تحقیق در مورد مشخصات عمومی آلومینیم و آلیاژهای آن

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 15

مشخصات عمومی آلومینیم و آلیاژهای آن

مشخصات فیزیکی :

آلومینیوم یکی از عناصر گروه سدیم در جدول تناوبی است که با تعداد پروتون 13 و نوترون 14 طبقه بندی الکترونی آن به صورت زیر می باشد

که در نتیجه می توان علاوه بر ظرفیت 3،ظرفیت 1را نیز در بعضی شرایط برای آلومینیوم در نظر گرفت

آلومینیوم از یک نوع ایزوتوپ تشکیل شده است وجرم اتمی آن در اندازه گیرهای فیزیکی 1099/26 در اندازه گیرهای شیمیایی 98/26 تعیین گردیده است . شعاع اتمی این عنصر در c o 25برابر 42885/1 آنگسترم و شعاع یونی آن از طریق روش گلداسمیت برابر A 57/0بدست آمده است که در ساختمان FCC وبدون هیچ گونه تغییر شکل آلوترو پیکی متبلور می شود .

مهمترین آلیاژهای صنعتی و تجارتی آلومینیوم عبارت از آلیاژهای این عنصر و عناصر دوره تناوبی سدیم مانند (منیزیم ، سلیسیم ) و عناصر دوره وابسته تناوب مانند مس ویا آلیاژهای توامی این دو گروه است .

سیلیسیم و منیزیم با اعداد اتمی 14و12 همسایه های اصلی آلومینیوم می باشند و بسیاری از کار بردهای تکنولوژیکی آلومینیوم بر اساس چنین همسایگی استوار است .ثابت کریستالی آلومینیومْ A 0414/4a= و مطابق شرایط فیزیکی قطر اتمی آن فرمول8577/2 dAl = می باشد . بدیهی است حلالیت آلومینیوم به نسبت زیادی به قطر اتمی آن بستگی دارد و مطابق آنچه در مباحث متالورژی فیزیکی بیان می گردد اختلاف قطر اتم های حلال ومحلول نباید از 15%تجاوز نماید،در حالی که شکل ساختمانی و الکترونهای مدار آخر نیزدر این حلالیت بی تاثیر نیستند .

در موردمنیزیم و سیلیسیم فاکتور اندازه اتمی نسبت به آلومینیوم مطابق روابط زیر است

و اختلاف الکترونی مدار آخر نیز به ترتیب( 1+) برای منیزیم و(1ـ)برای سیلیسیم می باشد. در مورد تشابه ساختمانی نیز در حالی که عدد همسایگی آلومینیوم 12است اعداد همسایگی منیزیم وسیلیسیم به ترتیب (6و6) (منشور فشرده )و(4ساختمان الماس)هستند که در مجموع می توان انتظار داشت که حلالیت جامد سیلیسیم در آلومینیوم ناچیز وحلالیت منیزیم از مقدار بیشتری برخودار باشد.

حلالیت نفوذ عناصر در آلومینیوم تابع قطر دهانه نفوذ جانبی

وقطر دهانه نفوذ مرکزی

بنابراین اتم های با قطر کوچک (کربن54/1،ازت40/1،بر 75/1،ئیدروژن 74/0و اکسیژن20/1)را می توان پیش بینی نمود که از طریق بین نشینی ونفوذی در آلومینیوم محلول جامد تشکیل دهند ولی تاثیر انرژی آزاد مناسب در تشکیل ترکیبات بین فلزی غیر فلزی مانع حلالیت عناصر فوق (به جز ئیدروژن)در آلومینیوم میگردد و تشکیل ترکیباتی مانندرا باعث میشوند .

از بحث فوق نتیجه می شود که عناصر با قطر اتمی بیشتر از 17/1 آنگسترم نمی توانند در فلز آلومینیوم به طریق بین نشینی حل شوند و ئیدروژن تنها عنصری است که حلالیت آن در حالت جامد مسلم میباشد.

از آنجا که انرژی آزاد ترکیبات آلومینیوم به سهولت تامین می گردد بسیاری از اتمهای کوچک حتی در حالت مذاب نیز با آلومینیوم ترکیب می شوند که همین امر باعث حضور ترکیبات مختلفی در ذوب و ساختمان ریخته گری آلومینیوم می شود.

از مباحث متالوژی و ترمودینامیکی استنباط می شود که ضریب نفوذ عناصر در آلومینیوم

که در آن

ثابت نفوذی

Q انرژی انتقال بر حسب Cal/mol

R ثابت گازها 987/1 Cal/mol

T درجه حرارت مطلق می باشد

مطالعات تجربی ثابت کرده است که D (ضریب نفوذی) شدیدا تحت تاثیر درجه حرارت قرار دارد و مقدار Q و در مورد عناصری که آلیاژهای صنعتی را تولید می کنند مشخص است که از جداول ترمودینامیکی استخراج می شود.

ثابت کریستالی آلومینیوم در اثر درجه حرارت انبساط می یابد، بطوری که ضریب انبساط خطی این عنصر که در C ْ20 برابر است در درجه حرارت C 200 ، و در C ْ 500 برابر می باشد. از طرف دیگر انبساط ثابت کریستالی این عنصر در مقابل محلولهای جامد در هر حالت از قانون و گارد تبعیت می کند.

نقطه ذوب آلومینیوم C ْ 659 و نقطه جوش آن C ْ 2057 است ولی فشار بخار آلومینیوم C ْ 1000 تقریبا برابر میلیمتر جیوه می باشد که از رابطه کلی زیر استخراج می شود.

به دلیل ایجاد فشار بخار و شدت اکسیداسیون عملا کاربرد آلومینیوم مذاب در حرارتهای بیش از C ْ 1000 غیر ممکن است. گرمای نهان گداز آلومینیوم برابر 2480 کالری بر اتم گرم می باشد و بر طبق روابط فیزیکی آنتروپی گداز آن

مقایسه انتروپی گداز و تغییرات انتروپی از درجه محیط تا نقطه ذوب نمایشگر تغییرات وسیعی است که در انتقال فاز از مایع به جامد وبالعکس در ساختمان کریستالی فلز حاصل می گردد.

نسبت تغیرات مذکور برای چند عنصر در زیر نشان داده شده است

انتروپی گداز تغییرات انتروپی تا نقطه ذوب فلز

54/0 46/2 53/4 کادمیوم

47/0 55/2 45/5 روی

37/0 75/2 51/7 آلومینیوم

31/0 32/2 54/7 منیزیم

24/0 30/2 79/9 مس

23/0 21/2 78/9 طلا

13/0 2 50/15 آهن

باید توجه داشت که رابطه برای فلزات خالص و ترکیبات فلزی که نقطه تجانس در منحنی مایع و جامد پدید می آید صادق است و در سایرموارد نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. آلومینیوم در حالت مذاب انبساط زیادی پیدا می نماید بطوریکه وزن مخصوص آن از 69/2 در درجه حرارت محیط به 38/2 در حالت مذاب تقلیل می یابد و از این رو انقباض حجمی آن حدود 10% می باشد که با توجه به وزن مخصوص جامد در درجه حرارت C ْ650 ، که برابر 50/2 است انقباض در فاصله انجماد به 8/6 % تقلیل می یابد.

آلومینیوم جامد با ساختمان کریستالی FCC و عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی 12 و فاصله همسایگی ْ A 86/2 ، بعد از ذوب دارای عدد همسایگی حدود 11 و فاصله همسایگی بیش از ْ A 3 می گردد و از این رو ضریب انبساط خطی آن در مرحله ذوب نیز ، حدود 4% است .

گرمای نهان گداز این عنصر 5/2 کیلو کالری بر مول می باشد که در مقایسه با گرمای تبخیر آب 6/69 کیلو کالری بر مول نسبت آن حدود 27 و به همین دلیل در جریان ذوب ، امکان تبخیر و تصعید آلومینیوم بسیار کم است. این نکته در مورد عناصری مانند منیزیم، روی و کادمیوم که گرمای نهان گداز آنها به ترتیب 08/2، 72/1 و 53/1 کیلو کالری بر مول و نسبت آنها از 16 کمتر است حائز اهمیت است که امکان تبخیر و تصعید چنین عناصری در مرحله ذوب را افزایش می دهد.

2-1 مشخصات ریخته گری وذوب :

آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب کم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مکانیکی و فیزیکی در اثر آلیاژسازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مکانیکی، در صتایع امروز از اهمیت زیادی بر خوردارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژ ها توسعه می یابد. عناصر مختلف مانند سلیسیم ، منیزیم ، مس ، در خواص ریخته گری و مکانیکی این عنصر شدیدا تاثیر می کنند و یک رشته آلیاژهای صنعتی را پدید می آورند که از مقاومت مکانیکی، مقاومت به خورندگی و قابلیت ماشین کاری بسیار مطلوب برخوردارند. قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است که در ذوب و ریخته گری آلومینیوم مورد بحث قرار می گیرد و از این رو مستقلا در بخش سوم این کتاب مطالعه می شوند.

1-2-1 تقسیم بندی آلیاژها :

آلیاژهای آلومینیوم در اولین مرحله به دو دسته تقسیم می گردند :