1. مقدمه
آلومینیوم در بین متنوع ترین و فراوان ترین فلزات مورد استفاده امروز قرار دارد, زیربنای صنایع از هوافضا تا الکترونیک مصرفی.
ترکیب آن از وزن سبک, هدایت خوب, وت مقاومت در برابر خوردگی آن را ضروری می کند.
برای ساخت, بازیافت کردن, یا به طور مؤثر به آلومینیوم بپیوندید, مهندسان باید دقیقاً بدانند که چه زمانی از جامد به مایع منتقل می شود.
در این مقاله, ما به نقطه ذوب آلومینیوم می پردازیم - ارزش دقیق آن, عوامل تأثیرگذار, تکنیک های اندازه گیری, و پیامدهای صنعتی.
با روشن کردن این جزئیات, هدف ما این است که دانشمندان و مهندسان تولید را به بینش های عملی برای بهینه سازی فرایندهایی که به رفتار ذوب آلومینیوم متکی هستند ، تجهیز کنیم.
2. نقطه ذوب چیست?
در ترمودینامیک, در نقطه ذوب دمایی را نشان می دهد که یک جامد و فاز مایع آن در تعادل وجود دارد.
در این دمای دقیق, جامد گرمای کافی را برای شکستن شبکه کریستال جذب می کند,
در حالی که دمای ثابت را حفظ می کند به یک مایع تبدیل می شود تا زمانی که ذوب شود.
چندین عامل بر دمای تعادل تأثیر می گذارد:
- خلوص: مواد خالص تیز دارند, نقاط ذوب خوب تعریف شده. حتی ناخالصی های ردیابی می توانند دامنه ذوب را گسترش داده و دمای شروع را کاهش دهند.
- فشار: با افزایش فشار, نقاط ذوب به طور معمول با توجه به رابطه کلاپهرون,
که تغییر فشار و دما در مرزهای فاز از طریق اختلافات حجم و آنتروپی است. - هلیاژ: مخلوط کردن آلومینیوم با عناصری مانند سیلیکون یا مس ایجاد می کند مایع وت جامد خطوط روی نمودار فاز.
مایع نشان دهنده دمای بالای آلیاژ است که کاملاً مایع است,
در حالی که Solidus دمای زیر آن را کاملاً جامد نشان می دهد. بین این دو خط, همزیستی جامد و مایع.
3. نقطه ذوب آلومینیوم خالص
مقدار استاندارد: 660.32 درجه سانتیگراد (1220.58 ° F)
تحت فشار اتمسفر استاندارد (0.1 MPA), خالص الومینیوم ذوب شدن در 660.32 درجه سانتیگراد (1,220.58 ° F).
آزمایشگاه ها این مقدار را با استفاده از سلولهای ثابت با دقت بالا و مقایسه با مواد مرجع معتبر تأیید می کنند.
ترموکوپل های صنعتی اغلب به دلیل خطای گرمایشی و اندازه گیری ، 5-10 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای ذوب واقعی می خوانند,
بنابراین اپراتورها به طور معمول نقاط کوره را در اطراف خود تنظیم می کنند 680-700 درجه سانتیگراد قبل از ریختن.
عوامل مؤثر بر نقطه ذوب آلومینیوم
تأثیر عناصر آلیاژ
هنگام آلیاژ آلومینیوم, عناصری مانند سیلیکون (وت), منیزیم (مگس), مس (مس), و روی (روی) رفتار ذوب آن را تغییر دهید:
- سیلیکون (آل - بله) آلیاژ (به عنوان مثال, A356, A319) ترکیبات eutectic در اطراف 12.6 دنباله % وت. مخلوط eutectic آنها در ذوب می شود 577 درجه سانتیگراد, در حالی که مایع در نزدیکی قرار دارد 615 درجه سانتیگراد.
- منیزیم (ال MG) موارد اضافی (به عنوان مثال, 6061 الیاژ) مایع را تقریباً به سمت آن فشار دهید 650 درجه سانتیگراد و Solidus به 582 درجه سانتیگراد, ایجاد دامنه ذوب تقریباً 68 درجه سانتیگراد.
- مس (الو) وت روی (ال زین) ذوب شیفت بیشتر است: به عنوان مثال, 7075 (al -zn -mg -با) یک مایع نزدیک دارد 635 درجه سانتیگراد و یک جامد در اطراف 475 درجه سانتیگراد, گسترش 160 درجه سانتیگراد.
- دامنه ذوب هر آلیاژ در نمودار فاز آن ظاهر می شود, و تولید کنندگان باید ریخته گری را هدف قرار دهند
یا دمای اکستروژن بسیار بالاتر از مایع برای اطمینان از روان بودن کامل و تغذیه مناسب از بخش های نازک.
ناخالصی ها و افسردگی مایع / جامد
حتی مقادیر کمی اتو کردن (با), نیکل (در), یا کروم (کلوچه) به عنوان ناخالصی عمل کنید,
اغلب ترکیبات بین فلزی را تشکیل می دهند (به عنوان مثال, در حال حاضر) و دمای مایع را با چند درجه افسرده می کند.
به عنوان مثال, عادل 0.1 دنباله % با می تواند مایع را با دمای 2-3 درجه سانتیگراد پایین بیاورد.
ریخته گری این کار را با استفاده از شار کاهش می دهد (کلرید یا مبتنی بر فلوراید) و برای از بین بردن اکسیدها و هیدروژن,
بنابراین فلات ذوب را تیز می کند و شکاف بین Solidus و Liquidus را کاهش می دهد.
وابستگی فشار ذوب (رابطه کلاپهرون)
تحت فشارهای بالا, نقطه ذوب آلومینیوم با سرعت تقریباً بالا می رود 6 K/GPA.
برای بیشتر فرآیندهای صنعتی که در یا در نزدیکی کار می کنند 1 دستگاه خودپرداز, این اثر ناچیز را اثبات می کند.
هر چند, تحقیقات پر فشار (به عنوان مثال, آزمایش های سلول Anvil anvil) نشان می دهد که در 1 معدل, نقطه ذوب آلومینیوم به اطراف صعود می کند 666 درجه سانتیگراد.
اگرچه مستقیماً برای ریخته گری استاندارد قابل استفاده نیست, این اطلاعات تأکید می کند که چگونه فشار بر تعادل جامد تأثیر می گذارد.
4. سیستم های آلیاژی و دامنه ذوب
در زیر یک لیست غیر اکسپرس اما گسترده از آلیاژهای آلومینیوم مشترک و تقریبی Solidus/Liquidus آنها آورده شده است (ذوب شدن) دما.
در بسیاری موارد, هر آلیاژ نمایشگاه a دامنه بین Solidus (شروع ذوب) و مایع (کاملاً مایع) به دلیل آلیاژ و واکنشهای اکتکتیک.
| الیاژ | جامد | مایع | یادداشت ها |
|---|---|---|---|
| آلومینیوم خالص (1100) | 660.3 درجه سانتیگراد (1 220.5 ° F) | 660.3 درجه سانتیگراد (1 220.5 ° F) | اساساً یک نقطه ذوب و بدون دامنه. |
| 1100 (گودال) | 660 درجه سانتیگراد (1 220 ° F) | 660 درجه سانتیگراد (1 220 ° F) | ناخالصی های جزئی ممکن است توسط < 1 درجه سانتیگراد (± 1.8 ° F). |
| 2024 (AL-4.4 CU-1.5 میلی گرم) | ~ 502 درجه سانتیگراد (935.6 ° F) | ~ 642 درجه سانتیگراد (1 187.6 ° F) | دامنه انجماد گسترده (~ 140 درجه سانتیگراد / ± 252 ° F) به دلیل محتوای مس. |
| 2014 (AL-4.4 CU-1.5 میلی گرم) | ~ 490 درجه سانتیگراد (914 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | شبیه 2024, با یک eutectic کمی پایین (~ 490 درجه سانتیگراد / 914 ° F). |
| 3003 (al-1.2 mn) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | ~ 645 درجه سانتیگراد (1 193 ° F) | محدوده باریک; MN تأثیر کمی در ذوب دارد. |
| 3004 (al-1.2 mn-0.6 مگس) | ~ 580 درجه سانتیگراد (1 076 ° F) | ~ 655 درجه سانتیگراد (1 211 ° F) | میلی گرم دامنه را کمی گسترش می دهد; eutectic نزدیک 580 درجه سانتیگراد (1 076 ° F). |
| 4043 (al-5 بله) | ~ 573 درجه سانتیگراد (1 063 ° F) | ~ 610 درجه سانتیگراد (1 130 ° F) | سیم پرکننده مشترک; eutectic al -si در 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F). |
A413.0 (al-10 بله) |
~ 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F) | ~ 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F) | ریخته گری سیلیکون بالا; فاصله انجماد بسیار باریک (~ 38 درجه سانتیگراد / 68.4 ° F). |
| 5052 (AL-2.5 میلی گرم) | ~ 580 درجه سانتیگراد (1 076 ° F) | ~ 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F) | MG دامنه ذوب را کمی گسترش می دهد; eutectic نزدیک 580 درجه سانتیگراد (1 076 ° F). |
| 5083 (AL-4.5 میلی گرم) | ~ 550 درجه سانتیگراد (1 022 ° F) | ~ 645 درجه سانتیگراد (1 193 ° F) | میلی گرم بالاتر Solidus را به 550 درجه سانتیگراد (1 022 ° F). |
| 5059 (AL-5.8 میلی گرم) | ~ 545 درجه سانتیگراد (1 013 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | سری MG بالا: Solidus نزدیک 545 درجه سانتیگراد (1 013 ° F), مایع 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F). |
| 6061 (AL-1 MG-0.6 وت) | ~ 582 درجه سانتیگراد (1 080 ° F) | ~ 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F) | درجه اکستروژن/جعل مشترک; solidus 582 درجه سانتیگراد (1 079.6 ° F), مایع 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F). |
| 6063 (AL-1 MG-0.6 وت) | ~ 580 درجه سانتیگراد (1 076 ° F) | ~ 645 درجه سانتیگراد (1 193 ° F) | شبیه 6061 اما برای اکستروژن بهینه شده است; دامنه کمی پایین. |
6082 (AL-1 MG-1 SI) |
~ 575 درجه سانتیگراد (1 067 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | در اروپا یافت شد; eutectic نزدیک 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F). |
| 6101 (با هم-0.8 وت-0.8 مس) | ~ 515 درجه سانتیگراد (959 ° F) | ~ 630 درجه سانتیگراد (1 166 ° F) | برای هادی های الکتریکی طراحی شده است; eutectic 515 درجه سانتیگراد (959 ° F). |
| 7050 (al-6.2 Zn-2.3 mg) | ~ 470 درجه سانتیگراد (878 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | آلیاژ هوافضا با استحکام بالا; دامنه انجماد گسترده (~ 170 درجه سانتیگراد / 306 ° F). |
| 7075 (al-5.6 Zn-2.5 mg) | ~ 475 درجه سانتیگراد (887 ° F) | ~ 635 درجه سانتیگراد (1 175 ° F) | شبیه 7050; eutectic نزدیک 475 درجه سانتیگراد (887 ° F), مایع 635 درجه سانتیگراد (1 175 ° F). |
| 7020 (al-4.5 Zn-1.2 mg) | ~ 500 درجه سانتیگراد (932 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | روی -MG متعادل; eutectic نزدیک 500 درجه سانتیگراد (932 ° F). |
| 5086 (AL-4.5 میلی گرم) | ~ 555 درجه سانتیگراد (1 031 ° F) | ~ 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F) | آلیاژ دریایی; solidus 555 درجه سانتیگراد (1 031 ° F), مایع 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F). |
| A356 (al -7 Si -0.3 میلی گرم) | ~ 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F) | ~ 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F) | آلیاژ ریخته گری گسترده استفاده می شود; eutectic در 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F), مایع 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F). |
| A357 (al -7 Si - 0.6 میلی گرم) | ~ 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F) | ~ 630 درجه سانتیگراد (1 166 ° F) | مشابه A356 اما با MG بالاتر; Liquidus کمی بالاتر (~ 630 درجه سانتیگراد / 1 166 ° F). |
| A319 (al -5.6 با -1.5 و) | ~ 515 درجه سانتیگراد (959 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | در قطعات هیدرولیک استفاده می شود; eutectic نزدیک 515 درجه سانتیگراد (959 ° F), مایع 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F). |
| A380 (al -8 si -3 با) | ~ 546 درجه سانتیگراد (1 015 ° F) | ~ 595 درجه سانتیگراد (1 103 ° F) | آلیاژ ریخته شده; eutectic در 546 درجه سانتیگراد (1 015 ° F), مایع 595 درجه سانتیگراد (1 103 ° F). دامنه انجماد گسترده از 49 درجه سانتیگراد (± 88 ° F). |
ADC12 (al -12 si -1 با) |
~ 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F) | ~ 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F) | آلیاژ ریخته شده ژاپنی (مشابه A380); eutectic 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F), مایع 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F). |
| A206 (al -4.5 با) | ~ 515 درجه سانتیگراد (959 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | آلیاژ ریخته گری مهندسی; eutectic نزدیک 515 درجه سانتیگراد (959 ° F). |
| 226 (al -2 با -0.6 و) | ~ 515 درجه سانتیگراد (959 ° F) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | آلیاژ ریخته گری ماشین; eutectic نزدیک 515 درجه سانتیگراد (959 ° F). |
| al -li (به عنوان مثال, 1441) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | ~ 665 درجه سانتیگراد (1 229 ° F) | افزودنی لیتیوم چگالی پایین تر; eutectic نزدیک 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F). |
| اسکاندیوم (پوست) | ~ 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) | ~ 660 درجه سانتیگراد (1 220 ° F) | رسوایی (0.1–0.5 %) دانه را اصلاح می کند; دامنه ذوب باریک در نزدیکی خالص AL. |
| به هم (آلبوم) | ~ 620 درجه سانتیگراد (1 148 ° F) | ~ 660 درجه سانتیگراد (1 220 ° F) | افزودنی بریلیم شکل امگا فاز را تشکیل می دهد; در نزدیکی محدوده AL خالص ذوب می شود. |
| انواع نانو آلیاژ | متنوع (~ 650 درجه سانتیگراد / 1 202 ° F) | متنوع (~ 660 درجه سانتیگراد / 1 220 ° F) | آلیاژهای تحقیقاتی با نانو-پیشی 5 درجه سانتیگراد (± 9 ° F). |
یادداشت ها و مشاهدات:
- آلومینیوم خالص (1100) دقیقاً در ذوب می شود 660.3 درجه سانتیگراد (1 220.5 ° F); تجاری 1100 ممکن است کمی نشان دهد 1 درجه سانتیگراد (± 1.8 ° F) تنوع به دلیل ناخالصی های ردیابی.
- آلیاژهای ریخته گری آل سی (A356, A380, ADC12, A413) نشان مقادیر solidus از 546 درجه سانتیگراد (1 015 ° F) به ~ 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F), با مایع نزدیک 595-615 درجه سانتیگراد (1 103–1 139 ° F).
فواصل انجماد نسبتاً باریک در برخی (به عنوان مثال, A356) ریزساختارهای خوب و خصوصیات مکانیکی خوب. - آلیاژهای فرفورژه MG (5052, 5083, 6061, 6082, 6063) نشان دادن دمای جامد بین 545 درجه سانتیگراد (1 013 ° F) وت 582 درجه سانتیگراد (1 080 ° F),
در حالی که Liquidus بین 640 درجه سانتیگراد (1 184 ° F) وت 655 درجه سانتیگراد (1 211 ° F).
با صعود محتوای MG, Solidus پایین تر می شود, گسترش دامنه ذوب. - با استحش 7000 سری (7050, 7075) بسیار نمایشگاه دامنه انجماد گسترده,
eutectics نزدیک 470-475 درجه سانتیگراد (878-887 درجه فارنهایت) و مایع در حدود 635-640 درجه سانتیگراد (1 175–1 184 ° F).
کنترل دقیق فرآیند (ریخته گری, HPDC) برای جلوگیری از ترک خوردگی گرم ضروری است. - آلیاژهای آلومینیوم غنی از مس (2024, 2014) داشتن مقادیر Solidus نزدیک 490-502 درجه سانتیگراد (914-935 درجه فارنهایت)
وت نزدیک 640-642 ° 100 (1 184–1 188 ° F)- فاصله بسیار زیادی از 140 درجه سانتیگراد پوند (± 252 ° F), خواستار مدیریت دقیق دما برای جلوگیری از نقص. - آلیاژهای در حال ظهور (al -li, پوست, آلبوم, نانو آلیاژهای) رفتار ذوب ترفند تنها با چند درجه اما مزایای مکانیکی یا پردازش منحصر به فردی را ارائه می دهد.
5. روش های اندازه گیری و تعیین
به طور دقیق اشاره به نقطه ذوب آلومینیوم نیاز به روشهای آزمایشگاهی کنترل شده دارد. مهندسان و محققان به:
کالری سنجی اسکن دیفرانسیل (DSC)
DSC جریان گرما را به یک نمونه آلومینیوم کوچک اندازه گیری می کند (5-10 میلی گرم) به عنوان رمپ دما با سرعت شناخته شده (به عنوان مثال, 10 درجه سانتیگراد/دقیقه).
در قله درون گرمایی در 660.3 ° C با گرمای نهان همجوشی مطابقت دارد (تقریباً 10.71 KJ/Mol, یا 394 j/g).
سازهای DSC با دقت بالا با کالیبراسیون با منابع اولیه مانند Indium دقت 0.5 درجه سانتیگراد را می گیرند (نقطه ذوب 156.6 درجه سانتیگراد) و روی (419.5 درجه سانتیگراد).
تجزیه و تحلیل حرارتی دیفرانسیل (DTA)
در DTA, یک مرجع (مواد بی جان) و نمونه آلومینیوم همان برنامه گرمایشی را به اشتراک می گذارند. اختلاف دما بین آنها شروع ذوب را نشان می دهد.
اگرچه کمتر از DSC دقیق تر است, DTA وضوح 1 درجه سانتیگراد را فراهم می کند, آن را برای توصیف دامنه های آلیاژ هنگام جفت شدن با منحنی های خنک کننده مفید می کند.
تست های کوره مبتنی بر ترموکوپل
ریخته گری های صنعتی اغلب به نوع k (نصیحت) یا نوع n (بی نظیر) ترموکوپل ها در آلومینیوم مذاب درج شده اند.
با رسیدن نمونه 660 درجه سانتیگراد, اپراتورها موقت را یادداشت می کنند فلات (سبک کوره با نقطه یخ -) نشانگر جذب گرمای نهان.
هر چند, گرمی می تواند دمای ظاهری را به 680-700 درجه سانتیگراد قبل از اینکه به مایعات واقعی فرو رود.
کالیبراسیون مکرر در برابر فلزات مرجع به اصلاح خطاهای سیستماتیک کمک می کند اما نمی تواند تعصبات مربوط به اکسیداسیون را از بین ببرد.
چالش ها در دقت (اکسیداسیون, گرمی)
آلومینیوم مذاب به سرعت تشکیل می دهد الومین (الحس) فیلم روی سطح آن, عایق خواندن مایع داخلی و دمای هوا.
همزمان, آلومینیوم فله اغلب گرمای تا 30-30 درجه سانتیگراد بالاتر از مایع خود زیرا موانع هسته ای شروع ذوب را به تأخیر می اندازند.
برای غلبه بر این مسائل, آزمایشگاه ها نمونه ها را تحت گاز بی اثر قرار می دهند (آرگون) یا قبل از اندازه گیری ، شار را برای شکستن فیلم های اکسید اعمال کنید.
آنها همچنین سلولهای نقطه ثابت را برای کالیبراسیون ترموکوپل ها در برابر استانداردهای معتبر سوار می کنند.
6. شیوه های ذوب صنعتی و بازیگران
در تنظیمات صنعتی, آلومینیوم به ندرت در انزوا ذوب می شود; اپراتورها از طریق دنباله ای از شیوه های تخصصی برای تولید ریخته گری با کیفیت روبرو می شوند:
انواع کوره معمولی
- کوره های القایی: کویل های الکترومغناطیسی به سرعت قراضه یا شمش را گرم می کنند.
زیرا القاء گرما را در داخل فلز متمرکز می کند, این کوره ها آلومینیوم را به طور کارآمد در ذوب می کنند 700-750 درجه سانتیگراد. - کوره های بازپرداخت: قلعه های بنزین به دسته های بزرگ اجازه می دهند (تا چند تن) ذوب شدن در 700-720 درجه سانتیگراد. اپراتورها ضمن حفظ حداقل بیش از حد دما ، از بین می روند.
- کوره های دوار: طبل های کج شده برای ترکیب گرمایش و هم زدن می چرخند, حفظ دمای یکنواخت در اطراف 700-750 درجه سانتیگراد و ارائه اختلاط خوب برای همگن آلیاژ.
- کوره های قابل حمل: واحدهای با ظرفیت کوچکتر (50–200 کیلوگرم) آلومینیوم گرما را از طریق عناصر برقی یا پروپان گرم کنید, نگه داشتن فلز در نزدیکی 680-700 درجه سانتیگراد تا ریختن.
شار و دفع
آلومینیوم مذاب به راحتی هیدروژن را به دام می اندازد (حلالیت تا 0.7 cm³ h₂/100 گرم al در 700 درجه سانتیگراد).
برای به حداقل رساندن تخلخل کوچک, گازهای موجودی حباب را حباب می کنند (آرگون, نیتروژن) از طریق ذوب شدن, تشویق هیدروژن برای فرار.
آنها همچنین معرفی می کنند شیب- به طور معمول ترکیبی از کلریدها یا فلورایدها - که آلومینا را حل و حل می کند, کمرنگ کردن آن راحت تر است.
شار مؤثر بیش از 80 %, به طور مستقیم بهبود یکپارچگی بازیگران نهایی.
مصرف انرژی و ملاحظات کارآیی
ذوب آلومینیوم اولیه مصرف می کند 13-15 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم از فلز تولید شده.
در مقابل, ثانی (بازیافت شده) الومینیوم فقط نیاز دارد 1.8-2.2 کیلووات ساعت در هر کیلوگرم- تقریباً 85 % صرفه جویی در مصرف انرژی.
کوره های مدرن اهرم روکش فیبر سرامیکی, مشعل های احیا کننده, وت بازیابی گرمازدگی برای کاهش مصرف انرژی توسط یک اضافی 15-20 %.
آهنگ ریخته گری هزینه انرژی در هر تن از نزدیک ذوب شده است, به عنوان گرمایش حداکثر 60 % از کل هزینه ریخته گری.
درمان ذوب و کنترل دما برای کیفیت
برای اطمینان از ترکیب آلیاژ مداوم و به حداقل رساندن تفکیک کلان, اپراتورها با استفاده از پروانه های مکانیکی یا همزن الکترومغناطیسی آلومینیوم مذاب را هم بزنید.
آنها ذوب می شوند 700-720 درجه سانتیگراد برای یک خیس کوتاه (5-10 دقیقه) قبل از انتقال به کوره ها.
کنترل کننده های دما - اغلب به پیرومترهای مادون قرمز- پایداری 5 درجه سانتیگراد, جلوگیری از گرمای بیش از حد و در عین حال از سیالیت برای ریخته گری های بخش نازک.
7. پیامدهای صنعتی و عملی
متالورژی: فرآیندهای ذوب و ریخته گری
مواد غذایی کوره ها تا 20-40 درجه سانتیگراد بالاتر از مایع آلیاژ برای اطمینان از پر کردن کامل قالب ها.
درجه حرارت خیلی کم (به عنوان مثال, کمتر از 50 درجه سانتیگراد مایع) باعث تعطیل و اشتباهات سرماخوردگی می شود,
در حالی که بیش از حد گرم (به عنوان مثال, > 150 درجه سانتیگراد مایع) اکسیداسیون و شکل گیری dross را تسریع می کند.
کیفیت ذوب به طور مستقیم بر خصوصیات مکانیکی تأثیر می گذارد: عملکرد ذوب شده کنترل شده کشیدگی
بالا 12 % در بازیگران A356, در حالی که کنترل ضعیف می تواند انعطاف پذیری را در زیر کاهش دهد 5 %.
هوافضا, خودرو, و ساخت و سازها
- هوافضا: ریخته گری دقیق آلیاژهای آل لی (مایع 640 درجه سانتیگراد, solidus 510 درجه سانتیگراد) خواستار پاکیزگی ذوب برای جلوگیری از تخلخل در اجزای مهم موتور جت است.
- خودرو: ریخته گری با فشار بالا از A380 (مایع 595 درجه سانتیگراد) برای موارد انتقال نیاز به گرمایش قالب دارد 240-260 درجه سانتیگراد برای جلوگیری از لرز.
- ساخت و ساز: اکستروژن از 6061 برای فریم های پنجره در 500-520 درجه سانتیگراد, خوب زیر مایع, تعادل شکل پذیری با ثبات بعدی.
ملاحظات جوشکاری و تولید افزودنی
- جوش همجوشی: جوش قوس تنگستن گاز (gtaw) از 6061-T6 اجرا می شود الکترود دی سی منفی با ورودی گرما متناسب برای نگه داشتن استخر جوش در 650-700 درجه سانتیگراد.
هر چند, منطقه تحت تأثیر گرما (خندق) ممکن است در زیر سقوط کند 500 درجه سانتیگراد, در صورت عدم پاسخگویی دوباره نرم شدن. - تولید افزودنی (SLM/EBM): پودرهای آلومینیومی ریز (اندازه ذرات 15-45 میکرومتر) در
فیوژن بستر پودر نیاز به لیزر یا پرتوهای الکترونی دارد که دمای موضعی تولید می کنند 1,000 ° C+ برای جبران بازتاب بالا و هدایت.
پارامترهای فرآیند باید کلیدینگ و پراکندگی را به حداقل برسانند, با وجود نقطه ذوب پایین آلومینیوم از فولاد.
طراحی عملیات حرارتی & کار گرم
برنامه های جعل یا اکستروژن بسیار زیر Solidus - از نظر معمولی باقی می مانند 350-550 درجه سانتیگراد (662–1 022 ° F)- برای جلوگیری از ذوب اولیه.
پس از تشکیل, آلیاژها اغلب در نزدیکی محلول قرار می گیرند 515-535 درجه سانتیگراد (959-995 درجه فارنهایت) و خاموش کردن T6 یا وسوسه های دیگر.
بازده بازیافت
ذوب های آلومینیوم ثانویه بیشتر آلیاژها را در ذوب می کنند 700-720 درجه سانتیگراد (1 292–1 328 ° F),
در دست 90–95 % بهبودی در 0.5-0-0.8 کیلووات ساعت در کیلوگرم-انرژی کمتری نسبت به فولاد ذوب مجدد (1,400-1،600 درجه سانتیگراد / 2-4 کیلووات ساعت/کیلوگرم).
8. مقایسه با فلزات دیگر
| مادی | جامد | مایع | یادداشت ها |
|---|---|---|---|
| آلومینیوم خالص (1100) | 660.3 درجه سانتیگراد (1 220.5 ° F) | 660.3 درجه سانتیگراد (1 220.5 ° F) | نقطه ذوب یک; بدون محدوده انجماد. |
| مس (C11000) | 1 084 درجه سانتیگراد (1 983.2 ° F) | 1 084 درجه سانتیگراد (1 983.2 ° F) | به طور گسترده ای برای سیم کشی الکتریکی و لوله کشی استفاده می شود. |
| فولاد کربن (A36) | 1 ~ 425 درجه سانتیگراد (2 597 ° F) | 1 ~ 540 درجه سانتیگراد (2 804 ° F) | دامنه دقیق با محتوای کربن کمی متفاوت است. |
| فولاد ضد زنگ (304) | 1 ~ 385 درجه سانتیگراد (2 525 ° F) | 1 ~ 450 درجه سانتیگراد (2 642 ° F) | آلیاژ کروم-نیکل با مقاومت در برابر خوردگی خوب. |
| برنج (C360) | 907 درجه سانتیگراد (1 664.6 ° F) | 940 درجه سانتیگراد (1 724 ° F) | آلیاژ مس روی به طور گسترده ای برای قطعات مکانیکی استفاده می شود. |
| برنز (C93200) | 920 درجه سانتیگراد (1 688 ° F) | 1 ~ 000 درجه سانتیگراد (1 832 ° F) | آلیاژ مس با تین برای یاتاقان ها و چرخ دنده ها استفاده می شود. |
| روی (99.99%) | 419.5 درجه سانتیگراد (787.1 ° F) | 419.5 درجه سانتیگراد (787.1 ° F) | آبکاری مشترک و فلزات ریخته گری. |
| منیزیم (AZ91D) | 595 درجه سانتیگراد (1 103 ° F) | 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F) | فلز سبک, اغلب با آلومینیوم آلیاژ می شود. |
| تیتانیوم (جبهه 2) | 1 665 درجه سانتیگراد (3 029 ° F) | 1 665 درجه سانتیگراد (3 029 ° F) | با استحش, سبک وزن, و مقاوم در برابر خوردگی. |
آلیاژ آلومینیوم 6061 |
582 درجه سانتیگراد (1 079.6 ° F) | 650 درجه سانتیگراد (1 202 ° F) | اکستروژن مشترک/جعل آلیاژ; دامنه انجماد 68 درجه سانتیگراد (122 ° F). |
| آلیاژ آلومینیوم A356 | 577 درجه سانتیگراد (1 071 ° F) | 615 درجه سانتیگراد (1 139 ° F) | آلیاژ بازیگران (al -7 Si -0.3 میلی گرم); محدوده انجماد باریک (38 درجه سانتیگراد / 68 ° F). |
| آلیاژ آلومینیوم 7075 | 475 درجه سانتیگراد (887 ° F) | 635 درجه سانتیگراد (1 175 ° F) | آلیاژ هوافضا با استحکام بالا; دامنه انجماد گسترده (160 درجه سانتیگراد / 288 ° F). |
| نیکل (99.5%) | 1 455 درجه سانتیگراد (2 651 ° F) | 1 455 درجه سانتیگراد (2 651 ° F) | مقاوم در برابر خوردگی, برنامه های درجه حرارت بالا. |
| کروم (99.5%) | 1 907 درجه سانتیگراد (3 465.4 ° F) | 1 908 درجه سانتیگراد (3 466.4 ° F) | بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش. |
| قلع (99.8%) | 231.9 درجه سانتیگراد (449.4 ° F) | 231.9 درجه سانتیگراد (449.4 ° F) | در سربازان و آبکاری استفاده می شود. |
9. پایان
نقطه ذوب آلومینیوم, 660.32 درجه سانتیگراد, لنگرگاه های بی شماری صنعتی, از ذوب اولیه تا تولید پیشرفته افزودنی پیشرفته.
آستانه ذوب نسبتاً کم آن باعث کاهش مصرف انرژی می شود, بازیافت را تسریع می کند,
و ریخته گری را در مقایسه با فلزات بالاتر مانند مس و فولاد ساده می کند.
همانطور که صنایع همچنان به سبک تر فشار می آورند, قوی تر, و اجزای آلومینیومی پیچیده تر,
درک و مدیریت رفتار ذوب آلومینیوم بسیار مهم خواهد بود.
تحقیقات بیشتر در مورد نانو آلیاژ, ذوب فشار شدید, و روش های گرمایشی با انرژی کارآمد
برای تعمیق درک ما از این انتقال بنیادی - جامد به مایع - که نقش آلومینیوم را در متالورژی مدرن تعریف می کند.
