عيوب قطعات آلومينيومي تحت فشار

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 .

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 .

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 .

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

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

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

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 .

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

طبقه بندی علل این عیوب قطعات:

علل عیب سرد جوشی:
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
طرح نامناسب سیستم مذاب رسانی
پایین بودن سرعت دومین فاز مرحله تزریق
بیش از حد بودن مقدار مذاب تزریق شونده
سرد بودن قالب
سرد بودن مذاب هنگام تزریق
کوتاه بودن کورس ( زمان ) دومین مرحله تزریق

علل عیب ترک خوردگی:
نامناسب بودن عمل تزریق
فشار نامناسب مرحله سوم تزریق
گرم بودن قالب
گرم بودن مذاب تزریق شونده

علل عیب قطرات سرد:
عدم تنظیم حرکت پیستون تزریق
طرح نامناسب سیستم راهگاهی
پایین بودن سرعت مرحله دوم تزریق
سرد بودن مذاب تزریق شونده
کوتاه بودن زمان مرحله دوم تزریق

روش های جلوگیری از ایجاد این عیوب:

سرد بودن قالب :
سرد بودن قالب موجب ایجاد عیوب مختلفی می شود راه حل های مختلفی جهت جلوگیری از آن می توان پیشنهاد نمود.
الف ) کاهش میزان روغن کاری
ب) افزایش آهنگ تولید (در صورت امکان )
پ) افزایش دمای مذاب تزریق شونده به منظور افت حرارتی قالب
ت) افزایش زمان انجماد به منظور کاهش اتلاف حرارتی قالب

بیش از حد گرم بودن قالب :
هنگامی که قالب بیش از حد گرم باشد چندین راه قابل ارائه هستند .
الف ) افزایش میزان روغن کاری ، چون روغن کاری موجب سرد شدن قالب می گردد.
ب) کنترل شرایط سرد وگرم شدن قالب .
پ) کاهش سرعت تولید .

سرد بودن بیش از حد مذاب در حین تزریق :
به منظور کاهش خطر ایجاد عیوب ریخته گری مانند سردجوشی ، نیامد ، ترک خوردگی و قطرات سرد باید مذاب در منطقه بالای سولیدوس بوده و این مسأله در تمام مرحله پر شدن قالب رعایت شود در صورت سرد بودن بیش از حد مذاب ، چندین راه حل وجود دارند که عبارتند از :
الف ) افزایش دمای مذاب در کوره نگهدارنده با وجود این نباید بالاتر از محدوده c 710 باشد .
ب) کاهش زمان انتقال مذاب ازکوره ذوب به کوره نگهدارنده به منظور کاهش اتلاف حرارتی در ملاقه و ریختن فلز گرم تر به داخل کوره های نگهدارنده .
پ) کاهش زمان نگهداری مذاب پیش از بارریزی ، زیرا مذاب در کوره نگهدارنده مرتبا ً سردتر می شود .
ت)مؤثرترین راه حل کاهش زمان پر شدن قالب

گرم بودن بیش از حد مذاب در هنگام تزریق :
مذاب بیش از حد گرم در هنگام تزریق می تواند باعث ایجاد عیوبی نظیر ترک خوردن ( فلز بیش از حد گرم در حین تزریق می تواند تغییر شکل دهد ) و یا کشیدگی انقباضی گردد ( به علت افزایش درجه حرارت قالب ) برای رفع این مسأله دو راه حل وجود دارد که عبارتند از :
الف ) کاهش درجه حرارت مذاب در کوره نگهدارنده ، البته نباید دما را بیش از حد کاهش داد زیرا در این صورت عیوب دیگری مانند سردجوشی و ... به وجود خواهند آمد.
ب) افزایش زمان پر کردن قالب هدف از این کار از بین بردن تأثیر گرم شدن قالب در حین پر شدن و به دست آوردن فلز سردتر در انتهای پر شدن قالب می باشد .

برنز بریلیم

برنز بریلیم (Beryllium Bronze) یا آلیاژهای مس بریلیم (Copper Beryllium Alloys) دارای 0.6 تا 2% بریلیم همراه با 0.2 تا 2.5% کبالت میباشند. این آلیاژها قابلیت رسوب سختی دارند و میتوانند تا استحکام 212 ksi عملیات گرمایی شوند، که این بیشترین استحکام در آلیاژهای مس تجاری است. جدول زیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد های خاص آلیاژهای منتخب مس بریلیم را نشان می دهد.

آلیاژهای مس بریلیم برای ابزارهایی که نیاز به سختی زیاد و خواص غیرجرقه زنی دارند به کار می روند، مانند صنایع شیمیایی. مقاومت به خوردگی و خستگی همچنین استحکام این آلیاژها موجب شده که آنها برای ساخت قطعاتی مثل فنر، چرخ دنده، دیافراگم ها و سوپاپ ها مناسب باشند. همچنین در اتصالات برقی و نیز به عنوان قالب برای شکل دهی پلاستیک ها بهکار می روند. اگرچه این آلیاژها تنها مقدار کمی بریلیم دارند ولی نسبتاً گران هستند و بنابراین زمانی بهکار می روند که آلیاژ ارزان تر دیگری برای آن منظور وجود نداشته باشد.

ریزساختار آلیاژ مس بریلیم

ترتیب کلی رسوب گذاری در آلیاژ Cu-2%Be که با اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی مطالعه شده است، به صورت زیر می باشد:

مناطق GP در آلیاژ Cu-2%Be صفحات تک لایه ای می باشد که به طور هم سیما در صفحات {100} زمینه تشکیل می شوند. اندازه این مناطق بر حسب مدت و دمای پیر شدن تغییر می کند. مناطقی با قطر 10 تا 30 آنگستروم و ضخامت 2 تا 3 آنگستروم، پس از 100 ساعت پیرسازی در دمای 100 درجه سانتیگراد به دست آمده است و بعد از یک ساعت در دمای 198 درجه سانتیگراد، تا قطر 70 آنگستروم و ضخامت 1 تا 3 صفحه اتمی رشد می کنند. شکل روبرو نشان دهنده مناطق GP است که در آلیاژ Cu-2%Be بعد از پیرسازی به مدت یک ساعت در دمای 198 درجه سانتیگراد تشکیل شده است. پیر شدن بیشتر، فاز میانی َγ را به وجود می آورد که نیمه هم سیما است. این فاز وقتی که مناطق GP حضور دارند روی آن ها جوانه می زند. بالای خط حلالیت مناطق GP، که حدوداً 320 درجه سانتیگراد است، فاز َγ به صورت ناهمگن جوانه می زند. فاز َγ، که ساختار کریستالی B.C.T دارد، در شکل زیر نشان داده شده است. وقتی که َγ اول تشکیل می شود، َγ و مناطق GP هر دو وجود دارند. تشکیل فاز γَ همراه با نرم شدن آلیاژ به هنگام پیر شدن است.

با افزایش دمای پیر شدن تا 380 درجه سانتیگراد فاز منظم CuBe با ساختار BCC به وجود می آید. این فاز برای ایجاد ساختار یوتکتوییدی با دگرگونی فازی ناپیوسته مطابق شکل زیر رشد می کند. رسوب های ناپیوسته γ در دانه ها جوانه می زنند و به تدریج به داخل دانه ها گسترش می یابند به نحوی که پس از 16 ساعت در دمای 400 درجه سانتیگراد، ساختار کلی از نوع یوتکتویید می باشد. با افزایش مقدار فاز γ با فراپیری، کاهش سختی بیشتر می شود.

برنز نیکل

برنز نیکل (Nickel Bronze) نام دیگر آلیاژهای مس – نیکل است. نیکل برای تشکیل یک سری آلیاژ محلول جامد به مس اضافه میشود که تقریباً 10، 20 و 30% نیکل دارد و مفرغ نیکل نیز نامیده میشود. جدول زیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد خاص برخی از این آلیاژها را نشان میدهد. افزایش نیکل، استحکام و مقاومت به خوردگی و اکسایش را افزایش میدهد. از آنجا که استحکام آلیاژهای مس- نیکل نسبتاً زیاد است و نسبت به خوردگی و سایش ناشی از آب پرفشار دریا مقاوم هستند، لذا در تولید مبرد های دریایی و لوله های انتقال آب دریا به کار میروند. چون آلیاژهای مس- نیکل به سرعت کار سخت نمی شوند، در لوله ها و صفحات مبرد، مبدل های حرارتی و طیف گسترده ای از تجهیزات فرآیند های شیمیایی به کار می روند.

Click this bar to view the original image of 748x727px.

ویژگی های برنز نیکل

ریزساختار

ریزساختار آلیاژهای مس و نیکل شامل محلول جامد α است. به عنوان مثال دانههای فاز α که تبلور مجدد یافته اند، در آلیاژ %70Cu-%30Ni مطابق شکل روبرو نشان داده شده است.

خواص مکانیکی و الکتریکی

خواص مکانیکی آلیاژهای مس- نیکل در جدول بالا ارائه شده است. نیکل و مس هر دو ساختار FCC دارند، بنابراین آلیاژهای Cu-Ni در تمام محدوده ترکیباتشان شکلپذیر هستند. با افزایش نیکل، استحکام مس با مکانیزم استحکام دهی محلول جامد افزایش مییابد در حالی که شکل پذیری در حد مطلوبی باقی می ماند.

برنز آلومینیوم

برنز آلومینیوم (Aluminum Bronze) نام دیگر آلیاژهای مس - آلومینیوم است، اگر چه برنج های آلومینیوم دار نام بهتری برای آن ها می باشد. این آلیاژ ها کاملاً سخت بوده، استحکام کششی زیادی دارند و چقرمه هستند. آن ها به سایش و خستگی مقاوم اند و به علت لایه سطحی اکسید آلومینیوم مقاومت عالی به خوردگی دارند.

ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد های خاص بعضی از آلیاژهای منتخب برنزهای آلومینیوم در جدول زیر آمده است.

نام و شماره	درصد ترکیب شیمیایی	شکل تجاری	استحکام کششی	استحکام تسلیم	درصد ازدیاد طول	درصد مقاومت به خوردگی	درجه قابلیت ماشین کاری	مشخصات ساخت و کاربرد های خاص
608 برنز آلومینیم دار 5%	95.0 Cu 5.0 Al	T	60	27	55	G-E	20	قابلیت کارسرد خوب، قابلیت کارگرم متوسط. کاربردها: مبرد ها، لوله های مبدل گرما و بخار، لوله های تقطیر.
610 برنز آلومینیوم دار	92.0 Cu, 8.0 Al	R, W	80-70	55-30	65-25	G-E	20	قابلیت کار پذیری سرد و گرم خوب. کاربردها: پیچ و مهره، قسمت های پمپ، محورها، میله های اتصال، روکش فولاد برای سطح سایش.
613 برنز آلومینیوم دار	92.0 Cu, 0.35 Sn, 7.0 Al	F, R, T, P, S	85-70	85-30	42-35	G-E	20	قابلیت شکل پذیری سرد و گرم خوب. کاربردها: مهره ها، پبچ ها، نوارها، ظروف و تانک های مقاوم به خوردگی، قطعات سازه ای، ماشین، سیستم های لوله و متراکم کننده، پوشش های محافظ دریایی، مهمات، محفظه های ضد گلوله
614 برنز آلومینیم دار	91.0 Cu, 7.0 Al, 2.0 Fe	F, R, W, T, P, S	89-76	60-33	45-32	G-E	20	مثل مس 613
618 برنز آلومینیوم دار	89.0 Cu, 1.0 Fe, 10.0 Al	R	85-80	42.5-39	28-23	G-E	40	به وسیله آهنگری و پرس گرم ساخته میشود. کاربردها: بوش ها، چرخ دنده ها، کاربردهایی که مقاوم به خوردگی لازم است، الکترود های جوشکاری.
619 برنز آلومینیوم دار	86.5 Cu, 4.0 Fe, 9.5 Al	F	152-92	145-49	30-1	G-E	--	قابلیت شکل پذیری گرم عالی برای ساخت به وسیله پولک زنی، آهنگری، خم شدن، برش و استامپ کردن. کاربردها: فنرها، قطعات اتصال و کلید برق
623 برنز آلومینیوم دار	87.0 Cu, 3.0 Fe, 10.0 Al	F,R	98-75	52-35	35-22	G-E	50	قابلیت شکل پذیری سرد و گرم خوب، ساخته شده با روش خم شدن، آهنگری گرم، پرس گرم، شکل پذیری جوشکاری. کاربردها: چرخ دنده ها، روکش ها، دنده ها، سوپاپ، پیچ و مهره، گلوله، میله های پمپ، برآمدگی و شیار دنده های مارپیچی، راهنمای شیر.
624 برنزآلومینیوم دار	86.0 Cu, 3.0 Fe, 11.0 Al	F, R	105-90	52-40	18-14	G-E	50	قابلیت شکل پذیری عالی برای ساخت به وسیله آهنگری و خمش گرم. کاربردها: روکش فلزی، دنده ها، بادامک، نوارهای سایش، پین ها، میله های اتصال
625 برنز آلومینیوم دار	82.7 Cu, 4.3 Fe, 13.0 Al	F, R	100	55	1	G-E	20	شکل پذیری گرم عالی برای ساخت با روش آهنگری و ماشین کاری. کاربردها: روکش های فلزی، نوارهای سایش، دندانه ها، بادامک ها، قالب ها، غلتک های شکل دادن.
630 برنز آلومینیوم دار	82.0 Cu, 3.0 Fe, 10.0 Al, 5.0 Ni	F, R	118-90	75-50	20-15	G-E	30	شکل پذیری گرم خوب، ساخت به روش آهنگری و شکل دادن گرم. کاربردها: پیچ، مهره، نشیمن گاه شیر، محورهای دریایی، راهنمای شیر، قطعات هواپیما، محور پمپ ها، اعضای سازه ها
632 برنز آلومینیوم دار	82.0 Cu, 4.0 Fe, 9.0 Al, 5.0 Ni	F, R	105-90	53-45	25-20	G-E	30	شکل پذیری گرم خوب، ساخت به روش شکل دادن و جوشکاری. کاربردها: مهره ها، پیچ ها، قطعات پمپ، محورهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی دارند.
638 برنز آلومینیوم دار	95.0 Cu, 2.8 Al, 1.8 Si, 0.40 Co	F	130-82	114-54	39-4	G-E	-	شکل پذیری گرم عالی، ساخت به روش شکل دادن گرم، آهنگری، ماشین کاری. کاربردها: دنده ها، ادوات فلزی دریایی، مهره، پیچ، قطعات و بدنه، شیرها، تنه شیر.
642 برنز آلومینیوم دار	91.2 Cu, 7.0 Al, 1.8 Si	F, R	102-75	68-35	32-22	G-E	60	شکل پذیری گرم عالی، ساخت به روش شکل دادن گرم، آهنگری، ماشین کاری. کاربردها: شیرهای بخار، دنده، سخت افزار دریایی، مهره، پیچ، بدنه شیر و قطعات آن.

آلیاژ فسفر برنز

در جدول زیر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربردهای خاص برخی آلیاژهای فسفر برنز ( برنزهای فسفردار ) نشان داده شده است.

ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و کاربرد های خاص برنز های فسفر منتخب

نام و شماره	درصد ترکیب اسمی	شکل تجاری	استحکام کششی ksi	استحکام تسلیم ksi	درصد ازدیادطول در 2 اینچ	درصد مقاومت به خوردگی	درصد قابلیت ماشینکاری	*مشخصات ساخت و کاربرد های خاص*
505 فسفر برنز 1/25E%	98.75 Cu 1.25 Sn کمی P	F, W	79-40	50-14	48-4	G-E	20	قابلیت کار سرد عالی، قابلیت شکل پذیری گرم خوب، ساخته شده به وسیله پولک زنی، خم شدن، کله زنی و جا زدن، برش. کاربردها: اتصالات الکتریکی، زهکشی خم شونده، سخت افزار خطوط الکتریکی
510 فسفر برنز 5A%	95.0 Cu 5.0 Sn کمی P	F, R, W, T	140-47	80-19	64-2	G-E	20	کارپذیری سرد عالی، ساخته شده به وسیله پولک زنی، خم شدن، دنده سازی غلتکی و آحیدن، برش، استامپ. کاربردها: دم آهنگری، نیزه، باتون، دیسک های اتصال، میخ پرچی- دیافراگم، اتصالات، واشرهای اتصال، سیم برس، سخت افزار شیمیایی، ماشینهای نساجی، الکترود های جوشکاری
511	95.6 Cu 4.2 Sn 0.2 P	F	103-46	80-50	48-2	G-E	20	کار سرد پذیری عالی. کاربردها:صفحات پل، میله های جایگزین شونده، فیوز، دوشاخه برق، فنر، قطعات کلیه برق، سیم بسته بندی، سیم برس، سختافزار شیمیایی، ورق های دقیق، ماشین آلات نساجی، الکترود های جوشکاری.
521 فسفر برنز 8C%	92.0 Cu 8.0 Sn کمی P	F, R, W	140-55	80-24	70-2	G-E	20	قابلیت کارسرد خوب برای پولک زنی، کشش عمیق شکل دادن و خم کردن، برش، استامپ. کاربردها: معمولا برای شرایط کار شدیدتر از مس 510.
524 فسفر برنز 10D%	90.0 Cu 10.0 Sn کمی P	F , R, W	147-66	28 تابکاری شده	70-3	G-E	20	قابلیت کار پذیری سرد خوب برای پولک زنی، شکل دادن و خم کردن، برش. کاربردها: میلهها و صفحات سنگین در شرایط فشار شدید، پل و صفحات گسترده و اتصالات، قطعاتی که مستلزم کیفیت فنری خوب هستند، خاصیت ارتجاعی، مقاومت به خستگی، مقاومت به خوردگی و مقاومت به سایش خوب

جوشكاري:

تيتانيوم خالص تجاري و بيشتر آلياژهاي تيتانيوم قابليت جوشكاري با استفاده از روش هاي مختلف جوشكاري را دارند. متداولترين روش هاي جوشكاري مورد استفاده براي آلياژهاي تيتانيوم GTAWو GMAW مي باشند. از ديگر روش هاي مورد استفاده مي توان به الكترون بيم، جوشكاري ليزر، جوشكاري اصطكاكي و جوشكاري مقاومتي اشاره نمود.

به منظور بدست آوردن جوش سالم تميزي سطح قطعه و استفاده صحيح از گاز خنثي محافظ ضروري است. مذاب تيتانيوم به آساني با اكسيژن و هيدروژن واكنش مي دهد، كه اين عناصر از طريق تماس با هوا و يا سطح آلوده مي تواند جذب مذاب تيتانيوم شوند و اثرات نامطلوبي را بر روي خواص قلز جوش گذارند. به همين علت فرايندهاي جوشكاري همچون SAW براي جوشكاري تيتانيوم مناسب نيستند. همچنين عمدتا تيتانيوم را نمي توان به فلزات ديگر جوش داد زيرا امكان تشكيل تركيبات بين فلزي ترد در ناحيه جوش وجود دارد كه ميتوانند سبب ايجاد ترك در ناحيه جوش شوند.

ماشينكاري:
تيتانيوم و آلياژهاي آن را مي توان با استفاده از ابزارهاي ماشينكاري متداول، ماشينكاري نمود. استفاده از توصيه هاي زير سبب ماشينكاري خوب و عمر زياد دستگاه مي شود:

- استفاده از تيغه هاي برش تيز به منظور كاهش ايجاد حرارت و ساييدگي

- استفاده از حجم بالاي سيال خنك كننده جهت ماكزيمم كردن ميزان حرارت زدوده شده

- استفاده از سرعت هاي برش پايين تر

- جلوگيري از قطع تغذيه سيال خنك كننده

- براده برداري منظم

- محكم كردن قطعه و ابزار ماشين كاري به منظور مقابله با انحنا قطعه

Click this bar to view the original image of 748x905px.

Click this bar to view the original image of 748x972px.

Click this bar to view the original image of 748x835px.

تيتانيوم و آلياژهای تيتانيوم:

تيتانيوم چهارمين عنصر فراوان در پوسته زمين است و هزينه استخراج آن بدليل نقطه ذوب بالا و واكنش پذيري فوق العاده بالاي آن بسيار بالا است. با اين وجود تيتانيوم و آلياژهاي آن بدليل استحكام بالا، دانسيته كم و مقاومت به خوردگي عالي بسيار مورد توجه مي باشند. ويژگي هاي برتر تيتانيوم به شرح زير است:

نسبت وزن به استحكام بالا كه سبب مي شود در بسياري از كاربردها كه استحكام و تافنس شكست بالايي مورد نياز است آلياژهاي اين فلز جايگزين فولاد شوند. تيتانيوم داراي دانسيته g/cm³5/4 است و آلياژهاي آن داراي نصف وزن فولاد و سوپرآلياژ و نسبت استحكام به وزن عالي مي باشند.
آلياژهاي تيتانيوم استحكام خستگي بسيار بهتري نسبت به آلياژهاي سبك وزن از قبيل آلومينيوم و منيزيم را دارند.
آلياژهاي تيتانيوم قابليت كاربرد در دماهاي بالا حدود 370 تا 590 درجه را دارند.
مقاومت به خوردگي آلياژهاي تيتانيوم بالاتر از فولاد و آلومينيوم است.

تيتانيوم خالص در دماي اتاق داراي ساختار كريستالي HCP و يا آلفا است كه در دماي نزديك 885 درجه سانتي گراد به ساختار كريستاليBCC و يا بتا تغيير فاز مي يابد. دماي انتقال بتا بسته به نوع و مقدار عناصر آلياژي يا مواد ناخالصي مي تواند افزايش و يا كاهش يابد. عناصر آلياژي كه دماي تبديل آلفا به بتا را افزايش مي دهند همچون آلومينيوم، گاليوم، ژرمانيوم، كربن، اكسيژن و نيتروژن بعنوان پايداركننده هاي فاز آلفا و عناصري كه دماي انتقال را كاهش مي دهند بعنوان پايدار كننده هاي فاز بتا ناميده مي شوند كه عناصري همچون موليبدن، واناديوم، تانتاليوم، نيوبيوم، آهن، كروم، منگنز، كبالت، نيكل و مس از اين گروه مي باشند.

آلياژهاي تيتانيوم بر اساس ميزان فازهاي آلفا و بتاي موجود در ساختار در دماي اتاق به 5 دسته اصلي شامل تيتانيوم خالص تجاري، آلفا، نزديك آلفا، آلفا-بتا و بتا تقسيم بندي مي شوند.

تيتانيوم خالص تجاري يا تيتانيوم غيرآلياژي :

عموما شامل 99 تا 5/99 درصد تيتانيوم با مقاديري آهن و عناصر هيدروژن، نيتروژن، كربن و اكسيژن بعنوان ناخالصي مي باشند. ميكروساختار تيتانيوم غيرآلياژي بصورت فاز آلفا با ساختار HCP و مقادير بسيار كمي از فاز بتا است. تيتانيوم خالص تجاري نسبت به آلياژهاي تيتانيوم ارزانتر و داراي مقاومت به خوردگي بالاتر و استحكام پايين تر است. ضمن آنكه غير قابل عمليات حرارتي، اما داراي قابليت جوشكاري و شكل پذيري بالايي هستند و در دماي بالا مقاومت به خزش خوبي از خود نشان مي دهند. لذا اين آلياژها عموما در كاربردهايي كه مقاومت به خوردگي و انعطاف پذيري بالايي نياز دارند و استحكام چندان مورد توجه نيست مورد استفاده قرار مي گيرند.

آلياژهاي تيتانيوم آلفا :

داراي عناصر آلياژي پايداركننده هاي آلفا (نظير آلومينيوم يا اكسيژن) و ساختار كاملا آلفا مي باشند. عناصر پايداركننده آلفا همچنين بعنوان استحكام دهنده هاي محلول جامد عمل مي كنند. در اين آلياژها اكسيژن و نيتروژن موجود بعنوان ناخالصي همچنين سبب سختي آلياژ مي شوند و افزودن قلع سبب بهبود انعطاف پذيري و وجود مقادير كم زيركونيوم سبب استحكام اين آلياژها مي شوند. مقدار عناصر پايدار كننده آلفا كه بصورت آلومينيوم معادل سنجيده مي شوند بعلت جلوگيري از تردي آلياژ نبايستي از 9 درصد تجاوز كند. اين گروه از آلياژها داراي استحكام بالاتر و مقاومت به خوردگي بسيار كم نسبت به تيتانيوم غير آلياژي مي باشند. همچنين اين گروه از آلياژهاي تيتانيوم قابل جوشكاري و غير قابل عمليات حرارتي مي باشند.

آلياژهاي تيتانيوم نزديك آلفا :

شامل مقدار كمي فاز بتا انعطاف پذير مي باشند. در كنار پايداركننده هاي فاز آلفا، آلياژهاي نزديك آلفا با 1 تا 2 درصد پايداركننده فاز بتا از قبيل موليبدن، واناديوم و سيليكون آلياژي مي شوند. اين آلياژها داراي استحكام خزشي بهتر نسبت به آلياژهاي كاملا آلفا تا دماي نزديك 400 درجه سانتي گراد، استحكام نسبتا بالا در دماي اتاق، انعطاف پذيري نسبتا خوب، تافنس بالا، قابليت جوشكاري خوب و مقاومت خوب نسبت به محيط هاي آب شور مي باشند.

آلياژهاي تيتانيوم آلفا-بتا :

آلياژهاي شبه پايداري مي باشند كه شامل تركيبي از عناصر پايدار كننده هر دو فاز آلفا و بتا مي باشند. اين آلياژها قابل عمليات حرارتي و جوشكاري بوده و خواص شكل پذيري خوبي دارند ضمن آنكه داراي تركيب عالي از استحكام، تافنس و مقاومت به خوردگي مي باشند.

آلياژهاي تيتانيوم بتا :اين گروه آلياژهاي شبه پايدار بوده و شامل عناصر پايداركننده فاز بتا نظير موليبدن، سيليكون و واناديوم به اندازه كافي مي باشند. به اين ترتيب فاز بتا در هنگام عمليات كوئنچ پايدار باقي مي ماند. اين آلياژها قابل عمليات حرارتي و شكل پذيري آسان مي باشند و استحكام شكست بالاتري نسبت به آلياژهاي آلفا-بتا دارند.کاربردها :

تیتانیوم و آلیاژهای آن داراي خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی منحصريفردي مي باشند كه اين خواص سبب كاربرد گسترده اين آلياژها در صنايع مختلف از جمله صنايع زير گرديده است:

صنايع دریایی
هوا فضا

موتورهای توربین گازی
مبدلهای حرارتی
تاسیسات آب شیرین
ایمپلنتهای پزشکی
سانتریفیوژها
وسایل نقلیه
الکتروشیمی
توربینهای بخار
محافظ نگهداری زبالههای هستهای
صنایع غذایی و دارویی
صنایع پالایش نفت و صنایع گاز

Click this bar to view the original image of 748x493px.

عمليات حرراتي:

عمليات حرارتي آلياژهاي تيتانيوم شامل تنش زدايي، آنيل، آنيل انحالي و پيرسازي مي باشد. عمليات تنش زدايي به منظور كاهش تنش هاي ايجاد شده در حين پروسه ساخت ، عمليات آنيل به منظور بهينه كردن انعطاف پذيري، قابليت ماشينكاري و پايداري ابعادي و ساختار انجام مي گيرند و انجام عمليات آنيل انحلالي و پيرسازي سبب افزايش استحكام، و بهينه كردن ويژگي هايي از قبيل تافنس شكست، استحكام خستگي و استحكام خزش در دماي بالا مي گردد. حرارت دهي تيتانيوم و آلياژهاي آن در كوره هاي معمولي مي تواند سبب آلودگي سطح و جذب اكسيژن و هيدروژن و در نتيجه ايجاد تردي در آلياژ گردد.

كارگرم:

آهنگري پرسي و چكشي تيتانيوم اصولا مشابه فولادهاي كم آلياژ است. بدليل سرد كنندگي سريع و محدوده كار گرم نسبتا باريك، اثر سردكنندگي ابزار بايستي توسط كاهش زمان تماس تا حد امكان كاهش يابد، كه در اين ميان پيش گرم ابزار نيز موثر است. ادامه آهنگري در دماي بسيار پايين ممكن است سبب گسترش ترك هاي داخلي شود، كه بايستي از اين عمل اجتناب نمود. علاوه بر آن انجام پيش گرم هاي متعدد همراه با انجام تغييرفرم هاي اندك در هر مرحله نيز مضر مي باشد زيرا اين مسئله سبب درشت شدن ساختار دانه ها و خشن شدن ميكروساختار و كاهش خواص مكانيكي مي شود. در چكش كاري سقوطي لبه هاي قالب بايستي داراي انحنا بزرگتر نسبت به فولاد باشند زيرا انقباض حرارتي تيتانيوم كمتر از فولاد بوده و لذا انقباض مجاز كوچكتري را شامل مي شود. حذف زائده ها بايستي در شرايطي كه دماي قطعه بالا است انجام گيرد. لذا به منظور كمتر كردن پيش گرمايش و جلوگيري از اتلاف زمان و حرارت بايستي چكش كاري و حذف زائده ها با كمترين فاصله زماني از يكديگر انجام گيرند و پس از آن عمليات تنش زدايي توصيه مي شود.

كار سرد:

ورقي كه آنيل انحلالي شده است مي تواند تحت عمليات كشش، پرس و غيره قرار گيرد ولي ماكزيمم مقدار تغييرفرم به مقدار بار اعمالي بستگي دارد. استفاده از پرس هيدروليك نتايج خوبي بهمراه دارد. براي توليد قطعات با طرح هاي پيچيده از ورق هاي تيتانيوم، عمدتا از روش شكل دهي چكش سقوطي استفاده مي شود، كه ورق ها پيش از شكل دهي پيش گرم شده اند. لقمه هاي مورد استفاده در شكل دهي سرد را مي توان توسط فرايند برش يا اره كردن با سرعت هاي برش پايين آماده نمود. شرايط لبه لقمه ها از اهميت بالايي برخوردار است و با استفاده از تيغه هاي برش تيز و محكم نگه داشتن لقمه توسط ابزار در حين برش يا پيش گرم قطعه مي توان ايجاد ترك در لبه ها را به حداقل رساند. كليه برآمدگي هاي تيز بايستي زدوده شوند و براي فرايندهاي شكل دهي پيچيده لبه هاي برش بايستي سوهان كاري يا پوليش شوند.

شكل هاي ساده را مي توان در دماي اتاق فرم دهي نمود. تغييرفرم به استحكام و خاصيت ارتجاعي ماده بستگي دارد. روانكارهاي جامد همچون صابون، دي سولفيد موليبدن يا گرافيت نسبت به روغن هاي معدني و گريس ارجحيت دارند.

در شكل دهي قطعات با طرح هاي پيچيده، قطعه و قالب بايستي به منظور تسهيل فرايند شكل دهي، تحت عمليات پيش گرم قرار گيرند.

طبقه بندي آلياژهاي تيتانيم
آلياژهاي تيتانيم برحسب فازهاي موجود در ساختار آنها طبقه بندي مي شوند. آلياژهايي كه بيشتر از فاز a تشكيل شده اند، آلياژهاي aناميده مي شوند، در حالي كه آلياژهايي كه اساساً داراي فازa با مقدار كمي عناصر پايداركننده B باشند به نام آلياژهاي نزديك به تيتانيم _a ناميده مي شوند. آلياژهايي كه شامل مخلوط فاز a و B مي باشند. به عنوان آلياژ B + a ناميده مي شوند. بالاخره آلياژهاي تيانيم كه فاز B بعد از سركردن از دماي عمليات حل سازي در دماي اتاق پايدار شده است به عنوان آلياژ B طبقه بندي مي شوند.

آلياژهاي تيتانيم a . به طور كلي بر روي آلياژهاي a و نزديك a نمي توان عمليات گرمايي وجوشكاري انجام داد، اين آلياژها داراي استحكام متوسط، چقرمگي خوب و مقاومت خزشي خوب در دماي بالا مي باشند.

آلياژهاي تيتانيم B + a . با عمليات گرمايي مي توان استحكام اغلب آلياژهاي a + B را تا حد متوسطي افزايش داد. سطح استحكام آنها متوسط به بالاست، آنها خواص شكل پذيري خوبي نيز دارند ولي در دماهاي زياد مقاومت خزشي مطلوبي مثل مقاومت خزشي آلياژهاي a و نزديك a ندارند.

آلياژهاي B . با عمليات گرمايي مي توان استحكام آلياژهاي غني از B را تا حد خيلي زيادي افزايش داد و نيزتا حدودی اين آلياژها راشكل پذيرکرد. اما، چگالي نسبتاً زيادي دارند و وقتي استحكام زيادي داشته باشند شكل پذيري آنها كم است. براثر اين معايب، در حال حاضر كاربرد زيادي ندارند.

آلياژهاي تيتانيم

تركيب شيميايي و كاربردهاي خاص
به دليل Ti-%5Al-%2/5Sn امروزه تنها يك آلياژ مهم تمام وجود دارد كه كاربرد تجارتي دارد، و تركيب اسمي آن آلومينيم و قلع هر دو پايداركننده در تيتانيم مي باشند، اين آلياژ تمام است
آلومينيم يكي از مهمترين عناصر آلياژي براي تيتانيم به شمار مي رود زيرا استحكام آن را تشكيل محلول جامد افزايش داده Ti-%5Al-%2/5Sn و چگالي آن را نيز كاهش مي دهد. به آلياژ
قلع مي افزايند زيرا با ايجاد محلول جامد موجب افزايش استحكام مي شود. اكسيژن، كه تا حدودي در تمام آلياژهاي تيتانيم وجود دارد، نيز مثل آلومينيم پايداركننده قوي a است و استحكام تيتانيم را افزايش مي دهد. با وجود اين، مثل تمام عناصر بين نشين در تيتانيم، اكسيژن شكل پذيري آن را كاهش مي دهد و بنابراين يك آلياژ مخصوص كم اكسيژن Ti%5Al-%2/5Sn براي كاربردهايي بوجود آمد كه نياز به شكل پذيري خوب در دماي پايين دارند. آلياژ قابل جوشكاري است و پايداري و مقاومت به اكسايش خوبي در دماي بالا دارد. با وجود اين، استحكام آن متوسط است.

ريزساختار
، آلياژهاي تيتانيم تمام ساختار بلوري را دارند. ممكن است بر اثر حضور ناخالصيهاي پايداركننده B مثل آهن، نيز وجود داشته باشد. ذرات ريز فاز B رادرساختارتمام a وجود داشته باشد.

آلومينيم مهمترين عنصر آلياژي جانشيني در تيتانيم a مي باشد زيرا به مقدار زيادي فاز a را پايدار مي كند، در حالي كه استحكام تيتانيم را افزايش و چگالي آن را كاهش مي دهد. با وجود اين، مقدار آلومينيمي كه براي تيتانيم به كار مي رود به 5 تا 6% وزني محدود مي شود چون باعث شکنندگی آلیاژ می شود
افزايش قلع، زيركونيم و اكسيژن (اغلب به صورت ناخالصي وجود دارند) نيز فاز aرا در تيتانيم پايدار مي كند و استحكام فلز را افزايش مي دهد. طبق نظريه روزنبرگ حداكثر آلومينيم معادل اين عناصر آلياژي كه بايد به تيتانيم اضافه شوند تا از تشكيل زياد فاز 2 جلوگيري كند برابر است با :

کاربرد خاص	شرایط	آلیاژهای تیتانیم
فلز قابل جوشکاری برای آهنگری و قسمتهای صفحات فلزی مثل موتور هواپیما، تیغه های توربین بخار،مقاومت خوب در برابراکسایش واستحکام خوب در600تا1100 درجه فارنهایت،پایداری خوب در دمای بالا	تابکاری شده	5%Al2.5%Sn
درجه مخصوص برای ظروف سرما زا با فشار بالا که تحت 423 درجه فارنهایت کار میکنند.	تابکاری شده	5%Al2.5%Sn (با اکسیژن کم)

جد ول 2- ترکیب شیمیایی و کاربرد های خاص آلیاژهای تیتانیم a

آلياژهاي تيتانيم B +a

تركيب شيميايي و كاربرد خاص
در اين طبقه از آلياژهاي تيتانيم، يك يا چند عنصر پايداركننده B به مقدار كافي وجود دارد تا در دماي اتاق مقدار چشمگيري فاز B نگه داشته شود، و درنتيجه ساختار B + a ايجاد شود. براي افزايش استحكام آلياژهاي تيتانيم a + B مي توان عمليات حل سازي، آب دادن و پيرسازي را انجام داد.
این آلیاژ مهمترين و پركاربردترين آلياژ تيتانيم مي باشد كه در سال Ti-%6AL-%4V 1978، 55% بازار تيتانيم را به خود اختصاص داده بود. اين آلياژ را مي توان به آساني جوشكاري، آهنگري و ماشينكاري كرد و در انواع مختلف محصولات از قبيل ورق، اكستروژن، سيم و ميله موجود است. این آلياژ در صنايع نظامي نيز به كار مي رود. اين آلياژ قابليت عمليات گرمايي براي رسيدن به حداكثر استحكام را دارد (165) و از ديدگاه متالورژي تا ْ482 پايدار است. يكي از معايب اين آلياژ سختي پذيري كم است و فقط مقاطعي را كه تا يك اينچ ضخامت دارند مي توان كاملاً سخت كرد.

Click this bar to view the original image of 748x850px.

آلياژهاي تيتانيم B

تركيب شيميايي و كاربردهاي خاص
اگر مقدار كافي از عناصر پايداركننده B به تيتانيم افزوده شود پس از آب دهي ساختاري كامل از از نيمه پايدار Bدر دماي اتاق به دست مي آيد و حتي گاهي پس از سرد شدن در هوا. عناصر آلياژي اصلي براي تيتانيمB عبارت است از واناديم، موليبدن، كرم و آهن. گاهي زيركوئيم افزوده مي شود، زيرا موجب افزايش استحكام در فاز B و a مي شود. همچنين به اغلب اين آلياژها آلومينوم نيز اضافه مي شود، زيرا آلومينيم وزن مخصوص را كم مي كند، مقداري سختي محلول جامد به وجود مي آورد و مقاومت با اكسايش را بهتر مي كند. تركيب شيميايي و كاربردهاي خاص آلياژهاي تيتانيم B متداول در جدول( 5 ) آمده است.
آلياژهاي تيتانيم B ، به دليل داشتن ساختار بلوري مکعب مرکز دار، در شرايط حل سازي شده و آب دهي شده به آساني كار سرد مي شوند و مي توانند براي ايجاد استحكامهاي بيشتر بلافاصله پير شوند. اما چگالي آنها نسبتاً زياد است زيرا درصد فلزات سنگيني چون واناديم و موليبدن زياد است. وقتي استحكام زياد باشد اين آلياژها شكل پذيري كمي دارند. در مقاطع ضخيم، اندازه دانه بزرگ و جدايش شيميايي صورت مي گيرد، كه منجر به شكل پذيري كم در كشش و عمر كم در خستگي مي شود. درنتيجه، آلياژهاي تيتانيم B نيمه پايدار در حال حاضر كاربرد زيادي ندارند.

تركيب آلياژ	موارد استفاده
%13V,%11Cr%3Al	بستهاي پراستحكام، قطعات هوا و فضا، صفحات شبكه اي، (شكلپذيري خوب و قابليت عمليات گرمايي).
%8Mo,%8V,%Fe,%3Al	قطعات و صفحات با استحكام و چقرمگي زياد در هواپيما، بستها و قطعات آهنگري شده.
%3Al,%8V,%6Cr,%4Mo,%4Zr	بستهاي پراستحكام، ميله هاي پيچشي، قطعات هوا و فضا
%11/5Mo,%6Zr,%4/5Sn	قسمتهايي كه مستلزم شكلپذيري و مقاومت در برابر خوردگي اند، بستهاي پراستحكام، قسمتهاي صفحه اي پراستحكام هواپيما.

جدول 5 - تركيب شيميايي و كاربرد خاص آلياژهاي B

عيوب قطعات آلومينيومي تحت فشار

جوشکاری تیتانیم و آلیاژهای تیتانیم

طبقه بندي آلياژهاي تيتانيم