مس و آلیاژ های مس

مشخصات فیزیكی مس:

مس دارای ساختار FCC بوده و تغیرات آلوتروپیك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتیگراد ذوب شده و دانستیته در حدود 8.9 گرم بر سانتی متر مكعب دارد

مس دارای پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و دارای قطر اتمی 2.55 آنگسترم می باشد همچنین دارای مشخصات ریخته گری به شرح زیر می باشد:

1- دارای نقطه ذوب بالایی نسبت به آلیاژ های غیر آهنی می باشد

2- دارای سیالیت كم

3- اكسیداسیون بالا

4- آلیاژ مس دارای دامنه انجماد طولانی و انجماد خمیری می باشد به خصوص در آلیاژ های برنج كه این دامنه انجماد خیلی طولانی می شود

مواد شارژی كه برای ساخت آلیاژ های مس به كار می رود شبیه آلیاژ های آلومینیم می باشد كه شامل :1- شمش های اولیه 2-شمش های ثانویه 3-قراضه ها 4- برگشتی ها 5- هاردنر ها

قابل توجه است كه مس قابلیت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراین ساخت آلیاژ های مس همراه عنصری نظیر Ni,Si,Zn امكان پذیر می باشد .

شمش های اولیه:

اولین گزینه در مواد شارژ شمش های اولیه می باشد كه شامل شمش مس قلع سیلیسیم روی و سرب می باشد .

نكته : شمش مس به شكل ورق یا مفتول استفاده می شود كه با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا دارای ناخالصی های نظیر قلع نیكل آهن آنیتموان سرب بیسموت می باشد كه معمولا بیشترین ناخالصی در این آلیاژ آهن و نیكل می باشد

الف:شمش قلع : این شمش عموما برای ساخت برنز های قلع دار استفاده می شود كه دارای نقطه ذوب 232 درجه سانتیگراد می باشد كه وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتی متر مكعب می باشد . این عنصر دارای درجه خلوصی در حدود 99.5 تا 99.9 درصد می باشد كه دارای ناخالصی هایی نظیر مس آهن سرب آلومینیم بیسموت آنتیموان می باشد و عموما به شكل شمش های 25 كیلویی و یا مفتول استفاده می شود

ب: شمش سیلیسیم كه عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده می شود و به شكل آمیژن و هاردنر به مذاب مس اضافه می شود .

ج: شمش روی : این شمش عموما برای ساخت برنج ها استفاده می شود كه دارای وزن مخصوص 7.1 گرم بر سانتی متر مكعب می باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتی گراد می باشد

د: شمش سرب : این شمش دارای نقطه ذوب 327 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص 11.3 گرم بر سانتی متر مكعب می باشد و در صنعت به عنوان سنگین ترین عنصر شناخته می شود این عنصر عموما در برنز های سرب دار و برنج های استفاده می شود

هـ : شمش نیكل : نیكل از لحاظ خواص فیزیكی بسیار شبیه مس بوده و دارای نقطه ذوب 1453 درجه سانتیگراد و دانسیته 8.9 گرم بر سانتیمتر مكعب می باشد .

نیكل عموما در برنج های مخصوص استفاده می شود كه در اصطلاح به این برنج ها ورشو می گویند .

2- شمش های ثانویه : این شمش ها از ذوب مجدد و تصویه آلیاژ های مس به دست می آید كه از نظر كنترل تركیب شیمیایی مناسبت تر و مرغوب تر می باشد همچنین دارای عناصر آلیاژی می باشد معمولا شمش های ثانویه دارای 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روی و 2 تا 6 درصد سرب می باشد .

3- قراضه ها : كه معمولا ضایعات مس بوده كه قبل از استفاده باید پیش گرم شده و عملیات اسید شویی و چربی گیری بر روی آن ها انجام می شود

4- آمیژن ها : دلیل استفاده از آمیژن ها در آلیاژ های مس به این دلیل می باشد كه آلیاژ سازی كه علاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخیر عناصر آلیاژی و تلفات مذاب جلوگیری می كند .

انواع هاردنر ها در آلیاژ های مس:

1- آمیژن مس – سیلیسیم : جهت تولید این آلیاژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سیلیسیم را به شكل ذرات ریز به مذاب اضافه می شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن 7 تا 8 مرتبه می باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پیدا می كند تا از تلفات Si در Cu جلوگیری شود .

2- آمیژن Al-Cu : روش تهیه این نوع آمیژن به این صورت می باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه می كنند اما روش دوم ساخت آمیژن به این صورت می باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می كنند كه پس از هر بار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگیری شود

3- آمیژن سه گانه Cu,Al,Ni: برای تهیه این هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هیچ گونه مشكلی ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ایجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می كنند .

پس از آماده سازی مواد شارژ و پیش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفیه عناصر آلیاژی به مذاب اضافه می شود .

بهترین نوع كوره ها در ذوب Cu كوره های القایی می باشد اما از كوره های و روبربرگ نیز استفاده می شود

عملیات كیفی تهیه مذاب Cu:

كه شامل مرحل : 1- اكسیژن زدایی 2 هیدروژن زدایی 3 كنترل تركیب شیمیایی 4- تصفیه

1- اكسیژن زدایی : اكسیژن یكی از مهمترین عناصری كه میل تركیبی زیادی با مس و آلیاژ های مس دارد كه با افزایش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اكسیژن تولید اكسید مس دو ظرفیتی می كند .

در 1050 تا 1100 درجه اكسید 2 ظرفیتی مس تبدیل به اكسید یك ظرفیتی می شود .

اگر درجه حرارت از 1100 بیشتر شود مجددا اكسید مس تجزیه می شود به مس و اكسیژن محلول كه این اكسیژن در داخل مذاب حل شده و تولید اكسید می كند

واكنش دیگری را كه انجام می دهد با هیدروژن می باشد كه تولید رطوبت و اكسید فلزات موجود در مذاب را می كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسید های موجود نیز به شكل ناخالصی در مذاب به وجود می آید برای حذف اكسیژن و اكسید های فلزی در آلیاژ های مس از سه روش استفاده می شود:

1- استفاده از فلاكس های پوششی: این مواد مانع از ورود اكسیژن و هیدوژن به داخل مذاب Cu می شود . فلاكس های مورد استفاده معمولا تركیبات كربنی – خورده شیشه – و براكس می باشد( براكس كه تركیبات سدیم و پتاسیم كریولیت می باشد )و خورده شیشه نیز تركیبات سیلیسی بوده كه علاوه بر مانع شدن ورود اكسیژن به مذاب باعث افزایش سیالیت مذاب و سرباره گیری آسان می شود.

2- استفاده از مواد غیر محلول در مذاب جهت حذف اكسیژن:

مواد غیر محلول در سطح مذاب قرار داده كه این مواد در روی سطح شروع به انجام واكنش شیمیایی كرده و در ضمن احیاء اكسید های مذاب به عنوان مواد پوششی در سطح مذاب از اكسید شدن مذاب جلوگیری می كنند كه مهمترین آن ها عبارتند از كاربید كلسیم CaO2، پراید منیزیم Mg3O2 فلاكس های مایع نظیر اسید بوریك زغال چوب این مواد ضمن خاصیت احیایی دارای وزن مخصوص پایین می باشد و روی مذاب قرار می گیرند بعضی از واكنش هایی كه این مواد انجام می دهند شامل:

استفاده از اكسیزن زداهای محلول در مذاب:

این نوع اكسیژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واكنش می دهند معمولا احیاء كننده های قوی هستند كه عناصری مانند فسفر روی منگنز سیلیسیم لیتیم آلومینیم و در بعضی از مواد سرب شامل این دسته از اكسیژن زداها می باشد این عناصر قابلیت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابلیت احیاء كنندگی قوی اكسید مس را احیاء می كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و یا به صورت گاز از مذاب خارج می شود واكنش هایی كه این عناصر انجام می دهند شامل :

عناصر Al- لیتیم –سیلیسیم پس از پایان واكنش محصولات واكنش در آنها باقی می ماند لذا كمتر استفاده می شود و بهترین اكسیژن زدای محلول فسفر می باشد كه پس از واكنش از مذاب خارج می شود و با كاهش انحلال اكسیژن در مذاب از طرف دیگر انحلال هیدروژن افزایش پیدا می كند لذا بعد از مرحله اكسیژن زدایی باید عملیات ریخته گری بلافاصله انجام شود .

هیدروژن زدایی :

این عنصر ماننداكسیژن از اتمسفر محیط و یا رطوبت موجود در مواد شارژ و محیط قالب وارد مواد شارژ می شود اگر داخل مذاب میزان اكسیژن بالا باشد باعث كاهش حلالیت هیدروژن می شود .

هیدروژن در مرحله انجماد تبدیل به مولكول هیدروژن مولكولی در داخل حفرات انقباضی قرار گرفته و مانع از تغذیه حفرات انقباضی توسط مذاب می شود در نتیجه حفرات انقباضی تشدید می شوند.

نكته : حفرات گازی هستند كه در مقطع برشی آن حفرات به صورت گرد و منظم می باشد اما حفرات انقباضی حفراتی می باشند كه در مقطع شكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزنی شكلی نیز در دور آن تشكیل شده است

بخار آب موجود به سه شكل در قطعات تولیدی اثر می گذ ارد 1- مقدار بخار آب تولیدی كمتر از حد بحرانی باشد در این شرایط اگر درجه حرارت ذوب و یا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نیز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محیط را پیدا می كند 2- مقدار بخار آب تولیدی حدود حد بحرانی باشد در این شرایط در اثر افزایش دما و كاهش چگالی بخار آب و افزایش حجم بخار و همچنین افزایش فشار بخار سرعت خروج بخار از محیط قالب برابر با سرعت تولید گاز توسط مذاب است در این شرایط میزان عیوب گازی به حداقل می رسد.

3- میزان بخار آب تولیدی بیشتر از حد بحرانی باشد تشكیل بخار و عدم خروج بخار از محیط باعث افزایش مك تحلخل حفرات گازی و انقباضی در قطعه می شود .

روش های حذف هیدروژن :

استفاده از فلاكس و سرباره های اكسیدی : این نوع سرباره ها با هیدروژن موجود در مذاب واكنش داده و تشكیل بخار آب می دهد این بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هیدروژن زدایی تشكیل می شود این روش در صنعت كمتر استفاده می شود كه به دلایل زیر می با شد

1- واكنش های ایجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره می شود .

2- باعث افزایش تلفات مذاب می شود

3- ممكن است بخار آب موجود در فصل مشترك مذاب و بخار دوباره تجزیه شود و هیدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود

2- دمش گاز خنثی : با دمش گاز خنثی مثل نیتروژن و آرگون می توان هیدروژن موجود در مذاب را به شكل فیزیكی و مكانیكی به سطح مذاب هدایت كرد علاوه بر گاز های هیدروژن و اكسیژن كه ممكن است در مذاب وجود داشته باشد دی اكسید كربن CO2 و دی اكسید گوگرد SO2 نیز در مذاب وجود دارد كه منشا این عناصر محصولات حاصل از احتراق می باشد CO2 می تواند با مذاب واكنش داده و تشكیل سولفید مس دهد:

فرمول:

كه سولفید مس می تواند به صورت ناخالصی در حفرات باقی بماند .

كنترل تركیب شیمیایی :

مواد شارژ حین تهیه مذاب دارای تلفات می باشد این نوع تلفات باعث بر هم خوردن تركیب شیمیایی مذاب می شود

منشاء تلفات عناصر آلیاژی در مذاب :

تلفات مذاب و عناصر آلیاژی در سرباره : به علت قابلیت چسبندگی مذاب و عناصر آلیاژی با سرباره مقداری از مذاب و عناصر آلیاژی همراه با سرباره خارج میشود

تمایل تركیب عناصر آلیاژی با اكسیژن : درجه حرارت بالای مذاب كه باعث تصعید و تبخیر عناصر آلیاژی می شود

تلاطم مذاب : باعث افزایش سطح تماس مذاب و سرباره می شود كه این امر باعث افزایش تلفات مذاب و عناصر آلیاژی می شود

روش ذوب : اگر در روش ذوب تقدم و تاخر اضافه كردن عناصر آلیاژی در نظر گرفته نشود باعث افزایش تلفات مذاب و عناصر آلیاژی می شود

تصفیه مذاب : در حین فرآیند اكسیژن زدایی و گاز زدایی یكسری ناخالصی های غیر فلزی از جداره پاتیل كوره و سرباره وارد مذاب شده و در مذاب باقی می ماند لذا مذاب قبل از ریخته گری نیاز به عملیات تصفیه دارد .

دانشنامه مهندسی ایران

www.smsm.ir

مطالب تصادفی:

آشنایی با رشته روانشناسی - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
آشنایی با رشته هوانوردی – خلبانی - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
عوامل موثر بر انتخاب رشته در کنکور چیست؟ - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
پیشنهادات و توصیه‌های مفید برای مطالعه بهتر - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
روانشناسی كنكور - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
تثبیت حافظه و خواب شبانه - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
تمركز، عدم تمركز - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
جدیدترین آگهی های استخدام - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
آشنایی با رشته فیزیک - دوشنبه هجدهم بهمن 1389
بررسی رفتار الیاف و تاثیر آن در كنترل ترك هاى بتن - شنبه شانزدهم بهمن 1389
سیستم های هیدرولیكی گیربكس - TRANSMISSON HYSRAULIC SYSTEMS - شنبه شانزدهم بهمن 1389
آشنایی با نیروگاه رامین اهواز - شنبه شانزدهم بهمن 1389
GPS چیست؟ - شنبه شانزدهم بهمن 1389
دریافت نرم افزار AccuRev v3.8 Enterprise - شنبه شانزدهم بهمن 1389

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در پنجشنبه ۱۲ اسفند ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |