طرح توجیهی مطالعه امکان سنجی مقدماتی طرح تولید آلیاژ های آلومینیوم

خلاصه طرح 

معرفی محصول :

به طور کلی لغت آلیاژ به معنی افزودن یک یا چند عنصر یا ترکیبی از آنها به فلز پایه برای دستیابی به یک سری خواص مطلوب می باشد. از آنجا که استحکام و سختی فلز خالص همیشه کمتر از آلیاژهای آن است، عموما از فلزات به صورت آلیاژی استفاده می شود. آلومینیوم با دارا بودن آلیاژهای مختلف با ترکیب و خواص متفاوت در محدوده کاربردی فراوان توانسته است ایفای نقش نماید.

آلومینیوم با عدد اتمی 13 و جرم اتمی 26.98 عنصری فلزی است که در گروه IIIA جدول تناوبی قرار دارد.

این فلز مانند مس، طلا و نقره دارای ساختار کریستالی مکعبی با سطح مرکز دار (1F.C.C.) می باشد. در این ساختار اتمها در گوشه های مکعب و مراکز سطوح کریستالی فلز قرار دارند و در نتیجه می توانند بیشترین لغزش و حرکت را داشته باشند که موجب افزایش فرم پذیری و شکل پذیری فلز شود.

این فلز مانند اکثر فلزات دیگر بصورت اکسید در پوسته زمین وجود دارد. این فلز بعد از اکسیژن و سیلیسیم، سومین عنصر از نظر فراوانی بر روی کره زمین است.

مقاومت به خوردگی آن بالا و در اسیدها کم محلول، لیکن در بازها به خوبی حل می شود. نقطه ذوب آلومینیوم خالص 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2450 درجه سانتیگراد می باشد. چگالی سنگین ترین آلیاژ آلومینیوم 2.95 گرم بر سانتی متر مکعب است. این فلز میل ترکیبی فوق العاده ای با اکسیژن دارد و اکسید آلومینیوم تشکیل شده در سطح فلز به علت پایداری بسیار بالا به عنوان پوشش محافظ بسیار خوبی برای این فلز عمل کند. آلومینیوم امروزه پس از فولاد پر مصرف ترین فلز دنیا محسوب می شود و با آلیاژهایش نقش بسیار موثر در صنعت معاصر دارند، چنانکه یکی از شاخصهای صنعتی هر کشور میزان تولید و مصرف سرانه این فلز محسوب می گردد.

خواص مختلف و پرکاربرد این فلز سبب شده است که برای نیازهای مختلف بتوان از آلومینیوم استفاده کرد. تنوع بسیار بالای آلیاژهای آلومینیوم (بیش از 450 نوع) دلیل کاربرد و تنوع مصرف آلومینیوم می باشد. اگر چه این آلیاژها دارای ویژگیهای خاصی هستند، لیکن کلیه آلیاژهای دارای خواص مشترکی نظیر وزن مخصوص کم، هدایت الکتریکی زیاد، هدایت حرارتی زیاد، قابلیت انعکاس، خاصیت جرقه نزدن و غیر مغناطیسی بودن، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی، افزایش استحکام در دماهای پائین، نسبت استحکام به وزن بالا، شکل پذیری بالا، غیر سمی بودن، زیبایی و قابلیت بازیافت آسان اشاره کرد.

عناصر آلیاژی بکار رفته در ساختار آلیاژهای آلومینیوم به تنهایی یا در حضور سایر عناصر، خواص ویژه ای را به آلومینیوم می دهند. تاثیر هر یک از این عناصر به صورت زیر بیان شده است:

مس :(Cu) حداکثر استفاده از این عنصر 10-4 درصد می باشد. وجود مس باعث بهبود استحکام و سختی در حالت ریختگی و عملیات حرارتی شده، مقاومت به خوردگی و حساسیت به خوردگی در اثر تنش را کاهش می دهد.

سیلیسیم :(Si) سیلیسیم باعث بهبود خواص ریخته گری می شود و شدیدا سیالیت، مقاومت به ترک گرم و خاصیت مواد رسانی مذاب را بهبود می بخشد. خانواده آلیاژهای آلومینیوم-سیلیسیم مصرف فراوانی در صنعت داشته و بصورت آلیاژهای یوتکتیک، هیپویوتکتیک یا هایپر یوتکتیک تا %25 درصد سیلیسیم مصرف می شوند.

منیزیم :(Mg) سبب بهبود استحکام و سختی آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر می شود. نسبت استفاده از این فلز در آلیاژها 0.4-0.07 می باشد. منیزیم در آلیاژ سبب روشن شدن سطح، مقاومت به خوردگی و ترکیبی از استحکام و شکل پذیری می گردد.

روی :(Zn) روی به تنهایی اثری بر آلومینیوم ندارد، لیکن به همراه عناصری نظیر مس یا منیزیم سبب ایجاد خواص عملیات حرارتی پذیری و پیر سختی طبیعی می شود. روی بیشتر در ترکیبات شیمیایی آلیاژهایی که از طریق دایکاست و ریخته گری ثقلی تهیه می شوند، استفاده می شود.

قلع :(Sn) این عنصر به طور موثر خاصیت ضد اصطکاکی را بهبود می بخشد، بنابراین در کاربردهای یاتاقانی مفید می باشد. آلیاژهای ریختگی ممکن است تا %25 قلع داشته باشند. افزایش میزان قلع سبب

بهبود خواص ماشینکاری شده و عمل رسوب سختی را در بعضی از آلیاژها مورد تاثیر قرار دهد.

سرب :(Pb) وجود سرب در مقادیر بیش از %0.1 باعث بهبود خواص ماشینکاری می گردد.

آهن :(Fe) این عنصر مقاومت به ترک گرم را بهبود داده و چسبیدن قطعه به قالب را در ریخته گری تزریقی تزریقی کاهش می دهد. افزایش درصد آن سبب کاهش خاصیت فرم پذیری می شود. ضمنا این عنصر ممکن است با سایر عناصر افزوده شده به مذاب واکنش داده و ترکیبات بین فلزی پیچیده یا لجن تولید کند.

منگنز :(Mn) این عنصر در مقادیر کم برای کنترل اثر تخریبی آهن بصورت فازهای ترد و شکننده بکار می رود. مقدار آن در حدود نصف درصد آهن است. منگنز به عنوان عنصر آلیاژی در ترکیبات آلیاژی کار پذیر بکار می رود.

کروم :(Cr) افزودن کروم سبب ایجاد ترکیبات بین فلزی شده و چون این ترکیبات حلالیت بسیار کمی در حالت جامد دارند، از رشد دانه جلوگیری می کنند. کروم در برخی آلیاژها مقاومت به خوردگی را بهبود داده و در مقادیر بالاتر حساسیت به سریع سرد شدن را افزایش می دهد.

نیکل :(Ni) این عنصر همراه با مس مقاومت در درجه حرارت بالا را افزایش داده و همچنین ضریب انبساط حرارتی را کاهش می دهد.

فسفر :(P) این عنصر باعث جوانه زنی و تصفیه (ریز شدن) فاز سیلیسیم اولیه در آلیاژهای هایپریوتکتیک آلومینیوم-سیلیسیم می شود.

تیتانیوم :(Ti) برای ریز کردن ساختار در آلیاژهای ریختگی آلومینیوم از این عنصر استفاده می شود. تیتانیوم معمولا به همراه مقادیر کمی بر به کار می رود.

استرانسیوم :(Sr) این عنصر جهت اصلاح و بهسازی آلیاژهای یوتکتیک آلومینیوم-سیلیسیم استفاده می شود.

آنتیموان (Sb)، سدیم :(Na) هر دوی این عناصر در مقادیر کم (در حدود (%0.05 جهت اصلاح و بهسازی سیلیسیم بکار می روند.

معمولا محصولات ساخته شده از آلیاژهای آلومینیومی، از نقطه نظر روش تولید به دو گروه اصلی تقسیم میشوند، این دو گروه آلیاژ که از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی با هم فرق دارند عبارتند از:

آلیاژهای کارپذیر: این آلیاژها با استفاده از فرآیندهای شکل دهی (به حالتهای سرد و گرم) به محصول نهایی تبدیل می شوند.

آلیاژهای ریختگی: این آلیاژها با استفاده از روشهای ذوب و ریخته گری به محصول نهایی تبدیل میشوند.

هر یک از این دو گروه فوق نیز به دو دسته متمایز تقسیم می گردند که عبارتند از:

آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر و پیر سختی پذیر: آلیاژهایی که با عملیات حرارتی خاص موسوم به

رسوب سختی که سبب افزایش استحکام آلیاژ می گردد، استحکام آنها بالا برده شود. این آلیاژها عموما دارای عناصری نظیر Cu, Cu+Mg, Mg+Si(Mg2Si), Mg+Zn(Mg2 Zn) می باشند، که

خاصیت سختی پذیری را به آلیاژ می دهند.

آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر: آلیاژهایی که از طریق روشهای فوق الذکر استحکام آنها قابل افزایش نباشد، آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر می نامند.