نارنجی رنگی را پیدا کرد که وی آن را سرب قرمز سیبریه ای (Sibrain red lead)  نام نهاد.با وجوداینکه این ماده با ترکیب سرب با سلنیم به اشتباه گرفته شد،ولی در واقع اینترکیب کرومات سرب با فرمول PbCrO₄ بود که اکنون به نام کروکویت معدنی (Crocoite) شناخته می شود.

در سال 1770، پیتر سیمون پالاس(Peter Simon Pallas) در همان محلی که لمان به کاوش پرداخته بود،ماده معدنی سرب مانند به رنگ قرمز را یافت که خواص عالی در ساخت رنگدانه های رنگ از خود نشان میداد.استفاده از سرب قرمز سیبریان به عنوان رنگدانه گسترش فراوانی یافت.رنگ زردروشن که از کروکویت ساخته می شد،به صورت رنگ مدل نیز شناخته شد.

در سال 1797، لویس نیکلاس ون کولین(Louis Nicolas Vauquelin) نمونه های از سنگ معدنی کروکویت بدست آورد.وی توانست که از طریق مخلوط کردن کروکویت با اسید هیدروکلریک ،اکسید کروم با فرمول CrO₃ را تولید کند.در سال 1798،ون کولین کشف کرد که با حرارت دادن این اکسید در کوره زغالی می توان کروم فلزی را تولید نمود.

در طی سال 1800، کروم یکی از عناصر اصلی رنگ ها را تشکیل می داد و در نمک های چرم سازی استفاده می شد ولی کاربرد اصلی آن در تولید آلیاژها بودکه 85 درصد کاربرد آن را به خود اختصاص می داد.

کروم سه ظرفیتی (Cr(III),Cr³⁺) به مقدار کم در متابولیسم شکر در انسان نیاز است و فقدان آن ممکن است سبب بیماری به نام فقدان کروم شود.برخلاف آن،کروم شش ظرفیتی بسیار سمی است.اخیرا دیده شده است که مکمل های غذایی پیکولینات کروم باعث آسیب های کروموزمی در انسان می شود که از اینرو در ایالات متحده ،رژیم غذایی روزانه برای تامین کروم از مقدار 200-50 میکروگرم برای بزرگسالان تا 35 میکروگرم(برای بزرگسالان مرد) و 25 میکروگرم (برای بزرگسالان زن) کاهش داده شده است.

كروم عنصر اصلي در فولادهاي زنگ نزن است.علل اصلي در افزودن كروم به تركيب فولاد را مي توان در عوامل زير دانست:

·        افزايش سختي پذيري فولاد

·        حفظ استحكام و سختي فولاد در دماهاي بالا و شرايط كاري

·        افزايش مقاومت خوردگي در محيط هاي اكسيد كننده

وزن اتمي كروم 52 بوده و نقطه ذوب آن 1875 C است. و در هر دو حالت مايع و جامد بهر نسبتي در آهن حل مي شود.در بررسي رفتار كروم به عنوان عنصر آلياژي سه عامل زير را بايد در نظر گرفت:

·        كروم تمايل زيادي به تركيب با كربن دارد و لذا ذرات كاربيدي همان كاربيدهاي كمپلكس آهن-كروم هستد.

·        كروم با اكسیژن تركيب شده و تركيب ديرگداز غيرفلزي اكسيد كروم تشكيل مي دهد كه نقش فيلم سطحي محافظ در سطح فولاد را بازي مي كند.

·        كروم فريت زاي بسيار قوي است.

در حدود 13% كروم در تركيب فولاد باعث محدود شدن فاز آستنيت در ريزساختار مي شود. با افزايش درصد كروم، مقاومت خوردگي فولاد زياد مي شود. وهم چنين در دماهاي بالا مقاومت به اكسيداسيون آنها زياد خواهد شد.

حضور كروم باعث مي شود دماغه هاي نمودار TTT به سمت راست تغيير مكان دهند و سختي پذيري افزايش يابد. با اين وجود با افزايش درصد كروم جوشكاري آنها مشكل خواهد شد.به ازاي افزايش يك درصدي كروم در تركيب فولاد استحكام كششي فولاد از 80 تا 100Mpa  افزايش مي يابد.

کروم مقاومت خوردگی و استحکام فریت را شدیدا افزوده ولی تاثیر متوسطی بر سخت گردانی فاز آستنیت دارد.در فولادهای پرکربن ، مقاومت به سایش را افزایش میدهد.

افزودن کروم به آهن خالص گستره پایداری فاز گاما را محدود کرده و در درصدهای 13 % پایداری فاز فریت دلتا را تا دمای اتاق افزایش می دهد.افزودن بیش از 30 %  کروم به ترکیب، فاز بین فلزی سیگما FeCr را تشکیل می دهد.لازم است یادآوری شود که حضور عناصر دیگر بر تشکیل فاز سیگما تاثیر دارند بطوریکه با توجه به ترکیب شیمیایی فولاد می تواند در درصد های پایین کروم نیز تشکیل شود.به عنوان مثال ، فولاد زنگ نزن 18/8 که عناصر کاربید زایی مثل 3 %  مولیبدن و 1 % تیتانیوم دارد، با عملیات حرارتی در دمای 850 C فاز سیگما در ساختار ظاهر می شود.علاوه بر آن، در درصدهای کروم کمتر از  20 % و در حضور عنصر کبالت در مقادیر 7-10 % چنین تردی ناشی از حضور فاز سیگما مشهود است.

 وجود کروم در ترکیب آلیاژهای آهن – کربن بالاخص در درصدهای کربن زیاد تشکیل کاربیدها را می افزاید.در سیستم آلیاژی آهن-کربن-کروم چهار نوع کاربید کمپلکس اصلی وجود دارند: سمنتیت رومبیک (FeCr)₃C  در درصدهای کروم تا 15 % ،کاربید کروم تریگونال (CrFe)₇C₃ در درصدهای آهن 55 % ،کاربید کروم کوبیک(CrFe)₄C  که در آن کروم تا 24 %  جایگزین آهن می شود و کاربید کروم اورتورومبیک (CrFe)₂C₃ که درصد کمی از آهن را داراست ولی فقط در فولادهایی یافت می شود که تقریبا 9 %  کربن داشته باشند.کروم اضافی از مقدار لازم برای تشکیل کاربید وارد محلول جامد می شود.

برخلاف کبالت، درصدی از کروم که در محلول جامد وجود دارد، تاثیر کمی بر قابلیت سخت گردانی در مقایسه با سایر عناصر آلیاژی دارد.کرومی که در محلول جامد است ، زمان استحاله ایزوترمال آستنیت در فولاد های با 0.3 % کربن و  بیشتر از 2 %  کروم را زیادتر می کند.و در سرعتهای سردکردن عادی پرلیتی در ساختار تشکیل نمی شود.ولی اگربتوان  شرایط را طوری فراهم آورد که با نرخ سرد کردن عادی از استحاله مارتنزیتی جلوگیری شود ، در ریزساختار بینیت ریز تشکیل خواهد شد.

افزودن کروم به فولاد درصد کربن پرلیت یوتکتوئید را کاسته و دمای استحاله آستنیت را می افزاید. در فولاد 12 % کروم و0.35 %  کربن، استحاله یوتکتوئید در 0.35 %  کربن و دمای یوتکتوئید  800 C   رخ می دهد.

فولادی با 0.25 تا 0.45 درصد کربن و1.5 درصد کروم استحکام کششی و داکتیلیتی خوبی داشته ولی باید در برابر رشد دانه و تردی احتیاط های لازم را بعمل آورد.بعد از کوئنچ، این فولاد در برابر برگشت مقاومت خوبی از خود نشان می دهد فولاد با 1 درصد کروم مقاومت خوبی در برابر خوردگی اتمسفری عادی از خود نشان می دهد. وجود 0.5 درصد مولیبدن  استحکامهای کششی را تضمین می کند.

قطعات فورج تحت کشش بالا و بزرگ از فولادهای کروم دار 3 تا 3.5 درصد کروم  همراه با 0.5 درصد مولیبدن تولید می شوند که استحکام بالای آنها ناشی از ریزساختار بینیتی است که در حین سرد کردن آرام تشکیل شده است.

افزایش درصد کروم تا 5-6 % همراه با درصد کمی از مولیبدن یا نیوبیوم مقاومت خوردگی نسبتا خوب همراه با مقاومت خوب به خزش در دماهای نسبتا بالا را در پی دارد. این چنین فولادهایی در صنایع پالایش نفت کاربرد پیدا کردند. سایر فولاد های کم کربن که در این حوزه کاری استفاده می شوند دارای درصد کم کروم0.5-2.5 %  همراه با درصد کمی از مولیبدن هستند.البته مقاومت خوبی در برابر خزش در دماهای متوسط دارند و درصورتیکه درصد کربنشان از 0.3 فراتر نرود، قابلیت جوشکاری خوبی نیز خواهند داشت.

عنصر اصلی در فولادهای آلیاژی کم کروم نیکل است. این نوع فولادها دارای 1% کروم و 1.5-4.5 %  نیکل هستند.فولادهای با نیکل پایین و کربن 0.3 % در روغن سرد می شوند ولی کوئتچ فولادهای با 1.2 % Cr  و 4 % Ni در هوا حتی در مقاطع بزرگ سختی بالایی را در پی دارد.در شرایط کوئنچ و تمپر،فولادهای نیکل-کروم استحکام خوبی داشته وبرای تولید مقاطع بزرگ مناسب هستند.برای کاهش حساسیت به تردی تمپر به ترکیب این فولادها مولیبدن اضافه می شود.

فولادهای نیکل – کروم و نیکل – کروم-مولیبدن برای کاربردهایی استفاده می شوند که نیاز به سختی سطحی باشد.بخاطر تمایل زیاد کروم با تشکیل کاربید ،سختی لایه سطحی را افزایش می دهد.فولادهای کربنی ساده برای کاربردهای سختی سطحی شونده Case Hardening مناسب نیستند چرا که با وجود سخت بودن سطح،ترد بوده و تمایل به جدا شدن Spall دارد.

بیشترین سختی در سطح را می توان در فولادهای نیتریده شونده حاوی کروم بدست آورد.کروم تمایل قوی به ترکیب با نیتروژن دارد.ازمشهورترین فولادهای این نوع،می توان به فولادهای نیتروآلوی با 1.5 % Cr و 1% Al اشاره کرد.فولاد با کاربرد زیاد در این سری ،فولاد حاوی 3% Cr و 0.5 % Mo می باشد.

کروم مقاومت به سایش فولادهای کربنی ساده را افزایش می دهد. موادی که دارای کروم هستند در صورتیکه صحیح آبکاری شوند(1%C,1.5 % Cr)دارای سختی سطحی بالا، اندازه دانه ریز و مقاومت سایشی بالایی خواهند داشت. این مواد را می توان قبل از آبکاری برای سهولت در ماشینکاری نرم کرد.فولادهای مشابه که در آب کوئنج می شوند، دارای سختی سطحی بسیار بالا و مرکز نرم خواهند بود.

مقادیر مشخصی از کروم در فولادهای قالب گرم موجود است و در فولادهای خاصی که برای این منظور استفــاده می شود، دارای 2 % C و 12 % Cr هستند. در این فولادها، کاربیدهای آزاد دیده می شوند که مقاومت سایشی را بالا می برند.این فولادها در حین حرارت دهی در محدوده 500-600 C سختی ثانویه از خود نشان می دهند.کیفیت بالای این نوع فولاد مربوط به حفظ شکل و پروفیل قالب است که مربوط به مقاومت عالی کاربید های کروم در برابر دکربوریزاسیون می شود.

فولاد های تندبر که حاوی تنگستن و مولیبدن با 1% V یا انواع پرکربن و پروانادیم هســـتند دارای درصـــــــــــدی از کروم (3.5-5.5 %)بوده تا کاربیدها در ریزساختار پایدار باشند.

کروم عنصری است که مصرف بیشتری در تولید فولادهای زنگ نزن دارد.در کل فولادهای زنگ نزن به سه دسته مارتنزیتی،آستنیتی و فریتی گروه بندی می شوند.اولین گروهیکه از این فولادها تولید شده ند ، فولادهای مارتنزیتی با 13 % کروم و 0.3 % کربن بودند.کروم عامل اصلی در افزایش مقاومت خوردگی این فولادها بوده و کربن یوتکتوئید را می کاهد. در شرایط آبکاری و برگشت،فولادهای با 13 % Cr دارای سختی 530 HB  خواهند بود.جوشکاری این فولادها باعث تردی آنها شده و نیاز به عملیات حرارتی بعدی خواهند داشت.قابلیت فورج پذیری در محدوده دمایی 1100-900 C خوب بوده بعد از آنیل در دمـای 750 C قابلیت ماشینکاری خواهد داشت.هرچند که خواص پرسکاری سرد آنها ضعیف است.

در فولاد مشابه با 13 % Cr و تنها با کربن 0.1 % ،سختی پذیری کمتر بوده و در شرایط آبکاری در روغن و بعد از تمپر کامل، سختی 150 HB خواهد داشت.این نوع فولادهای زنگ نزن در تیغه های توربین استفاده می شوند.با عملیات حرارتی این نوع فولادها برای جلوگیری از تردی ، می توان جوشکاری را انجام داد.فورج پذیری آنها بصورت گرم بوده ولی خواص پرسکاری سردآنها کم است.

با افزایش درصد کروم ،مقاومت خوردگی فولادهای مارتنزیتی بیشتر می شود اما در درصدهای 17 % Cr و کربن 0.07 درصد ،بدلیل اینکه کروم فریت زاست، سختی پذیری کمتری خواهند داشت.این نوع فولادها در گروه فولادهای فریتی قرار می گیرند.علیرغم اینکه جوشکاری وخواص پرسکاری سرد آنها خوب است، اما جوشکاری آنها را ترد می کند.افزودن 2.5 درصد نیکل بهمراه افزایش درصد کربن تا 0.15 درصد ، باعث افزایش سختی پذیری فولاد بدلیل پایداری بیشتر آستنیت می شود. این نوع فولادها کاربرد وسیعی بعنوان شیر در صنایع شیمیایی دارند.

فولاد با درصد کربن 0.1 %  ویا کمتر و کروم بالای 20 %  فریتی بوده ولذا قابلیت سختی پذیری ندارند.درصد کروم بالا باعث مقاوم شدن فولاد در برابر اسیدهای اکسید کننده و اسید نیتریک می شود وخاصیت مهم دیگر که در حضور کروم بالا می توان بدان دست یافت ، مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون و کنده شدن سطحی در دماهای بالا می باشد.

برای کار در دماهای بالا، فولادهای با 20-27% کروم مناسب هستند. فولاد با 27 % Cr را می توان در 1000 C نیز استفاده کرد. اگر چه در این دما خواص مکانیکی این فولادها پایین است. این نوع فولاد در اتمسفرهای گوگرد دار نیز قابل استفاده هستند.

افزودن نیکل به ترکیب فولادهای کروم بالا باعث افزایش مقاومت خوردگی ، مقاومت اکسیداسیون وپوسته برداری در دماهای بالا می شود.فولاد کم کربن با 18% Cr-8% Ni در حین سرد کردن تا دمای زیر دمای اتاق کاملا آستنیتی بوده و لذا با کوئنچ نمی توان سخت کاری روی آنها انجام داد. تنها راه افزایش استحکام این نوع فولادها انجام کار سرد است.نرمترین حالت این فولادها وقتی است که در دمای 1050-1100 C عملیات حرارتی شوند.مقاومت خوردگی در اسیدهای غیراکسیدی مثل اسید سولفریک ،اسید هیدروکلریک زیاد بوده و با افزودن 3% Mo  بالاخص همراه درصدی از مس مشابه ، مقاومت خوردگی را نیز افزایش می دهد.

اعتقاد بر اینست که علت اصلی محافظ بودن فولادهای زنگ نزن، وجود فیلم اکسیدی بسیار نازک در سطح فولاد است که این فیلم در اولین تماس فولاد با محیط تشکیل می شود.این فیلم بقدری نازک است که اصلا دیده نمی شود.و در آب و بسیاری از محیط ها قابل حل نمی باشد.

با حرارت دادن فولاد 18/8 در محدوده دمایی 650-850 C مقاومت به شیمیایی در مرز دانه شدیدا کاهش می یابد.این چنین حالتی در مناطق HAZ  بسیار خطرناک است و ناشی از خالی شدن مناطق مجاور مرزدانه از کروم است.که در این دما کاربید کروم رسوب می کند.وقتی کربن 0.04-0.05 % باشد این افت مقاومت خوردگی زیاد خواهد بود.برای حذف و یا کمتر کردن این حالت ، بهتر است درصد کربن حداکثر 0.03 % باشد بطوریکه کاربید کمتری تشکیل شود یا عنصری اضافه کنیم که تمایل به ترکیب آن با کربن نسبت به کروم بسیار بیشتر باشد تا کاربید کروم تشکیل نشود و کروم در محلول جامد باقی بماند.

فولاد آستنیتی کروم-نیکل در دماهای بالا استحکام خوبی داردولی با این وجود برای بهتر کردن کارآیی  آن  عناصر دیگر اضافه شود.به عنوان مثال ،فولاد 18 % Cr  و 12 % Ni  همراه با نیوبیوم دردماهای بین 600-650 C مقاومت خزشی خوبی دارد.برای کاربردهای کمی بالاتر از این دما ، افزودن عناصری چون کبالت، تنگستن و مولیبدن لازم است. ولی اگر محـــــــــدوده دمایی 750-800 C  باشد،مواد پایه کبالتی و یا نیکلی گزینه بهتری خواهند بود.

درصدهای بالای کروم و نیکل باعث افزایش مقاومت اکسیداسیون در دماهای بالا می شود.در برخی کاربردها که نیاز به این است که مقاومت پوسته برداری خوبی نیز داشته باشیم،درصد سیلیس بالا بهمراه مولیبدن انتخاب می شود.یک ترکیب نمونه از این نوع فولاد 19% Cr,8% Ni, 3% W, 2 % Si   می باشد.اگر هدف این باشد که مقاومت حرارتی استثنایی داشته باشیم، آلیاژهای پایه نیکلی مثل Nichrome  با ترکیب 65 % Ni,15 % Cr ,20 % Fe  و یا آلیاژ نیکل – کروم 80/20  استفاده می شود.

در سالهای اخیر نوعی از فولادها آستنیتی معرفی شده اند که توسط فرآیند رسوب سختی کنترل می شوند.این فولادها هنگام سرد کردن از دمای بالای آستنیتی بوده و با عملیات در دمای زیر صفر و یا تمپر در دمای 750 C  آستنیت به مارتنزیت دگرگون می یابد.پیرسازی بعدی در دمای 450-600 C افزایش زیاد در خواص مکانیکی همراه با مقاومت خوردگی خوب در پی دارد.مثالی از این نوع فولادها 16 % Cr, 5% Ni , 2% Cu, 2 % Mo می باشد. مس و مولیبدن در بهبود مقاومت خوردگی سهیم هستند . مس مکانسیم رسوب سختی را بهبود می بخشد.

کروم کاربید ساز قوی بوده و در ترکیب چدنها تشکیل کاربیدهایی می دهد که خیلی پایدارتر از کاربید آهن هستند. اگر درصد کمی از کروم در فولاد باشد، تشکیل سمنتیت پرویوتکتوئید و پرلیت در هنگام سرد کردن آرام و عملیات حرارتی کند می شود.حداکثر کروم در چدنهای چکش خوار 0.03 %  می باشد.

در هر دو نوع چدنهای معمولی و آلیاژی ، درصدهای 0.5-1.0 %  کروم برای بهبود خواص مکانیکی بکار می رود.این درصد کروم با حذف فریت آزاد در ریزساختار باعث پایداری پرلیت می شود. در نتیجه استحکام و سختی افزایش می یابد.چدنهای با کروم بالا پایداری عالی دردماهای بالا دارند و برای کاربردهای دمای بالا معمولا دو گروه از چدنــــها بیشتر استفاده می شوند: چدنهای 17 % Cr   و چدنهای 30 % Cr  و بالاتر. هر دونوع از چدنها مقاومت حرارتی خوبی دارند اما دومی دارای مقاومت خوردگی بالاتری است.

کروم در بسیاری از چدنهای آلیاژی وجود دارد.وجود کروم در چدن نایهارد باعث تبدیل این چدن به چدن سفید می شود.در چدنهای Niresist  و Nicrosil  تقریبا 1.5 درصد کروم می باشند تا خاصیت مقاومت خوردگی و پوسته برداری ارتقاء یابد و زمینه آستنیتی تشکیل شود. با این وجود بدلیل اینکه وجود مقادیر زیاد کاربید چندان مطلوب نمی باشد، مقدار کروم در این چدنها محدود می شود.

تاریخچه جوشکاری

چون احتیاجات بشر ، اتصال و جوش در همه موارد را خواستار بوده است، لذا مثلاً از رومی‌های قدیم ، فردی به نام "پلینی" از لحیم به نام آرژانتاریم وترناریم استفاده می‌کرد که دارای مقداری مساوی قلع و سرب بود و ترنایم دارای دو قسمت سرب و یک قسمت قلع بود که هنوز هم با پرکنندگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دقت و ترکیبات شیمیایی و دستگاههای متداول طلاسازی از قدیم‌الایام در جواهرات با چسباندن ذرات ریز طلا بر روی سطح آن با استفاده از مخلوط نمک و مس و صمغ آلی که با حرارت ، صمغ را کربونیزه نموده ، نمک مس را به مس احیاء می‌کنند و با درست کردن آلیاژ طلا ، ذرات ریز طلا را جوش می‌دهند و تاریخچه ای به شرح زیر دارند:

• "برناندوز" روسی در 1886 ، قوس جوشکاری را مورد استفاده قرار داد.
• "موسیان" در 1881 قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.
• "اسلاویانوف" الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری بکار گرفت.
• "ژول" در 1856 به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد.
• "لوشاتلیه در 1895 لوله اکسی‌استیلن__ را کشف و معرفی کرد.
• "الیهو تامسون" آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال 7-1876 استفاده کرد.br>
  

چون علم جوشکاری همراه با گنج تخصصی بود، یعنی هر جوشکار ماهر در طی تاریخ درآمد زیادی داشت، سبب شد که اسرار خود را از یکدیگر مخفی نمایند. مثلاً هنوز هم در مورد لحیم آلومینیوم و آلیاژ ، آن را از یکدیگر مخفی نگه می‌دارند. در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر ، سبب توسعه سریع این فن گردید و سرمایه‌گذاری‌های عظیم چه از طرف دولتها و چه صنایع نظامی و تخصصی در این مورد اعمال گردید و مخصوصاً رقابت‌های انسانها در علوم هسته‌ای ( که فقط برای صلح باید باشد ) ، یکی دیگر از علل پیشرفت فوق سریع این فن در چند ده سال اخیر شد که به علم جوشکاری تبدیل گردید.

گروههای مختلف جوشکاری

1. لحیم کاری
2. جوشکاری فشاری و پرسی
3. جوشکاری ذوبی
4. جوشکاری زرد

چون مواد و فلزات تشکیل‌دهنده و جوش‌دهنده و گیرنده از لحاظ متالوژیکی بایستی دارای خصوصیات مناسب باشند، بنابراین جوشکاری از لحاظ متالوژیکی بایستی مورد توجه قرار گیرد که آیا قابلیت متالوژی و فیزیکی جوشکاری دو قطعه مشخص است؟ پس از قابلیت متالوژی ، آیا قطعه ای را که ایجاد می‌کنیم، از لحاظ مکانیکی قابل کاربرد و سالم است؟

آیا می‌توانیم امکانات و وسائل برای نیازها و شرایط مخصوص این جوشکاری ، مثلاً گاز و دستگاه را ایجاد نمائیم و بر فرض ، ایجاد نیرو در درجه حرارت بالا یا ضربه زدن در درجه حرارت پایین ممکن باشد؟ زیرا استانداردهای مکانیکی و مهندسی و صنعتی جوشکاری باید در تمام این موارد رعایت شود تا جوش بدون شکستگی و تخلخل و یا نفوذ سرباره و غیره انجام گیرد.

تکرار می‌شود در جوشکاری تخصصی و اصولاً تمام انواع جوش ، قابلیت جوش خوردن فلزات را باید دقیقاً دانست. در مورد مواد واسطه و الکترود و پودر جوش ، باید دقت کافی نمود. محیط لازم قبل و در حین جوشکاری و پس از جوشکاری را مثلاً در مورد چدن ، باید بوجود آورد.

گازهای دستگاههای مناسب و انتخاب فلزات مناسب از لحاظ ذوب در کوره ذوب آهن و بعد در حین جوشکاری از لحاظ جلوگیری از صدمه گاز - آتش و مشعل و برق و هوای محیط و وضعیت جسمانی و زندگی جوشکار ، خود نکات اساسی دیگر هستند که مشکلات جوشکاری می‌باشند.

مشکلات و گرفتاریهای صنعت جوشکاری

جوشکاری در حقیقت ایجاد کارخانه ذوب آهن و فلزات در مساحتی حداکثر 2×2 متر و نقطه حساس جوشکاری چند سانتیمتر است، زیرا همان درجه حرارت کارخانه ذوب آهن در محل جوشکاری در یک نقطه ایجاد می‌گردد. مسلم است که چنین کار عظیمی احتیاج به ابتکار و تخصص و مواد و متخصص و وسائل مدرن دارد تا بتوان از این ذوب آهن چند سانتیمتری استفاده صحیح نمود.

شاید اضافه گوئی نباشد که در هیچیک از رشته‌های فنی تا این اندازه احتیاج به سرمایه‌گذاری و رعایت جوانب فنی و غیر فنی ضروری و لازم نباشد.

عوارض و سوانح ناشی از عوامل فیزیکی مربوط به جوشکاری

در موقع جوشکاری ، از عوامل فیزیکی مورد تاثیر یا حاصل از عمل جوشکاری ممکن است خطراتی متوجه جوشکار شود که در:

• دسته اول: برق گرفتگی
• دسته دوم: سوختگی
• دسته سوم: ورود اجسام خارجی به داخل چشم

را می‌توان نام برد.

برق گرفتگی و عوارض حاصل از تاثیرات جریان برق

مسلم است اگر نقصی در سیم‌کشی وسائل برقی که برای جوشکاری با برق بکار می‌روند، وجود داشته باشد یا جوشکار نکات ایمنی لازم مربوط به برق را مراعات ننماید، خطر برق‌گرفتگی برای او وجود خواهد داشت و چنانچه جوشکار در ارتفاع مشغول جوشکاری باشد، مخاطرات حاصله از سقوط و در نتیجه شوک - ضربه الکتریکی نیز بر ضایعات حاصل از برق‌گرفتگی افزوده خواهد شد.

نشانه‌های حاد و فوری برق‌گرفتگی از مور مور شدن و یا شوک خفیف تا شوک شدید و قطع تنفس و متزلزل شدن ضربان قلب و عاقبت به مرگ منجر می‌شود. هنگامی که برق‌گرفتگی ، ایجاد شوک نماید و شخص در ارتفاع مشغول کار است، خطر سقوط و افتادن از ارتفاع روی زمین و روی وسایل و ماشین و غیره ، باعث پیدا شدن جراحات شدید شده ، وضع مصدوم را وخیم خواهد ساخت. بنابراین پیشنهاد می‌شود حتی‌المقدور جوشکاری را در سطح پایین انجام داد.

شدت ضایعات و مخاطرات حاصل از برق‌گرفتگی ، بستگی به عوامل زیر دارند:

• نوع جریان برق: اصولاً در هر ولتاژی ، جریان برق متناوب AC ، خطرناکتر از جریان برق DC مستقیم می‌باشد و یا به عبارت دیگر ، خطر شوک الکتریکی در جریان متناوب بیشتر است. در حالیکه خطر سوختگی در جریان مستقیم نیز بیشتر است.
  
  
• تاثیر ولتاژ: شدت شوک الکتریکی حاصل از برق گرفتگی ، بستگی به میزان ولتاژ برق مربوط به آن دارد و هرچه ولتاژ بیشتر باشد، شدت شوک حاصله بیشتر خواهد بود. در هر صورت ولتاژ بین 200 تا 250 ولت که ولتاژ معمولی برق شهر است، خطرناک بوده ، اغلب ضایعات شدید بوجود آورده ، ممکن است سبب مرگ شود.
  
  
• شدت جریان: شدت جریان 15 تا 20 میلی‌آمپر با فرکانس HZ 50 ولتاژ بالا ممکن است باعث چسبیدن دست مصدوم به سیم برق شده ، مانع رهائی وی گردد. این امر ممکن است تا موقع رسیدن نجات‌دهنده ادامه یابد. در این جریان ممکن است ضایعات کشنده ای ایجاد شود.
  
  
• فرکانس: در تواتر بین HZ 50 تا HZ 80 هرتز شوک یا ضربه الکتریکی ممکن است بوجود آید. ولی در فرکانس‌های بالا بین 30000 تا 100000 هرتز ، خطر کمتری وجود دارد، زیرا بوسیله پرتاب ، شخص را از منبع خطر دور می‌کند.
  
  
• مقاومت بدن انسان: مقاومت بدن انسان بین 500 تا 50 متغیر است ( اهم ). هر چه مقاومت در سر راه تماس منبع الکتریک با بدن ( پوست خشک – ضخامت کف پا ) بیشتر باشد، خطر شوک وارده کمتر است و یا بالعکس.
  
  
• مدت تماس: تماس برق با بدن در مدت زمان بین 1 تا 3 ثانیه ممکن است توقف قلب و فوت مصدوم را همراه داشته باشد. در هر صورت چنانچه شخصی دچار برق گرفتگی شود، از ضایعات و عوارض ذکر شده در بالا جان سالم بدر برد. معمولاً بهبود کامل می‌یابد و عوارض ، نادر می‌باشد.

مسائل مهم جوشکاری

تربیت متخصص و کاردان و کارشناس

جوشکاری ، یکی از رشته‌های پرهزینه در صنعت و آموزش ابتدائی و عالی است. انتخاب افراد و جوانان در هر سن و مدارج تحصیلی و کارخانه‌ای ، با داشتن قدرت تحمل کار با آتش ، قدرت تحمل خطرات و آموزش تخصصی به این جوانان بسیار مشکل است. زیرا سرمایه‌های عظیم آموزشی احتیاج دارد تا یک متخصص به تمام معنی یا یک مهندس جوشکار واقعی تربیت شود.

تهیه ماشین‌آلات مخصوص

تهیه ماشین‌آلات مدرن و مفصل جوشکاری احتیاج به بودجه‌های عظیم دارد تا بتوان از انواع ماشین‌آلات مدرن بهره‌گیری نمود، مخصوصاً در آموزش که باید همه جانبه باشد. بعضی اوقات تمام وسایل کارخانجات شهر و مراکز آموزشی ، کافی برای ارائه کل تخصص نمی‌باشن. و اشکال‌تراشی و نبودن بودجه و خرید و کمک به ساخت نیز گرفتاری دیگری است.

رعایت نکات ایمنی

رعایت نکات ایمنی و تخصصی ایمنی ، خود یکی دیگر از مشکلات عظیم جوشکاری است، بطوری‌که فرضاً انفجار یک کپسول مانند یک بمب می‌تواند جان صدها نفر را به خطر اندازد، در حالیکه مثلاً در کارگاه تراش و ریخته گری ،خطرها تا این حد بالا نیستند و کوچکترین بوی گاز ناشی از عدم اتصالات صحیح و اصولی ، ممکن است جان عده ای را به خطر اندازد. همان طوریکه تربیت متخصص ، احتیاج به بودجه‌های عظیم آموزشی برای خرید وسائل و کتب بطور همزمان دارد، هزینه های دیگر جوشکاری جهت جلوگیری از هر نوع انفجار و احتراق در کارگاهها و صدمه به بدن و چشم جوشکار و افراد حاضر در کارگاه می‌باشد.

بدین جهت جوشکاری را رشته ای پر خرج نام نهاده‌اند. مسلم است که این مخارج عظیم در استفاده از اتصالات جوش حذف خواهند شد. یعنی اینکه اتصالات پر خرج و مفصل پیچ و پرچ وقتی با جوشکاری جایگزین شوند، مخارج عظیم تشکیلات را در مدت کوتاهی تامین خواهند کرد.

هدف جوشکاری و برشکاری

بریدن قطعات ماشینی به ضخامتهای زیاد ، یکی از وظایف مهم برشکاری است. بطور کلی ، اتصال قطعات مختلف از یک نوع فلز یا انواع فلزات و آلیآژها و بالا بردن استحکام و سرعت عملیات و کاهش هزینه‌ها از مهمترین اهداف جوشکاری است.

رشته مهندسي مواد

 Materials Engineering

ماهيت كار

مهندسين مواد دست اندر كار استخراج ، توسعه دادن ، عمل آوردن ، و امتحان كردن موادي هستند كه در توليدفراورده هاي گوناگون ، از چيپهاي كامپيوتري و صفحات تلوزيون گرفته تا چوب گلف به كار ميروند.آنها با فلزات ، سراميكها، مواد پلاستيكي ، نيمه هاديها ، و تركيباتي از مواد كه به آنها كامپوزيت (مواد مركب) گويند براي بوجود آوردن موادي كه داراي خصوصيات خاص مكانيكي ، الكتريكي و شيميائي باشند كار ميكنند. از جمله كارهاي آنها انتخاب مواد براي كاربردهاي جديد نيز ميباشد.

امروزه پيشرفتهاي جديدي در مهندسي مواد حاصل شده كه به مهندسين اين امكان را ميدهد تا مواد را به روشهاي گوناگوني به كار برند. بعنوان مثال ، مهندسين مواد با استفاده از فرايندهاي پيشرفته ، الكترونها ، نوترونها به توانائي توليد مواد در سطح اتمي دست يافته اند و نيز قادر به شبيه سازي خصوصيات مواد و اجزاي آنها توسط رايانه شده اند.

مهندسين مواد متخصص در فلزات را مهندسين فلزات و متخصص در سراميك را مهندسين سراميك گويند. اكثريت مهندسين فلزات(متالوژي) در يكي از سه شاخه اصلي يعني استخراج يا شيميائي ، فيزيكي و يا فرايند كار ميكنند.

متالوژيستهاي استخراج با جدا كردن فلزات ار سنگهاي معدني و پالايش وآلياژ سازي آنها براي بدست آوردن فلزات مفيد سر و كار دارند. متالوژيستهاي فيزيكي طبيعت ، ساختار و خصوصيات فيزيكي فلزات و آلياژهاي آنها را بررسي كرده و در روشهاي تبديل آنها به محصولات نهائي مورد استفاده قرارميدهند. متالوژيستهاي فرايند ، روشهاي فلزكاري مانند ريخته گري ، كوبيدن ، گرد كردن و شكل دهي را بوجود آورده و توسعه ميدهند. مهندسين سراميك مواد سراميكي را توليد كرده و روشهاي تبديل آنها را به فراورده هاي مفيد ايجاد ميكنند. سراميك به تمامي مواد غير آلي و غير فلزي كه عموما در روند تبديل نياز به حرارتهاي بالا دارند گفته مي شود .مهندسين سراميك بر روي موادي گوناگون از شيشه آلات گرفته تا قطعات اتومبيل و هواپيما ،‌ خطوط ارتباطي فيبر نوري ، كف پوش و عايقهاي الكتريكي كار مي كنند.

فرصتهاي شغلي

از آنجائيكه مواد ، واحدهاي سازنده تمامي توليدات مي باشند ، مهندسين مواد در طيف وسيعي از صنايع توليد كننده به كار مشغولند. درصد بالائي از اين مهندسين در صنايع مربوط به فلز ، قطعات الكترونيكي ، وسائل حمل و نقل تجهيزات صنعتي كارمي كنند.

چشم انداز شغلي

نياز به مهندسين مواد در كار توليد مواد جديد براي مواد الكترونيكي وپلاستيكي رو به افزايش است. در كشور آمريكا نياز به اين رشته در صنايع فلزي پايه و شيشه كاهش يافته است.

ميزان درآمد متوسط

درآمد ساليانه دررشته ها و صنايع مختلف متفاوت است. در ايالات متحده اين ميزان برابر 59100 دلار در سال مي باشد.

در دهه 1960 مس تقریبا 90 درصد مواد الكترودهای مصرفی اسپارك را تشكیل می داد و گرافیت تنها 10 درصد مصرف را شامل می شد.اما امروزه این درصد مصرف كاملا برعكس شده است.علت این تغییر در صنعت EDM (اسپارك)مزیت های گرافیت نسبت به مس است.
قابلیت ماشینكاری: قابلیت ماشینكاری تقریبا مهمترین عامل در تعیین جنس الكترود است.دربعضی از شرایط ماشینكاری مس بیش از 5 برابر ازماشینكاری گرافیت زمان می برد.چون مس تمایل به پوسته شدن ‌،ماسیدگی و پارگی دارد و نیازمند مقداری كار دست برای برداشتن پلیسه هامی باشد.از آنجاییكه مس تمایل به چسبندگی دارد،وقتیكه ماشینكاری ریب های باریك و قسمت های ظریف مدنظرباشد مس انتخاب خوبی نیست.همچنین مس مقاومت خوبی درمقابل نیروهای ماشینكاری و حرارت حاصل از اصطكاك نداشته و درحمل و نقل نیز ضربه پذیراست. اماگرافیت همانطوركه ذكرشد تا پنج برابر سریعترماشینكاری شده و نیازی به عملیات اضافی همچون پلیسه گیری ندارد.ضمن اینكه بخاطر داشتن جرم مخصوص بسیار پایین (1.8-1.6 ) سبك بوده و حمل و نقل آن راحت است.
نرخ براده برداری: MPR درعرف به سرعت براده برداری شناخته شده و منظوراز آن سرعت براده برداری از قالب یا جسمی كه بر روی آن ماشینكاری انجام می شود است.از آنجاییكه مس هدایت حرارتی بالایی دارد گرمای حاصل از فرآیند اسپارك به سرعت در الكترود پخش می شود.درنتیجه دمای الكترود بالا رفته و مقاومت الكتریكی آن افزایش می یابد بهمین علت انرژی بیشتری برای اسپارك لازم است.ازطرف دیگر انتقال حرارت گرافیت پایین تر از مس بوده و درمقابل تغییرات مقاومت الكتریكی پایدارتراست.درنتیجه انرژی لازم برای ایجاد جرقه اسپارك نسبت به مس كمتر است.این اختلاف در انتقال حرارت یك مزیت گرافیت به مس است خصوصا هنگامیكه نرخ برداشت مواد زیادی مدنظر باشد.
خوردگی الكترود: یكی از نگرانی های هراپراتور اسپارك خوردگی الكترود است ، زیرا خوردگی بیش از حد الكترود منجربه ساخت الكترود جایگزین میشود.باپارامترهای اسپارك مناسب میزان خوردگی گرافیت 1 درصد عمق براده برداری بوده درصورتیكه این درصد برای مس بیشتر است.نقطه ذوب این دو ماده بازگوكننده میزان خوردگی آنها درعملیات اسپارك است.نقطه ذوب مس ۱۰۰۰-1100 درجه می باشد كه در رده فلزات درجه پایینی محسوب میشود.برای رسیدن به حداكثرسرعت براده برداری نیاز به افزایش آمپربوده و الكترود مسی بسادگی نمی تواند گرمای تولید شده را تحمل كند.گرافیت گرچه نقطه ذوب ندارد اما در 3500 درجه تصعید میشود و با این نقطه مقاومت در برابر حرارت بالا میتوان با آمپر و سرعت بیشتری براده برداری نمود.
كیفیت سطح: اگرچه مس كیفیت سطح خوبی می دهد اما به تنهایی نمی تواند كاستی های عوامل تعیین كننده ای مانند زمان ماشینكاری راجبران كند.باگرافیت دانه ریز پرداخت سطح مشابه مس باسرعت بیشتر و خوردگی الكترود كمتر می توان بدست آورد.صافی سطح Ra۷ با الگوی اوربیتالی كه نیازی به پولیش دستی ندارد به راحتی قابل حصول است. علاوه بر مطالب ذكرشده از بحث مهم مالی نیز نمی توان بسادگی گذشت.گرافیت دارای جرم مخصوص 7/1-5/1 (بسته به میزان فشردگی ذرات آن)و مس دارای جرم مخصوص 9/8 می باشد.برای پی بردن به این مسئله كه كدامیك از این مواد جهت ساخت الكترود اسپارك بصرفه ترمی باشند این مطلب را با ذكریك مثال توضیح می دهیم:فرض را براین قرار می دهیم كه برای ساخت یك الكترود به یك بلوكه با ابعاد 100x۵۰x۵۰میلیمتر نیاز داریم:
وزن بلوكه مس 100x۵۰x۵۰x۸.۹/۱۰۰۰x۱۰۰۰=۲.۲۲۵ kg
وزن بلوكه گرافیت 100x۵۰x۵۰x۱.۶/۱۰۰۰x۱۰۰۰=۰.۴ kg
تا اینجای كار همه چیز به نفع گرافیت پیش می رود.یك بلوكه بسیار سبك و قابلیت حمل و نقل آسان.ولی وقتی قیمت هركیلو از این مواد را در اعداد بدست آمده ضرب كنیم داریم: (قیمت هركیلو از مواد بطور میانگین درنظرگرفته شده است)
مس 2.225x۶۰۰۰۰=۱۳۳۵۰۰ Rls گرافیت 0.4x۴۰۰۰۰۰= ۱۶۰۰۰۰ Rls
دراینجا به اختلافی جزئی خواهیم رسید كه ممكن است نظرها را نسبت به گرافیت كمی به گمراهی بكشاند اما وقتی هزینه های ماشینكاری را (درصورت استفاده از پیمانكار ارائه دهنده خدمات مثلا فرز CNC ) و یا حداقل زمان ماشینكاری (درصورت ساخت الكترود توسط خود شما)را در این معادله دخیل كنیم به اختلاف زمانی شاید تا 4 برابر در ماشینكاری بر روی مس برسیم.این مطلب را با ذكر یك مثال دیگر پی میگیریم. ساخت الكترود (فرضا با استفاده از فرز CNC وبامیانگین اجرت ساعتی ده هزارتومان) بر روی بلوكه های مثال قبل:
مس 12x۱۰۰۰۰۰=۱۲۰۰۰۰۰ Rls گرافیت 3x۱۰۰۰۰۰= ۳۰۰۰۰۰Rls
دراینجا می بینیم كه اختلاف بسیار زیادی بین این دو ایجاد شده و گرافیت با حداكثر امتیاز بر سكوی نخست می نشیند!! ضمن اینكه با توجه به ماندگاری و خوردگی كمتر الكترودهای گرافیتی نیاز به الكترود جدید حداقل به میزان 15-10 درصد كاهش می یابد كه بنوعی صرفه اقتصادی محسوب می شود. حال پس از پرداختن به مزیت های گرافیت بد نیست به ایرادات جزئی آن نیز اشاراتی داشته باشیم: تنوع گرافیت جامد بسیار زیاد بوده و هرنوعی از آن را نمی توان درجهت ساخت الكترود اسپارك استفاده نمود. امكان تشخیص گرافیت مناسب جهت ساخت الكترود بسیار مشكل بوده و دراغلب موارد فقط با ماشینكاری و اسپارك چند نمونه از آن می توان به كیفیت آن پی برد. ماشینكاری بر روی گرافیت با توجه به شكنندگی جزئی آن درابتدا كمی مشكل بوده،لیكن با رسیدن به سرعت دوران و پیشروی مناسب به سادگی كار باآن پی خواهید برد.(هرچند كه هرجنس جدیدی اعم از انواع فولاد،مس،آلومنیوم،برنج و .... نیز نیاز به تجربه و تعویض ابزار،پیشروی و سرعت دوران برای رسیدن به حالت ایده آل دارد. شركت بازرگانی و تجارت الكترونیك استوك ماشین با سابقه پنج ساله استفاده و فروش انواع گرافیت جامد، هم اكنون پس از آزمایشات بسیار و تستهای ماشینكاری و اسپارك با انواع دستگاههای EDM ایرانی و خارجی به نمونه ای از گرافیت، ساخت كشور آلمان، دست یافته كه حداكثر راحتی در ماشینكاری،كمترین خوردگی و بیشترین میزان پیشروی در اسپارك و حداكثر مقاومت در مقابل ضربه را دارا می باشد.این نوع گرافیت تاكنون مورد استفاده بیش از بیست شركت و كارگاه و برای ساخت الكترود حداقل پانصد قطعه خودروئی و غیرخودروئی قرارگرفته و میزان رضایت استفاده كنندگان آن طی نظرسنجی انجام شده طی یكسال گذشته بشرح ذیل می باشد:
راحتی درماشینكاری %98 - راحتی دراسپارك %91
كیفیت سطح ماشینكاری %100 - كیفیت سطح اسپارك %95
مقاومت درمقابل ضربه %92 - عدم خوردگی الكترود %98

خواهشمند است درصورت تمایل به استفاده از مشاوره رایگان و دریافت یك نمونه جهت تست به آدرس زیر مراجعه فرمایید:
http://stockmachine.blogfa.com/post-61.aspx

استفاده از گرافیت مایع در فرآیند تولید قطعات فورج
استفاده از روان كننده ها و باصطلاح (Lubrication) امروزه در اغلب صنایع مرسوم و ملزوم است.این نیاز در بعضی از صنایع مانند فورج بسیار فراگیرتر و غیر قابل چشم پوشی بنظرمی رسد.عملیات فورج در هر رده ای و برای تولید هرقطعه ای كه انجام پذیرد بدون استفاده از روان كننده ها تقریبا غیرممكن می نماید.بهتر است برای روشنتر شدن لزوم استفاده از روان كننده ها به فرآیند فورج نگاهی اجمالی داشته باشیم:
بیلت (مواد برش خورده جهت تولید قطعه) در كوره به دمایی درحدود ۱۰۰۰ درجه رسیده و پس از اكسیدزدائی بر روی قالب كه درحدود 200 درجه گرما دارد قرار میگیرد.پرس ،كه میزان تناژ آن به حجم و شكل قطعه بستگی دارد، بر روی بیلت ضربه وارد كرده و مواد گرم شده را به داخل حفره های قالب هدایت می كند. درهنگام ضرب زدن پرس كه بعضا ثانیه ای بیشتر بطول نمی انجامد اتفاقات زیادی بوقوع پیوسته است. قالب بر اثر جریان سریع مواد متحمل نیروی اصطكاك بسیار زیادی میشود. گرمای بیلت به همراه اصطكاك ایجاد شده و سرعت جریان مواد، قالب را دچارشوك حرارتی بسیار بالایی می نماید.پران نشدن به موقع قطعه و گیركردن آن درقالب زمان این شوك رابیشتر و اثرات مخرب بیشتری برجای میگذارد.این اثرات سو ء در صورت عدم استفاده از روانكار مناسب و تمهیدات پیشگیرانه بسادگی باعث شكستن قالب و ضررهای بسیار دیگر مانند قفل كردن پرس خواهد شد.
درپاره ای از شركت های كوچك و تولیدكنندگان قطعات غیرخودروئی دیده شده كه از روغن سوخته !! بجای گرافیت استفاده میشود كه البته نتیجه ای جز فرو بردن كارگاه در دودی غلیظ ندارد! گرافیت مایع كه برای استفاده می بایست آنرا به میزان اشاره شده توسط تولیدكننده آن با آب یا روغن مخلوط نمود، دارای مزایای بسیاری است كه به پاره ای ازآنها اشاره می كنیم:
1- جلوگیری از چسبیدگی قطعه به قالب
2- جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی درقالب و درنتیجه افزایش عمرقالب
3- بهبود كیفیت سطح قطعات
4- كم كردن اصطكاك و تسهیل جریان مواد درقالب
5- مقرون به صرفه بودن آن نسبت به سایرمواد با توجه به رقیق شدن آن با آب
6- مقاومت در برابر حرارت و عدم ایجاد دود موارد ذكر شده پاره ای از وظایف گرافیت مایع در فرآیند فورج بوده لیكن نوع و روش استفاده ازآن نیز پارامتری اساسی تلقی میشود.با توجه به تست نمونه های زیادی ازگرافیت های موجود در بازار ایران عواملی همچون وجود ناخالصی و نسبت رقیق شدن پایین (درحدود ده به یك ) بیشتر به چشم می آیند.
گرافیت مایع ارائه شده توسط شركت بازرگانی استوك ماشین ساخت كارخانه معتبر فوكس (FUCHS) آلمان و دارای كیفیت بسیار عالی می باشد. این محصول تاكنون توسط شركتهای معتبر تولید قطعات فورج همانند پارت سازان ،قطعات آهنگری خراسان ،مجتمع صنعتی هفتم تیر و ... مورد استفاده قرار گرفته و رضایت كامل از كیفیت آن اعلام شده است. بعنوان نمونه در تولید یك قطعه با نرم 5000 با استفاده از قالب پیش فرم ،با استفاده از این نوع گرافیت و با همان قالبها تعداد 12000 قطعه تولید شده و میزان تخریب قالب %50 دفعات گذشته تولید بوده است .ضمن اینكه گرافیت ارائه شده توسط شركت استوك ماشین به میزان بیست به یك با آب رقیق شده كه با توجه به سایر نمونه ها (ده به یك) ارزش ریالی آن دوبرابر سایر نمونه ها می باشد.هرچند كه قیمت هركیلو از آن با سایر نمونه ها تفاوت چندانی ندارد !!

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 (جدول 1-1). مزیت این كم بودن وزن چیست؟ می‌توان این مزیت را بصورت زیر خلاصه نمود:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفه‌جویی در وزن ساختمان‌های آلومینیومی بخوبی در پایه‌ها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده می‌شود. لوله‌های حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب می‌گردد امروزه از آلومینیوم ساخته می‌شود. وزن كم این لوله خود می‌تواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3- صرفه‌جویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادی‌تر ساختمان‌ها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر می‌گردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد می‌باشد. هر چه قطعه سنگین‌تر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشین‌كاری‌های سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بسته‌بندی و ماشین‌های چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5- تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را می‌توان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
 

 مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:

یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یكهزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحكام مكانیكی قویتر می‌باشد.
اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها كافی نباشد در آن صورت روشهایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومینیوم Alcladding»، «آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت كاتدی Cathodic Protection».
در زیر، هر یك از این روشها به طور مختصر شرح داده می‌شود كه در یكی از فصول بعدی نیز به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
 

ترک بازگرمايشی ميتواند در فولادهای کم آلياژ حاوی عناصر کرم٫ واناديوم و موليبدن و در اثر اعمال عمليات پسگرم (مانند تنش زدايی) و يا بهره برداری در دمای بالا (معمولا ۳۵۰ تا ۵۵۰C) ايجاد گردد.

اين ترک اغلب در نواحی درشت دانه منطقه HAZ زير ناحيه جوش و يا مناطق درشت دانه فلز جوش ايجاد ميگردد. اين ترکها اغلب قابل ديد بوده و در نواحی تمرکز تنش مانند کناره جوش يافت ميشوند.
اين ترک ميتواند بصورت ترکهای درشت ماکروسکپی بوده و يا بصورت مجموعه هايی از ميکرو ترکها باشد. ماکرو ترکها بصورت ترک خشن و انشعابی در راستای نواحی درشت دانه ايجاد ميشوند. همچنين اين ترکها همواره به صورت بين دانه ای و در راستای مرزدانه های آستنيتی اوليه ظاهر ميشوند. ماکروترکها در فلز جوش ميتوانند بصورت طولی و يا عرضی نسبت به راستای جوش ايجاد شوند اما ماکروترکهای ناحيه HAZ هميشه موازی راستای جوش ميباشند.
ميکروترکها نيز ميتوانند در HAZ و يا فلز جوش ايجاد شوند. ميکروترکها در جوشهای چند پاسه٫ در نواحی درشت دانه ای که با پاسهای بعدی ريزدانه نشده اند٫ ظاهر ميشوند.
دلايل ايجاد:
هنگامی که فولادهای مستعد تحت عمليات حرارتی قرار ميگيرند٫ استحکام بدنه دانه ها در اثر رسوب کاربيدها افزايش يافته در نتيجه آزادسازی تنشهای پسماند بصورت خزش به ناحيه مرزدانه ها منتقل ميگردد.
وجود ناخالصی هايی که به مرزدانه ها انتقال ميابند و باعث تشديد تردی حرارتی ميگردند مانند گوگرد٫ آرسنيک٫ قلع و فسفر٫ استعداد فولاد به ترک بازگرمايشی را افزايش ميدهد.
طراحی اتصال نيز ميتواند احتمال ايجاد ترک بازگرمايشی را افزايش دهد. برای مثال اتصالاتی که شامل تمرکز تنش ميباشند مانند جوشهای با نفوذ ناقص٫ بيشتر مستعد ترکهای بازگرمايشی هستند.
پروسه جوشکاری نيز در اين امر موثر است. بستر جوشهای بزرگ بدليل ايجاد ناحيه HAZ درشت دانه ای که احتمال ريزدانه شدن آن در پاسهای بعدی کم است٫ نامناسب ميباشند.
پيشگيری:
- در صورت امکان از فولادهای مستعد ترک بازگرمايشی مانند 5Cr 1Mo, 2.25Cr 1Mo, 0.5Mo B, 0.5Cr 0.5Mn 0.25V و فولادهای پر استحکام حاوی کرم٫ موليبدن و واناديوم٫ استفاده نشود.
- استفاده از فولادهايی با مقدار کم عناصر تردکننده مرزدانه٫ مانند آنتيموان٫ آرسنيک٫ قلع و فسفر. فولادهايی با DG و يا PSR کمتر از صفر مستعد ترک بازگرمايشی نيستند:

DG= Cr + 3.3 Mo+ 8.1 V - 2
PSR= Cr + Cu + 2 Mo + 10 V + 7 Nb + 5 Ti - 2

- کاهش تمرکز تنش با سنگ زنی گرده جوش
- کاهش اندازه دانه آستنيت منطقه HAZ با پروسه جوشکاری مناسب و توليد ناحيه HAZ ريزدانه٫ بعنوان مثال استفاده از تکنين دو لايه و کنترل زاويه الکترود.

خوردگی ( Corrosion )

خوردگی اصطلاحی است که به فساد فلزات از طریق ترکیب فلز با اکسیژن وسایر مواد شیمیایی انجام می شود.

زنگ زدن ( Rusting )

زنگ زدن فقط در مورد اکسید شدن آهن وآلیاژهای آهنی در هوای خشک یا مرطوب به کار می رود که محصول خوردگی از جنس هیدرات فریک یا اکسید فریک است .

اکسید شدن ساده  فلزات سبک

این فلزات شامل فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هستند که وقتی اکسید شوند حجم قشر اکسید تشکیل شده متخلخل بوده و مانعی جهت نفوذ اکسیژن به داخل قشر اکسید نیست و اکسید خاصیت چسبندگی به فلز ندارد. به طور خاص سدیم وپتاسیم در حرارت های عادی و متعارفی میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن دارند ولی در درجات حرارت خیلی کم اکسید شدن به تاخیر می افتد و اکسید تشکیل شده در این حالت خاصیت چسبندگی دارد.

 آلومینیم و آلیاژهای آن

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری٬ مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است . چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر  است.

آلومینیوم از جمله جدیدترین مصالح ساختمانی است که در آغاز قرن 20 یک فلز نسبتا کمیاب بود و این روزها از متداولترین فلزات است که به صورت آلیاژی و غیر آلیاژی به کار می رود .

 ویژگی های عمومی خوردگی :

آلومینیوم یک فلز پست ( فعال ) است که با محیط اطراف میل ترکیبی شدیدی دارد . یعنی سطح آلومینیوم در معرض هوا به سرعت از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم حدود 0.01 میکرومتر پوشیده می شود که فلز را از حمله بعدی خوردگی محافظت می کند . معادله زیر به معادله لگاریتمی معکوس معروف است که در مورد خوردگی و اکسید شدن فلزاتی نظیر آلومینیوم به کار می رود : 

1/y = 1/y₀ – k₉( Ln[a(t-t₀)+1])

   y₀  : ضخامت قشر اکسید در بدو آزمایش

t₀  : زمان آزمایش در بدو شروع

k₉  : ثابت                                            

این معادله در مورد اکسید شدن آلومینیوم د ردرجه حرارت معمولی و اکسیژن خشک صادق است . هم چنین د راین فلز و در فلز زیرکونیوم رشد فیلم به روش اکسید شدن آنودیک از این معادله پیروی می کند . وقتی آلومینیوم د رمجاورت اکسیژن خالص و خشک قرار می گیرد بین اکسیژن وآلومینیوم یک نوع پیل الکتریکی موضعی تشکیل می شود که سبب رشد فیلم می شود .

 خوردگی یکنواخت :

خوردگی یکنواخت فلز آلومینیوم در فضای باز معمولا قابل اغماض است . محلول های دارای PH خارج از دامنه اثر ناپذیری در نمودار پتانسیل PH سبب خوردگی مواد ساخته شده از آلومینیوم می شوند. ملاط تازه تهیه شده هم قلیایی است ولذا خورنده آلومینیوم است از این رو برای اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز باید مراقبت شود که از پخش شدن ملاط جلوگیری شود . سطوح آلومینیومی که در تماس با بتون تازه هستند حتما در آغاز زدوده می شوند ولی به زودی با تشکیل اندود آلومینات کلسیم برروی آن ها از خوردگی بعدی جلوگیری   می شود.

تشکیل حفره :

در اتمسفرهای باز آلوده ٬ حفره های کوچکی تشکیل می شوند که با چشم قابل رویت نیستند . روی این حفره ها جرم های کوچک محصولات خوردگی معمولا اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم هستند ٬ تشکیل می شوند . حفره های کم عمق معمولا اثر چندانی بر استحکام مکانیکی ساختمان ها ندارند ٬ با این وجود جلای درخشنده فلز به تدریج از بین می رود و به جای آن اندود خاکستری – زنگاری محصولات خوردگی ظاهر می شود. اگر اتمسفر حاوی دوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگی جذب و رنگ زنگاری تیره ایجاد می شود .

اگر آلومینیوم به طور دائم در معرض آب قرار گیرد حفره دار شدن آن خیلی جدی خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسیژن وکلرید و یا یون های دیگر هالید ها تعیین کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر یون های HCO₃ و Cu²⁺وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بیشتر خواهد بود البته مشروط بر این که پتانسیل تشکیل حفره بالا رود . بیرون حفره واکنش کاتدی انجام می گیرد که کنترل کننده سرعت تشکیل حفره است .

 خوردگی دو فلزی :

چون آلومینیوم یک فلز پست است خطر خوردگی دو فلزی در تماس مستقیم آن  با یک فلز نجیب تر مثل فولاد وجود دارد . ولی شرط وقوع حمله ٬ حضور یک الکترولیت در نقطه تماس است . لذا خوردگی دو فلزی در فضای بسته خشک به وجود نمی آید و خطر حمله خوردگی دو فلزی در اتمسفر باز وجود دارد . البته این نوع خوردگی روی سطحی که با دوده آلوده شده باشد هم پیش می آید .

 خوردگی شکافی:

نوعی خوردگی شکافی در آلومینیوم در حضور آب پیش می آید نتیجه این خوردگی شکافی می تواند تشکیل اکسید آلومینیوم باشد که به صورت لکه های آب سبب بی رنگ شدن سطح می شود . زدودن لکه هاب آب دشوارو احتمالا غیر ممکن است .

 خوردگی لایه ای :

خوردگی لایه ای که به خوردگی پوسته شدن هم معروف است بیشتر به موادی که غلتک می خورند یا روزن ران می شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود می شود . مکان حمله د رلایه های موازی نازک در جهت حرکت به جلو بوده است  و سبب می شود که رویه های فلزی که مورد حمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و یا تاول هایی بر سطح فلز ایجاد شود . خوردگی لایه ای با  قرار گرفتن فلز در آب راکد و یا اتمسفر در یایی هم به وجود می آید و مقاومت در برابر خوردگی لایه ای هم از روی عملیات پیر سازی تعیین می شود .

یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یك هزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحكام   مكانیكی قویتر می‌باشد.                           
روش های زیر در جلوگیری از خوردگی به کار می رود :

حفاظت کاتد ی:

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

 آندی کردن:

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

 رنگ کاری :

مصالح آلومینیومی را برای فضای باز مثل ساختمان ها نیاز به رنگ مقاوم به خوردگی ندارند . خوردگی اتمسفری ان قدر شدید نیست که بر مقاومت ساختمان اثر گذارد . در هر حال رنگ کردن آلومینیوم بیشتر به منظور زیبا سازی انجام  می شود.

اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها كافی نباشد در آن صورت روش هایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: پوشش دادن با آلومینیم ٬ آندایزه کردن یا آبکاری ٬ پوشش سخت دادن ومحافظت کاتدی .  

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 روش های 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 در مجموعه خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing:

در این روش از مقاومت زیاد در مقابل خوردگی لایه پوششی كه بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تازه بریده شده تشكیل می‌گردد استفاده می‌شود. همانگونه كه قبلاً ذكر گردید این لایه عامل مقاومت به خوردگی طبیعی این فلز است. آندایزه كردن در واقع یك نوع ضخیم كردن لایه اكسیدی به ضخامت تا چندین هزار برابر ضخامت لایه اكسید طبیعی است. نتیجه عمل، لایه‌ای است سخت با ضخامت حدود 5/25 میكرون بر تمام سطح آلومینیوم كه علاوه بر مقاومت به خوردگی در مقابل سایش نیز استحكام كافی دارد. آندایزه كردن یك روش الكتریكی است كه انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولی كه فلز در آن مورد عمل قرار می‌گیرد و ضخامت لایه اكسیدی حاصل، فرق می‌نماید. از این طریق پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحی گاهی به منظور تزئینی نیز استفاده می‌گردد اگر فلز آندایزه شده را با انواع رنگهای مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریباً بصورت قسمتی از اكسید سطحی بدست می‌آید.

 تاول زدن سطح قطعات آلومینیمی در هنگام عملیات حرارتی :

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

 چکيده :

تحقيق به عمل آمده شامل تعدادي از عيوب قطعات آلومينيومي تحت فشار مي باشد و سعي بر آن شده که عيبهاي مهم آن از جمله  

عيب سرد جوشي -  عيب نيامد – عيب مک هاي گازي - عيب مک هاي انقباضي – عيب آبلگي – عيب مک هاي سوزني ( ريزمک ) – عيب ترک خوردگي – عيب سخت ريزه و عيب قطره هاي سرد مورد بررسي و چاره جوئي قرار گيرد . قابل ذکر است نياز امروزي صنعت به کيفيت هاي بالاتر ايجاب مي کند که توليد کنندگان به سطوح جديدي از کيفيت و بازده توليد دست يابند و اگر چه اين نوع  ريخته گري محدوديتهايي دارد اما ثابت شده که با بکارگيري اصول مهندسي کارآيي آن به خوبي بسياري از فرآيندهاي ديگر خواهد بود و باعث بالابردن سطح کيفيت موجود خواهد شد .

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

 مقدمه و تاريخچه  

دايکاست يا ريخته گري تحت فشار عبارت است از روش توليد قطعه از طريق فلز مذاب و تحت فشار به درون قالب که پس از بسته شدن قالب ، مواد مذاب به داخل يک نوع پمپ يا سيستم تزريق هدايت شود سپس در حاليکه پيستون پمپ مواد مذاب را با سرعت از طريق سيستم تغذيه قالب به داخل حفره مي فرستد ، هواي داخل حفره از طريق سوراخهاي هواکش خارج مي شود . اين پمپ در بعضي از دستگاهها داراي درجه حرارت محيط و در برخي ديگر داراي درجه حرارت مذاب مي باشد .

از ابتداي قرن 20 کاربرد قطعات ريخته گري آلومينيوم رشد خود را آغاز نمود اولين محصولات آلومينيوم مختص به وسايل آشپزخانه و قطعات تزئيني بود بعد از جنگ جهاني دوم رشد سريعي در صنعت ريخته گري آلومينيوم بوقوع پيوست و علت اصلي آن نسبت وزن / استحکام عالي آلياژهاي AL بود .

از سال 1945 به دليل توسعه صنايع ريخته گري تزريقي ، ميزان مصرف و کاربرد آلومينيوم ريختگي شديدا ً افزايش پيدا نمود و بيشترين آن در صنايع اتومبيل سازي بود بخصوص در کشورهايي مثل ژاپن سرعت رشد مصرف آلياژهاي AL به صورت صعودي رو به افزايش بوده است که از طريق مواد آلومينيوم مي تواند وزن اتومبيل را کاهش دهند .

 بررسي انواع عيوب ريخته گري در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار وبررسی جلوگیری از ان

 عيب سرد جوشي

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

   نحوه ايجاد عيب سرد جوشي  

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

عيب نيامد

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

  نحوه ايجاد عيب نيامد

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

عيب مک هاي گازي  

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

 نحوه ايجاد عيب مک هاي گازي

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

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

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

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

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

 عيب مک هاي انقباضي : 

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

 نحوه ايجاد عيب مک هاي انقباضي

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

 عيب آبلگي  

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

طريقه ايجاد عيب آبلگي

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

 عيب مک هاي سوزني ( ريزمک)  

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

نحوه ايجاد عيب مک هاي سوزني  

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

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

 عيب ترک خوردگي  

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

 نحوه ايجاد عيب ترک خوردگي

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

عيب سخت ريزه

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

نحوه ايجاد عيب سخت ريزه

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

الف ) ترکيبات بين فلزي  

الف – 1 – ترکيبات m-Al(Fe,Mn)Si

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

الف – 2 – ترکيبات x-Al(Fe,Mn)Si

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

الف – 3 – ترکيبات c-Al(Fe,Mn)Si

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

ب) اکسيداسيون ، واکنش با ديرگدازه ها

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

پ) ذرات خارجي

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

 عيب قطره هاي سرد

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

نحوه ايجاد عيب قطره هاي سرد

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

طبقه بندي علل عيوب قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار

علل عيب سرد جوشي

                                  عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

                                  طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

                                  پايين بودن سرعت دومين فاز مرحله تزريق

                                  بيش از حد بودن مقدار مذاب تزريق شونده

                                  سرد بودن قالب

                                  سرد بودن مذاب هنگام تزريق

                                  کوتاه بودن کورس ( زمان ) دومين مرحله تزريق

علل عيب مک هاي گازي

                                  طرح نامناسب سيستم مذاب رساني 

                                  کم بودن سرعت دومين مرحله تزریق

                                  بالا بودن سرعت دومين مرحله تزريق 

                                  طولاني بودن زمان مرحله تزريق

                                  مشکل قالب گيري

                                  عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب

                           کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها

                                  عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب مک هاي انقباضي

                                  فشار نامناسب مرحله سوم ( تزريق

                                  عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

                                  طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

                                  سرعت خيلي پايين مرحله دوم تزريق

                                  گرم بودن قالب

                           کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا حضور اکسيدها

علل عيب آبلگي

                                  عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

                                  سرعت پايين مرحله دوم تزريق

                                  بالا بودن سرعت مرحله دوم تزريق

                                  طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق

                                  مشکل قالب گيري

                                  عدم وجود هواکش به اندازه کافي در قالب  

                         کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

                                  عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب مک هاي سوزني

                                  طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

                                  طولاني بودن زمان مرحله دوم تزريق

                                  زمان نامناسب قالب گيري

                                  عدم وجود هواکش به ميزان کافي در قالب

                      کيفيت نامناسب آلياژ مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

                                  عدم تنظيم سرعت مرحله اول تزريق

علل عيب ترک خوردگي

                                  نامناسب بودن عمل تزريق

                                  فشار نامناسب مرحله سوم تزريق

                                  گرم بودن قالب

                                  گرم بودن مذاب تزريق شونده

                                  مشکل قالب گيري 

                            کيفيت نامناسب مذاب ( تميز نبودن يا وجود اکسيدها

علل عيب سخت ريزه

                                  نامناسب بودن ترکيب شيميايي آلياژ

                                  نامناسب بودن زمان انجماد

                                  وجود ترکيبات بين فلزي در آلياژ

                                  اکسيد شدن آلياژ و واکنش با ديرگدازه ها

                                  وجود هر گونه ذرات خارجي در آلياژ

علل عيب قطرات سرد

                                  عدم تنظيم حرکت پيستون تزريق

                                  طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

                                  پايين بودن سرعت مرحله دوم تزريق

                                  سرد بودن مذاب تزريق شونده

                                  کوتاه بودن زمان مرحله دوم تزريق

 بررسي روش هاي جلوگيري از ايجاد عيوب در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار

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

الف ) کوتاه کردن بيرون اندازه ها .

ب) افزايش ضخامت راهگاه در محل تماس با قطعه .

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

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

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

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

 گريپاژ يا توقف نابهنگام پيستون تزريق : حرکات ناگهاني پيستون تزريق عامل ايجاد انواع عيوب است از جمله سرد جوشي ، نيامد، مک هاي انقباضي  و حتي عيب قطرات سرد ، گريپاژ پيستون به راحتي قابل تشخيص است به شرط آنکه منحني جابجايي و فشار آن را در اختيار داشته باشيم .

منشأ گريپاژ پيستون اغلب در سرد شدن نامناسب پيستون بوده که خود دو علت دارد .

الف ) کارکرد نامناسب سيستم خنک کننده پيستون تزريق .

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

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

الف ) سرد شدن بيش از حد پيستون تزريق

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

پ) گرفتگي فلر در سيلندر تزريق

ت) طرح سيستم تغذيه قالب

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

الف ) روش طراحي – سيستمي که از طريق تجربي طراحي شده باشد و يا حتي بدتر از آن طراحي بدون محاسبه موجب ايجاد عيوب مي گردد .

ب ) کوتاه بودن طول راهگاه ورودي مذاب – در اين حال برخي نقاط قطعه به سختي از مذاب تغذيه شده و يا برعکس موجب چرخش مجدد مذاب در داخل قالب مي گردد .

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

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

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

سرعت پايين مرحله دوم تزريق : جهت پرکردن  قالب در شرايط بهينه لازم است که مذاب به حالت پودري در قالب جاري شود در اين حال فلز به صورت قطرات ريزي در آمده که موجب کاهش خطر حبس هوا در قالب مي شوند اين امر از ايجاد حفره هاي گازي ، آبلگي ، زير حفره ، نيامد و کشيدگي جلوگيري مي نمايد

در برخي موارد در قطعاتي که ضخيم باشند اين مزيت وجود دارد که قالب مي تواند با سرعت مرحله دوم کمتري پر شود در اکثر قريب به اتفاق قطعات ريختگي تحت فشار ، سرعت مرحله دوم بالايي لازم است .

 سرعت مرحله دوم تزريق بيش از حد زياد باشد : اگر سرعت حرکت پيستون تزريق بيش از  حد زياد باشد سرعت تزريق مذاب در قالب و در نتيجه سرعت پر شدن قالب نيز بيش از اندازه خواهد بود در ريخته گري تحت فشار عملا ً دو سيستم جريان مذاب مشاهده مي شود .

اول سيستم فوراني (جت ) که براي پر شدن قالب و سلامت داخلي قطعات مضر مي باشد اين مسئله در سرعت هاي بيش از حد پايين مرحله دوم تزريق مشاهده مي شود .

دوم سيستم اسپري شدن مذاب است که بهترين حالت ممکن را جهت رسيدن به سرعت کافي تزريق مذاب به دست مي دهد ( بستگي ضخامت راهگاه ورودي مذاب دارد ) با وجود اين در محدوده سيستم اسپري شدن مذاب براي سرعت هاي نسبتا ً بالا يک سري مشکلات نيز ممکن است ايجاد شوند در نتيجه هنگامي که سرعت مرحله دوم تزريق خيلي زياد است هواي داخل قالب زمان لازم براي خروج از محفظه قالب را نداشته و مي تواند منجر به ايجاد عيوب حفره هاي گازي و سوزني شدن گردد در اين حال لازم است که سرعت مرحله دوم تزريق کاهش يابد .

بايد خاطر نشان شود که سرعت بيش از حد مرحله دوم تزريق در برخي موارد منجر به فرسايش شديد قالب نيزمي شود که عمر قالب را کوتاه مي نمايد .

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

الف ) کاهش ميزان روغن کاري

ب) افزايش آهنگ توليد (در صورت امکان )

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

ت) افزايش زمان انجماد به منظور کاهش اتلاف حرارتي قالب

بيش از حد گرم بودن قالب :

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

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

ب) کنترل شرايط سرد وگرم شدن قالب .

پ) کاهش سرعت توليد .

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

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

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

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

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

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

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

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

نتيجه

در تمام تبادل نظرهايي که در هر کارخانه يا کارگاه معين بين افراد صورت مي گيرد      ( بين کارخانه و فروشندگان ، و بين کارخانه با ساير کارخانه ها ) مشکلات بزرگ زيادي مي تواند به دليل تفاوت در نوع تعريف و فهم هر يک از طرف ها از عيوب ايجاد شود .

نمونه هاي زيادي وجود دارد که يک اپراتور يا متصدي کنترل کيفي موردي را به عنوان عيب تعريف کند در حالي که اين يک عيب نيست اين امر موجب اعمال اقداماتي مي شود که هميشه پرهزينه بوده واغلب ضرورتي ندارد اطمينان يافتن از اين که تمام افراد نام تعريف شده براي عيوب ريختگي و نحوه توصيف آن را به درستي مي دانند مي تواند تا حد زيادي از بروز چنين مسائلي جلوگيري نمايد .

به همين دلايل ( و دلايل ديگر) براي يک توليد کننده قطعات دايکاست داشتن تعاريف خوب و مناسب از عيوب براي ديگران مزيت بزرگي به شمار مي آيد يک فاکتور ساده ولي حياتي در اين زمينه وجود افرادي هست که در يک کار گاه به يک زبان صحبت کنند و درک خوبي از هم داشته باشند .

بهترين راه براي حل اين مشکل درست کردن يک تابلو عيوب به همراه نمونه اي از قطعات معيوب و برچسب گذاري قطعات با نامي که به عيب مربوط به آنها اختصاص داده شده مي باشد به همراه اين تابلو ، کتاب عکسي بايد وجود داشته باشد که هر يک از عيوب در آن نشان داده شده باشد .

در فرايند گالوانيزه پيوندی متالورژيکی بين پوشش و زير لايه فولادی يا آهنی ايجاد می شود كه بصورت قسمتي از سطح فلز پايه ميگردد. طی فرايند گالوانيزه روی مذاب با سطح فولادی يا آهنی واکنش داده و يک سری آلياژهای روی- آهن را  تشکيل می دهد. معمولا پوشش های گالوانيزه شامل سه لايه آلياژی و يک لايه روی فلزی می باشند، که به ترتيب از زير لايه تا سطح خارجی عبارتند از:

• لايه نازک گاما (Gamma layer)  که از آلياژی شامل 75% روی و 25% آهن تشکيل شده است.

• لايه دلتا  (Delta layer) که از آلياژی شامل 90% روی و 10% آهن تشکيل شده است .

• لايه زتا ( Zeta layer) که از آلياژی شامل 94% روی و 6% آهن تشکيل شده است .

• لايه خارجی  اتا (Eta layer) که از روی خالص تشکيل شده است .

هر لايه با يک عدد سختی هرم الماسی (Diamond Pyramid  Number (DPN)) مشخص می گردد DPN يك مقياس اندازه گيري سختي مي باشد. به طور معمول لايه های گاما ، زتا و دلتا سخت تر از زير لايه فولادی می باشند .سختی اين لايه های زيرين ، پوشش را از آسيب ديدگی در برابر سايش، بطور قابل قبولی محافظت می کند. لايه اتای پوشش گالوانيزه کاملا داکتيل می باشد که مقاومت به سايش خوبی را برای پوشش گالوانيزه فراهم می کند. پوشش گالوانيزه به زير لايه فولادی با چسبندگی چندين هزار پوند بر اينچ مربع ( PSI ) متصل است .چسبندگی ساير پوشش ها معمولا دربهترين حالت در حد چند صد PSI است.

تركيب سه فاكتور سختي ، چكش خواري ، چسبندگي پوشش گالوانیزه منجر به مقاومت عالي این پوشش در برابر خوردگي يا خراش مي شود. از آنجاييکه محافظت از خوردگی، به پیوسته بودن (بدون نقص بودن) پوشش بستگی دارد، چقرمگی (toughness) پوشش گالوانيزه بسيار مهم می باشد. چرا که ساير پوشش ها به هنگام حمل و نقل يا در حين کار براحتی آسيب می بينند.

کارشناسان درمورد اينکه تمام پوشش های آلی ( مانند رنگ ها ) تا حدودی نفوذ پذير هستند ، اختلاف نظر دارند در صورتیکه با انجام گالوانیزه صحيح، این پوشش ها غير قابل نفوذ می باشند. و حتی در صورت آسيب ديدگی فيزيکی این پوشش ها، لايه گالوانيزه از لايه فولادی فاقد پوشش، محافظت کاتدی می کند. اگر مناطق خاصی از زير لايه فولادی يا آهنی به اندازه4/1 اینچ ("0.25) طولی يا عرضی، بدون پوشش باشند، روی مجاور آن مناطق تا زمانی که پوشش داشته باشند، از آن نواحی محافظت کاتدی می کند.

بطور طبيعی پوشش لبه ها و کنج ها در فرايند گالوانيزه ، به ضخامت ساير قسمت های قطعه مي باشد ،اما احتمال صدمه دیدن از گوشه ها و لبه ها بیشتر از سایر قسمت ها می باشد. بنابراين بايد از اين مناطق محافظت بيشتری کرد. پوشش دادن با  قلم مو يا اسپری بطور طبیعی باعث ایجاد ضخامت های نازک تر در لبه ها و گوشه ها میگردد. ولی چون در فرايند گالوانيزه تمام ماده در مذاب غوطه ور می شود، تمامی سطح آن دارای پوشش یکنواختی می باشد.

مقدمه

     یکی از مهم ترین عیوب که در آلیاژهای آلومینیم بخصوص در ریخته گری تحت فشار وجود دارد سخت ریزه ها هستند . سخت ریزه ها عموما درجه سختی بالایی داشته و ممکن است مشکلات زیادی در عملکرد ماشین کاری به وجود آورند . شمول های سخت ریزه ها معمولا به دلیل اندازه کوچکشان با اشعه ایکس به سختی رفع می شوند٬   بنابراین این عیوب داخلی غیر قابل دیدن هستند . عیوب سخت ریزه ها باعث پارگی های بزرگی روی سطح ماشین کاری و نیز گرم شدن و یا حتی شکستن لبه ابزار برش می شوند و هم چنین سرعت عملکرد ماشین کاری را به طور قابل ملاحظه ای کاهش داده و باعث افزایش هزینه های ماشین کاری می شوند . به طور کلی در آلیاژهای Al-Si چهار دسته از این عیوب سخت ریزه وجود دارند که عبارتند از :                  

1. اکسیدها

2.بین فلزی ها

3. ذرات نسوز

4. الماسه ها 

    مبحث زیر شمول های سخت ریزه ها را در  Al-11/5Si-0/4Mg-Fe- Mn در ریخته گری ماسه ای مورد بررسی قرار می دهد .

 تکنیک های آزمایشی                         

     تکنیک های آزمایشی شامل ذوب استاندارد و روش های ریخته گری برای آلیاژهای ریختگی آلومینیم است و از هیچ تغییر اضافی ای در این فرایند مانند ریزدانه کردن یا شکل دهی به وسیله سدیم و استرانسیم استفاده نشده است . فلز در 730 یا 760 درجه سیلسیوس دمای معمول ریخته گری ودر هوا به داخل ماسه های مرز بندی شده Pepset و قالب های فلزی ریخته گری می شوند . قالب های تست بعد از ریخته گری ٬ ماشین کاری می شوند و برای آزمایش های کشش و خمش ارجاع داده می شوند . در نهایت سطح نمونه آزمایشی متالورژیکی وسطوح شکاف دار زیر میکروسکوپ نوری مشاهده می شوند .                               

 انواع مختلف سخت ریزه ها  

1) اکسیدها :

   آلومینیم ومنیزیم میل ترکیبی زیادی برای  واکنش با اکسیژن دارند . بنابراین انتظار می رود که اکسید ها یکی از اصلی ترین شمول های سخت ریزه ها در آلیاژهای ریختگی آلومینیم محسوب شوند . باید تاکید کرد که آلومینیم و منیزیم مایع قابلیت حل شدن در اکسیژن را ندارند . آن ها ممکن است به دلیل اغتشاش سطحی از سطح مایع به درون فلز کشانیده شوند . اگر شمول های اکسیژنی به داخل مذاب کشانیده شوند احتمالا در تماس اتمی مناسبی نخواهند بود . اما انتظار می رود که با یک فیلم اکسیدی احاطه شده باشند و این شمول با یک لایه از هوا هنگامی که از سطح مذاب اکسیدی عبور می کنند ٬ آن را دریافت می کنند ٬ جدا شده اند . به نظر می رسد که یک لبه باریک از این فیلم اکسیدی که به عنوان یک شکاف عمل می کند مربوط به چنین ذراتی است.                                      

2) ترکیب های بین فلزی :

     ترکیب های بین فلزی که غنی از آهن هستند شایع ترین نوع سخت ریزه ها در آلیاژهای  Al-Si  شامل آهن و منگنز می باشند . ترکیب های بین فلزی به دلیل ته نشینی و کشش نیمه رساناها در گدازه های آلومینیمی به خصوص در صنعت ریخته گری تحت فشار به کار گرفته می شوند .

  عموما تصور می شد کریستال های غنی از آهن اولیه ٬Al₁₅(FeMn)₃Si₂  یا  Al₁₅(FeMnCr)₃Si₂  باشند٬ اما تحقیقات نشان داده تنوعات بسیار زیادی مثل Al₁₅(FeMn)₃Si₂ ٬   Al₈FeMnSi₂       ، Al₁₂(FeMn)₇Si₂   و Al₁₇(FeMn)₄Si₂ وجود دارد . گفته می شود که ذرات غنی از آهن اولیه٬ سختی بالا٬نقطه ذوب بالا و وزن مخصوص بالایی دارند .

      بین فلزی های غنی از آهن اولیه می توانند اندازه بزرگی داشته باشند حتی بالاتر از چند میلی متر که ناشی از تشکیل آن ها در دماهای بالاتر از مایعات آلیاژها ی  Al-Si است  .

     شمول هایی غنی از آهن اولیه روی کناره های فیلم اکسیدی دوتایی جوانه زنی می کنند . بنابراین سطوح شکاف دار اولیه شمول های غنی از آهن اولیه هستند که معمولا با فیلم های اکسیدی پوشانده شده اند به همین دلیل آلیاژهای ریختگیAl  معمولا در طول مسیرشکاف اکسیدی خراب می شوند . ذرات غنی از آهن اولیه معمولا شکل های ستاره ای ٬چند وجهی و شاخه ای روی بخشهای 2-D دارند . دیگر شمول های بین فلزی TiAl₃ وTi(AlSi)₂ ممکن است در آلیاژ Al-Si-0/4Mg شامل آهن ٬ منگنز وتیتانیم وجود داشته باشند . درحضور سطوح بالای استرانسیم ممکن است فاز غنی از استرانسیم یعنی Al₂Si₂Srیا  Al₄Si₂Srبه عنوان بین فلزی

های اولیه درآلیاژهای Al-Si-0/4Mg که شامل استرانسیم هستند حضور داشته باشند . ترکیبات غنی از استرانسیم روی فیلم های اکسیدی جوانه زنی و رشد می کنند . دیگر بین فلزی ها یا غیر فلزی ها ممکن است با حضورریزکننده های دانه با افزودن بورید تیتانیم یا ذرات کاربید تیتانیم به گدازه ویا دیگر نیتریدها وکاربیدها به وجود آیند .عیوب سخت ریزه ها اگر به اندازه کافی بزرگ باشند آنگاه این شمول ممکن خواهد بود .

3 ) ذرات نسوز  :                             

     ذرات نسوز ناهمگن می توانند به طور اتفاقی داخل قطعات ریختگی ناشی از شکستن یا تکه تکه شدن پوشش و جداره کوره ها ٬ بوته ها ٬ پاتیل ها و یا ابزار ایجاد شوند . برای جلوگیری از چنین تله افتادن ذرات نسوز هشدارهای زیر لازم است :                                              

1) تمیز کردن سطوح داخلی بوته ها ٬ پاتیل ها و یا ابزارها بعد از ریخته گری  .

2) جلوگیری از حرارت دادن زیاد  .   

3) جلوگیری از شوک های مکانیکی و گرمایی  .                       

4) صافکاری دوباره میله های غلاف ذرات                                               

5) جایگزینی جداره های کوره ها ٬ بوته ها ٬ پاتیل ها و ابزار.      

6) استفاده از مواد جداره با کیفیت بالا .

     علاوه بر این٬ شمول های ماسه ممکن است به داخل ریخته گری کشانیده شوند . شمول های سیلیسی از سیلیکا ناشی شده است . به خاطر این که شمول های اکسیژنی باید به درون فلز به وسیله عبور کردن از سطح آن که البته اکسید شده است وارد شود . بنابر این شمول از گداخته شدن به وسیله یک لایه باریک از گازها از باقی مانده هوا به همراه لبه خشک بسته اکسیدی جدا خواهد شد . بنابراین شمول با گدازه واکنش نمی دهد زیرا به وسیله هوا احاطه شده است و هیچ تماسی با آن ندارد .

4 ) الماسه ها :

     الماسه ها ریز قطرات کوچکی ازآلیاژ ریختگی هستند که طی مدت ریخته گری قالب شکل می گیرند به خصوص در طی مدت ریخته گری تحت فشار . ریز قطرات کوچک از جریان مایع جدا هستند و قبل از این که آن ها با ریخته گری پیوسته شوند به سرعت درون ساختارهای ریخته گری مناسب جامد می شوند . ساختار مناسب آن ها به این صورت است که قوی ٬ سخت و زمخت هستند . دو ریز قطره با یک فیلم اکسیدی سطحی پوشانیده می شوند . البته بعید به نظر می رسد که این الماسه ها نسبت به محل تشکیل خود در فیلم اکسیدی دوتایی ناهماهنگ باشند .                               

مقدمه

    جوشكاري يكي از مهم ترين فرايندهاي ساخت و توليد در صنعت مي باشد و در صنايع مختلف نظير خودرو سازي ، نفت و گاز ، پتروشيمي ، تاسيسات و ساختمان و پل ها ، حمل و نقل ، كشتي سازي ، صنايع ريلي ، نيروگاه ها ، صنايع  دفاعي  و  هوا  فضا  ،  محصولات  پزشكي  ،  الكترونيكي  و  تجهيزات دقيق و .....  كاربردهاي فراواني دارد . كشور ايران در حال پيمودن مسير توسعه صنعتي بوده و از اين رو صنعت جوش براي كشور از اهميت ويژه اي برخوردار است . بنابراين آموزش منسجم و هماهنگ با جهان در اين صنعت ، يكي از نيازهاي مهم كشور تلقي مي گردد .

چدن ها گروهي از آلياژهاي آهني با خواص گوناگون و متنوع اند و به جاي اين كه در حالت جامد روي آنها كار انجام گيرد در حالت مذاب به شكل دلخواه ريخته گري مي شوند . بر عكس فولادها كه كمتر از 2% كربن و معمولاً كمتر از 1% كربن دارند ، چدن ها 2 تا 4% كربن و 1 تا 3% سيليسيم دارند . ساير عناصر فلزي و غير فلزي نيز براي كنترل و ايجاد ويژگي هاي خاص اضافه مي شوند . علاوه بر تركيب شيميايي ، عوامل مهم ديگري از قبيل فرايند انجماد ، نرخ انجماد و عمليات گرمايي بعدي بر خواص آنها تاثير مي گذارد . چدن ها عالي ترين آلياژهاي ريخته گري اند و داراي گسترده ي وسيعي از استحكام و سختي و در بعضي موارد خواص ماشينكاري خوبي مي باشند .

انجام عمليات جوشكاري روي قطعات ريخته شده چدني به دليل الزاماتي است كه به برخي از مهمترين آنها اشاره شده است :

الف) برطرف كردن بعضي عيوب ريخته گري كه پس از بيرون آوردن قطعه از قالب يا در حين تراشكاري ظاهر مي شوند ، نظير حفره هاي گازي ، حفره هاي ناشي از ريزش ماسه يا حبس سرباره ، ترك هاي موضعي ، كشيدگي يا تغيير ابعاد در بعضي مواضع كوچك .

ب) تعمير قطعات مستهلك كه از نظر اقتصادي يا عدم دسترسي به تكنولوژي ساخت آنها بهتر است كه از طريق جوشكاري بازسازي شوند . اين مورد خود دو حالت دارد : قطعات شكسته شده و قطعات سائيده شده و يا خورده شده .

ج) اتصال دو يا چند قطعه كه ريختگي آن به صورت واحد با مشكلاتي همراه بوده يا از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيستند .

جوشهاي انجام شده در موارد فوق از نظر كلي سه مشخصه ي زير را دارند :

1-  جوش هاي تحت تنش ، كه بايد موضع جوش داده شده داراي حداقل خواص مكانيكي مورد نظر بوده يا با بقيه قطعه برابري كند .

2- جوشهايي كه تحت تنش قرار نمي گيرند و خواص مكانيكي آنها قابل مقايسه با قطعه ي مورد نظر نياز نيست . غالباً قابليت ماشين كاري و در بعضي موارد تطابق رنگ موضع جوش داده شده با بقيه ي قطعه لازم است . اين حالت بيشتر در تعميرات بعضي عيوب قطعات ريختگي مورد نظر است .

3-  مقاومت سطحي در مقابل خوردگي ، سائيدن ، خراش و اصطكاك  در موضعي كه فلز جوش رسوب داده شده ، درخواست مي شود . در اين موارد از فلز پركننده خاصي با تركيب شيميايي ويژه استفاده مي شود كه بيشتر در مواضع سائيده شده قطعات چدني مستهلك ، يا بالا بردن كارآيي قطعات چدني نو كاربرد دارد .

از گذشته های دور تاکنون از روش ریخته گری برای تولید فلزات و آلیاژهای مختلف استفاده  میشود. امروزه با توجه به جنس آلیاژ ریختگی و همچنین شکل و ابعاد قطعات ریختگی روش هایمختلفی برای ریخته گری فلزات مهندسی وجود دارد که به تعدادی از مهم ترین آنها اشاره میشود:

 

با توجه به این که ماسه خاصیت دیرگدازی دارد، معمولاً از آن برای تهیه محفظه قالب ریخته گری استفاده می شود.روش های مختلفی برای ایجاد استحکام در مخلوط ماسه استفاده میشود که در ذیل به مهمترین آنها اشاره شده است:

1- ریخته گری در قالب ماسه ای

1-1- ریخته گری ماسۀ تر  که معمولاً برای ریخته گری چدن ها و مخصوصاً چدن های خاکستری استفاده می شود. برای حفظ استحکام بین ذرات ماسه از چسب بنتونیت استفاده می شود. این چسب با استفاده از آب فعال می شود. مهمترین ویژگی این روش ریخته گری این است که گیرایی این چسب برای چندین بار برگشت پذیر است و لذا فرایندهای ریخته گری با ماسۀ تر از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.

2-1- ریخته گری ماسه ₂CO : در این روش از ریخته گری برای حفظ استحکام ماسه ها از چسب سیلیکات سدیم استفاده می شود. برای اینکه این چسب گیرایی خوبی داشته باشد، از دمش گاز کربنیک استفاده می شود. قطعات بدست آمده با استفاده از این روش کیفیت سطحی  بسیار خوبی دارند، مهمترین مشکلات آنها عدم برگشت پذیری چسب سیلکات سدیم و هزینه تمام شده بالا است.

3-1- ریخته گری با ماسه فوران : در این روش برای حفظ استحکام ماسه معمولاً از رزین های آلی مانند  فنول فورمالدئید استفاده می شود. این رزین ها در حضور مواد کاتالیزور که اغلب اسیدهای آلی هستند، گیرایی خود را بدست می آورند.

2- ریخته گری در قالب های دائمی

می توان از قالب های فلزی که اغلب از جنس چدن خاکستری است به عنوان محفظه قالب ریخته گری استفاده نمود. این قالب ها که معمولاً با استفاده از سیستم آب گردشی خنک می میشوند، بعد از هر بارریزی ، مجدداً برای دفعات زیادی قابل استفاده هستند. مهمترین محدودیت این روش ، نوع مذاب ریخته گری و شکل قطعات ریختگی است و محدودیت آن ریخته گری آلیاژهای با دمای ذوب بالا می باشد.

3- ریخته گری دایکاست

برای ریخته گری فلزاتی که نقطه ذوب کمی دارند ، مانند آلیاژهای آلومینیوم ، روی و سرب معمولاً از این تکنیک استفاده می شود. در این روش که خود انواع مختلفی دارد ، مذاب با فشار وارد محفظه قالب شده و پس از انجماد از قالب خارج می شود. مزیت این روش سرعت تولید بالا و امکان تولید قطعات با ابعاد کوچک است.

4- ریخته گری دقیق

از این روش معمولاً برای تولید قطعات ریخته گری کوچک با دقت ابعادی زیاد و در تولید انبوه استفاده می شود. ابتدا شکل قطعات ریختگی داز جنس موم تهیه شده و پس از غوطه وری این قطعات موم در دوغاب های سرامیکی متعدد و خشک کردن آنها ، موم در اثر گرما و فشار در قالب سرامیکی خارج می شود. پی از آن مذاب در داخل قالب سرامیکی ریخته گری می شود. 

* دانشجویان دورۀ کارشناسی گرایش متالورژی صنعتی پس از گذراندن درس ریخته گری 1 (3 واحد نظری ) آزمایشگاه ماسه و کارگاه ریخته گری را می گذرانند. آنها در این درس عملی یک واحدی با موضوعات زیر مواجه می شوند :

- آشنایی با کوره های ذوب ریخته گری ، روش تهیه شارژ  و روش تصفیه سرباره گیری و روش باریزی

- آشنایی با انواع مدل های ریخته گری و روش های ساخت آن

 - آشنایی و کسب مهارت های اولیه با انواع روش های قالب گیری در ماسه مانند ماسه تر و ماسه ₂CO

- آشنایی با ماهیچه های قالب گیری و کسب مهارت اولیه برای استفاده از آنها

- آشنایی با انواع سیستم های راهگاهی (فشاری و غیر فشاری ) ، مبردها و تغذیه ها .

- آشنایی با ریخته گری آلیاژهای مهندسی مختلف مانند انواع چدن ها (خاکستری ، نشکن ، آلیاژ برنج  و آلیاژهای آلومینویم )

- آشنایی با عیوب ریخته گری مانند مک های انقباضی ، مک های گازی ، ترک های داغ ، نیامد و ...

آشنایی با روش های جوانه زایی از قبیل ارتعاش ، مواد جوانه زا ، فوق تبرید و ... و نقش این عوامل بر روی اندازه دانه های بلوری فلزات که این می تواند روی خواص مکانیکی فلز تاثیر به سزایی داشته باشد.

کاربرد انواع مختلف فولاد

ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد

منگنز ، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و منوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO₂) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی ، منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولا دی‌اکسید سیلسیم (SiO₂) است، بکار می‌برند:

و چنانچه ناخالصی اصلی ، سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولا چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولا اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها

معمولا جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوشش ، مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها ، معمولا از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می‌گیرد.

بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه ، چند ساعت طول می‌کشد. البته مقداری از آهن ، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده ، به کوره بلند باز می‌گردانند.

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن

در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک‌ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه ، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.

اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO₂ رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف ، رو می‌آید. دمای توده مذاب ، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریبا به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی ، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده ، تمامی‌ این فرایند ، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولا محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.

تبدیل آهن به فولاد

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ، تیتانیم ، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن ، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد ، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده ، کربید آهن (Fe₃C) به نام «سمانتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش ، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:

هرگاه فولادی که دارای سمانتیت است، به‌کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن ، جابجا شده ، کربن به‌صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود و به فلز ، رنگ خاکستری می‌دهد. برعکس ، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد، باقی می‌ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.

فولادی که دارای سمانتیت است، از فولادی که دارای گرافیت است، سخت‌تر و خیلی شکننده‌تر است. در هر یک از این دو نوع فولاد ، مقدار کربن را می‌توان در محدوده نسبتا وسیعی تنظیم کرد. همچنین ، می‌توان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلف یک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلا بلبرینگ از فولاد متوسط ساخته شده است تا سختی و استحکام داشته باشد و لیکن سطح آن را در بستری از کربن حرارت می‌دهند تا لایه نازکی از سمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزوده شود.

تاریخچـــــه

پیدایـــــــش

خصوصیات قابل توجه

کاربردهــــــــــا

ترکیبات

معمولترین حالات اکسیداسیون آهن عبارتند از:

• حالت فروس ²⁺Fe
• حالت فریک ³⁺Fe
• حالت فریل ⁴⁺Fe که با تعدادی آنزیم ( مثلا" پیروکسیدازها ) پایدار شده است.
• آهن ( VI) هم معروف است (اگرچه کمیاب می‌باشد). درصورتیکه به شکل فرات پتاسیم باشد، ( K₂FeO ) یک اکسید کننده انتخابی برای الکلهای نوع اول می‌باشد. این ماده جامد فقط در شرائط خلاء و ارغوانی تیره پایدار است، هم به صورت محلول سوزآور و هم بصورت یک ماده جامد.
• کاربید آهن Fe₃C به نام سمنتیت معروف است.

بیولـــــــوژی

آهن ، اتم اصلی مولکول هِم ( بخشی از گلبول قرمز) و بنابراین جزء ضروری تمامی هموپروتئین‌ها محسوب می‌شود. به همین علت ، وجود این عنصر در حیوانات حیاتی می‌باشد. همچنین آهن غیر آلی در زنجیره‌های آهن – گوگرد بسیاری از آنزیمها یافت می‌شود. باکتریها اغلب از آهن استفاده می‌کنند. وقتی بدن در حال مبارزه با یک عفونت باکتریایی است، برای عدم دستیابی باکتری به آهن ، این عنصر را پنهان می‌کند.

ایزوتوپها

آهن بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار Fe-54 , Fe56 , Fe-57 , Fe-58 می‌باشد. فراوانی نسبی ایزوتوپهای آهن در طبیعت تقریبا" Fe-54 8/5% ، Fe-56 7/91%، Fe-57 2/2% و Fe-58 3/0% است.Fe-60 که نوکلید پرتوزای غیر فعال است، دارای نیمه عمر 5,1 (Myr) می‌باشد. بیشتر تلاش گذشته برای اندازه گیری ترکیبات ایزوتوپی آهن به‌علت فرآیندهایی که توام با نوکلئوسنتز ( مانند مطالعات شهاب سنگها ) و شکل‌گیری کانی‌ها هستند، حول محور تعیین انواع مختلف Fe-60 صورت گرفته است.

در وهله‌های مختلف ، شهاب سنگهای Semarkona و Chervony Kut می‌توان بین تمرکز Ni-nickel|60 ( محصول اخترچه Fe-60 ) و فراوانی ایزوتوپهای پایدار آهن ارتباطی یافت که دلیلی برای وجود آهن 60 در زمان شکل‌گیری منظومه شمسی می‌باشد. احتمالا" انرژی آزاد شده توسط فروپاشی آهن 60 به همراه انرژی رها شده بر اثر فروپاشی نوکلئید پرتوزای Al-26 ، در ذوب مجدد و تفکیک اخترچه‌های بعد از شکل‌گیری آنها 4,6 میلیارد سال پیش تاثیر داشته است. فراوانی Ni-60 موجود در مواد فرازمینی نیز ممکن است آگاهی بیشتری در مورد منشاء منظومه شمسی و تاریخ ابتدایی آن ارائه نماید.

در بین ایزوتوپهای پایدار فقط آهن 57 دارای اسپین اتمی است،(2/1-). به همین خاطر آهن 57 در شیمی و بیوشیمی بعنوان یک ایزوتوپ اسپینی دارای کاربرد است.

هشدارهـــــــــا

مصرف بیش از حد آهن خوراکی ایجاد مسمومیت می‌کند، چون مقدار زیاد آهن فروس با پروکسیدهای بدن واکنش کرده ، تولید بنیانهای آزاد می‌کند. وقتی مقدار آهن در بدن طبیعی است، مکانیسمهای ضد اکسیداسیون خود بدن قادر به کنترل این فرآیند می‌باشد. اگر مقدار آهن بیش از نرمال باشد، مقادیر غیرقابل کنترل بنیانهای آزاد بوجود می‌آید.

مقدار کشنده آهن برای یک کودک 2 ساله تقریبا" 3 گرم بوده و یک گرم آن مسمومیت جدی در پی خواهد داشت. گزارشهایی مبنی بر مسمومیت کودکان در اثر مصرف 10 تا 50 عدد قرص سولفات آهن در کوتاه مدت وجود دارد.مصرف بیش از حد آهن بر اثر خوردن غیر عمدی داروها عامل جدی مرگ و میر در کودکان است. افزایش غیرقابل کنترل آهن در بدن ، موجب بروز بیماری به نام hemochromatosis می‌گردد. آهن اضافی در کبد جمع شده ، موجب بیماری آهن زدگی siderosis و آسیبهای عضوی می‌شود. به همین دلیل افرادیکه کمبود آهن ندارند، نباید مکملهای آهن مصرف کنند.

تاریخچه

پیدایش

خصوصیات قابل توجه

کاربردها

ارزش

طلا مانند فلزات پُر ارزش دیگر با سیستم توزین تروی سنجیده می‌شود و در صورت آلیاژ با سایر فلزات از اصطلاح carat برای مشخص کردن مقدار طلای موجود با عیار 24 ( که طلای خالص است ) استفاده می‌شود. ( در ایران بیشتر از مثقال برای معاملات بازار طلا استفاده می‌شود و برای آلیاژهای طلا از میزان عیار اسفاده می‌شود که عیار 24 طلای خالص می‌باشد).

در طول تاریخ از طلا برای پشتیبانی پول و در سیستمی تحت عنوان پایه طلا استفاده می‌شد که در این سیستم ، یک واحد از پول رایج معادل مقدار معینی طلا بود. مدت زیادی ارزش طلا توسط آمریکا برای هر اونس تروی 20,62 دلار تعیین شد، اما در سال 1934 ارزش طلا 35،00 دلار برای هر اونس تروی تثبیت شد.

به سبب بحران طلا در 17 مارس 1968 طرح نرخ‌گذاری دوگانه ایجاد شد که طبق آن برای تثبیت ارزش بین‌المللی ، طلا همچنان به قیمت سابق 35،00 دلار در هر اونس تروی باقی ماند، اما قیمت آن در بازار خصوصی اجازه نوسان یافت؛ این سیستم نرخ‌گذاری دوگانه در سال 1975 هنگامی‌که نرخ طلا اجازه نوسان یافت، متوقف شد. از سال 1968 نرخ طلا در بازار آزاد نوسان شدیدی یافت، بطوری‌که در ژانویه 1980 به 620 دلار در هر اونس تروی رسید، اما تا ژانویه 1990 قیمت آن به 410 دلار در هر اونس تروی کاهش یافت.

گاهی اوقات ، مالکیت طلا به خاطر نقشی که بعنوان پشتوانه پول دارد، محدود و یا ممنوع می‌شود. در آمریکا مالکیت خصوصی طلا جز بصورت جواهر و سکه بین سالهای 1933 و 1975 ممنوع شده بود. چون طلا مدت زمان بسیار طولانی ارزش خود را حفظ کرده است، بعنوان یک سرمایه‌گذاری مشهود اغلب به‌صورت بخشی از یک سهام نگهداری می‌شود.

چون طلا ارزش خود را حتی هنگامیکه پول بی‌پشتوانه بی‌ارزش می‌شود حفظ می‌کند، بنابراین مخصوصا" در زمان ناتوانی یا تورم دید مورد نیاز است.

قراردادهای آینده برمبنای داد و ستد جاری طلا در COMEX ( محل خرید و فروش کالا ) است که شعبه ای از بازار بورس نیویورک ( New York Mercantile Exchange ) می‌باشد و پیش‌بینی قیمت طلا و سایر کالاها در آینده در این مکان انجام می‌گیرد.

ترکیبات

• کلرید دارای طلا (AuCl₃) و اسید کلروئیک ( HAuCl₄ ) رایج‌ترین ترکیبات طلا هستند. اگرچه طلا فلز بی‌اثر است، اما قادر است ترکیبات فراوانی بسازد.
• در تیزاب سلطانی حل شده تولید یون ^-AuCl₄ منفی می کند.
• هالیدهای طلا ( F , Cl , Br , I )
• کالکوژنیدهای طلا ( O , S , Se , Te )
• ترکیبات خوشه‌ای طلا

ایزوتوپها

تنها یک ایزوتوپ پایدار و 18 رادیوایزوتوپ که فراوان‌ترین آنها Au-195 با نیمه عمر 186 روز است، برای طلا وجود دارد.

هشدارها

بدن انسان این فلز را جذب نمی‌کند و طبیعتا" ترکیبات طلا خیلی سمی نیستند. با این همه درمورد50% بیماران ورم مفاصل که با داروهای حاوی طلا درمان شده‌اند، آسیب کبد و کلیه گزارش شده است

اطلاعات اولیه

تاریخچـــــــه

خصوصیات قابل توجه

کاربردها

جداسازی

سرب محلی در طبیعت یافت می‌شود، اما کمیاب است. امروزه معمولا" سرب در کانی‌هایی همراه با روی ، نقره و ( بیشتر) مس یافت می‌شود و به همراه این مواد جدا می‌گردد. ماده معدنی اصلی سرب گالن (PbS) است که حاوی 86,6% سرب می‌باشد. سایرکانیهای مختلف و معمول آن سروسیت ( PbCO₃ ) و انگلسیت ( PbSO₄ ) می‌باشند. اما بیش از نیمی از سربی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، بازیافتی است.

سنگ معدن بوسیله مته یا انفجار جدا شده ، سپس آنرا خرد کرده و روی زمین قرار می‌دهند. بعد از آن ، سنگ معدن تحت تاثیر فرآیندی قرار می‌گیرد که در قرن نوزدهم در Broken Hill استرالیا بوجود آمد. یک فرآیند شناور سازی ، سرب و دیگر مواد معدنی را از پس‌مانده‌های سنگ جدا می‌کند تا با عبور سنگ معدن ، آب و مواد شیمیایی خاص از تعدادی مخزن که درون آنها دوغاب همیشه مخلوط می‌شود، عصاره ای بوجود آید.

درون این مخزنها هوا جریان یافته و سولفید سرب به حبابها می‌چسبد و بصورت کف بالا آمده که می‌توان آنرا جدا نمود. این کف ( که تقریبا" دارای 50% سرب است ) خشک شده ، سپس قبل از پالایش به منظور تولید سرب 97% سینتر می‌شوند. بعد ازآن سرب را طی مراحل مختلف سرد کرده تا ناخالصیهای سبکتر بالا آمده و آنها را جدا می‌کنند. سرب مذاب با گداختن بیشتر بوسیله عبور هوا از روی آن وتشکیل لایه ای از تفاله فلز که حاوی تمامی ناخالصیهای باقی مانده می‌باشد، تصفیه شده و سرب خالص 99,9% بدست می‌آید.

ایزوتوپهــــــــــــا

سرب بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار است : Pb-204(1.4%)-Pb-206(24.1%)-Pb-207(22.1%)-Pb-208(52.4%). سرب 206 ، 207 و 208 همگی پرتوزا بوده ، محصولات پایانی زنجیره فروپاشی پیچیده ای هستند که به ترتیب در U-238 ، U-235 و Th-232 رخ می‌دهند.

هشدارهــــــــــا

سرب فلز سمی است که به پیوندهای عصبی آسیب رسانده ( بخصوص در بچه‌ها ) و موجب بیماریهای خونی و مغزی می‌شود. تماس طولانی با این فلز یا نمکهای آن ( مخصوصا" نمکهای محلول یا اکسید غلیظ آن PbO₂ ) می‌تواند باعث بیماریهای کلیه و دردهای شکمی شود. به اعتقاد بعضی افراد استفاده تاریخی از سرب توسط امپراطوری روم برای لوله‌های آب ( و نمک آن ، استات سرب که بعنوان شیرین کننده شراب و به نام شکر سرب هم معروف است ) عامل دیوانگی بسیاری از امپراطوران بود. نگرانی درباره نقش سرب در عقب‌ماندگی ذهنی کودکان موجب کاهش استفاده از آن در سطح جهان گردید.

فروش رنگهای حاوی سرب در کشورهای صنعتی متوقف شده ، گرچه احتمالا" بسیاری از خانه‌های قدیمی هنوز دارای مواد سربی در رنگهایشان هستند. کلا" پیشنهاد می‌شود رنگهای قدیمی را با سمباده ازبین نبرند، چون این کار باعث ایجاد غباری قابل استنشاق می‌گردد. نمکهای سرب که در لعاب ظروف سفالی بکار می‌رود، گاهی اوقات ایجاد مسمومیت کرده‌اند، چون هنگامیکه در آنها اسید نوشیده می‌شود، مانند آبمیوه ها ، یونهای سرب از لعاب ظرف جدا می‌شوند. گفته می‌شود استفاده از سرب برای فشردن سیب جهت تهیه آب سیب ، عامل بیماری Devon colic می‌باشد.

گمان می‌رود سرب پیامدهای ناگواری برای دختران و خانمهای جوان داشته باشد به همین علت بسیاری از دانشگاهها در تجزیه و تحلیلهای دختران ، سرب را در اختیار آنها نمی‌گذارند. سرب در واقع برای ساخت مدادهای اولیه مورد استفاده قرار می‌گرفت، اگرچه در چند دهه اخیر مغز مدادها از گرافیت که شکل طبیعی کربن می‌باشد، ساخته شده است.

ریشه‌های کلمــــــه

واژه لاتین plumbum باعث شکل گیری اصطلاحات زیادی در زبان انگلیسی شده است:

• Plumbing ( لوله کشی) یا سیستمی از لوله کشی. چون در گذشته لوله‌ها از سرب ساخته می‌شدند، این واژه ریشه در آن دوران دارد.
• Plumb bob یا plummet ( شاغول کوچک) جسم فلزی باریک و نوک تیز که از وزن آن برای کشیده نگه داشتن ریسمان بصورت افقی استفاده می‌شود، اشاره به این حقیقت دارد که این شاغولها در آغاز از سرب ساخته می‌شدند.
• Plumb wall نام آن به این علت است که از شاغول ( Plumb bob ) برای یافتن خط عمود استفاده می‌شود.
• Plumbing the depths ( ژرف یابی ) از کاربرد وزنه سربی برای انداختن ژرف‌یاب تا انتهای آبها اقتباس شده است ( یا در انتهای قلاب ماهیگیری اگر آب واقعا" عمق داشته باشد! )
• Plumb crazy احتمالا" چون مسمومیت سرب می‌تواند منجر به دیوانگی شود، این واژه بدست آمده یا بنابر OED ، از یک مفهوم آمریکایی plum ( مشتق از واژه plumb ) به معنی " کاملا" برگرفته شده است.
• Plumbism (مسمومیت سربی) اصطلاح پزشکی به معنی مسمومیت سربی می‌باشد.
• Aplomb ( اعتماد به نفس ) از واژه فرانسوی plomb برگرفته شده که به معنی دقیقا" عمود و بنابراین مطمئن و خونسرد می‌باشد.

خلاصه:
آزمایشات ریخته گری برای توليد چدنهای خاکستری باترکيباتی در محدوده(درصد وزنی):

 Fe–3.2C–wCu–xMo–yMn–zSi که w = 0.78–1.79, x = 0.11–1.17, y = 0.68–2.34 و

z = 1.41–2.32 انجام شده است.
اين عناصر کليدی بطور سيستماتيک در طی ريخته گری ماسه ای بصورت ميلگردهای با قطر 30-mm برای ارزيابی تاثيرشان بر توسعه ميکروساختار و خواص مکانيکی،تغييريافتند.معلوم شد که محدوده ميکروساختارها از پرليت کامل تا ترکيبی از آستنيت باقيمانده و فريت بينيتی به اصطلاح آسفريت (ausferrite) توليد شدند و يک همبستگی خطی مستدل بين کسر حجمی شکستن و استحکام آسفريت مشاهده شد. ترکيب بهينه خواص مکانيکی در يک آلياژ با ترکيب تقريبی Fe–3.2C–1.0Cu–0.7Mo–0.55Mn–2.0Si بدست آمد که 100% آسفريت بدون کاربيدهای آلياژی توليد شد. اين آلياژ يک ميکروساختار و خواص مکانيکی قابل مقايسه با چدن خاکستری آستمپر شده بدون مشکلات زياد همراه با آستمپرينگ داشت.

کلمات کليدی: چدن خاکستری، ميکروساختار، ریخته گری و آسفريت



1- مقدمه
چدن خاکستری يک گروه وسيع از آلياژهای ريختگی آهنی است که معمولا" بوسيله يک ميکروساختار از گرافيت ورقه ای (flake graphite) در يک زمينه آهنی مشخص می شود. آن اساسا" يک آلياژ Fe–C–Si شامل مقادير کوچکی از عناصر آلياژی ديگر و بيشترين آلياژ ريختگی مورداستفاده و با توليد جهانی ساليانه 6 ميليون تن است که چندين برابر ديگر فلزات ريختگی است[1].
ميکروساختار چدن خاکستری معمولا" شامل گرافيت ورقه ای و يک زمينه پرليت و يا فريت است که خواص مکانيکی، قابليت ماشينکاری و غيره به آن بستگی دارد. چدنهای خاکستری معمولی، زمينه پرليتی و استحکام کششی در محدوده 140 تا 400 Mpa دارند. وسيله اصلی برای بهبود خواص مکانيکی، کاهش کربن معادل است که درصد گرافيت را کاهش و پرليت را افزايش می دهد. جدول(1) انواع تجاری چدن خاکستری و خواص مکانيکی مربوط به آنها را نشان می دهد.
برای بهبود خواص چدن خاکستری، تحقيق بر روی گسترش ميکروساختار آسفريت بيش از 40 سال انجام گرفته است[6-2]. يک بهبود مهم ويژه در خواص، نتيجه ای از گسترش چدن خاکستری آستمپر شده است[7-3]. چدنهای خاکستری آستمپر شده به مهندس چاره هایی با ترکيبات فرايندی/موادی معمولی پيشنهاد می دهد[7]. از طريق آستمپرينگ، زمينه فريتی يا پرليتی، چدن خاکستری به يک ساختار سوزنی شامل 70 تا 80% فريت بينيتی بدون کاربيد و آستنيت باقيمانده 20 تا 30% تغيير می يابد. چنين ساختاری به اصطلاح آسفريت است[6]. نشان داده شده است که چنين ساختار زمينه ای، يک چدن خاکستری با يک ترکيب منحصر بفرد از استحکام، مقاومت سايشی، جذب صدا و يا لرزش و تافنس شکست بالا را توليد می کند[6و7].
يک عمليات حرارتی معمولی آستمپرينگ چدن خاکستری، آستنيته کردن در دمای 840–900º C برای چند ساعت بر اساس ترکيب و ضخامت ريختگی و آستمپر کردن در 230–425º C است[6و7].
در حالی که اين برنامه زمانی عمليات حرارتی تولید چدن خاکستری با يک محدوده عالی از خواص ، به انرژی قابل ملاحظه و فضای توليد نياز دارد و ممکن است باعث آلودگی محيطی بعلاوه اکسيداسيون و ترک در اجزا شود. اين مشکلات ، توليد گسترده چدن خاکستری آستمپر شده را محدود کرده اند، بنابراين تحقيق بر روی گسترش چدن خاکستری آسفريتی را بوسيله ريخته گری مستقيم وادار می کنند[5]. کار حاضر قصد دارد نشان دهد که چگونه تغييرات سيستماتيک در اضافه کردن آلياژی به يک چدن خاکستری معمولی در طی ريخته گری می تواند يک آلياژ با ميکروساختار فريت بينيتی-آستنيتی (آسفريتی) با خواص مکانيکی قابل مقايسه با چدن خاکستری آستمپر شده را توليد کند.

جدول(1): ترکيب و خواص مکانيکی کلاسهای مختلف چدن خاکستری
 

Class	Total carbon (wt.%)	Total silicon (wt.%)	Tensile strength (MPa)	Transverse load on test bar (kg f)	Hardness (HB)
20	3.40–3.60	2.30–2.50	152	839	56
25	-	-	179	987	174
30	3.10–3.30	2.10–2.30	214	1145	210
35	-	-	252	1293	212

2- تجربی
2-1- مواد و روش ريخته گری
هدف اصلی از کار حاضر تعيين تاثير عناصر آلياژی کليدی بر توسعه ميکروساختاری چدن خاکستری و اثرآن بر خواص مکانيکی بود. آزمايشات ريخته گری با استفاده از يک ترکيب آلياژی اصلی حاصله از آميژانها (جدول2) و بوسيله تغيير سيستماتيک عناصر آلياژی که عمده آنها : Mo, Mn, Si, Cu بود، انجام گرفت. ترکيب اصلی نشان داده شده در جدول2 مربوط به آلياژ کلاس 35 (جدول1) است. جدول2 همجنين نشان می دهد که چگونه Mo, Mn, Si, Cu بطور سيستماتيک از اين ترکيب اصلی تغيير می يابند.
چدن خاکستری اصلی در يک کوره القائی در دمای 1500º C ذوب شد که آميژانها به مذاب برای توليد ترکيب مطلوب، اضافه شدند. از طريق ترکيب کردن در دمای 1480-1520º C ، يک قسمت از مذاب با ترکيب مورد نياز با يک ملاقه ريخته شد که با 5/0 درصد وزنی از آلياژ 75Si–25Fe تلقيح شد. برای نمونه های متالوگرافی، قالبهای ساخته شده از ماسه سيليکای خشک مخلوط با رزين به همراه فالبهايی برای نمونه های تست مکانيکی توليد شده با سيليکای خشک اما مخلوط با خاک رس و با يک رنگ گرافيتی با زمینه آب، رنگ شد. هر دو نوع قالب با همان مشخصات سرد کردن در طی ريخته گری بعلاوه همان ميکروساختار توليد شد[9]. دمای ريختگری 1380-1420º C بود. در ادامه ريخته گری، همه فالبهای نمونه ها در هوا با دمای اتاق، خنک شدند.
2-2- متالوگرافی و خواص مکانيکی
ميلگردهای استوانه ای با 120 mm× 30mm Ø و 350mm×30mm Ø برای آزمايش متالوگرافی و تست مکانيکی ، به ترتيب، با استفاده دومی برای تعيين تنش شکست متقاطع و تست ضربه شارپی ريخته گری شدند[9]. نمونه ها برای تعيين تنش کششی نهايی (UTS) از نيمه پايين از هر نمونه شکسته متقاطع، ماشينکاری شدند. برای يک ترکيب مفروض، سه نمونه ريخته گری شدند و ميکروساختار خواص مکانيکی تعيين شدند. با ادامه گرفتن ريخته گری، نمونه ها برای متالوگرافی نوری عمود بر محور طولی ميلگردهای استوانه ای قرار گرفتند و با دنبال کردن خواص مکانيکی، سطوح شکست با استفاده از ميکروسکوپ الکترونی Hitachi S4500 مورد آزمايش قرار گرفتند. اندازه گيری های کسر حجمی از ميکرو اجزای زمينه (فريت، پرليت، آسفريت، مارتنزيت و گرافيت) با استفاده از Adobe Photoshop 6.0 به همراه ميکروسکوپ نوری Nikon Epiphot 200 با camera DXM 1200 Nikon digital انجام گرفت. برای هر نمونه، شش مورد اتفاقی با بزرگنمايی 100 با کسر حجمی از ميکرو اجزای تعيين شده بوسيله متالوگرافی کمی، مورد تحليل قرار گرفتند.
جدول(2): محدوده آلياژهای مورد استفاده در اين کار(درصد وزنی)
 

ترکيب آلياژی اصلی در رديف2 آمده است و آلياژهای کنترلی در رديف3 آمده است و عناصر آلياژی در اين آلياژهای کنترلی بصورت رديف6 تغيير می يابد.
3- نتايج و بحث
3-1-تاثير عناصر آلياژی بر توسعه ميکروساختاری
3-1-1- موليبدن(Mo)
برای يک ترکيب اصلی ثابت Fe–3.2C–1.0Cu–0.55Mn–2.0Si ، موليبدن به مذاب در محدوده x = 0.11–1.17 (wt.%) اضافه شد. تاثير موليبدن بر توسعه ميکروساختاری در جدول3 و شکل1- الف نشان داده شده است که آن می تواند در بزرگتر از 0.62%Mo ديده شود که يک زمينه ميکروساختار 100% آسفريت بدون تغيير در شکل گرافيت را توليد کند. ميکروگرافهای SEM و نوری آلياژ شامل 0.62%Mo در شکل2 با نشان دادن توزيع يکنواخت نوع گرافيت ورقه ای E (شکل2-الف) در يک زمينه و (شکل2-ب) آمده است. برای مقادير کم Mo ، پرليت به شکل لايه ای شبيه به پرليت در فولاد توليد می شود در حالی که برای مقادير بالاتر Mo ، آسفريت بصورت توزيع سوزنی فريت در زمينه آستنيت توليد می شود. مقدار Mo بيش از 0.95% برای توليد کاربيد موليبدن در مرزهای سلول يوتکتيکی معلوم شد.


3-1-2- منگنز و سيليسيم
3-1-2-1- Fe–3.2C–1.0Cu–yMn–zSi. : آزمايشات ريخته گری محدود بر روی آلياژ بدون موليبدن بوسيله افزايش Mn و Si تا 2.75 و 2.9% ،به ترتيب، انجام گرفت[9]. در غياب Mo ، آسفريت در طی ريخته گری توليد نشد و يک ساختار پرليتی با کسر حجمی کم از مارتنزيت توليد شد.
3-1-2-2- Fe–3.2C–1.0Cu–0.32Mo–yMn–zSi. : برای اين آلياژ، اثر Mn و Si در محدوده 0.68-2.34 و 1.41-2.32% ، به ترتيب، بر تشکيل ميکروساختار آسفريت در جدول4 با اثر ترکيب بر ميکروساختار در شکل3 نشان داده شده است. نتايج نشان می دهد که با حضور 0.32%Mo ، هم Mn و هم Si تشکيل آسفريت را تقويت می کنند و مقادير Mn و Si بيشتر از 1.02 و 1.41% ، به ترتيب، برای توليد زمينه ميکروساختار شامل 95% آسفريت و تقريبا" 5% مارتنزيت لازم است. شکل4 ميکروساختار ريختگی چدن خاکستری شامل 1.25%Mo و 2.0%Si را با نشان دادن 95% آسفريت و تقريبا" 5% مارتنزيت (ناحيه خاکستری سياه در منطقه مرکزی شکل4) و بدون گرافيت ورقه ای E را ارائه می دهد.که آن شبيه ناحيه های مارتنزيت است چنانچه در شکل4 نشان داده شده، يک نتيجه از جدايش در آلياژ ريختگی است بنابراين ناحيه های اشباع برای تبديل به فريت بينيتی در طی سرد کردن ناتوان هستند اما به مارتنزيت تجزيه می شوند. برای يک مقدار Si مفروض (1.41-2.32%) ، مقادير Mn بزرگتر از 1.52% ، بينيت کمتری، مارتنزيت و مقداری آستنيت توليد شد(جدول4).
      

                       

شکل(1) : تاثير Mo بر Fe–3.2C–1.0Cu–0.55Mn–1.8Si ( a : ارائه فازها در ميکروساختار b,c : خواص مکانيکی)

دول(3) : اثر Mo بر ميکروساختار ريختگی xMo–0.55Mn–2.0Si Fe–3.2C–1.0Cu–
 

شکل(2) : a : نوری و b : ميکروگراف SEM از چدن خاکستری ريختگی شامل 0.62%Mo با نمايش توزيع گرافيت ورقه ای و زمينه کاملا" آسفريت.

                       
شکل(3): اثر Mn و Si بر کسر حجمی آسفريت در چدن خاکستری ريختگی(0.32%Mo-1.0%Cu)

جدول(4) : افزودنی های آلياژی و ارائه فازها در نمونه های متالوگرافی از آلياژ Fe–3.2C–1.0Cu–0.32Mo–yMn–zSi
 

همه آلياژها شامل گرافيت ورقه ایE هستند.

شکل(4) : ميکروگراف نوری با نمايش ميکروساختار آسفريت در Fe–0.32Mo–1.0Cu–1.25Mn–2.0Si با نشان دادن ناحيه مارتنزيتی(قسمت مشکی).
3-1-3- مس
برای يک ترکيب اصلی ثابتFe–3.2C–0.55Mn–2.0Si ، موليبدن به مذاب با غلظت 0.32 و 0.53% اضافه شد و سپس به همراه Cu در محدوده 0.78-1.79% تغيير يافت. تاثير Cu بر توسعه ميکروساختار در جدول5 داده شده است. واضح است که يک مقدار کم Mo (0.32%) ، آسفريت را توليد نمی کند در حالی که 0.53%Mo برای توليد افزايشی کسر حجمی از آسفريت(0-95.9%) با افزايش مقدار Cu کافی است. اين گرايش ها عموما" شبيه به ديگر عناصر آلياژی هستند.
3-2- مورفولوژی آسفريت
آسفريت برای تشکيل در طی ريخته گری مستقيم چدن خاکستری بوسيله کنترل افزودنی های آلياژی Mo, Mn, Si, Cu نشان داده شده است. اين ترکيب معمولا" شامل فاز خشن پر مانند، معمولا" به اصطلاح فريت بينيتی [7-3]، جاسازی شده با ذرات آستنيت باقيمانده ( شکل2) است. با استفاده از پراش X-ray و ميکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داده شده است[9] که يک فاز BCC بدون کاربيد است. بعلاوه، پراش بازپخشی الکترونی با دقت بالا high-resolution electron backscatter diffraction) ) (HR-EBSD) در يک FEGSEM [11] نشان داده است که و در آسفريت از نظر کريستالوگرافی بوسيله رابطه جهت Kurdjumov–Sachs به هم مربوط می شوند: {1 1 1}γ//{0 1 1}α و (0 1 1) γ//(1 1 1) αکه مشخصات کريستالوگرافی همچون آسفريت دارد که در چدن داکتيل آستمپر شده تشکيل می يابد[12].
3-3- روش تجزيه آستنيت
چندين نفر نشان داده اند که افزودنی های آلياژی به چدن خاکستری بطور موثر ترتيب استحاله را برای توليد يک محدوده از ميکروساختارها اصلاح می کنند.برای مثال، Hayrynen و همکاران [5] ، Mo و Cu را در چدن خاکستری Fe-C-Si تغيير دادند و نشان دادند که ميکروساختار کاملا" آسفريتی می تواند در اندازه های کوچک توليد شود که در اصل، نياز به آستمپرينگ را حذف می کند. کار حاضر همچنين نشان داده است که تغيير سيستماتيک مقادير Mo, Mn, Si, Cu در طی ريخته گری می تواند محدوده وسيع از ميکروساختارهای ريختگی (پرليت کامل، مارتنزيت يا آسفريت با مقادير آلياژی بالا همچنين توليد کننده کاربيدهای آلياژی) را توليد کند.

جدول(5): اثر Cu بر ميکروساختار ريختگی Fe–3.2C–wCu–xMo–0.55Mn–2.0Si
 

 ترتيب عمومی استحاله در چدن خاکستری ريختگی طی سرد شدن پيوسته تا دمای محيط شبيه به آنچه که بوسيله آستمپرينگ توليد می شود است. با وجود اين، ميکروساختارهای توليد شده بوسيله فرايند اخير بطور قابل توجه تاثيرگذارند بوسيله : 1- شرايط آستنيته کردن(دمای آستنيته کردن و زمان نگهداری) 2- دما(و زمان) که آستنيت به بينيت و غيره تجزيه می شود[13]. بنابراين ميکروساختار نهايی چدن خاکستری آستمپر شده به تعداد متغيراتی که آنرا برای مقايسه مستقيم با کار حاضر مشکل می کند، وابسته است. تجزيه آستنيت در چدن خاکستری ريختگی ممکن است براحتی با استفاده از دياگرامهای استحاله سرد کردن پيوسته (CCT) توضيح داده شود. اما، اين دياگرامها برای توليد در طی ريخته گری شمشهای با قطر بزرگ (30mm) مشکل است همچنانکه نرخ سرد کردن زياد(100–200º C بر دقيقه در محدوده دمايی 300–600º C ( تغيير نمی يابد. يک دياگرام CCT شماتيک برای چدن خاکستری هايپريوتکتيک در شکل5 داده شده است که روش مورد انتظار تجزيه آستنيت را همچون تابعی از مقدار آلياژ (Mo در اين دياگرام) نشان می دهد. برای مقادير کم از Mo ، استحاله ها زير مورد انتظار هستند[2و5] :
                                    
اما مقادير بزرگتر عناصر آلياژی همچون Mo تمايل به تغيير ناحيه توليدی استحاله نفوذی با زمانهای طولانی تر بدون تغيير ناحيه بینیت بطور افزايشی دارد[5]، بنابراين اجازه می دهد تا آسفريت تشکيل شود :
                                    

                         

شکل(5) : دياگرام CCT شماتيک تاثير افزودنی های آلياژی(همچون Mo ) بر موقعيت ناحيه توليدی استحاله ای فريت، پرليت، آسفريت و مارتنزيت.

نوع بينيت تشكيل شده در داخل فاز آستنيت طي سرد شدن پيوسته بوسيله غلظت و نوع افزودني هاي آلياژي تاثيرگذار خواهد بود و ممكن است از بينيت بالايي تا بينيت پاييني تغيير يابد[13]. براي مقادير پايين MO (<1.0%) ، ميكروساختار زمينه شامل فريت بينيت با كاربيد آزاد و آستنيت باقيمانده با كربن اشباع شده است[5و9و13‍]. غلظتهاي بالا از عناصر آلياژي همچون Mn ، همچنين قابليت سختي پذيري آلياژ را افزايش مي دهد و مقداري مارتنزيت در طي سرد شدن پيوسته تشكيل مي شود(همچنانچه در شكل6a نشان داده شده است). عناصر آلياژي معين همچنين تمايل قوي براي جدايش در محلهاي مختلف در ميكروساختار دارند بعلاوه كاربيدهاي آلياژي تشكيل مي دهند. جدايش و تشكيل كاربيد يك اثر مضر بر خواص مكانيكي چدن خاكستري دارند همچنانكه در بخش 3-4 بحث مي شود.

3-4- تاثير ميكروساختار بر خواص مكانيكي
كلاس استاندارد 35 چدن خاكستري بطور كامل پرليتي با يك UTS و FTS اسمي 252 و 475MPa ،(به ترتيب) مي باشد‍]2]. آلياژ اصلي آزمايشي داده شده در جدول(2) با يك UTS و FTS، 285 و 530MPa (به ترتيب) معلوم شد، با وجود اينكه اين آلياژ همچنين يك ميكروساختار كاملا" پرليتي را نشان مي دهد. بهبود در خواص مكانيكي احتمالا" نتيجه افزودن 1.0%Cu است كه شناخته مي شود كه استحكام دهنده محلول جامد قابل قبول فريت و همچنين بعنوان ريزكننده فضاي پرليت عمل مي كند[2].
مثالهاي انتخاب شده از اثر افزودني هاي آلياژي بر خواص مكانيكي چدن خاكستري در شكل 1b,c و 6b,c داده شده، نشان مي دهد كه براي Fe–3.2C–1.0Cu–0.55Mn–2.0Si يك افزايش در موليبدن، افزايش در UTS و FTS با بهبود قابل توجه در مقاومت به ضربه شارپي و داكتيليته در طي خمش عرضي را نتيجه مي دهد(شكل1c ). مي توان ديد كه تركيب بهينه خواص مكانيكي براي يك آلياژ با مقدار 0.7%Mo بدست مي آيد كه به ميكروساختار زمينه 100% آسفريت مربوط مي شود. در مقادير بالاتر Mo ، يك افت جزئي در خواص مكانيكي وجود دارد كه احتمالا" نتيجه جدايش موليبدن به مرزهاي سلول يوتكتيك در طي ريخته گري و همچنين از طريق تشكيل كاربيدهاي موليبدن در اين ناحيه ها باشد. براي Fe–3.2C–1.0Cu–0.32Mo–2.0Si ، يك افزايش در منگنز تا 1/1% همچنين UTS و FTS (شكل6b ) و مقاومت به ضربه و داكتيليته(شكل6c ) را ، اما با يك مقدار كمتر از MO، بهبود مي بخشد. در اين آلياژ، تركيب بهينه در خواص مكانيكي با يك ميكروساختار زمينه شامل 27% پرليت، 70% آسفريت و 3% مارتنزيت همراه مي شود(جدول4).

         
شكل6- تاثير منگنز بر Fe–3.2C–1.0Cu–0.32Mo–2.0Si a : فازهاي حاضر در ميكروساختار ريختگي b,c : خواص مكانيكي.

شكل7 توضيح مي دهد كه چگونه UTS و FTS بوس‍يله ميزان ارائه آسفريت در ميكروساختار براي آلياژهاي داده شده در قسمت3-1 تحت تاثير قرار مي گيرند. يك رابطه خطي معقول بين مقدار آسفريت و استحكام وجود دارد. پراكندگي در داده ها احتمالا" نتيجه تاثير عنصر آلياژي داده شده است : 1- استحكام دهي محلول جامد يك فاز خاص، 2- گرايش آن به جدايش به مرزها و فازهاي مختلف، 3- تمايل تشكيل كاربيد آن و 4- تاثير آن بر قابليت سختي پذيري[10]. كسرهاي نسبي از فازها (پرليت، آسفريت و مارتنزيت) در ميكروساختار مفروض با نوع بينيت كه نسبت آستنيت/بینیت را در آسفريت تشكيل مي دهد، نيز احتمالا" فاكتورهاي سهيم در پراكندگي هستند.

                   
شكل7- تاثير كسر حجمي آسفريت در ميكروساختار ريختگي بر UTS و FTS

شكل7 بطور واضح نشان مي دهد كه يك افزايش در آسفريت، يك افزايش اساسي در خواص مكانيكي را نتيجه مي دهد. يك آزمايش سطوح شكست نمونه هاي TFS نشان داد كه شكست بوسيله گسستگي لايه هاي گرافيت در مقادير تنش پايين شروع مي شود كه ميكرو ترك ها را ايجاد مي كند(شكل8a ).

                 
شكل8- ميكروگرافهاي اسكن الكتروني با نشان دادن سطح شكست a : چدن خاكستري آسفريتي و b : چدن خاكستري پرليتي معمولي.

شکست نشان می دهد که بوسيله ميکرو ترک ها از ميان گرافيت و زمينه اتفاق می افتد جايی که برای مورفولوژی گرافيت مفروض، تنش شکست يک تابع از استحکام و تافنس زمينه است. در مقايسه با يک ميکروساختار پرليتی(شکل 8b )، انتشار ترک از ميان آستنيت بطور منطقی مشکل تر از طريق نرخ بالای کار سختی اين فاز با استحاله به مارتنزيت در طی تغيير شکل، يک پديده به اصطلاح "استحاله-پلاستيسيته"(TRIP) است[10]. بنابراين مرزهای فاز آستنيت/بینیت همراه با داکتيليته خوب بینیت[5]، انرژی قابل ملاحظه برای انتشار ترک نياز دارد. در مجموع، اين فاکتورها، يک استحکام و تافنس خيلی بالاتر چدن خاکستری آسفريتی را در مقايسه با گريدهای پرليتی معمول را نتيجه می دهند[6و7و14]. نتايج حاضر نشان داده است که افزودنی های آلياژی قويا" بر نوع و توزيع اجزای ميکروسکوپی در يک چدن خاکستری ريختگی تاثير می گذارد. يک آلياژ با ترکيب تقريبی Fe–3.2C–1.0Cu–0.55Mn–0.7Mo–2.0Si شامل 100% آسفريت با اين آلياژ، ترکيب عالی از خواص مکانيکی را نشان می دهد : UTS=530MPa TFS=920Mpa و انرژی ضربه شارپی و شکست 6mm در طی تست عرضی (خط چين در شکل1). توجه داشته باشيد که Mo بيش از 7/0% ، تشکيل کاربيد موليبدن را در مرزهای سلول يوتکتيک با يک کاهش پيوسته در خواص مکانيکی تقويت می کند. از آنجاييکه کاربيدهای آلياژی همچنين يک اثر مضر بر قابليت ماشينکاری چدن دارند[2]،از افزودن Mo بيش از 7/0% بايد جلوگيری شود.

4- نتايج
افزودن آلياژی Mo, Mn, Si, Cu در طی ريخته گری با قالب ماسه ای يک چدن خاکستری نوع 35 از ASTM با ترکيب Fe–3.2C–0.55Mn–1.41Si برای توليد يک محدوده وسيع از ميکروساختارها و خواص مکانيکی مشخص شد. معلوم شد که:
1- راجع به ميزان و نوع افزودنی آلياژی، گرافيت نوع E در همه آلياژها تشکيل می شود.
2- برای چدن خاکستری بدون Mo ، ترکيبات مختلف Mn, Cu, Si تشکيل يک ميکروساختار شامل يک پراکندگی از آستنيت و فريت بینیتی (به اصطلاح آسفريت) را تقويت می کند اما يک آلياژ پرليتی کامل شامل لايه های گرافيت توليد شد.
3- يک زمينه آسفريت در يک آلياژ شامل 0.32%Mo بوسيله اضافه کردن بيشتر از 1.02%Mn برای همه مقادير Si توليد شد يا برای يک مقدار ثابت 1.21%Mn و بيشتر از 1.41%Si ، يک ميکروساختار مارتنزيتی شامل يک کسر کوچک از آستنيت باقيمانده ايجاد شد.
4- يک رابطه خطی معقول بين کسر حجمی آسفريت تشکيل شده و استحکام با مقداری پراکندگی در داده ها همچون يک نتيجه طبيعی از يک عنصر آلياژی مفروض به جدايش و تشکيل کاربيدهای آلياژی در طی ريخته گری وجود دارد.
5- ترکيب بهينه خواص مکانيکی در يک چدن خاکستری ريختگی با ترکيب تقريبی Fe–3.2C–1.0Cu–0.7Mo–0.55Mn–2.0Si توليد شد که يک ميکروساختار 100% آسفريت بدون کاربيد، شامل لايه های گرافيت نوعE را نشان می دهد. اين آلياژ يک ميکروساختار و خواص مکانيکی قابل مقايسه با چدن خاکستری آستمپر شده را بدون مشکلات زياد آستمپرينگ، دارد.

اطلاعات اولیه

تاریخچه

پیدایش

خصوصیات قابل توجه

کاربردها

نقش بیو لوژیکی

روی از عناصر ضروری زندگی انسان است که برای بقا و زندگی انسان لازم است. کمبود روی در حیوانات موجب افزایش وزن می‌شود. روی در انسولین ، Zinc Finger Proteinsو آنزیم‌هایی مانند Super Oxide Dismutase وجود دارد. بر اساس بسیاری از منابع ، مصرف قرصهای حاوی روی می‌تواند در برابر سرماخوردگی و آنفولانزا ایمنی ایجاد کند. با این حال هنوز بر سر این مساله اختلاف نظر وجود دارد.

ترکیبات

اکسید روی معروفترین ترکیبی است که بطور گسترده در ترکیبات روی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌عنوان رنگدانه سفید در رنگها استفاده می‌شود. همچنین در صنعت Rubber کاربرد داشته و به‌عنوان Opaque Sunscreen فروخته می‌شود. دیگر ترکیبات روی به استفاده غیر صنعتی می‌رسند، مانند: کلرید روی در بو گیر ، سولفید روی در رنگهای شب‌تاب و متیل روی در آزمایشگاه شیمی آلی. تقریبا یک چهارم فراورده‌های روی به‌صورت ترکیبات روی مورد مصرف قرار می‌گیرند.

ایزوتوپها

روی طبیعی در 4 ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: Zn-64 , Zn-66 , Zn-67, Zn-68 که در این میان ، Zn-64 فراوانترین آنها (48.6% فراوانی طبیعی) می‌باشد. برای این عنصر 22 رادیو ایزوتوپ اکتیو شناسایی شده است که در میان آنها ، Zn-65 با نیمه عمر 244.26 روز و Zn-72 با نیم عمر 46.5 ساعت پایدارترین و فراوانترین ایزوتوپ می‌باشند. دیگر ایزوتوپهای رادیو اکتیو این عنصر ، نیمه عمرهای کمتر از 14 ساعت و بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک دقیقه دارند. این عنصر همچنین 4 حالت متا دارد.

هشدارها

فلز روی ، سمی نیست، اما حالتهایی به نام Zinc Shakes و یا Zinc Chills وجود دارند که با استنشاق اکسید روی تازه و خالص تحریک می‌شوند.

شناخت محیط رشد روی

روی در تولید و فعالیت آنزیم‌ها ، همچنین در ایجاد پروتئین موثر است. کمبود روی باعث کوچک ماندن برگهای گیاه و کوتاه شدن فاصله میان گره‌ها می‌شود. واکنش خاک ، بر قابل استفاده بودن روی برای گیاه ، موثر می‌باشد. معمولاً در خاکهای قلیایی و در حاکهای محتوی فسفر بیش از حد ، روی غیر قابل استفاده می‌گردد. در خاکهای شنی ، به‌راحتی شسته شده ، از زمین خارج می‌شود. برای رفع کمبود روی ، سولفات روی را به خاک اضافه می‌کنند. هر چند که شرایط خاکهای ایران سولفات روی شدیداً تثبیت می‌شود و بازده آن کم است و بصورت Zn EDTA بازده بیشتری دارد.

تاریخچه

پیدایش

خصوصیات قابل توجه

کاربردها

نقش بیولوژیکی

اکثر مواد هیدروژنی ، حاوی نیکل و مجموعه های گوگرد-آهنی هستند. هسته نیکل یک عنصر اصلی در تمام مواد هیدروژنی بوده که عملکرد آنها بیشتر اکسیداسیون است تا آزاد کردن هیدروژن. هسته نیکل به این دلیل وجود دارد که بتواند تغییرات ناشی از عمل اکسیداسیون را تحمل کند. همچنین شواهد چنان نشان می‌دهند که هسته نیکل قسمت فعال این آنزیمها هستند. همچنین منوکسید کربنهایی در عمل جدا سازی هیدروژن وجود دارند که حاوی نیکل هستند. درباره ساختار نیکل اطلاعات زیادی در دست نیست.

ایزوتوپها

نیکلی که در طبیعت به وجود می آید از 5 ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است که عبارتند از Ni-58 ، Ni-59 ، Ni-60 ، Ni-61 ، Ni-62 از بقیه فراوانتر می‌باشد و 59-Ni از بقیه پایدارتر بوده و نیمه عمر تجزیه آن حدودا 76000 سال می‌باشد. نیمه عمر تجزیه نیکل 63-Ni صد سال و نیکل Ni-56 ، در حدود 6.077 روز می‌باشد. تمامی ایزوتوپهای رادیواکتیوی ، نیمه عمر تجزیه‌ای کمتر از 60 ساعت دارند و عمر تجزیه بیشتر آنها کمتر از سی ثانیه می‌باشد. Ni-56 در مقیاس و حجمهای بزرگ در ستاره‌های بسیار بزرگ تولید شده و انحنای نور این ستاره‌های بزرگ با تجزیه نیکل و کبالت و بعد از به آهن مرتبط است.

نیکل -59 یک عنصر هسته با عمر طولانی و نیمه عمر 76000 سال است. نیکل کاربردهای زیادی در زمین شناسی ایزوتوپی دارد. نیکل -59 برای تعیین تاریخ دوره‌های زمین شناسی کاربرد داشته و میزان غبار ته‌نشین شده در یخهای فرا زمینی را تعیین می‌کند. نیکل -60 محصول منقرض شده Fe می‌باشد، چرا که Fe-60 منقرض شده عمر زیادی داشته و پایداری آن در مواد سیستم خورشیدی که تمرکز بالایی دارند، گوناگونی زیادی را در ترکیبات ایزوتوپی Ni- 60 ایجاد می کند. بنابراین میزان Ni-60 موجود در مواد فرا زمینی می‌تواند ما را به حقیقت اصلی سیستم خورشیدی و تاریخچه اولیه آن رهنمون سازد.

هشدارها

نیکل را نباید بیشتر از 0.05 mg/cm³ در مجاورت ترکیبات حلال قرار داد. همچنین به نظر می‌رسد که دود و سولفید نیکل ، سرطان زا باشد. نیکل کربنیک یک گاز بسیار سمی است. تماس نیکل با پوست افراد حساس ممکن است ایجاد آلرژی کند. مقداری مجاز نیکل مصرفی در محصولاتی که با دست انسان تماس دارد، مطابق اتحادیه اروپایی می‌باشد. بر اساس یک گزارش منتشر شده در مجله Nature در سال 2002 ، محققین دریافته‌اند که مقدار نیکل موجود در سکه‌های یک و دو Euro بیشتر از حد استاندارد است. به نظر می‌رسد که این عمل بدلیل واکنشهای گالوانیک رخ می‌دهد.

حفره‌هاي انقباضي و گازي يكي از مهمترين عيوب ريخته‌گري محسوب مي‌شوند. تا كنون تحقيقات زيادي توسط محققين گوناگون براي بررسي اين حفره‌ها انجام شده است. اكثر فلزات در هنگام انجماد دچار كاهش حجم مي‌گردند. اين كاهش حجم بايد بگونه‌اي جبران گردد. به همين حفره‌هاي انقباضي به وجود مي‌آيند. به وجود آمدن حفره‌هاي گازي به اين صورت مي‌باشد كه گازهاي محلول در مذاب در هنگام انجماد فلز از حالت اتمي به مولكولي تبديل مي شوند و حفره گازي به وجود مي‌آيد.
در اين مقاله عوامل موثر به اندازه، شكل، مقدار و توزيع تخلخل مورد بررسي قرار گرفته است. اندازه تخلخل مي‌توان متأثر از چند عامل باشد:
1ـ ضخامت قطعه: هر چه ضخامت كمتر مي‌شود، اندازه تخلخل كاهش مي‌يابد.
2ـ تعداد جوانه: با افزايش تعداد جوانه، اندازه دانه كاهش مي‌يابد و بالطبع با كاهش اندازه دانه، اندازه تخلخل كاهش مي‌يابد.
3ـ عمليات بهسازي: عمليات بهسازي باعث تشكيل تخلخل‌هاي درشت و كروي شكل مي‌شود.
از جمله عواملي كه به شكل تخلخل تأثير مي‌گذارد عمليات بهسازي مي‌باشد. عمليات بهسازي سبب تبديل ساختار سوزن شكل فازسيليسم يوتكتيكي به حالت رشته اي شكل و ظريف مي‌گردد. شكل تخلخل‌هاي ريز و پراكنده در آلياژهاي بهسازي نشده تابع شكل و اندازه فضاهاي بين دندريتي است. در اين حالت تخلخل‌ها عمدتاً حالت كشيده و نازك دارند. از طرفي تخلخل در آلياژهاي بهسازي شده عمدتاً درشت‌تر و كروي‌تر بوده و مورفولوژي آن‌ها كمتر تابع شكل و اندازه و فضاهاي بين دندريتي مي‌باشد.
مقدار تخلخل به عوامل زير بستگي دارد:
1ـ شرايط انجماد هيدروژن مذاب زيادتر باشد اثر استرانسيم براي بهسازي بر مقدار تخلخل بيشتر است.
2ـ عمليات فيلتر كردن: افزايش تميزي مذاب سبب كاهش اثرات عمليات بهسازي بر افزايش تخلخل مي‌گردد.
3ـ سرعت انجماد: با افزايش سرعت انجماد، مقدار تخلخل كاهش مي‌يابد.
توزيع تخلخل به چند صورت مي‌باشد:
1ـ پراكنده: كه در مورد انجماد خميري اتفاق مي‌افتد.
2ـ متمركز: اين حالت در انجماد پوسته‌اي ايجاد مي‌شود.
3ـ محيطي: در صورتي انجماد هم از اطراف و هم از مركز اتفاق بيافتد، اين حالت به وجود مي‌آيد.

1- چگونگي ايجاد مك هاي گازي:
گازها در حالت مذاب نسبت به حالت جامد انحلال بيشتري در فلزات دارند.با كاهش درجه حرارت گازهاي حل شده در مذاب(به صورت اتمي)به تدريج از حالت اتمي خارج مي شوند وبه صورت مولكولي(حباب)در مي آيند.در اين صورت گازهاي مولكولي آرام آرام از سطح مذاب خارج مي شوند.سرعت خروج حباب هاي گازي ايجاد شده به عوامل مختلفي بستگي دارد كه از آن جمله گرانروي مذاب اندازه حباب وشكل وعمق پاتيل را مي توان نام برد.
بديهي است با كاهش درجه حرارت گرانروي مذاب افزايش مي يابد.در نتيجه سرعت خروج حباب هاي گازي به تدريج كاهش مي يابد.با شروع انجماد مذاب دو مشكل مهم در خروج حباب هاي گازي ايجاد مي شود:
الف- اختلاف حلاليت در حالت مذاب وجامد:در بسياري از فلزات وآلياژها اختلاف حلاليت گازها در حالت جامدومذاب بسيار زياد است.بديهي است در هنگام انجمادگازهاي زيادي از حالت اتمي (انحلال)به حالت مولكولي تبديل مي گردند به گونه اي كه به ناگاه مقدار اين تحول به چندين برابر افزايش مي يابد.به عبارت ساده تر در يك فاصله زماني كوتاه مقادير زيادي از گازهاي حل شده به حباب هاي گازي تبديل مي شوند.
ب- محبوس شدن حباب ها: اگر فرض شود كه حباب هاي گازي ايجاد شده در هنگام انجماد(دامنه انجماد)بتوانند از مذاب خارج شوند در اين صورت مشكلي به نام مك وتخلخل گازي در قطعات ريختگي وجود ندارد.اما در عمل به دليل افزايش گرانروي مذاب ونيز وجود هسته هاي جامد به طور جدي حركت حباب هاي گازي با مشكل مواجه مي شوند وبه عبارت ديگر حباب هاي گازي در لابلاي ذرات جامد محبوس مي شوند.
عوامل موثر بر ميزان مك هاي گازي:
1- مقدار اختلاف حلاليت گاز در حالت جامد ومذاب
2- نوع انجماد
3- سرعت سرد كردن مذاب
4- آخال ها(ناخالصيها)
5- عناصر آلياژي
6-سيستم راهگاهي
7-شكل اندازه و وزن قطعه
تشكيل مك هاي گازي بيشتر در دامنه انجماد هاي زياد انجام مي شود.
رابطه 1
 

رابطه فوق مشخص كننده آنست كه براي تشكيل حبابي به شعاع r فشار داخلي حباب بايد حداقل برابرPg باشد كه حباب هاي بسيار كوچك فشار داخلي بسيار زياد خواهد بود وبه دليل عدم دستيابي به چنين فشار بالائي عملا حباب ها نمي توانند در اندازه هاي خيلي كوچك تشكيل شوند به هر صورت اين اندازه نمي تواند از اندازه اتم فلز كوچك تر باشد.
چنانچه فشار لازم براي حذف تنش هاي سطحي در فصل مشترك گاز- فلز برابر Pst منظور شود در جريان انجماد به تدريج تنش سطحي افزايش يافته ودر نتيجه Pst بزرگتر وفشار داخلي براي تشكيل حبابي به شعاع rبيشتر خواهد بود.
با توجه به پديده انقباض در دامنه انجماد وكاهش فشار نسبي در فصل مشترك مايع- جامد مجموع فشار داخلي سيستم كاهش يافته واز اينرو رابطه فشار به صورت زير نوشته مي شود:

كه در آن Psh فشار انقباضي كاهش موضعي فشار در فصل مشترك مايع- جامد است.

2- مکانیزم تشکیل حفره های گازی وانقباضی:
2-1- حفره های انقباضی[8]:
اکثر فلزات در هنگام انجماد دچار کاهش حجم می گردند.به عنوان مثال آلومینیوم خالص دارای 14-7% انقباض ضمن انجماد است.این کاهش حجم باید بگونه ای جبران گردد.در صورتی که مذاب اضافی وجود نداشته باشد به ناچار در قطعه حفره ای بوجود خواهد آمد که به آن حفره انقباضی می گویند که خود بنابر عوامل گوناگون از جمله مدل انجماد به دو دسته متمرکز وپراکنده تقسیم می شوند.
حفره انقباضی متمرکز معمولا در آلیاژهای دامنه انجماد کوتاه مشاهده می شود.در این حالت از آنجائیکه جبهه انجماد همواره برقرار بوده وتفکیک اصولی بین مناطق جامدومایع امکانپذیر است کسری های ناشی از انقباض برای قسمت های جامد توسط مذاب مقابل فصل مشترک تامین می شود وانقباض در مناطق گرم متمرکز می گردد.
حفره های انقباضی پراکنده معمولا در آلیاژهای دارای دامنه انجماد بلند به چشم می خورد.در این آلیاژها حد فاصل هندسی مشخصی بین مایع وجامد وجود ندارد وکسری های ناشی از انقباض به طور پراکنده در سراسر قطعه پخش شده وفقط قسمتی از آن در مناطق ضخیم وانتهایی به صورت متمرکز باقی می ماند.

2-2- حفره های گازی[8]:
عموما گازها در فلزات مذاب نسبت به حالت جامد دارای حلالیت بیشتری هستند.بنابراین در حین انجماد گاز حل شده به صورت فوق اشباع در مذاب در آمده ودر صورت وجود جوانه مناسب برای ایجاد تخلخل در مذاب وجود نداشته باشد این گازبه صورت فوق اشباع در ساختار جامد باقی خواهد ماند.
حلالیت هیدروژن در مذاب آلیاژهای آلومینیوم cc/100gr69/. ودرجامد درحدود cc/100gr 03/0 می باشد.از طرفی سرعت نفوذ آن در مذاب آلومینیوم نیز بالاست.از این روتقریبا تنها گازی است که در بوجود آمدن حفره های گازی در آلومینیوم موثر است.
مدل تئوريكي تشكيل حباب هاي گازي به صورت زير مي باشد[6]:
1- هسته هاي جامد درداخل مذاب تشكيل مي شود.
2- رشد شاخه اي بر روي هسته ها آغاز و ادامه مي يابد.
3- مذاب محصور در داخل دانه هاي رشد يافته از عناصر محلولي وهمچنين مقدار گاز غني شده وبعد از مدتي حباب هاي گازي تشكيل مي شوند.
4- در مراحل پاياني انجماد و هنگامي كه حجم مايع كاهش يافته وغلظت ملكولي گاز افزايش مي يابد.شرايط براي تشكيل حباب هائي بين بازوهاي دندريت فراهم مي شود.

مکانیزم رسوب:
بدون توجه به مسئله تغذيه كردن،تشكيل تخلخل به توزيع هيدروژن در طول انجماد آلومينيوم مربوط مي شود. به خوبي شناخته شده است كه تشكيل حفره درآلياژهايآلومينيوم به وسيله نفوذ هيدروژن از زمينه جامد شده به داخل حفره بوجود مي آيد ،كه در حقيقت از طرفي شبيه به رسوب فاز ثانويه در زمينه محلول فوق اشباع مي باشد.تقريبا يك تعداد كمي از مقاله ها به اين مسئله با مكانيزم جوانه زني ورشد پرداخته اند. تعدادي از محققان با پديده هاي رياضي به اين موضوع پرداخته اند.وانگ و سيگوارد اين مسئله را با مدل هاي ترموديناميكي حل كردند.

3- اندازه تخلخل:
3-1- اثر ضخامت قطعه بر اندازه تخلخل:
اندازه حفرات با تغيير ضخامت تغيير مي كند.هر چه ضخامت كمتر مي شود اندازه حفرات كوچكتر مي شود.دليل آن اين است كه با افزايش سرعت سرد شدن كه با كاهش ضخامت رابطه مستقيم دارد اندازه دندريت ها كوچك تر مي شود.با كوچك شدن فضاهاي بين دندريتي حباب ها در فضاي كمتري رشد مي كنند.در نتيجه اندازه آنها كوچكتر مي شود.
سرعت رشد ودرشت شدن حباب هاي گازي عملا با سرعت انجماد رابطه معكوس دارد.با افزايش سرعت انجماد وايجاد دانه هاي ريز وهمگن موانعي براي درشت شدن حباب هاي گازي حاصل شده وفقط ريز مك هايي در بين بازو هاي شاخه هاي جامد ممكن است تشكيل مي شوند.بطور كلي با افزايش سرعت انجماد امكان جوانه زني و رشد مستقل حباب ها در بين دانه ها كاهش مي يابد.]6[
3-2- تعداد جوانه:
يكي از عواملي كه باعث ريز شدن دانه ها مي شود تعداد جوانه بيشتر است.در حقيقت وقتي كه تعداد جوانه در ذوب كم باشد دانه هائي كه شروع به رشد مي كنند در زمان ديرتري به يكديگر برخورد مي كنند.پس در اين زمان حباب فرصت بيشتري پيدا مي كند تا اندازه اش بزرگتر شود.يعني اينكه آن مقدار هيدروژني كه به صورت اتمي در ذوب حل شده است فرصت بيشتري پيدا مي كند تا به صورت مولكولي(حباب)در بيايد وهر چه زمان بيشتر باشد به اندازه حباب افزوده مي شود.

شکل 1-اثر اندازه دانه بر مقدارتخلخل[6]

3-3- عمليات بهسازي:

افزودن استرانسيم بمنظور اصلاح ساختار سيليسيم يوتكتيكي از حالت درشت وسوزني به حالت ظريف ورشته اي شكل،هم اكنون بعنوان يك فرايند مهم در ذوب آليا‍‍ژهاي آلومينيوم- سيليسيم مورد استفاده قرار مي گيرد.يكي از اثرات جانبي عمليات بهسازي با استرانسيم،افزايش تخلخل در قطعات ريختگي است.عمليات بهسازي با سديم،استرانسيم وكلسيم سبب افزايش نسبتا شديد تعداد وابعاد تخلخل هاي ريز وپراكنده در قطعات ريخته گري مي شوند. همچنين بر اساس تحقيقات به عمل آمده اثرات عمليات بهسازي با سديم وكلسيم به مراتب بيشتر از عمليات بهسازي با استرانسيم است. البته از آنجائي كه در اثر عمليات بهسازي اغلب تخلخل هاي انقباضي درشت توسط ريز مك هاي گازي جايگرين مي گردند،يك جنبه مثبت اين پديده كاهش نياز به تغذيه است.]5[
در ذوبي كه عمليات بهسازي انجام شده است قبل از اينكه دندريت ها بوجود آيند حباب هاي بزرگي در ذوب وجود دارد. در ابتداي امردندريت ها زده مي شوند.بعد از اين مرحله فاز يوتكتيك مي خواهد رسوب كند.براي رسوب فاز يوتكتيك بايد يك سطح زيرين براي رسوب وجود داشته باشد.به همين دليل فصل مشترك حباب- مايع محل خوبي براي رسوب فاز يوتكتيك مي باشد.پس فاز يوتكتيك به صورت شعاعي اطراف حباب رشد مي كند.حباب در ميان سلول يوتكتيك مخفي مي شود وشكل واندازه اش به همان صورت اوليه باقي مي ماند]2.[.مي توان گفت كه علت بزرگي حفرات در آلياژهاي آلومينيوم بهسازي شده وجود اين حباب ها در قبل از بوجود آمدن دندريت ها مي باشد.در آلياژهاي بهسازي شده اندازه حفرات كمتر تابع شكل واندازه فضا هاي بين دندريتي است.

4- شكل تخلخل:
4-1- تاثير عمليات بهسازي بر شكل تخلخل :
عمليات بهسازي سبب تبديل ساختار سوزني شكل فاز سيليسيم يوتكتيكي به حالت رشته اي شكل وظريف مي گردد.شكل تخلخل هاي ريز وپراكنده در آلياژهاي بهسازي نشده تابع شكل واندازه فضاهاي بين دندريتي است.در اين شرايط تخلخل ها عمدتا حالت كشيده ونازكي دارند.(شكل 2)از طرفي تخلخل در آلياژهاي بهسازي شده عمدتا درشت تر وكروي تر بوده(شكل 3)ومورفولوژي آنها كمتر تابع شكل واندازه فضاهاي بين دندريتي است.علت اين امر در قسمت اندازه تخلخل توضيح داده شد(4)

در آلياژهاي بهسازي نشده بيشتر حباب ها در دامنه انجماد بوجود مي آيند.با رشد دندريت ها سطح اين حباب ها به سطح دندريت ها برخورد مي كنند وشكل دندريت ها را به خود مي گيرند.به اين گونه مك ها مك هاي بين دندريتي مي گويند كه شكل بي قاعده دارند.پس در آلياژهاي بهسازي نشده مك هاي با شكل بي قاعده يا بين دندريتي وجود دارد ودر آلياژهاي بهسازي شده مك هاي بزرگ كروي شكل همراه با تعداد كمي مك هاي بين دندريتي وجود دارد.]2[
نوع ديگري از شكل تخلخل وجود دارد كه به صورت سوزني شكل مي باشد. بوجود آمدن اين نوع تخلخل بستگي به سرعت انجماد دارد.اگر سرعت انجماد به حدي باشد كه جبهه انجماد به حباب برخورد كرده و مجرائي به شكل حباب در يك امتداد بوجود آورد در نهايت يك فضاي خالي به شكل يك سوزن خواهيم داشت.

5- توزيع حفرات:
5-1- پراكنده در همه جاي قطعه(يكنواخت):
اين حالت در مواقعي بوجود مي آيد كه انجماد خميري باشد.وقتي كه انجماد از همه جا شروع مي شود دندريت ها در همه جا زده مي شوند وحباب هاي گازي در بين دندريت ها احاطه مي شوند ودر نهايت به صورت ريز مك هاي گازي در كل قطعه به صورت پراكنده باقي مي مانند.
حالت ديگر اين است كه مذابي كه در بين دندريت ها وجود دارد داراي انقباض مي باشد.چون دندريت ها در همه جا بوجود آمده اند مانع تغذيه شده مذاب بين دندريتي مي شوند.در نهايت ريز مك هاي انقباضي در سراسر قطعه باقي خواهد ماند.
يا مي توان گفت كه اگر انجماد به طوري باشد كه تمام دانه ها به صورت هم محور با شد حفرات گازي وانقباضي به صورت پراكنده درهمه قطعه ديده بشوند.

5-2- متمركز بودن در وسط قطعه(مركزي):
حفره انقباضی متمرکز معمولا در آلیاژهای دامنه انجماد کوتاه مشاهده می شود.در این حالت از آنجائیکه جبهه انجماد همواره برقرار بوده وتفکیک اصولی بین مناطق جامدومایع امکانپذیر است کسری های ناشی از انقباض برای قسمت های جامد توسط مذاب مقابل فصل مشترک تامین می شود وانقباض در مناطق گرم متمرکز می گردد.
اين نوع توزيع حفره در حالتي بوجود مي آيد كه انجماد در ابتدا تا حدي به صورت ستوني پيش رفته باشد.سپس به علت وجود ناخالصي هاي موجود در ذوب باقي مانده يا كاهش شيب دمايي در مركز قطعه دانه ها به صورت هم محور رشد مي كنند.در ابتدا كه دانه ها به صورت ستوني رشد مي كنند در حين رشد حباب هاي گازي موجود درذوب را به طرف جلو مي رانند. همچنين انقباض موجود درذوب باقي مانده متمركز مي شود.در نهايت كه دانه هاي هم محور در وسط قطعه ايجاد مي شوند اين حباب ها در بين دانه ها گير مي افتند.امكان ديگري كه وجود دارد اينست كه چون جبهه انجماد به سمت وسط قطعه است در نهايت مذابي كه باقي مي ماند داراي انقباض مي باشد كه باعث ايجاد حفرات انقباضي در مركز قطعه مي شود.

5-3- محيطي:
اين حالت دليلش اين مي تواند باشد كه ما از مبرد داخلي در مركز قطعه استفاده كنيم.در اين حالت انجماد از مركز قطعه واز اطراف قطعه شروع بشود كه در نهايت حلقه اي از مذاب را در محيط قطعه خواهيم داشت و حفرات گازي در اين مذاب باقي مانده تجمع پيدا كرده اند.در نهايت حلقه اي از حفرات گازي وانقباضي در محيط قطعه خواهيم داشت.البته قابل ذكر است كه استفاده از كلمه حلقه اينست كه ما قطعه فرضي خود را يك استوانه در نظر گرفته ايم.

6- مقدار تخلخل:
6-1- بررسي اثر نوع قالب وشرايط انجماد[4]:
درآزمايشات دکتر مير اسماعيلي تخلخل هاي نسبتا درشت در نمونه بدون تغذيه براي آلياژ 319 مشاهده شده است،در حاليكه در نمونه تغذيه دار تخلخلها عمدتا به تغذيه منتقل شده اند وخود قطعه عاري از تخلخل است.بر خلاف قطعات منجمد شده توسط قالب تغذيه دار كه عميلات بهسازي سبب افزايش قابل توجه تخلخل شده است،اين عمليات سبب كاهش جزئي تخلخل در قطعات منجمد شده توسط قالب بدون تغذيه گرديده است.در قطعات منجمد شده در قالب تغذيه دار،افزايش استرانسيم به مذاب سبب افزايش تخلخل شده است واين افزايش در صورت استفاده از مقادير بيشتر استرانسيم شديدتر است.از طرفي در قطعات منجمد شده توسط قالب بدون تغذيه،افزايش استرانسيم تاثير قابل ملاحظه اي بر تخلخل نداشته است.در كل مي توان اينگونه نتيجه گيري كرد كه اگر براي انجام عمليات بهسازي با استرانسيم از يك سيستم تغذيه گذاري نا مناسب استفاده كنيم قطعه ما داراي تخلخل كمتري خواهد بود.
در يك نگاه كلي مي توان نتيجه گيري كرد كه بهسازي با استرانسيم در نمونه هاي ريخته شده در قالب تغذيه دار با افزايش تعداد وابعاد تخلخل ها سبب افزايش مقدار كلي تخلخل گرديده است.
عمليات بهسازي سبب افزايش تخلخل در نمونه هاي حاوي تخلخل هاي انقباضي نمي شود.در توضيح اين پديده مي توان عنوان كرد كه عمليات بهسازي چه درقطعات عاري از مكهاي انقباضي وچه در قطعات حاوي مكهاي انقباضي سبب افزايش تخلخل هاي گازي مي گردد.تشكيل اين تخلخل هاي گازي د رقطعات عاري از مك هاي انقباضي سبب افزايش تخلخل در قطعه مي شوند،در حاليكه در قطعات حاوي مكهاي انقباضي،تخلخل هاي گازي ايجاد شده در اثرعميلات بهسازي جايگزين مكهاي انقباضي موجود گرديده وبنابراين عمليات بهسازي تاثير قابل توجهي بر مقدار كلي تخلخل نمي گذارد.در واقع در شرايطي كه شرايط براي تشكيل مكهاي انقباضي وهم گازي فراهم است،هيدروژن محلول در مذاب آلومينيوم مي تواند در خلال انجماد بدون هيچ مشكلي در مك هاي انقباضي تشكيل شده رسوب كند وبدين سان تلفيقي از مك هاي گازي وانقباضي بوجود مي آيد.

6-2- اثر افزايش درجه حرارت بر ميزان حلاليت هيدروژن[9]:
با افزايش درجه حرارت جنب وجوش اتم ها زياد مي شود وفواصل بين اتم هاي آلومينيوم زياد مي شود.به همين دليل هيدروژن به راحتي وارد آلومينيوم مي شود.پس هر چه درجه حرارت افزايش يابد ميزان هيدروژن موجود در آلومينيوم افزايش مي يابد.
در شكل اثر افزايش درجه حرارت بر ميزان حلاليت هيدروژن را مي توان ديد.
 

6-3- اثرات متقابل مقدار هيدروژن مذاب وعمليات بهسازي برمقدار تخلخل:
تخلخل هاي حاصل ازعمليات بهسازي منشا گازي دارند.استرانسيم فقط در صورت وجود هيدروژن كافي قادر به افزايش قابل ملاحظه تخلخل است، پس اثر استرانسيم بر افزايش تخلخل در شرايطي كه هيدروژن مذاب بيشتر باشد شديدتر است.از اينرو مي توان نتيجه گيري كرد كه تخلخل هاي حاصل از عمليات بهسازي با استرانسيم منشا گازي دارند،بنابراين كاهش هيدروژن مذاب مي تواند تا حد زيادي اثر عمليات بهسازي برتخلخل را خنثي كند. افزايش ابعاد وتعداد تخلخل ها وهمچنين تغيير مورفولوژي آنها از حالت كشيده وترك مانند به حالت كروي شكل در اثر افزايش هيدرو‍ژن بوضوح قابل تشخيص است.(شكل5)

6-4- اثرات متقابل عملیات بهسازی با استرانسیم سرعت انجماد وعملیات فیلتر کردن[4]:
بررسي هاي بعمل آمده بيانگر اين است كه عمليات آخال زدائي وافزايش تميزي مذاب سبب كاهش اثرات عمليات بهسازي بر افزايش تخلخل مي گردد.Iwahori وSerratos در آزمايشات خود نشان دادند كه انجام عمليات فلاكس زني پس از عمليات بهسازي با استرانسيم سبب كاهش قابل توجه تخلخل در آلياژA356 گرديده است.شكل6اثرات متقابل عمليات بهسازي با استرانسيم فيلتر كردن مذاب وسرعت سرد شدن را بر مقدار تخلخل در آلياژA356 نشان مي دهد.
 

شکل 6 – اثرات متقابل عملیات بهسازی با استرانسیم وفیلتر کردن وسرعت سرد کردن بر مقدار تخلخل در آلیاژA356

همانطور كه ملاحظه مي گردد گرچه افزايش سرعت انجماد سبب كاهش تخلخل در تمام شرايط گرديده است ولي اثر سرعت انجماد در شرايط بهسازي شده با استرانسيم بر كاهش تخلخل بمراتب بيشتر است.
به بيان ديگر در شرايطي كه در نمونه هاي نزديك به تغذيه كه داراي سرعت انجماد كمتري هستند عمليات بهسازي سبب افزايش نسبتا شديد تخلخل شده است اثر اين عمليات در نمونه هاي مجاور مبرد كه داراي سرعت انجماد زيادتري هستند قابل ملاحظه نمي باشد.همچنين نتايج بدست آمده بيانگر اثرات شديد استفاده از فيلتر در سيستم راهگاهي بر كاهش تخلخل در قطعات بهسازي شده با استرانسيم است.
در واقع حضور فيلتر در سيستم راهگاهي با كاهش فيلم هاي اكسيدي وبا تميز كردن مذاب درون قالب سبب كاهش نسبتا شديد تخلخل در آلياژ بهسازي شده با استرانسيم گرديده است.اين نتايج از آن نظر حائز اهميت است كه در آلياژهاي بهسازي شده با استرانسيم نمي توان از عمليات فلاكس زني بمنظور افزايش تميزي مذاب استفاده كرد(عمليات فلاكس زني سبب استرانسيم زدائي از مذاب مي شود).

6-5- اثر اندازه تغذیه بر مقدار تخلخل[1]:
در اين آزمايش آلياژ A206(Al-4.5%Cu-0.4%Mn-0.3%Mg-0.2%Ti)استفاده شده است.عرض،طول وضخامت قطعات به ترتيب 14،20و1سانتي مترمي باشد.سه قطعه با سه نوع قطر تغذيه متفاوت 3،4و6سانتي متري استفاده شدوارتفاع تغذيه ها 5/1برابر قطر تغذيه ها ميباشد.قالب هاي ماسه اي CO2 با استفاده از ماسه سيليسي وهفت درصد وزني سيليكات سديم به عنوان سخت كننده،آماده شد ودرانتهاي قالب يك مبرد مسي قرار داده شده است.قالب ها به مدت 8ساعت در دماي پخته شده وتا دماي محيط قبل از ريخته گري سرد مي شوند.
فرايند ذوب در كوره الكتريكي مقاومتي انجام شده وشمشA206به طور مستقيم در يك بوته گرافيتي اضافه شد.در حين ذوب شدن،غلظت هيدروژن اوليه ذوب در حدود كنترل مي شود.دماي ريختن در حدود كنترل مي شود.ترموكوبل ها در قالب قرار داده مي شوند تا حرارت موجود در 9مكان قطعه نشان داده شده در شكل بدست آيد.براي اندازه گيري وزن مخصوص از روش ارشميدس استفاده مي شود.
 

شکل 7-شماتیک قطعه[1]

توزيع تخلخل در درصد حجمي از انتهاي مبرد تا انتهاي تغذيه در قطعات،در شكل 8 نشان داده شده است.در اين شكل،با افزايش اندازه تغذيه مقدار تخلخل كاهش پيدا كرده است.درهمه نمونه ها،حداقل تخلخل را در نزديكي مبرد داريم،تا فاصله كمي از تغذيه به تدريج اين مقدار تا يك ماكزيمم افزايش پيدا مي كند.

6-6- تئوري Ham براي محاسبه مقدار تخلخل[1]:
كسر رسوب هيدروژن (f)وزمان واكنش يا به عبارتي زمان انجماد(tf) به صورت زير نشان داده شده است:
معادله 1
كه مقدار هيدروژن اوليه( )، مقدار هيدروژن نفوذ كرده در داخل حفره در يك محل معين ( )، هيدروژن قابل حل در آلومينيوم جامد( )، زمان آسايش(sec)وn يك مقدار ثابت است. قياسي از چگونگي نفوذ هيدروژن مي باشد. مقدار كسر تشكيل تخلخل در يك محل معين آلياژ ريختگي آلومينيوم A356(VP(%))را مي توان به صورت زير تشريح كرد:
معادله 2

كه Pg فشار حباب گازي(atm)و يك مقدار ثابت مي باشد. Pg تركيبي از فشار اتمسفر وفشار هيدرواستاتيكي تغذيه،كاهش فشار مذاب بين دندريتي و فشار تنش سطحي حباب گازي مي باشد.k بايد معادل با باشد( دانسيته مايع( ))،TEدماي يوتكتيك(كلوين) ،273حالت استاندارد دما مي باشد.پس معادله(2) را مي توان به صورت زير نشان داد:
معادله 3

كه برابر با است.درمعادله (3)اگر فرض کنیم که به بینهایت میل کند یعنی كه همه هيدروژن داخل حفره نفوذ كرده وكسر هيدروژن رسوب كرده در يك محل معين در قطعه ريختگي (f) برابر با يك خواهد بود.به اين دليل ،ماكزيمم تخلخلي است كه مي تواند در قطعه ريختگي تشكيل شود.راههاي مشابه ديگري براي پيش بيني مقدار ماكزيمم تخلخل وجود دارد مانند معادلات ترموديناميكي.
 

نتيجه زمان انجماد به صورت نمودار در شكل 9 نشان داده شده است.اين منحني ظاهرا تئوري هام را اثبات مي كند.با افزايش زمان تا يك حدي شيب منحني كاهش مي يابد كه ممكن است دليل آن،كم شدن نفوذ هيدروژن محلول در داخل حباب باشد. فشار حباب گازي مي تواند به صورت روبه روباشد: كه درآن تنش سطحي حباب گازي در نظر گرفته شده است.در عبارت قبلي تنش سطحي مذاب آلياژ A206( )،C يك مقدار ثابت است( ).بر طبق اين توصيف،فشار حباب گاز به ترتيب براي مبرد وتغذيه براي زمان هاي انجماد متفاوت،28/1و17/1محاسبه شده است.

7- محاسبه فاكتور شكل[3]:
در مقاله]3[ محاسبه فاكتور شكل به صورت زير مي باشد:

كه در آن Aسطح حفره وPمحيط حفره مي باشد.حفرات بزرگتر داراي فاكتور شكل كمتري مي باشند.همچنين در نمونه هاي بهسازي شده با استرانسيم با افزايش ضخامت فاكتور شكل كاهش يافته است.
با توجه به مطالب بالا مي توان اينگونه استنباط كرد كه حفرات كروي در مقاطع نازك تر مي باشند زيرا با كاهش ضخامت فاكتور شكل افزايش مي يابد.بيشترين فاكتور شكل را دايره دارد كه يك مي باشد.
 

8- تاثير سرعت سرد كردن بر مقدارواندازه وشكل تخلخل هادر آلياژ356 [2]
روش آزمايش:
هشت ذوب آماده شد:دو ذوب بهسازي نشده ،يكي باSb ريز دانه شده ،دو ذوب با سديم بهسازي شده وسه ذوب با استرانسيم بهسازی شد.
ذوب ها در كوره سوخت گازي با بوته گرافيتي 8 كيلوگرمي وهمچنين با استفاده ازآميژان 356 به عنوان شارژ آماده شد.ريز دانه كردن هر ذوب با 1/0%تيتانيم به صورت آميژانAl-Ti-B(5:1)انجام شد.در اين عمليات ها ،سديم به صورت فلزي(1/0%) ،استرانسيم به صورت آميژان(Al-Sr10%) و25/0% آنتيموان به صورت فلزي اضافه شده اند.زمان انحلال براي آنتيموان واسترانسيم 20دقيقه مي باشد.بعد از عمليات ذوب ،مقدار هيدروژن بايد در حدود كنترل شود.همچنين از تجهيزات (Telegas)تكنيك گردشي گاز و((Alscan استفاده شد.نياز هست كه براي گاززدائي از نيتروژن باخلوص بالا استفاده شود.
هرذوب در دماي در پنج فنجان فلزي با ديواره نازك ريخته كه نمونه هاي با وزن 200gr توليدوبعدا بريده شدند..
درجه حرارت هائي كه براي كوئنچ انتخاب شده اند٬با توجه به آناليز هاي حرارتي آميژان بدست آمده اند:درجه حرارت ليكوئيدوس ٬درجه حرارت يوتكتيك (بهسازي نشده وريز دانه شده با Sb) يا در محدوده 565-570 (بهسازی شده با Na,Sr) .
درجه حرارت نمونه هائي كه در آب كوئنچ شده اند بر طبق رخدادهاي انجماد آلياژ به صورت زير مي باشد:
: اواسط رشد دندريت- قسمت جامد 30%
:انتهاي رشد دندريت- قسمت جامد 50%
شروع انجماد يوتكتيك- قسمت جامد 55%
اواسط انجماد يوتكتيك-قسمت جامد 75%
بعد از انجماد(هوا سرد شده)
براي مشخص كردن دانسيته از روش ارشميدس استفاده شده است..
نتايج وبحث:
تركيبات شيميائي در جدول شماره2نشان داده شده است.
جدول-2: آناليز تركيب شيميائي
 

 نتايج دانسيته:
بيشترين دانسيته بدست آمده در هر سري براي نمونه هاي كوئنچ شده از بوده است كه اين مطابق با مقدار ريز تخلخل صفر مي باشدكه با متالوگرافي اثبات مي شود.اين مقدار را به عنوان دانسيته مرجع استفاده مي كنيم.درصد ريز تخلخل هاي محاسبه شده براي نمونه هاي ديگردر جدول3نشان داده شده است.

جدول3:مقدار ريزتخلخل(%)در نمونه هاي كوئنچ شده در حال انجماد براي عمليات هاي گوناگون
جدول 3-1
 

جدول3-2

مقدار ريز تخلخل بدست آمده براي نمونه هاي در هوا سرد شده ٬تاثير نهائي عمليات بهسازي در تشكيل ريز تخلخل ها را نشان مي دهد.بيشترين مقدار مشاهده براي ذوب بهسازي شده با سديم(Na) و بعد از آن براي ذوب بهسازي شده با استرانسيم(Sr) وبعد از آن براي ذوب بهسازي نشده مي باشد.كمترين مقدار مك ها براي نمونه هاي ريز دانه شده با آنتيموان(Sb) بدست آمده است.اين ترتيب براي نمونه ميله اي ريخته شده در ماسه هم مشاهده مي شود
نتايج آناليزهادر جدول3 نشان داده شده است كه سرعت افزايش مقدار مك ها را بعد از شروع واكنش يوتكتيك براي همه ذوب ها نشان مي دهد. مقدار مك ايجاد شده در طول انجماد يوتكتيك در محدوده  0.7_0.6% مي باشد.
شرايط انجام آزمايش با مقدار هيدروژن از اين قرارمي باشد:
براي ذوب هاي بهسازي نشده ،مقدار جوانه تخلخل در حين رشد دندريت خيلي كوچك مي باشد،بنابراين تقريبا همه تخلخل ها به علت جوانه زني مك ها ورشد در حين واكنش يوتكتيك بوجود مي آيند.
در مورد ذوب هاي بهسازي شده،جوانه زني تخلخل وشروع رشدپائين تر از است كه در شروع واكنش يوتكتيك به مقداري درحدود 48/0% براي نمونه هاي بهسازي شده با سديم(Na) مي رسد. در حين واكنش يوتكتيك ،سرعت رشد، مشابه سرعت رشد ذوب هاي بهسازي نشده مي باشد.
براي ذوب هاي ريز دانه شده با آنتيموان(Sb) ،شروع جوانه زني حباب ها بعد از واكنش يوتكتيك انجام مي شود.همچنين در اين مورد ،سرعت رشد حباب ها مشابه ذوب هاي بهسازي نشده ميباشد.

رويداد انجماد نشان مي دهد كه تشكيل حفره در آلياژ هاي آلومينيوم به این صورت می باشد:
1-براي شروع انجماد در :مقدار انقباض انجماد به وسيله توده مذاب تغذيه كننده وتغذيه بين دندريتي به آساني جبران مي شود(براي همه عمليات ها).
2- از تا شروع واكنش يوتكتيك: در آلياژهاي بهسازي نشده و ريز دانه شده با Sb تحرك مذاب بين دندريتي باندازه كافي از تشكيل مك جلوگيري مي كند.در ذوب هاي بهسازي شده ،تحرك به شدت كاهش مي يابدو مقدارانقباض بوسيله تشكيل حفره جبران مي شود.
3- بطور كلي بعد از واكنش يوتكتيك:نفوذ پذيري بين دندريت ها وبين سلول ها به علت حجم زياد جامد كاهش مي يابد .بعد از آن ،مقدار انقباض انجماد به طور چشمگيري به وسيله تشكيل حفره در همه موارد جبران مي شود.
بر اساس اين ترتيب رخداد ها ،ما مي توانيم بيشترين گرايش تشكيل ريزتخلخل ها را به ذوب هاي بهسازي شده نسبت دهيم به علت اينكه تحرك مايع بين دندريتي كاهش مي يابد كه بين دماهاي و مي باشد.در اين محدوده يك فاز مايعي وجود دارد كه در آن سيلسيم ،منيزيم ،آهن وعناصر بهساز متمركز شده اندوهمچنين فاز جامد با شبكه دندريتي وجود دارد.عنصر بهساز مي تواندخواص فاز مايع از قبيل ويسكوزيته يا نفوذ پذيري را تغيير بدهدو همچنين بر مورفولوژي دندريتها تاثير بگذارد.

نتايج متالوگرافي:
در نمونه هاي كوئنچ شده،مذاب باقي مانده قبل از كوئنچ با آب وجود دارد ،يك ريز ساختار خيلي ريز دانه شده ايجاد شده است كه به راحتي نسبت به فازهاي كه قبلا جامد شده اند قابل تشخيص مي باشد.
نمونه هاي كوئنچ شده از :
ريز ساختار نمونه هاي كوئنچ شده از مشابه با همه عمليات ها مي باشد.اين ريز ساختار a-دندريت ها ومايع سريع سرد شده.اين نمونه ها هيچ گونه تخلخلي را نشان نمي دهند.
نمونه هاي كوئنچ شده :
نمونه هاي كوئنچ شده از همانند نمونه هاي كوئنچ شده از مي باشند،بجزوجودa-دندريت هاي بزرگ(در حدود 50%) وعدم وجود a-دندريت هاي خيلي كوچك در داخل منطقه يوتكتيك.
در نمونه هاي ريز دانه شده با آنتيموان تخلخلي ديده نمي شود ولي در نمونه هاي بهسازي نشده تخلخل ها به صورت خيلي ريز وجود دارند.در نمونه هاي بهسازي شده با استرانسيم وسديم تخلخل هاي بزرگ كروي ديده مي شود.
حفراتي كه در بين دندريت ها زده مي شوند مورفولوژي آن ها تا ايجاد يك شكل نا منظم تغيير مي كند(بين دندريتي)
اين موضوع براي حفرات در حال رشد ودر تماس با جامد مي باشد(a-دندريت ها).
اما در قسمت مايع بيشتر مي باشد(در حدود 50%) وبه همين دليل تماس پيدا كردن حفره با دندريت ها به ندرت اتفاق مي افتد. همچنين بيشتر حفرات تشكيل شده قبل از واكنش يوتكتيك كروي مي باشند.
نمونه هاي كوئنچ شده در شروع يوتكتيك و اواسط يوتكتيك:
در نمونه هاي ريز دانه شده با آْنتيموان و بهسازي نشده كه در شروع واكنش يوتكتيك كوئنچ شده اند،ساختار كاملا رشد پيدا كرده a-دندريت ديده مي شود و همچنين مقدار زيادي هسته هاي يوتكتيك كوچك با فاز سيليس لايه اي وجود دارد.
در نمونه هاي بهسازي نشده،مقدار زيادي ريز تخلخل كوچك در قسمت مايع وجود دارد.در نمونه هاي ريز دانه شده با آنتيموان ريز تخلخل وجود ندارد.نمونه هاي بهسازي شده با استرانسيم وسديم وكوئنچ شده در شروع واكنش يوتكتيك( )ساختار دندريتي a ،مك هاي بزرگ و يك تعداد كمي هسته هاي يوتكتيك بزرگ را نشان مي دهد.تعداد كم هسته هاي يوتكتيك حاصل واكنش عناصر بهساز مي باشند.
فاز سيليس به علت نياز داشتن به يك لايه زيرين براي رسوب كردن، فصل مشترك حباب /مايع را انتخاب مي كند.قابل توجه است كه فاز سيليس به صورت شعاعي در اطراف حباب رشد مي كند كه هم مركز با هسته يوتكتيك مي باشد. .هسته هاي يوتكتيك جامد شده اطراف حباب هاي كروي ايجاد مي شوند كه اين موضوع وجود حباب هاي كروي را در آلياژ هاي بهسازي شده تثبيت مي كند.
در ادامه انجماد ،مقدار انقباض و سگرگاسيون هيدروژن به جوانه زني حباب هاي جديد كمك مي كند ،در حالي كه حباب هاي از قبل شكل يافته توسط يوتكتيك جامد احاطه شده اند.بيشتر اين حباب هاي جديد بايد شكل نا منظمي داشته باشندزيرا قسمت جامد در حال رشد مي باشد.
در آلياژ هاي بهسازي نشده (يا ريز دانه شده با آنتيموان) ،هسته هاي يوتكتيك شكل نا منظمي دارند. همچنين حباب هاي جديد در حال رشد در تماس با جامد يك شكل نا منظمي پيدا دارند(بين دندريتي).بازو هاي هسته هاي يوتكتيكي به اندازه اي كوچك مي باشند كه حباب ها مي توانند اطراف آنها رشد مي كنند.ممكن است كه حباب ها به صورت تخلخل هاي خوشه اي شكل درتصاوير متالوگرافي ظاهر شوند.
در آلياژ هاي بهسازي شده با استرانسيم وسديم، فصل مشترك هسته هاي يوتكتيك نا منظم مي باشد.دراين مورد ،حفره هاي جديد كه شكل نا منظم دارند ،به طور جزئي مورفولوژي بين دندريتي پيدا مي كنند.به علاوه اينكه ،چون هسته هاي يوتكتيك بزرگ مي باشند ،حباب هاي جديد به سختي مي توانند اطراف آنها رشد كنند.همچني در اين مورد آنها شكل رشته اي ندارند.در نمونه هاي كوئنچ شده از اواسط واكنش يوتكتيك ،ساختار دندريت هاي a ،هسته هاي يوتكتيك ديده مي شود.در نمونه هاي بهسازي نشده(ريز دانه شده با آنتيموان)حفرات نامنظم در حال رشد و خوشه اي شكل وجود دارد(احاطه شده توسط بازوهاي هسته يوتكتيك).
نمونه هاي بهسازي شده داراي حفرات كروي احاطه شده توسط يوتكتيك مي باشند و همچنين حفرات نا منظم در قسمت مايع در حال رشد مي باشند.
نمونه هاي درهوا سرد شده:
ريز ساختار نهائي نمونه ها ،تفاوت ها در اندازه و توزيع حفرات و فاز سيليس يوتكتيك نشان مي دهد.فاز سيليس در نمونه هاي ريز دانه شده با آنتيموان و بهسازي نشده لايه اي مي باشد ،در حالي كه فاز سيليس در آلياژ بهسازي شده رشته اي و بسيار ريزمي باشد.حفرات درآلياژ هاي بهسازي نشده و ريزدانه شده با آنتيموان ،نا منظم و با مورفولوژي بين دندريتي و خوشه اي مي باشند.درآلياژ هاي بهسازي شده دو نوع حفره وجود دارد:يكي كروي وديگري نا منظم(به طور جزئي بين دندريتي).
مقدار حفره شكل يافته بعد از واكنش يوتكتيك براي هر ذوب و همه عمليات ها يكسان مي باشد.درمورد مقدار حفره تشكيل شده قبل از واكنش يوتكتيك ، درآلياژهاي بهسازي شده و بهسازي نشده تفاوت هائي مشاهده مي شود.
بايد تاكيد كرد كه آلياژ هائي كه شامل مقدار هيدروژن بالاتر از باشند ،احتمالا در طول انجماد آنها، رخداد هائي روي مي دهدكه متفاوت با مطالب قبلي خواهد بود.در آلياژ هاي بهسازي نشده با مقدار هيدروژن بالاتر ،حفرات مي توانند زودتر تشكيل شوند كه در نتيجه تعداد زيادتري حفرات كروي ايجاد خواهد شد.
خلاصه مشخصات اصلي ريز ساختار تكامل يافته آلياژ هاي بهسازي نشده ،ريز دانه شده با آنتيموان و بهسازي شده با استرانسيم وسديم در طول انجماد ،در جدول 4 آمده است.بيشترين تفاوت هاي قابل توجه مربوط به تغييرات ريز ساختاري بهسازي شده است كه تعداد هسته هاي يوتكتيك كاهش ،مورفولوژي يوتكتيك/ مايع و قطعا مورفولوژي فاز سيليس تغيير يافته است.
 

حباب هاي به وجود آمده در همه عمليات ها در جدول 5 آمده است.در نمونه هاي بهسازي نشده يا درنمونه هاي ريز دانه شده با آنتيموان ،بيشتر حفرات كروي،بعد از شروع واكنش يوتكتيك جوانه مي زنند.در اين حالت ،حفرات به صورت بين دندريتي وسلولي رشد مي كنند.همچنين در اين شرايط ،فصل مشترك هسته هاي كوچك يوتكتيك با مايع نا منظم مي با شد.حفرات رشد كرده فصل مشترك هسته هاي يوتكتيك را احاطه مي كنند و به صورت شاخه اي و يا به صورت نا منظم و خوشه اي شده ديده مي شوند.
در نمونه هاي بهسازي شده با استرانسيم وسديم ،حباب هاي بين دندريتي قبل از انجماد يوتكتيك جوانه مي زنند.بدين ترتيب ،وقتي هسته هاي يوتكتيك شروع به رشد مي كنند ،حباب هاي جديد را احاطه مي كنند و بدين ترتيب مورفولوژي اوليه خود را حفظ مي كنند(كروي شده).ريز تخلخل هاي تشكيل شده بعد از جوانه زني هسته يوتكتيك به صورت دندريتي و سلولي رشد مي كنندكه نا منظم مي باشند.در حالي كه در نمونه هاي بهسازي شده ،هسته هاي يوتكتيك بزرگ مي باشندو حفرات نمي توانند آنها را احاطه كنند ،.همچنين از مكانيزم شاخه اي شدن جلو گيري شده و حفرات نا منظم به صورت خوشه اي مشاهده نمي شوند.بعلاوه اينكه در آلياژ هاي بهسازي شده ،چون فصل مشترك هسته يوتكتيك/ مايع صاف مي باشد ،حباب ها نسبت به آلياژ هاي بهسازي نشده كمتر نا منظم هستند.
 

روش آزمايش:
آلیاژ مورد استفاده در این پژوهش آلیاژ آلومینیوم 356 می باشد.بدین منظور برای تهیه این آلیاژ از آلیاژ آلومینیوم 5%سیلیسیم وهمچنین آلومینیوم ومنیزیم خالص استفاده شد.عملیات ذوب در کوره زمینی با سوخت گازوئیلی انجام شد.مواد شارژ جمعا kg7 می شدند که ابتدا آلومینیوم خالص وآلیاژ آلومینیوم 5%سیلیسیم را شارژ وپس از ذوب شدن از کوره خارج شده ومنیزیم به صورت خالص اضافه شد.بر روی ذوب اول هیچ گونه عملیات کیفی انجام نشد.دمای ذوب ريزي حالت گاززدایی نشده 720درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد.
پس از ریختن نمونه پله ای اول مجددا ذوب باقی مانده داخل کوره قرار داده شده تا به دمای فوق ذوب لازم برسد.پس از رسیدن به دمای فوق ذوب لازم بوته بیرون آورده شده وگاززدایی انجام گرفت.برای گاززدایی از قرص دگازر استفاده شد.دمای ریختن ذوب گاززدایی شده مابین730-720درجه سانتی گراد بود.شکل وابعاد مدل استفاده شده برای آزمایش در زیر نشان داده شده است.
 

نتايج:
در نمونه گاززدايي نشده هيچ گونه مك وحفره مشاهده نشد. همانطور كه از شكل الف پيداست هيچ گونه حفره يا ريز مك ديده نمي شود.
در نمونه گاززدايي شده حفره بزرگي در سطح بيشترين ضخامت قطعه مشاهده مي شود. علت وجود حفره اين مي تواند باشد كه چون قالب مورد استفاده براي ريخته گري نمونه هاي آزمايشي ماسه تر مي باشد احتمال دارد كه رطوبت موجود در ماسه در هنگام تماس با مذاب بخار شده وحفره اي در سطح قطعه بوجود آورده است.
در كل حفره موجود در سطح قطعه گاززدايي شده منشا گازي دارد زيرا در نمونه گاززدايي نشده حفره انقباضي وجود ندارد يعني اينكه سيستم تغذيه گذاري مناسب بوده است وهمچنين دماي بارريزي هر دو نمونه يكسان مي باشد.با اين اوصاف حفره موجود در سطح نمونه گاززدايي شده نمي تواند منشا انقباضي داشته باشد.
 

اطلاعات کلی

خصوصیات قابل توجه

کاربردهــــــا

سایر کاربردها

• منیزیم همچنین در دمای 4000 درجه فارینهایت قابل اشتعال و احتراق است.
  
  
• دمای فوق‌العاده زیادی که برای سوزاندن منیزیم نیاز است، این عنصر را تبدیل به ابزاری راحت برای شروع آتشهای ناگهانی هنگام تفریحات سالم در فضای باز می‌کند.
  
  
• پودر کربنات منیزیم ( MgCO₃) توسط ورزشکاران رشته‌هایی چون ژیمناستیک و وزنه برداری ، برای افزایش میزان چسبیدن دست به وسایل ( دستگاهها و هالتر ) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  
  
• سایر کاربردها عبارتند از فلاش دوربین عکاسی ، منور بمبهای آتش‌زا.

شناخت محیط رشد:منیزیم

منیزیم در تولید کلروفیل به کار می رود و در نتیجه عمل فتوسنتز موثر می باشد. در بذرها، منیزیم به مقدار زیاد یافت می شود. علایم کمبود منیزیم در گیاه زردی بین رگبرگهاست. علایم کمبود ابتدا در برگهای پیر مشاهده می شود. و در صورت کمبود شدید، برگ ها شروع به ریزش می کنند. در خاک منیزیم نسبتاً سریع شسته شده و از دسترس گیاه خارج میگردد. برای رفع کمبود منیزیم از کربنات و سولفات منیزیم استفاده می شود.