[bigbang]

فلزات غیر آهنی سبک


فلزات غیر آهنی سبک و آلیاژ های آن ها

فلزاتی را که جرم آنها تا۳ kg/dm 5 باشند فلزات سبک می نامند.
فلزات سبکی که بیشترین کاربرد را در صنعت دارند عبارتند از آلومینیوم،منیزیم،بریلیم وتیتانیم.
چون اکثر فلزات غیر آهن سبک خالص نرمی زیادی دارند و از استحکام کمی برخوردارند لذا با آلیاژ کردن می توان خواص آنها را بهبود بخشید و خصوصیات جدیدی را در انها به وجود آورد .
آلیاژهای پر استقامت و سبک وزن از مهم ترین فلزات برای مصارف در وسایل حمل و نقل زمینی ،دریایی و فضایی هستند و در ساختمان های فلزی و لوازم خانگی نیز کار برد دارند.
بقیه متن در ادامه مطلب…


آلومینیم (AI)آلومینیم فلزی است به رنگ سفید نقره ای که در مجاورت هوا به سرعت اکسیده می شود و قشر نازکی از اکسیدآلومینیوم روی آن تشکیل می گردد که در مقابل خوردگی بسیار مقاوم است و بقیه فلز در مقابل تاثیرات جوی حفظ می کند.


جرم مخصوص ۲٫۷ کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب
نقطه ذوب ۶۵۸ درجه سانتی گراد
استحکام ریخته شده ۱۱۵ تا۸۵ نیوتن بر میلیمتر مربع
کششی نرم تابنده شده ۶۵ نیوتن بر میلیمتر مربع
سخت شده در اثر نوردکاری ۱۹۰تا۱۲۵ نیوتن بر میلیمتر مربع
آلومینیم قابلیت هدایت الکتریکی خوبی (تقریبا به اندازه ۶۵٫۰ مس)دارد و قابلیت هدایت حرارتی آن نیز زیاد است.
آلومینیم قابلیت جوشکاری و لحیم کاری دارد و می توان آن را با روش هایی مانند کشیدن ،پرس کردن ،نورد کاری،ضرب زدن،ریخته گری و همچنین با روش هایی مانند تراشکاری،فرزکاری،سوراخکاری و غیره به خوبی تغییر فرم داد.آلومینیم قابلیت آلیاژی خوبی دارد و مقدار کمی مس،منگنز و یا منیزیم تاثیرات زیادی در سختی و استحکام آن باقی می گذارد.


موارد استفاده:ورق ها،نوارها،ورق های بسیار نازک (فویل)آلومینیمی را با نوردکاری تولید می کنند و انواع شمش ها،لوله ها و مفتول ها را به وسیله پرس کردن (رانش)و یا کشیدن تهیه می کنند.قسمت اعظم آلومینیم تولیدی صرف تهیه آلیاژ های آلومینیم و یا ریخته گری می شود و به دلیل وزن سبک ،قیمت مناسب،مقاومت در مقابل خوردگی و قابلیت تغییر فرم خوبی که دارد روز به روز به موارد استعمال آن افزوده می گردد.
از آلومینیم با درجه خلوص عالی در درجه اول برای تولید رفلکتور ها(منعکس کننده ها)و نور افکن ها،در صنایع اتومبیل سازی برای تهیه نوار های زینتی و همچنین در دستگاه ها و لوله های مربوط به صنایع شیمیایی و غذایی استفاده می کنند.
آلومینیم خالص را در صنایع شیمیایی برای تهیه مخازن و ظروف حمل و نقل،در صنایع الکتریکی برای تهیه سیم ها و کابل ها ،در صنایع ساختمانی به عنوان پوشش بام ها و کارهای تزئینی و همچنین تهیه ظروف آشپزخانه و صنایع دسته بندی مورد استفاده قرار می دهند.

سنگ معدن آلومینیم : آلومینیم را از سنگ معدنی بوکسیت که حاوی ۵۵ تا ۶۰ در صد اکسید آلومینیم (AL2O3 )،۳۴ در صد اکسید آهن(Fe3o4)،۱۲ تا ۳۰ در صد هیدراتها و ۴ در صد اسید سیلیسیک(sio2)است،تهیه می کنند.

طرز تهیه آلومینیم: برای تهیه آلومینیم لازم است در مرحله اول از سنگ معدنی بوکسیت ،ترکیبات آهن و سیلیسیم را جدا کرد و اکسید آلومینیم را به دست آورد.برای این منظور بوکسیت را در سنگ شکن ها خرد و در کوره های دوار خشک می کنندو در آسیاب های ساچمه ای به صورت پودر درمی آورند.حال،پودر اکسید حاصل را با محصول سود سوزآور در آب،تحت فشاری معادل ۳۰ بار و دمای ۲۵ درجه سانتی گراد درون مخزنی که اتوکلاو نام دارد،حرارت می دهند. این عمل باعث می شود که آلومینیم با سود ترکیب شودو آلومنات سدیم (Na3Alo2) را به وجود اورد. در این حالت ،آهن و سیلیسیوم در ظرف ته نشین می شود و قابل تفکیک است. پس از این مرحله،محتوی اتوکلاو را به درون ***** های تحت فشار هدایت می کنند و آلومینات سدیم را از مواد رسوبی تفکیک می نمایند..حال آلومینات سدیم را به درون دستگاه های به همزن هدایت می کنند . در اثر این عمل محلول به عوامل هیدرات آلومینیم و محلول سود سوزآور تفکیک می شود. ژس از این مرحله ،دستگاه جدا کننده ای سود سوزآور را ژس از تفکیک به مخزن اولیه وهیدرات آلومینیم را به کوره دوار می فرستد.
آب هیدرات آلومینیم در کوره دوار در دمای تا ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد آزاد می شودو اکسید آلومینیوم خالص (آلومین)به صورت پودر به دست می آید،آلومین حاصل را در حمام های الکترولیز در حالی که به آن کریولیت (فلورورسدیم و فلورورآلومینیم) افزوده اند احیا می کنند.افزودن کریولیت باعث می شود نقطه ذوب اکسید آلومینیم که در حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد است،به ۹۰۰ تا۹۵۰ درجه سانتی گراد کاهش یابد.
افزودن کریولیت باعث می شود نقطه ذوب اکسید آلومینیم که در حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد است،به ۹۰۰ تا ۹۵۰ درجه سانتی گراد کاهش یابد.
برای احیای یک تن اکسید آلومینیم،۴ تا ۵ تن بوکسیت kwh17000 کار الکتریکی مورد نیاز است .برای این منظور،از جریانی به شدت ۲۰۰۰۰تا ۱۰۰۰۰۰ آمپر و اختلاف سطحی معادل ۴ تا ۶ ولت استفاده می شود.(در عمل باید چندین سلول را به طور سری مورد استفاده قرار داد تا بتوان به اختلاف سطح ۵۰۰ تا ۶۰۰ ولت کار کرد.)به همین دلیل بهتر است کارخانه های تهیه آلومینیم در مجاورت نیروگاه های برق ایجاد شوند. آلومینیمی که از حمام الکترولیز به دست می آید،به صورت مذاب است و دمایی حدود ۱۰۰۰درجه سانتی گراد دارد. این مذاب را در قالب های فلزی می ریزند وپس از فرم گرفتن برای عملیات بعدی حمل می کنند.آلومینیم به دست آمده از حمام الکترولیز،آلومینیم تصفیه شده نام دارد و دارای درجه خلوص ۹۹ تا ۹٫۹۹ درصد است.

آلیاژهای آلومینیم
در اثر اضافه کردن عناصری مانند منیزیم،مس،سیلیسیم،روی،سرب و منگنز به آلومینیم،آلیاژهای متعددی از آلومینیم به دست می آید که ویژگی های متنوعی دارند.آلیاژهای آلومینیمی که امروزه تولید می شوند،دارای ویژگی هایی هستند که قبلا از فولادها انتظار می رفت.آلیاژهای آلومینیم را می توان در حالت سرد یا به صورت گرم تغییر فرم داد و آنها را ریخته گری و لحیم کاری یا جوشکاری کرد.در براده برداری از آنها به دلیل طول براده بلند،براده های سمج و متمایل به ماسیدن،باید سرعت برش را زیاد انتخاب کرد و از ابزار های برش دارای زاویه براده زیاداستفاده نمود.این ابزارها لازم است فضای کافی برای جمع شدن و هدایت براده ها نیز داشته باشند. با عملیات حرارتی می توان استحکام آلیاژهای آلومینیم را تا حد چشم گیری افزایش داد. از آن جا که اکسید آلومینیم در برابر خوردگی مقاوم تر از آلومینیم خالص و آلیاژهای آن است،در صنعت سطح قطعات آلومینیمی را به طور مصنوعی به کمک الکتریسیته اکسید می کنند؛این عمل را «الکسیر کردن»می گویند.قشر اکسیدی سرد حاصل از الکسیر کردن بقیه فلز را از تاثیر عوامل جوی و ایجاد خوردگی محفوظ می دارد و دوام آن نیز افزایش می دهد.از روش های دیگری که برای افزایش مقاومت آلیاژهای آلومینیم در مقابل خوردگی به کار می رود .«پلاته کردن»است. در این روش می توان با پوشش نازکی از آلومینیم خالص یا آلیاژهای مس که در اثر نوردکاری گرم به سطح خارجی مصنوعات ساخته شده از آلیاژهای آلومینیم کشیده می شود ،دوام آنها در مقابل خوردگی افزایش داد .آلیا‍ژهای آلومینیم را می توان به دو گروه اصلی آلیاژهای خمیری و آلیاژهای ریختگی تقسیم کرد.

آلیاژهای خمیری آلومینیمآلیا‍ژهایALCUMG:این آلیاژها به «دورآلومین» نیز تعریف هستند.دور آلومین را می توان سخت کاری کرد ولی قابلیت جوشکاری را ندارند،از آنها می توان در تولید قطعاتی که تحت تاثیر تنش های زیادی قرار می گیرند (در صنایع هواپیما سازی،اتومبیل سازی و ماشین سازی)بهره گرفت. دوام این آلیاژ ها در مقابل خوردگی کم است؛به همین دلیل ،سطح خارجی آنها را با قشر نازکی از آلومینیم خالص پلاته می کنند.
برای افزایش قابلیت بهره برداری و تهیه آلیاژ های اتومات،به اندازه ۲ تا ۵ در صد سرب نیز به آن ها می افزایند.از نمونه این آلیاژ می توان آلیاژ Al cu Mg Pb را نام برد.جرم مخصوص تقریبی این آلیاژها kg/dm38.2 و استحکام کششی آن ها قبل از سختکاری n/mm2230 تا ۱۷۰ و بعد از آبکاری n/mm2430 تا ۳۳۰ است.در صد عناصر تشکیل دهنده این آلیاژ ها ۵٫۳ تا ۹٫۴ در صد مس ،۲٫۰ تا ۸٫۱ در منیزیم،۲٫ ۰ تا۱٫۱ درصد منگنز و بقیه آلومینیم است.

آلیاژهای Al Mg Si : این آلیاژها را نیز می توان سختکاری کرد. از ویژگی های دیگرآنها دوام در مقابل خوردگی و قابلیت پولیش کردن آنهاست .اگر به این آلیاژها فلزات دیگری مانند سرب،قلع،کادمیم و برلیم (در مجموع ۱ تا ۳درصد)نیز بیفزایند،قابلیت براده برداری آن ها افزایش می یابد. جرم مخصوص تقریبی این آلیاژها kg/dm37.2، استحکام کششی آنها قبل از سخت کاری N/MM2125 تا ۱۰۰ و بعد از سخت کاریN/MM2310تا۱۹۰ است.در صد عناصر تشکیل دهنده آنها ،۶٫۰ تا ۶٫۱ در سیلسیم،۶٫۰ تا ۶٫۱ در منیزیم، ۰تا ۳٫ ۰ درصد کرم۲٫ ۰ تا۱ در صد منگنز و بقیه آلومینیم می باشد.از این آلیاژها در تهیه قطعاتی که تحت تاثیر تنش های متوسط قرارمی گیرند(ساختمان هاو مخزن های ثابت ومتحرک)،استفاده می شود.
آلیاژهای Al Mg : آلیاژهای این خانواده مثلاً AlMg3استحکام خوبی دارند و در مقابل خوردگی مخصوصاً در مجاورت آب دریا مقاوم هستند.قابلیت پولیش کاری این آلیاژها باعث می شود که از آن ها در کارهای تزیینی نیز استفاده شود.از مهم ترین آلیاژهای این گروه می توان Al Mg3 را نام برد که در آن به صورت ورق ،لوله و پروفیل در صنایع اتومبیل سازی و کشتی سازی و همچنین ساختن در و پنجره و غیره به کار می برند.تغییر فرم روی این آلیاژها معمولا به صورت سرد و بدون براده برداری انجام می گیرد.نمونه دیگر از آلیاژAlMg7 است. این آلیاژ را می توان به خوبی براده ربداری کرد.از این آلیاژ قطعات وسایل دقیق صنایع اپتیک را می توان تهیه نمود. این آلیاژها قابلیت ریخته گری نیز دارند.

آلیاژهای ریختگی الومینیم

آلیاژهایG-Al Si : این آلیاژها را که به سیلومین نیز معروف هستند، می توان به خوبی ریخته گری و جوشکاری کرد. از این گروه می توان آلیاژ G-Al Si2 را نام برد که علاوه بر ویژگی های یاد شده ،در مقابل خوردگی نیز مقاوم بوده و از قابلیت براده برداری خوبی نیز برخوردار است.
از این آلیاژ برای ریخته گری قطعات جدار نازکی که دارای فرم پیچیده ای هستند و در معرض ضربه قرار دارند(بدنه موتورسیکلت ها)استفاده می کنند.موارد استفاده دیگر این آلیاژها به مقدار زیادی در ساختمان ماشین های خانگی(ظرف شویی،رختشویی)و همچنین دستگاه های صنایع غذایی است.جرم مخصوص این آلیاژ ها Kg/dm3 65.2 و استحکام کششی آن ها N/mm2280 تا ۱۶۰ می باشد. در صد عناصر تشکیل دهنده این آلیاژ ها ۰ تا ۵٫۰ در منگنز، ۱۱ تا ۵٫۱۳ در سیلیسیم و بقیه آلومینیم است.

آلیاژهای G-Al Si Mg: این آلیاژها را نیز می توان سختکاری و جوشکاری کرد.انقباض و انبساط حرارتی آن ها بسیار کم و در برابر ساییدگی بسیار مقاوم هستند؛دوام آنها در مقابل خوردگی نیز زیاد است.نمونه ای از این آلیاژ ها G-Al Si Mg است که برای تهیه قطعاتی که دارای فرم پیچیده ای هستند و تحت تاثیر تنش های زیادی قرار می گیرند(محفظه موتورها و جعبه دنده ها)مناسب هستند.