تحقیق در مورد آلیاژهای سرامیکی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 10 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

آلیاژهای تجارتی و سرامیکها

لازم است که گفته شود بیشتر آلیاژهای تجارتی در قسمتهای ساده تر نمودارهای فازی واقع است. مثلا 99 درصد آلیاژهای برنج در ناحیه تک فازی واقعند.

همچنین برنزهای متداول کمتر از 10% قلع دارند و در سیستم cu -sn(14-9) از نظر تجارتی به ناحیه هایی که ظاهر پیچیده تری دارند توجه چندانی نمی شوند.

در فصل 11 به آلیاژهایی مانند 0 Al- 10mg, 90 mg -10Al,95 Al-5Cu 9 توجه خاصی مبذول می شود زیرا هرکدام از آنها درد های تک فازی هستند ولی در حین سرد شدن از منحنی حد حلالیت می گذرد.

با کنترل کردن سرعتی که فاز دوم جدا می شود می توان استحکام آلیاژ را تا حدود زیادی افزایش داد و این از نظر مهندس بسیار با ارزش است.

سیستم A1-S1 اساس تصفیه نیمه ها و مواد مربوطه را از نظر تجارتی فراهم می سازد. در دو بخش بعد ، الیاژهای ( اهن- کربن ) با جزئیات آنها مورد مطالعه قرار می گیرند. زیرا اولا در هر تمدن صنعتی فولاد بزرگترین آلیاژ است .

و ثانیا فولادها را بعنوان نخستین نمونه برای عملیات حرارتی می توان بکار برد. کنترل ساختمان میکروسکوپی و در نتیجه خواص آلیاژها از طریق عملیات حرارتی با کاربرد نمودارهای فازی میسر است.

در مورد سرامیکها نیز نمودارهای فازی بهمان اندازه مهم است . با وجود این در این کتاب فقط سه نمودار سرامیکی بحث و بررسی خواهد شد.

اولین نمودار مربوط به سرامیکهایی است که اساس آنها خاک رس است . خاکهای رس با کیفیت بهتر بعد از عمل تقریبا شامل 40Al2O3-60SiO2 هستند.

نمودار Fe-O تغییرات بدون نسبت وزنی را برای Fe-O که در فصلهای قبلی بحث شد نشان می دهد.

نمودار Feo-mgo نشان می دهد که محلول جامد Mgo ,FeO پایین تر از دمای حد جامد ، با هر ترکیبی وجود دارد و با سیستمCu-Ni که شامل مواد فلزی است قابل مقایسه می باشند.

- سیستم " آهن – کربن "

فولاد ( STELL) که نخستین آلیاژ آهن و کربن است می تواند اکثر واکنشها و ساختمانهای میکروسکوپی متداول بمنظور تغییر خواص مواد را در برگرفته و توصیف نماید.

همچنین آلیاژهای آهن و کربن بعنوان اساسی ترین مواد مهندسی ساختمان بکار می روند.

قابلیت تغییر فولادها بعنوان مواد مهندسی را از فولادهای متنوع بسیاری که تولید شده اند می توان دریافت. از یک طرف فولادهای بسیار نرم برای کاربردهایی چون سپر اتومبیل و صفحه اجاق وجود دارد و از طرف دیگر فولادهایی سخت و سفت برای تیغه های مولد بکار می روند.

بعضی فولادها باید مقاومت زیادی در برابر خوردگی داشته باشند. برخی فولادها که در مبدلهای الکتریکی بکار می روند باید مشخصات مغناطیسی معینی دارا بوده تا در هر ثانیه چندین بار و با اتلاف کمی انرژی ، مغناطیسی و غیر مغناطیسی بشوند و برخی دیگر کاملا غیر مغناطیسی باشند. تا در مواردی چون ساعتهای مچی بکار آیند.

نمودارهای فازی برای توضیح هریک از خواص فوق می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

وضع ساختمانی آهن خالص در دمای محیط آهن یا فریت نامیده می شود. فریت یا خلوص تجارتی کاملا نرم و انعطاف پذیر بوده و دارای استحکام کششی کمتر از 45000 ( 310) می باشد.

فریت در دمای پایین تر از 170 ماده ای آهنربایی است.

ساختمان فریت مکعب مرکز دارا است بهمین دلیل فضاهای بین اتمی اش کوچک بوده و کاملا کروی نیستند و نمی توانند حتی اتم کروی و کوچک کربن را براحتی در خود جای دهند.

اتم کربن کوچک تر از آن است که محلول جامد جانشینی تشکیل دهد و بزرگتر از آن است که به آسانی محلول جامد بین نشینی بوجود آورد.

بنابراین حلالیت کربن در فریت بسیار کم است.

ساختمان مکعب با وجود مرکز دار اهن " آستنیت یا آهن " نامیده می شود و آهن خالص با چنین ساختمانی بین 912 و 394 پایدار است .

مقایسه سیستم خواص مکانیکی آستنیت و فریت آسان نیست زیرا این مقایسه باید در دمای مختلف انجام گیرد.

به طور کلی در دماهایی که آستنیت پایدار است ، نرم و انعطاف پذیر بوده و بنابراین برای عملیات شکل دادن مناسب می باشد.

لذا بیشتر عملیات آهنگری و نورد در 100 یا بالاتر انجام می شود که آهن ساختمان داشته باشد. آشتنیت در هیچ دمایی آهنربایی نیست.

در ساختمان مکعب با وجوه مرکز دار آهن فضاهای بین اتمی بزرگتری نسبت به فریت وجود دارد .

ولی حتی در این حالت نیز حفره های ساختمان به اندازه کافی بزرگ نیستند که تعداد زیادی اتمهای کربن را بین خود جای دهند و بدین طریق وجود کربن تغییر زیادی در ساختمان آهن بوجود می اورد.

در نتیجه تمام حفره ها نمی توانند در یک زمان پر شوند و حداکثر حلالیت فقط 11/2% کربن است.

بنا به تعریف ، فولادها کمتر از 2/1% کربن دارند. و بنابراین تمام این مقدار در دمای بالا در آستنیت حل می شود.

آلیاژهای بکار رفته در پره های توربین (تحقیق)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 30

آلیاژهای بکار رفته در پره های توربین

آلیاژهای بکار رفته در توربین گازی معمولاً از جنس سوپرآلیاژهای پایه نیکل (پره های متحرک) و پایه کبالت (پره های ثابت) می باشد. روشهای عمده تولید پره ها معمولاً ریخته گری و فورج می باشند نحوه ساخت پره های سوپرآلیاژها در سال 1940 شروع شد. و از آن به بعد پیشرفتهای قابل توجه در نحوه ساخت و افزایش استحکام صورت گرفت که ذوب در خلاء بصورت القایی (VIM) بصورت تجاری از سال 1950 و بعد از آن آلیاژهای پلی کریستالی از سال 1970 شروع به تولید شد.

از دهه 60، آلیاژهای پلی کریستال دارای نظم دانه ای خاصی شده بطوریکه انجماد جهت دار پره های توربین در سال 1980 پره های تک کریستالی وارد مرحله ای جدید از تولید شدند.

خلاصه از مشخصات سوپرآلیاژهای پایه نیکلی

سوپرآلیاژها، موادی هستند که در حرارتهای بالا (85% دمای ذوب آلیاژ) دارای استحکام مکانیکی بالا و مقاوم در برابر از بین رفتن سطح (مثلاً خوراکی) می باشند. سوپرآلیاژهای پایه نیکلی از مهمترین و پرکاربردترین آلیاژها در مقایسه با سوپرآلیاژ پایه کبالت و یا پایه آهن بشمار می روند وجود نیکل بعنوان فلز پایه می تواند باعث استحکام پذیری این آلیاژ با روشهای معمول (رسوب سختی) شود. با آلیاژ نمودن با کروم و آلومینیوم می توان پایداری سطح آلیاژ بدست آمده را جهت کاربردهای مختلف مهیا نمود.

ترکیبات شیمیایی سوپرآلیاژهای پایه نیکلی

ترکیبات شیمیایی بسیاری از سوپرآلیاژهای پایه نیکل که با بیش از 12 عنصر می‌باشند یکی از پیچیده ترین آلیاژها بشمار می روند. در عملیات ذوب ریزی عناصر مضری مثل سیلسیوم، فتقر، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن کنترل و عناصر ناچیز مثل سلنیوم، بیموت و سرب در حد PPm (خصوصاً برای ساخت قطعات با شرایط بحرانی) نگهداشته می‌شوند. که در این جا فقط به ترکیبات شیمیایی سوپرآلیاژ IN-738 می پردازیم.

Ta

B

C

V

Cb

AL

Ti

Mo

W

Fe

Co

Ni

Cr

عناصر

آلیاژ

1.75

0.001

0.10

0

0.90

3.4

3.4

1.75

2.6

0.2

8.3

61.6

16

IN-738

وجود عناصری همچون مولیبدن، نیوبیم و تنگستن علاوه بر افزایش استحکام، باعث ایجاد و تشکیل کاربیدهای مفید می گردند. و از طرفی عناصر کرم و آلومینیوم باعث پایداری سطح می شوند و با ایجاد لایه اکسیدی محافظ ، مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی را افزایش می دهند.

میکروساختارهای سوپرآلیاژهای پایه نیکل:

فازهای عمده ای در آلیاژهای پایه نیکل وجود دارد که عبارتند از:

فاز زمینه : این فاز بصورت پیوسته و غیر مغناطیسی می باشد این فاز در برگیرنده درصد بالایی از عناصر کبالت، آهن، کرم، مولیبدن و تنگستن می باشد. نیکل خالص معمولاً دارای خواص خزشی ضعیفی است در حالیکه سوپرآلیاژهای نیکل با داشتن فاز دارای استحکام بالا در درجه حرارتهای زیاد می باشد.

فاز : وقتی مقدار کافی آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژ اضافه شود رسوبات با ترکیب Ti و با شبکه f:c.c در زمینه ایجاد می شود در فاز ممکن است عناصری مثل Nb، Ta و Cr بطور محسوس وجود داشته باشند.

فاز دارای ترکیب بین فلزی (Intermetalic compound) با شبکه f.c.c با شرایط (Super laftic) شبیه ساختار

پروژه آلیاژهای سرامیکی (عمران)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 10

آلیاژهای تجارتی و سرامیکها

لازم است که گفته شود بیشتر آلیاژهای تجارتی در قسمتهای ساده تر نمودارهای فازی واقع است. مثلا 99 درصد آلیاژهای برنج در ناحیه تک فازی واقعند.

همچنین برنزهای متداول کمتر از 10% قلع دارند و در سیستم cu -sn(14-9) از نظر تجارتی به ناحیه هایی که ظاهر پیچیده تری دارند توجه چندانی نمی شوند.

در فصل 11 به آلیاژهایی مانند 0 Al- 10mg, 90 mg -10Al,95 Al-5Cu 9 توجه خاصی مبذول می شود زیرا هرکدام از آنها درد های تک فازی هستند ولی در حین سرد شدن از منحنی حد حلالیت می گذرد.

با کنترل کردن سرعتی که فاز دوم جدا می شود می توان استحکام آلیاژ را تا حدود زیادی افزایش داد و این از نظر مهندس بسیار با ارزش است.

سیستم A1-S1 اساس تصفیه نیمه ها و مواد مربوطه را از نظر تجارتی فراهم می سازد. در دو بخش بعد ، الیاژهای ( اهن- کربن ) با جزئیات آنها مورد مطالعه قرار می گیرند. زیرا اولا در هر تمدن صنعتی فولاد بزرگترین آلیاژ است .

و ثانیا فولادها را بعنوان نخستین نمونه برای عملیات حرارتی می توان بکار برد. کنترل ساختمان میکروسکوپی و در نتیجه خواص آلیاژها از طریق عملیات حرارتی با کاربرد نمودارهای فازی میسر است.

در مورد سرامیکها نیز نمودارهای فازی بهمان اندازه مهم است . با وجود این در این کتاب فقط سه نمودار سرامیکی بحث و بررسی خواهد شد.

اولین نمودار مربوط به سرامیکهایی است که اساس آنها خاک رس است . خاکهای رس با کیفیت بهتر بعد از عمل تقریبا شامل 40Al2O3-60SiO2 هستند.

نمودار Fe-O تغییرات بدون نسبت وزنی را برای Fe-O که در فصلهای قبلی بحث شد نشان می دهد.

نمودار Feo-mgo نشان می دهد که محلول جامد Mgo ,FeO پایین تر از دمای حد جامد ، با هر ترکیبی وجود دارد و با سیستمCu-Ni که شامل مواد فلزی است قابل مقایسه می باشند.

- سیستم " آهن – کربن "

فولاد ( STELL) که نخستین آلیاژ آهن و کربن است می تواند اکثر واکنشها و ساختمانهای میکروسکوپی متداول بمنظور تغییر خواص مواد را در برگرفته و توصیف نماید.

همچنین آلیاژهای آهن و کربن بعنوان اساسی ترین مواد مهندسی ساختمان بکار می روند.

قابلیت تغییر فولادها بعنوان مواد مهندسی را از فولادهای متنوع بسیاری که تولید شده اند می توان دریافت. از یک طرف فولادهای بسیار نرم برای کاربردهایی چون سپر اتومبیل و صفحه اجاق وجود دارد و از طرف دیگر فولادهایی سخت و سفت برای تیغه های مولد بکار می روند.

بعضی فولادها باید مقاومت زیادی در برابر خوردگی داشته باشند. برخی فولادها که در مبدلهای الکتریکی بکار می روند باید مشخصات مغناطیسی معینی دارا بوده تا در هر ثانیه چندین بار و با اتلاف کمی انرژی ، مغناطیسی و غیر مغناطیسی بشوند و برخی دیگر کاملا غیر مغناطیسی باشند. تا در مواردی چون ساعتهای مچی بکار آیند.

نمودارهای فازی برای توضیح هریک از خواص فوق می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

وضع ساختمانی آهن خالص در دمای محیط آهن یا فریت نامیده می شود. فریت یا خلوص تجارتی کاملا نرم و انعطاف پذیر بوده و دارای استحکام کششی کمتر از 45000 ( 310) می باشد.

فریت در دمای پایین تر از 170 ماده ای آهنربایی است.

ساختمان فریت مکعب مرکز دارا است بهمین دلیل فضاهای بین اتمی اش کوچک بوده و کاملا کروی نیستند و نمی توانند حتی اتم کروی و کوچک کربن را براحتی در خود جای دهند.

اتم کربن کوچک تر از آن است که محلول جامد جانشینی تشکیل دهد و بزرگتر از آن است که به آسانی محلول جامد بین نشینی بوجود آورد.

بنابراین حلالیت کربن در فریت بسیار کم است.

ساختمان مکعب با وجود مرکز دار اهن " آستنیت یا آهن " نامیده می شود و آهن خالص با چنین ساختمانی بین 912 و 394 پایدار است .

مقایسه سیستم خواص مکانیکی آستنیت و فریت آسان نیست زیرا این مقایسه باید در دمای مختلف انجام گیرد.

به طور کلی در دماهایی که آستنیت پایدار است ، نرم و انعطاف پذیر بوده و بنابراین برای عملیات شکل دادن مناسب می باشد.

لذا بیشتر عملیات آهنگری و نورد در 100 یا بالاتر انجام می شود که آهن ساختمان داشته باشد. آشتنیت در هیچ دمایی آهنربایی نیست.

در ساختمان مکعب با وجوه مرکز دار آهن فضاهای بین اتمی بزرگتری نسبت به فریت وجود دارد .

ولی حتی در این حالت نیز حفره های ساختمان به اندازه کافی بزرگ نیستند که تعداد زیادی اتمهای کربن را بین خود جای دهند و بدین طریق وجود کربن تغییر زیادی در ساختمان آهن بوجود می اورد.

در نتیجه تمام حفره ها نمی توانند در یک زمان پر شوند و حداکثر حلالیت فقط 11/2% کربن است.

بنا به تعریف ، فولادها کمتر از 2/1% کربن دارند. و بنابراین تمام این مقدار در دمای بالا در آستنیت حل می شود.

پروژه آلیاژهای حافظه دار (عمران)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 24

دانشگاه آزاد اسلامی – واحد علوم و تحقیقات

دانشکده مهندسی پزشکی

سمینار درس فلزات در پزشکی

موضوع:

آلیاژهای حافظه دار

بیومتریال‏ها

بیومتریال یک ماده مصنوعی است که برای جایگزین سازی یا تعویض بخش از بدن انسان یا موجود زنده یا به منظور کارکردن در تماس نزدیک با بافت زنده استفاده می شود. بیومتریال باید در بدن خنثی باشد.

بیومتریال ها برای التیام اعضاء و اصلاح کاربری و عمل آنها و همچنین اصلاح ناهنجاری‏ها یا وضعیت غیر طبیعی به کار می رود.

یک نوع تقسیم بندی مواد بر حسب جنس آنها می باشد که به گروههای فلزی، پلیمری، سرامیکی و مواد مرکب (Composites) دسته بندی می شود.

مواد فلزی از نظر اهمیتی که در صنعت دارد به دو گروه فلزات آهنی و آلیاژهای آن و فلزات غیر آهنی و آلیاژهای آن تقسیم می شود.

مواد فلزی عمدتاً هادی (رسانای) خوبی برای حرارت و الکتریسته هستند اغلب فلزات در درجه حرارت های معمولی محیط شکل پذیر بوده و درمقابل واکنش‏های شیمیایی پایداری بسیار بالایی ندارد. فلزات در شرایط معمولی دارای ساختار کریستالی اند.

فلزات به صورت خالص به ندرت به کار می روند واغلب از آلیاژهای آنها در صنعت استفاده می شود.(1)

بیومتریالهای فلزی در کاربردهای ارتوپدی

Metallic Biomaterials In Orthopaedic Application

اولین فلز به کاررفته دربدن انسان فولاد و انادیم دارشرمن بود که برای ساخت صفحه‏ها و پیچ‏های شکسته بندی استخوان به کار رفت. و سپس فولاد ضد زنگ L316 و آلیاژهای کبالت- کروم به کاررفتند زیرا مقاومت خوب خوردگی و عمر خستگی مناسب و همچنین سختی، سفتی و استحکام مورد قبول داشت. فلزات نباید دارای خاصیت سمی بودن و متاسیون زائی یا سرطان زایی در داخل بدن باشند.

آلیاژهای حافظه دار

Shape Memory Alloys

حافظه داری یعنی نگاه داشتن یکسری اطلاعات و بازگو کردن این اطلاعات در مواقع ضروری، که این اطلاعات همیشه محفوظ است و از بین نخواهد رفت.

منظور از حافظه داری فلز این است که فلز یک حالتی را حفظ می کند و این حالت را همیشه درخود نگهداری کرده و به همراه دارد و اگر در اثر نیرویی تغییر شکل یابد با دیدن حرارت، دوباره به حالت اولیه باز می گردد، که حرارت رکن اساسی است.

اثر حافظه داری در سال 1938 توسط آلدن گرنینجر و گ. موردیان در دانشگاه های هاروارد و MIT مشاهده شده و آنها ثابت کردند که با تغییر درجه حرارت، فاز مارتنزیتی در نمونه برنجی، شکل گرفته و یا ناپدید می شود.

فلزات آهن –پلاتین، آهن – نیکل، نیکل- آلومینیوم و فولاد ضد زنگ و نیکل – تیتانیم دارای این اثر هستند.

دانش هوانبردی، مکانیک، الکترونیک، مهندسی پزشکی و مهندسی بیولوژیکی از جمله علوم در ارتباط با این آلیاژها می باشند.

آلیاژهای حافظه دار به صورت یک طرفه Oneway و دو طرفه (Two Way) ساخته می شوند. در ارتوپدی از فلزات یک طرفه استفاده می شود زیرا برگشت پذیری احتیاج نیست. به عنوان مثال اگر آلیاژی با طول L0 موجود باشد و با کاهش درجه حرارت، طول آن به L رسانده شود. با افزایش درجه حرارت آلیاژ به شکل و اندازه اولیه خود (L0) می گردد. حال اگر با کاهش مجدد درجه حرارت، طول آن تغییر نکند، آن آلیاژ یک طرفه و اگر به مقدار L برگردد، آلیاژی دو طرفه خواهد بود.

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 :