چکیده
بررسی نقش *****هاي فومی در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه می تواند نتایج بسیار مهمی در صنعت آلومینیوم داشته باشد. در این تحقیق آلومینیوم مذاب در قالبی به شکل نمونه هاي تست کشش ریخته گري گردید ؛ به طوري که نیمی از نمونه ها توسط مذاب ***** نشده و نیمی دیگر توسط مذاب ***** شده ریخته گري شدند. سیستم راهگاهی قالب به گونه اي طراحی شد که امکان ایجاد فیلم هاي اکسیدي دولایه فقط در راهگاه بارریزي وجود داشته باشد. نتایج حاصل از تست کشش توسط آنالیز آماري ویبل مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج این آنالیز نشان دادند که تغییر محسوسی در استحکام کششی و قابلیت اعتماد به نمونه (Weibull) هاي ***** شده حاصل نشده است و *****هاي فومی سرامیکی نقش محسوسی در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه آلومینیومی ندارند. ممکن است عدم تاثیر این *****ها در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه ناشی از ابعاد کم این اکسیدها و سهولت عبور آن ها از حفره هاي ***** باشد. این نتیجه می تواند مؤید نظریه کمپبل مبنی بر مچاله شدن فیلم هاي اکسیدي دولایه، در اثر تلاطم زیاد، در حین بارریزي باشد .
مقدمه
واژه "آخال" به هر نوع ماده خارجی حل ناشدنی موجود در فلز ریختگی اطلاق می شود. معرفی فیلم اکسیدي دولایه، به عنوان یک آخال، توسط کمپبل تأثیر عمیقی بر جهت تحقیقات مربوط به بهبود کیفیت قطعات ریختگی آلومینیومی داشت [ 1]. محققین نشان داده اند که حضور این نواقص در قطعات ریختگی آلومینیومی باعث می شود که این قطعات تنها به کسر کوچکی از خواص .[ ذاتی خود دست یابند [ 2 شکل گیري فیلم اکسیدي دولایه (شکل 1) توسط کمپبل به صورت زیر تشریح شده است: یک طرف سطح فیلم اکسیدي در آلومینیوم مایع در اتصال کامل با اتم هاي آلومینیوم مایع بوده، ولی طرف دیگر آن خشک و غیر کریستالی است. اگر سطح مایع در هنگام ریخته گري بر روي خود بر گردد، تلاطم سطحی باعث می شود که دو سطح تر نشده بر روي یکدیگر قرار گیرند و هیچ پیوندي بین آن ها اتفاق نخواهد افتاد. حجمی از هوا می تواند بین فیلم هاي اکسیدي به دام بیفتد یا دست کم زبري هاي .[3- میکروسکوپی سطح این دو فیلم تر نشده ضرورتا متضمن حبس مقداري گاز بین آن ها خواهد بود فیلم اکسیدي دولایه ممکن است با توجه به چگالی آن ته نشین یا شناور شود ( در این حالت چگالی اکسید عبارت است از جرم اکسید تقسیم بر حجم گاز حبس شده در آن). غوطه وري فیلم هاي اکسیدي دولایه بزرگ فقط وقتی که یک تلاطم شدید رخ .[ دهد ممکن می شود [ 6 فیلم هاي اکسیدي دولایه ممکن است شناور باشند یا قبل از این که هر نوع انجمادي رخ دهد با سرعت به بالاي سطح قطعه ریختگی برسند و یا یک مسیر از میان مناطق به طور جزئی منجمد شده (از بین کانال هاي بین دندریتی) بیابند و با خم کردن و شکستن آن ها راه خود را به سمت بالا باز کنند [ 7]. به هر حال، وقتی که فیلم هاي اکسیدي دولایه از میان فلز مایع عبور می کنند امکان مصرف اکسیژن و نیتروژن موجود در اتمسفر که در فیلم اکسیدي حبس شده وجود دارد و در نتیجه تمایل به شناوري فیلم اکسیدي به آهستگی از بین می رود [ 6]. بنابراین امکان محبوس باقی ماندن آن ها در قطعه ریختگی منجمد شده وجود خواهد داشت. Al-7Si- در یک تحقیق، گرین و کمپبل [ 8] اثر طراحی سیستم راهگاهی را بر قابلیت اطمینان قطعات ریخته شده از آلیاژ ریختگی استحکام کششی آلیاژ Weibull بررسی کردند و مشخص شد که توزیع (Weibull) 0.4 با استفاده از توزیع آماري ویبل Mg مذکور، که قابلیت اطمینان یک قطعه را نشان می دهد، توسط طراحی سیستم راهگاهی کنترل شده است. یک سیستم راهگاهی که 11 تولید می کند؛ - در محدوده 22 Weibull مقادیر زیادي از فیلم هاي اکسیدي دولایه ایجاد می کند قطعات ریختگی با مدول در حالی که سیستم راهگاهی که تلاطم سطح را به حداقل می رساند و بالتبع فیلم هاي اکسیدي دولایه کمتري دارد قطعاتی با 38 (با قابلیت اعتماد به قطعه آهنگري شده استفاده شده در صنایع هوا-فضا) تولید کرد. - در محدوده 54 Weibull مدول بنابراین با کاهش و یا حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه در آلیاژهاي آلومینیوم قابلیت اعتماد به قطعه ریختگی به طور چشمگیري افزایش می یابد. از جمله وسایل رایج در ریخته گري که ممکن است بتواند اکسیدهاي مذکور را حذف و باعث بهبود اعتمادپذیري قطعه ریختگی شود، *****ها هستند. ***** در لغت به عنوان وسیله اي براي جدا کردن ناخالصی ها از مایع تعریف می شود [ 9]. *****اسیون مذاب براي رسیدن به درجه بالاي تمیزي، تکنیکی است که مدت هاست در صنایع آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد [ 10 ]. *****هاي مرسوم عبارتند از: .[ پارچه هاي دیرگداز، فوم هاي سرامیکی، سرامیک هاي با شبکه شش گوشه اي جدار نازك، هسته هاي تصفیه کننده و ... [ 9 *****هاي فومی سرامیکی به دلیل کاربرد ساده و قیمت کم و همچنین تاثیر چشمگیرشان در تولید قطعاتی با تخلخل کم و خواص .[ مکانیکی بالا ، بطور گسترده در تصفیه آلومینیوم مذاب به کار می روند [ 11 *****هاي فومی سرامیکی براي استفاده در قالب هاي ماسه اي، قالب هاي فلزي مورد استفاده در ریخته گري ثقلی و ریخته گري با فشار کم مناسب هستند [ 10 ]. مهمترین فایده قرار دادن *****هاي فومی سرامیکی در قالب فقط کاهش میزان ورود مواد خارجی نظیر سرباره ها، آخال ها و فیلم هاي اکسیدي به درون قالب نیست بلکه به حداقل رساندن تلاطم در حین پر شدن قالب و اطمینان از ایجاد جریان آرام مذاب نیز بسیار حائز اهمیت است. چنین سیلانی به درون قالب منجر به کاهش عیوب ریخته گري می شود و .[ بنابراین کیفیت قطعات ریختگی تولیدي را به حداکثر می رساند [ 12 *****هاي فومی سرامیکی اغلب به شکل مکعب هایی با ابعاد استاندارد هستند و ساختار هندسی آن ها شامل چند وجهی هایی مدور موسوم به سایز پنجره) به یکدیگر متصل می شوند. ) φ موسوم به سایز متوسط سلول) است، که توسط پنجره هایی به قطر ) p با قطر در واقع این *****ها ساختاري انئیزوتروپ دارند [ 13 ]. شکل 2 تصویري از شکل ظاهري و شماتیکی از ساختار هندسی ***** فومی را نشان می دهد. *****هاي سرامیکی کسر حجمی بسیار بالایی از تخلخل (بیش از 90 %) دارند و نسبت سطح به حجم آن ها نیز بسیار زیاد است
m2m-3) 2000 ). این خصیصه، سطح بزرگی را براي به دام انداختن آخال ها فراهم می کند. قرارگیري ***** در قالب سیلان مذاب
3 برابر بزرگتر باشد تا بدین ترتیب ازافزایش زمان پر - را کاهش می دهد؛ بنابراین لازم است راهگاه در بخشی که ***** قرار دارد 5 .[ شدن قالب جلوگیري گردد [ 10 *****هاي فومی ذرات را به سه طریق از مذاب جدا می کنند، که به اندازه ذرات و اندازه حفره هاي ***** بستگی دارد. مکانیزم اول است، که در سطح ***** رخ می دهد و از ورود ذراتی که بزرگتر و یا هم اندازه حفره هاي ***** هستند (Sieving) الک کردن ممانعت می شود. این ذرات، که در سطح ***** جمع می شوند، تشکیل یک کیک ***** را می دهند و مانع از ورود ذرات کوچک نامیده می شود. مکانیزم سوم *****اسیون بستر عمیق (Cake Filtration) ناخالصی می شوند. این مکانیزم *****اسیون کیکی است که در آن ذرات ناخالصی ریزتر (کوچکتر از ورودي حفرات *****) وارد ***** می شوند و به (Deep bed Filtration) .[ سطح داخلی ***** می چسبند [ 13
بررسی نقش *****هاي فومی در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه می تواند نتایج بسیار مهمی در صنعت آلومینیوم داشته باشد. در این تحقیق آلومینیوم مذاب در قالبی به شکل نمونه هاي تست کشش ریخته گري گردید ؛ به طوري که نیمی از نمونه ها توسط مذاب ***** نشده و نیمی دیگر توسط مذاب ***** شده ریخته گري شدند. سیستم راهگاهی قالب به گونه اي طراحی شد که امکان ایجاد فیلم هاي اکسیدي دولایه فقط در راهگاه بارریزي وجود داشته باشد. نتایج حاصل از تست کشش توسط آنالیز آماري ویبل مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج این آنالیز نشان دادند که تغییر محسوسی در استحکام کششی و قابلیت اعتماد به نمونه (Weibull) هاي ***** شده حاصل نشده است و *****هاي فومی سرامیکی نقش محسوسی در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه آلومینیومی ندارند. ممکن است عدم تاثیر این *****ها در حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه ناشی از ابعاد کم این اکسیدها و سهولت عبور آن ها از حفره هاي ***** باشد. این نتیجه می تواند مؤید نظریه کمپبل مبنی بر مچاله شدن فیلم هاي اکسیدي دولایه، در اثر تلاطم زیاد، در حین بارریزي باشد .
مقدمه
واژه "آخال" به هر نوع ماده خارجی حل ناشدنی موجود در فلز ریختگی اطلاق می شود. معرفی فیلم اکسیدي دولایه، به عنوان یک آخال، توسط کمپبل تأثیر عمیقی بر جهت تحقیقات مربوط به بهبود کیفیت قطعات ریختگی آلومینیومی داشت [ 1]. محققین نشان داده اند که حضور این نواقص در قطعات ریختگی آلومینیومی باعث می شود که این قطعات تنها به کسر کوچکی از خواص .[ ذاتی خود دست یابند [ 2 شکل گیري فیلم اکسیدي دولایه (شکل 1) توسط کمپبل به صورت زیر تشریح شده است: یک طرف سطح فیلم اکسیدي در آلومینیوم مایع در اتصال کامل با اتم هاي آلومینیوم مایع بوده، ولی طرف دیگر آن خشک و غیر کریستالی است. اگر سطح مایع در هنگام ریخته گري بر روي خود بر گردد، تلاطم سطحی باعث می شود که دو سطح تر نشده بر روي یکدیگر قرار گیرند و هیچ پیوندي بین آن ها اتفاق نخواهد افتاد. حجمی از هوا می تواند بین فیلم هاي اکسیدي به دام بیفتد یا دست کم زبري هاي .[3- میکروسکوپی سطح این دو فیلم تر نشده ضرورتا متضمن حبس مقداري گاز بین آن ها خواهد بود فیلم اکسیدي دولایه ممکن است با توجه به چگالی آن ته نشین یا شناور شود ( در این حالت چگالی اکسید عبارت است از جرم اکسید تقسیم بر حجم گاز حبس شده در آن). غوطه وري فیلم هاي اکسیدي دولایه بزرگ فقط وقتی که یک تلاطم شدید رخ .[ دهد ممکن می شود [ 6 فیلم هاي اکسیدي دولایه ممکن است شناور باشند یا قبل از این که هر نوع انجمادي رخ دهد با سرعت به بالاي سطح قطعه ریختگی برسند و یا یک مسیر از میان مناطق به طور جزئی منجمد شده (از بین کانال هاي بین دندریتی) بیابند و با خم کردن و شکستن آن ها راه خود را به سمت بالا باز کنند [ 7]. به هر حال، وقتی که فیلم هاي اکسیدي دولایه از میان فلز مایع عبور می کنند امکان مصرف اکسیژن و نیتروژن موجود در اتمسفر که در فیلم اکسیدي حبس شده وجود دارد و در نتیجه تمایل به شناوري فیلم اکسیدي به آهستگی از بین می رود [ 6]. بنابراین امکان محبوس باقی ماندن آن ها در قطعه ریختگی منجمد شده وجود خواهد داشت. Al-7Si- در یک تحقیق، گرین و کمپبل [ 8] اثر طراحی سیستم راهگاهی را بر قابلیت اطمینان قطعات ریخته شده از آلیاژ ریختگی استحکام کششی آلیاژ Weibull بررسی کردند و مشخص شد که توزیع (Weibull) 0.4 با استفاده از توزیع آماري ویبل Mg مذکور، که قابلیت اطمینان یک قطعه را نشان می دهد، توسط طراحی سیستم راهگاهی کنترل شده است. یک سیستم راهگاهی که 11 تولید می کند؛ - در محدوده 22 Weibull مقادیر زیادي از فیلم هاي اکسیدي دولایه ایجاد می کند قطعات ریختگی با مدول در حالی که سیستم راهگاهی که تلاطم سطح را به حداقل می رساند و بالتبع فیلم هاي اکسیدي دولایه کمتري دارد قطعاتی با 38 (با قابلیت اعتماد به قطعه آهنگري شده استفاده شده در صنایع هوا-فضا) تولید کرد. - در محدوده 54 Weibull مدول بنابراین با کاهش و یا حذف فیلم هاي اکسیدي دولایه در آلیاژهاي آلومینیوم قابلیت اعتماد به قطعه ریختگی به طور چشمگیري افزایش می یابد. از جمله وسایل رایج در ریخته گري که ممکن است بتواند اکسیدهاي مذکور را حذف و باعث بهبود اعتمادپذیري قطعه ریختگی شود، *****ها هستند. ***** در لغت به عنوان وسیله اي براي جدا کردن ناخالصی ها از مایع تعریف می شود [ 9]. *****اسیون مذاب براي رسیدن به درجه بالاي تمیزي، تکنیکی است که مدت هاست در صنایع آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد [ 10 ]. *****هاي مرسوم عبارتند از: .[ پارچه هاي دیرگداز، فوم هاي سرامیکی، سرامیک هاي با شبکه شش گوشه اي جدار نازك، هسته هاي تصفیه کننده و ... [ 9 *****هاي فومی سرامیکی به دلیل کاربرد ساده و قیمت کم و همچنین تاثیر چشمگیرشان در تولید قطعاتی با تخلخل کم و خواص .[ مکانیکی بالا ، بطور گسترده در تصفیه آلومینیوم مذاب به کار می روند [ 11 *****هاي فومی سرامیکی براي استفاده در قالب هاي ماسه اي، قالب هاي فلزي مورد استفاده در ریخته گري ثقلی و ریخته گري با فشار کم مناسب هستند [ 10 ]. مهمترین فایده قرار دادن *****هاي فومی سرامیکی در قالب فقط کاهش میزان ورود مواد خارجی نظیر سرباره ها، آخال ها و فیلم هاي اکسیدي به درون قالب نیست بلکه به حداقل رساندن تلاطم در حین پر شدن قالب و اطمینان از ایجاد جریان آرام مذاب نیز بسیار حائز اهمیت است. چنین سیلانی به درون قالب منجر به کاهش عیوب ریخته گري می شود و .[ بنابراین کیفیت قطعات ریختگی تولیدي را به حداکثر می رساند [ 12 *****هاي فومی سرامیکی اغلب به شکل مکعب هایی با ابعاد استاندارد هستند و ساختار هندسی آن ها شامل چند وجهی هایی مدور موسوم به سایز پنجره) به یکدیگر متصل می شوند. ) φ موسوم به سایز متوسط سلول) است، که توسط پنجره هایی به قطر ) p با قطر در واقع این *****ها ساختاري انئیزوتروپ دارند [ 13 ]. شکل 2 تصویري از شکل ظاهري و شماتیکی از ساختار هندسی ***** فومی را نشان می دهد. *****هاي سرامیکی کسر حجمی بسیار بالایی از تخلخل (بیش از 90 %) دارند و نسبت سطح به حجم آن ها نیز بسیار زیاد است
m2m-3) 2000 ). این خصیصه، سطح بزرگی را براي به دام انداختن آخال ها فراهم می کند. قرارگیري ***** در قالب سیلان مذاب
3 برابر بزرگتر باشد تا بدین ترتیب ازافزایش زمان پر - را کاهش می دهد؛ بنابراین لازم است راهگاه در بخشی که ***** قرار دارد 5 .[ شدن قالب جلوگیري گردد [ 10 *****هاي فومی ذرات را به سه طریق از مذاب جدا می کنند، که به اندازه ذرات و اندازه حفره هاي ***** بستگی دارد. مکانیزم اول است، که در سطح ***** رخ می دهد و از ورود ذراتی که بزرگتر و یا هم اندازه حفره هاي ***** هستند (Sieving) الک کردن ممانعت می شود. این ذرات، که در سطح ***** جمع می شوند، تشکیل یک کیک ***** را می دهند و مانع از ورود ذرات کوچک نامیده می شود. مکانیزم سوم *****اسیون بستر عمیق (Cake Filtration) ناخالصی می شوند. این مکانیزم *****اسیون کیکی است که در آن ذرات ناخالصی ریزتر (کوچکتر از ورودي حفرات *****) وارد ***** می شوند و به (Deep bed Filtration) .[ سطح داخلی ***** می چسبند [ 13
