عیوب " سخت ریزه ها " در آلیاژهای ریختگی Al-Si

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 .