تاریخچه آلومینیم وشرح کامل آلیاژ Al-Cu :

در بیشتر فرآیندهاى استخراجى الکتریسیته نقش بسزایى دارد، مانند: فرآیند هال- هرول قرن 19 که گام مؤثرى در استفاده از نیروى برق براى تولید فلز مى باشد. در انگلستان همفرى دیوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج این فلز(آلومینیم) از ترکیبات آن کوشید ولى تنها آلیاژى از آلومنیوم، آهن به دست آورد. کوششهاى بعدى او در این مورد نیز نتیجه اى نبخشید. دیوى عنصرى راکه سعى مى کرد از اکسیدآلومینیم (که درآن زمان هم آلومینا" نامیده مى شد) به دست آورد آلومینیمAluminium) )(آلومینیم) نامید،و بعد ها آلومینیم Aluminum آلومینم نامید، که این نام اخیر هنوز در آمریکا مصطلح است، ولى در کشورهاى انگلیسى زبان و در اروپا آلومینیم را به کار مى برند. در سال 1825 فیزیکدان دانمارکى هانس کریستین اورستد روش دیگرى براى استخراج را آزمایش کرد، حبه هاى کوچکى از فلز را که احتمالأ حاوى آلومینیم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را باید راهگشاى واقعى دستیابى به آلومینیوم محسوب کرد. فریدریش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به کارگیرى آن در تحقیقات بیشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومینیوم را به صورت ورقه هاى نازک تولید کند. در همان سال او خواص شیمیایى این فلز را براى اولین بار گزارش کرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادیر کمى آلومینیم را به صورت ذرات سوزنى شکل تولید کن که براى اولین بار از آنها براى تعیین خواص فیزیکى این فلز استفاده کرد. هانرى سن کلردوویل فرانسوى بر اساس نتایجى که وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بیشترى شد و روش دیگرى که از نظر فنى براى استخراج آلومینیوم عملى بود به دست آورد. اولین قطعه آلومینیم تولید شده به این روش، خلوصى بین 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمایشگاه بین المللى پاریس به نمایش گذاشته شد.

تاریخچه آلومینیم وشرح کامل آلیاژ Al-Cu :
در بیشتر فرآیندهاى استخراجى الکتریسیته نقش بسزایى دارد، مانند: فرآیند هال- هرول قرن 19 که گام مؤثرى در استفاده از نیروى برق براى تولید فلز مى باشد. در انگلستان همفرى دیوى طى سالهاى 1808- 1813 براى استخراج این فلز(آلومینیم) از ترکیبات آن کوشید ولى تنها آلیاژى از آلومنیوم، آهن به دست آورد. کوششهاى بعدى او در این مورد نیز نتیجه اى نبخشید. دیوى عنصرى راکه سعى مى کرد از اکسیدآلومینیم (که درآن زمان هم آلومینا" نامیده مى شد) به دست آورد آلومینیمAluminium) )(آلومینیم) نامید،و بعد ها آلومینیم Aluminum آلومینم نامید، که این نام اخیر هنوز در آمریکا مصطلح است، ولى در کشورهاى انگلیسى زبان و در اروپا آلومینیم را به کار مى برند. در سال 1825 فیزیکدان دانمارکى هانس کریستین اورستد روش دیگرى براى استخراج را آزمایش کرد، حبه هاى کوچکى از فلز را که احتمالأ حاوى آلومینیم ناخالص بود به دست آورد. اورستد را باید راهگشاى واقعى دستیابى به آلومینیوم محسوب کرد. فریدریش وهلر آلمانى با الهام از روش اورستد و به کارگیرى آن در تحقیقات بیشتر موفق شد تا به سال 1837 آلومینیوم را به صورت ورقه هاى نازک تولید کند. در همان سال او خواص شیمیایى این فلز را براى اولین بار گزارش کرد.وهلر به سال 1835و پس از اصلاح روش خود توانست مقادیر کمى آلومینیم را به صورت ذرات سوزنى شکل تولید کن که براى اولین بار از آنها براى تعیین خواص فیزیکى این فلز استفاده کرد. هانرى سن کلردوویل فرانسوى بر اساس نتایجى که وهلر به دست آورده بود موفق به حذف موانع بیشترى شد و روش دیگرى که از نظر فنى براى استخراج آلومینیوم عملى بود به دست آورد. اولین قطعه آلومینیم تولید شده به این روش، خلوصى بین 96 تا 97 درصد داشت و در سال 1855 در نمایشگاه بین المللى پاریس به نمایش گذاشته شد. در آن زمان
هنوز آلومینیم را به عنوان فلزى کمیاب، بسیار گران مى شناختند که نمى توانستند قیمتى براى آن تعیین کنند چون هنوز فقط چند کیلوگرم از آن را در دست داشتند. گفته مى شود که در قصر ناپلئون سوم فقط براى او، ملکه، میهمانان ویژه، اعضاى خاندان سلطنتى از ظروف آلومینیمى استفاده مى شد و براى سایر میهمانان از ظروف طلا استفاده مى کردند. در سال 1886 پل. هرولت فرانسوى، چارلز مارتین هال آمریکایى همزمان، مستقل از هم توانستند از طریق تجزیه الکترولیتى اکسید آلومینیم حل شده در مذاب کریولیت این فلز را تولید کنند. در آن زمان، تهیه انرژى الکتریکى لازم براى الکترولیز دیگر مشکلى نبود، زیرا در سال 1866 ورنرفون زیمنس آلمانى
دینام
ژنراتور را اختراع کرده بود. امروزه در کلیه فرآیندهاى تولید آلومینیم در سراسر دنیا همچنان بر اساس اصول کلى کشف شده توسط هرولت و هال عمل مى شود و بنابراین مى توان گفت سال1886، سال آغاز تولید صنعتى آلومینیم است. در آن زمان، قبل از این که بتوان عمل استخراج فلز را در مقیاس بزرگ آغاز کرد یک مشکل دیگر به وضوح به چشم مى خورد و آن تولید ماده اولیه یعنى اکسید آلومینیم از سنگ معدن بوکسیت در مقیاس زیاد بود. بایر اتریشى در سال1893 با حل کردن بوکسیت در سود سوزآور براى تهیه اکسید از بوکسیت فرآیندى مقرون به صرفه به دست آورد. امروزه اغلب کارخانجات تهیه اکسیدآلومینیم، اکسید
لازم براى الکترولیز را بر اساس فرآیند بایر تهیه مى کنند
-خواص آلومینیم
آلومینم دارای خواص بسیار گسترده ای است که مهمترین آن ها به قرار زیر است ؟آلومینیم سبک است به طور یکه یک متر مربع از ورق آلومینمی به ضخامت یک 7/2 کیلو گرم وزن دارد وزن چنین وزن ورقی اگر از فولاد باشد 8/7 کیلوگرم و اگر از مس یاشد 9/8 کیلوگرم است در عین حال از 2/7 کیلو گرم می توان یک متر مربع ورق آلومینمی به ضخامت یک میلیمتر تولید کرد اما برای تولید 34/0 متر مربع ورق فولاد به 7/2 کیلو گرم فولاد و برای تهیه 30/0 متر مربع ورق مس به 7/2 کیلو گرم مس نیاز داریم سیک بودن آلومینیم سیی می شود با وجود بالا تر بودن قیمت یک کلیو گرم آن در مقایسه با آن فولاد و سایر فلزات سنگین رقیب مناسبی در مقابل آنها محسوب شود یکی دیگر از خواص بسیار گسترده آلومینیم محکم بودن آن است برخی از آلیاژهای آلومینمی استحکامی قابل مقایسه با استحکام فولاد های ساختمانی غیر آلیاژی دارند آلومینم هم مانند تمام فلزات دیگر هر چه خالصتر باشد استحکام کمتری دارد استحکام این فلز به روش های مختلف می توان تا 540 یا بیشتر افزایش داد آلومینیم در مقابل خوردگی اتمسفری و در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است آلومینمی را به آسانی می توان شکل داد وروی آن کار کدر می توان این فلز را نورد کرد چکش کاری کرد ، فشار کاری ( اکستروژن ) کرد چین داد شیار دار کرد لبه داد حک کرد هم کرد برش داد کشش عمیق داد و برید همچنین می توان آلومینیم را اره کرد مته زد تراش داد سنگ زد پرداخت و حتی به ضخامت 004/0 میلی متر نورد کرد ریخته گری آلومینم همراه سیلیسیم منیزیم مس به عنوان عناصر آلیاژِ در قالبهای ماسه ای فلزی وتحت فشار (تزریقی ) آسان است آلومینم را می توان از طریق کلید روش های معمولی جوشکاری و لحیم کاری چسب زدن یا پرچکاری به هم اتصال داد آلومینم از نظر حرارتی و هدایت الکتریکی هادی بسیار خوبی است
-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):
این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود.
نکته : آمیژن در این بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم .

-مشخصات فیزیکی مس:

مس دارای ساختار FCC بوده و تغیرات آلوتروپیک در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتیگراد ذوب شده و دانستیته در حدود 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب دارد
مس دارای پارامتر شبکه 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 کم
3- اکسیداسیون بالا
4- آلیاژ مس دارای دامنه انجماد طولانی و انجماد خمیری می باشد به خصوص در آلیاژ های برنج که این دامنه انجماد خیلی طولانی می شود
مواد شارژی که برای ساخت آلیاژ های مس به کار می رود شبیه آلیاژ های آلومینیم می باشد که شامل :1- شمش های اولیه 2-شمش های ثانویه 3-قراضه ها 4- برگشتی ها 5- هاردنر ها
قابل توجه است که مس قابلیت انحلال اکثر عناصر را دارد بنابراین ساخت آلیاژ های مس همراه عنصری نظیر Ni,Si,Zn امکان پذیر می باشد .





-آمیژن Al-Cu ::
روش تهیه این نوع آمیژن به این صورت می باشد که در صورت وجود دو کوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شکل بارکه مذاب به Al اضافه می کنند اما روش دوم ساخت آمیژن به این صورت می باشد که مس را ذوب کرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند که پس از هر بار اضافه کردن Al درجه حرارت را کاهش داده تا از تلفات Alجلوگیری شود
3- آمیژن سه گانه Cu,Al,Ni: برای تهیه این هاردنر به علت آنکه اضافه کردن Niبه مس هیچ گونه مشکلی ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ایجاد کرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه می کنند .
پس از آماده سازی مواد شارژ و پیش گرم کردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفیه عناصر آلیاژی به مذاب اضافه می شود .
بهترین نوع کوره ها در ذوب Cu کوره های القایی می باشد اما از کوره های و روبربرگ نیز استفاده می شود
-مشخصات کلی آلومینیوم و آلیاژهای آن:
خصوصیات انواع مختلف آلیاژهای ریختگی آلومینیوم، براساس عنصر آلیاژی اصلی طبقه‌بندی می‌شوند. به عنوان مثال: Al-Mg-Al و غیره. هر کدام از آلیاژها بوسیله‌ی ترکیب شیمیایی اصلی آنها مشخص می‌گردند.
اگرچه آلیاژهای ریختگی در دسترس، بسیار متفاوت می‌باشند، تعداد آلیاژهایی که در حجم زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار اندک هستند. انتخاب آلیاژها برای قطعات ریختگی که بوسیله‌ی فرآیندهای مختلف ریخته‌گری تولید می‌شوند، در وحله‌ی اول به ترکیب آلیاژ که به نوبه‌ی خود کنترل کننده‌ی مشخصات آلیاژ، از قبیل دامنه‌ی انجماد، سیالیت و غیره می‌باشد، قطعات ریخته‌گری شده در ماسه کمترین محدودیت را در رابطه با انتخاب آلیاژ ایجاد کرده و به طور معمول در موردآلیاژها بکار می‌رود.
در مورد آلیاژهای مورد استفاده در ریخته‌گری تحت فشار مسأله‌ی اصلی دماگداز پایین آلیاژ می‌باشد که باعث افزایش سرعت تولید و کاهش سائیدگی قالب می‌گردد.
گروههای مختلف آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان برحسب ترتیب کاهش قابلیت ریخته‌گری بصورت ××7، ××4، ××5، ××2 و ××7 طبقه‌بندی نمود. مقاومت به خوردگی این آلیاژها نیز تابع ترکیب شیمیایی بوده و آلیاژهای عاری از مس معمولاً مقاومت برخوردگی بیشتری نسبت به آلیاژهای حاوی مس دارند. آلیاژهای سری ××8 که عنصر آلیاژی آن قلع می‌باشد، برای یاتاقان‌ها استفاده می‌شوند.



-آلیاژ آلومینیم مس : Al-Cu

-مشخصات کلی آلیاژ Al-Cu:
AlCuکه با حروف اختصاری C مشخص می شود مثل : C4A
آلیاژهایی که عنصر اصلی آلیاژی آنها مس می‌باشد، اگرچه امروزه بسیار ی از آنها متروک شده‌اند، ولی جزء اولین آلیاژهای ریختگی آلومینیوم هستند که بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اغلب آلیاژهایی که اکنون کاربرد دارند، علاوه بر مس، حاوی عناصر دیگر آلیاژی نیز هستند. این گروه از آلیاژهای ریخته‌گری، آلومینیوم در معرض بعضی از مسائل ریخته‌گری از قبیل ترک گرم و مشکلات تغذیه‌گذاری قرار دارند. این آلیاژها از قابلیت عملیات حرارتی رسوب سختی بالایی برخوردار هستند.
آلیاژهایی با ترکیب شیمیایی مختلف در این گروه که خواص مطلوب در دماهای بالا را تأمین می‌کند، تولید می‌گردند. هر کدام از آنها آلیاژهای این گروه از طریق تلفیق مکانیزم رسوب سختی و سخت‌گردانی انتشاری بوسیله‌ی ترکیبات بین فلزی، مستحکم شده و سختی و استحکام آنها تا دمای C ‎ْ250پایدار می‌ماند. اخیراً آلیاژ Al-Cu- Ag- Mg که قابلیت رسوب سختی بالایی را دارا است، تولید گردیده است.

-آلیاژ آلومینیوم- مس(Al-Cu):

در سیستم Al-Cu محلول جامد نهایی غنی از Al با ترکیب بین فلزی A با فرمول CuAl2 در تعادل است و گرچه مقداری هم حلالیت در جامد وجود دارد. افزودن منیزیم به این سیستم، امکان تشکیل ترکیبات بین فلزی دیگر را فراهم می‌کند یا آلیاژی موردنظر از نوع پر آلومینیوم است.
بنابراین فازهای در تعادل با در نظر است. برای رسوب سخت‌کردن این آلیاژ اولین مرحله در عملیات گرمایی متعادل کردن آلیاژ در منطقه آلیاژ است. یعنی عملیات گرمایی محلولی روی آلیاژ برای همگن کردن ساختار آلیاژ باید آنرا به صورت کافی (در حدود چند ساعت 5-4) در دمای 500 تا 570 درجه گرما داده و ساختار ریختگی و حل کردن ذرات فاز دوم ممکن است تا 100 ساعت زمان لازم داشته باشد. پس از انجام عملیات گرمایی محلول آلیاژ، باید با آهنگ کافی برای جلوگیری از رسوب‌گذاری تا 20 درجه سرد شود.
1- این آلیاژ در درجه حرارت 548 درجه سانتیگراد ( یوتکتیک ) دارای حد حلالیتی برابر 5.7 % می باشد که در درجه حرارت محیط به 0.5% کاهش پیدا می کند . حد حلالیت بالای آن برابر 94.3% آلومینیم که در درجه حرارت محیط به 99.5 % آلومینیم افزایش می یابد . این آلیاژ دارای قابلیت پیر سازی بوده و بر اثر پیر سازی این آلیاژ فاز تتا (Cu-Al2O3) باعث می شود که نمودار این آلیاژ به نمودار نوع سوم تغییر یابد و با توجه به این که فاز تتا فازی سخت و شکننده می باشد باعث افزایش استحکام قطعه می شود .
اغلب آلیاژ های آلومینیم-مس کمتر از 10 درصد مس دارند و عموما آلیاژ های صنعتی آن دارای 5 الی 2 درصد مس می باشند مرغوبترین گروه این آلیاژ ها آلیاژ دورالومین می باشد . که دارای 3.4 تا 4.5 درصد مس و 1 تا 1.5 درصد منیزیم و 0.6 درصد نیز سیلیسیم می باشد این آلیاژ قابلیت انجام عملیات پیر سازی را داشته و برای انجام این عملیات ابتدا نیاز به محلول سازی در درجه حرارت 420 درجه سانتی گراد به مدت 8 ساعت دارد . و پس از انجام عملیات باید به سرعت در آب سرد شود که مدت زمان کوئینچ بین 3 تا 4 ثانیه می باشد . که بعد از سرد کردن این آلیاژ ،آلیاژ محلول سازی شده ی آن به دست می آید که پس از آن عملیات پیر سازی در درجه حرارت 180 درجه سانتی گراد به مدت 5 ساعت انجام می شود که معمولا در کوره و یا هوا به صورت آهسته سرد می شود . نکته قابل توجه در این عملیات این می باشد که اگر مدت عملیات پیر سازی از 5 ساعت بیشتر شود به آن فرآیند فرا پیر سازی اطلاق می شود که این امر باعث کاهش سختی قطعه می شود
نکته : معمولا فرآیند پیر سازی برای آن گروه از آلیاژ های آلومینیم مس که بیشتر از 2% مس دارند انجام می شود .
-ریخته گری آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu:
مس به دلیل نقطه ذوب بالا نسبت به آلومینیم (1083) درجه به صورت خالص به آلیاژ آلومینیم اضافه نمی شود . و عمدتا از امیژن های 50-50 یا آمیژن های 33-67 آلومینیم – مس استفاده می شود .
برای ساخت آمیژن ها ابتدا مس را ذوب کرده و به حداقل فوق ذوب آن می رساند سپس قطعات آلومینیم را به دفعات 4 تا 5 مرتبه به مذاب مس اضافه می کنند جهت اضافه کردن آمیژن به مذاب آلومینیم پس از محاسبه مقدار آمیژن مصرفی فوق ذوب الومینیم را تا 30 درجه افزایش داده سپس آمیژن را به نسبت مورد نیاز به مذاب اضافه می کنیم باید توجه داشت که کلیه عملیات کیفی مذاب بعد از افزایش مس انجام می شود و فقط فلاکس های پوششی می توان قبل از افزایش آمیژن مس همراه با مواد شارژ به بوته اضافه کرد.

-شرایط ریخته گری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu:

این آلیاژ در دارای خواص مکانیکی بالایی می باشد عمدتا در قالب های ماسه ای و ریخته گری قابلیت ریخته گری داشته و عموما قابلیت ریخته گری تحت فشار را ندارد که این امر به علت سرعت انجماد بالا در ریخته گری تحت فشار می باشد اما بعد از عملیات ریخته گری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد که در درجه حرارت 530 درجه سانتی گراد خواص این آلیاژ افزایش می یابد
شرایط ریخته گری این آلیاژ
1- تمیز بودن مواد شارژ نسبت به اکسید ها و مواد اکسیدی
2- عدم استفاده بیش از 50 درصد از مواد قراضه در شارژ
3- جلوگیری از تماس محصولات احتراق با شارژ
4- درجه حرارت مذاب کمتر از 750 درجه سانتیگراد
5- استفاده از مواد دگازور و فلاکس های پوششی
6- جلوگیری از تماس مستقیم ابزار ها و ادوات آهنی با مذاب
روش های قالب گیری آلیاژ های آلومینیم و آلومینیم مس Al-Cu :
آلیاژ آلومینیم به دو روش موقت و دائم قالب گیری و ریخته گری می شود .
1- روش موقت : که شامل روش ماسه ای تر – ماسه ای خشک –CO2 و پوسته ای می شود .
الف: ماسه ای خشک چسب مورد استفاده در این روش خاک رس می باشد که به علت دیرگدازی پایین آلومینیم در ریخته گری این آلیاژ استفاده می شود در این مخلوط رطوبت ماسه کمتر از 5 درصد بوده و در معدود مواردی نیز از بنتونیت به عنوان چسب در مخلوط ماسه استفاده می کنند همچنین با استفاده از مواد سلولزی (آرد و حبوبات و خاک اره ) می توان نفوذ پذیری ماسه را افزایش داد که این امر به علت قابلیت جذب گاز آلومینیم از اهمیت بیشتری برخوردار است .
ب: روش پوسته ای دراین روش مخلوط مورد نظر را با رزین های حرارتی مخلوط می کنند سپس این ذرات در یک مدل فلزی قرار گرفته ودر معرض حرارت قرار می گیرند .در اثر حرارت مخلوط خودگیر و سفت می شود . و دور تا دور مدل فلزی فرم پوسته قرار می گیرد . سپس فرم پوسته ای را در داخل محفظه قالب گذاشته و با استفاده از ماسه پشت بند آن را ثابت می کنند و عملیات ریخته گری را انجام می دهند .
2- روش دائم : که شامل روش های تزریق و رژه می شود
الف:تزریق : این روش که خود به دو روش تزریق کم فشار و تزریق پرفشار (دایکست ) تقسیم می شود .
نکته : معمولا برای ریخته گری آلومینیم از ماشین های محفظه سرد استفاده می شود


-ویژگی های آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس Al-Cu در ریخته گری :

برای طراحی سیستم راهگاهی باید ابتدا ویژگی های ریخته گری آلومینیم را بدانیم که
-این ویژگی ها را می توان به شش دسته تقسیم بندی کرد . :
آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu تمایل به اکسیداسیون شدید دارند
آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu به تلاطم شدید و انحلال گاز شدید دارند .
آلومینیم و آلومینیم مس al-cu خاصیت شدید جذب گاز هیدروژن دارند
این آلیاژ دارای دامنه انجماد طولانی بوده بخصوص در آلیاژ های آلومینیم مس که دامنه انجماد طولانی تری دارند و همچنین آلیاژ های آلومینیم سیلیسیم که کمترین دامنه انجماد را دارند .
5- آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض حجمی زیادی می باشند
6- آلومینیم و آلیاژ های آلومینیم مس al-cu دارای انقباض پراکنده و هدایت حرارتی بالایی می باشند
به دلیل ویژگی های فوق سیستم های راهگاهی مورد استفاده در آلیاژ های آلومینیم مس al-cu غیر فشاری منظور می شوند و مهمترین نسبت های سیستم های راهگاهی دراین آلیاژ 1:2:2 و 1:4:4 و 1:6:6 استفاده می شود نکته قابل توجه در این اعداد این می باشد که اولین عدد از سمت چپ نسبت راهگاه باریز دومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های اصلی و سومین عدد از سمت چپ نسبت مجموع کانال های فرعی می باشد که هر چه دامنه انجماد بالاتر باشد اعداد سمت راست نیز بیشتر می شوند .

1- محاسبات شارژ Al-Cu:
:Al-Cuبرای تولید این آلیاژابتدا 2600 گرم آلومینیم خالص را وزن کرده،سپس ان را شارژ بوته کردیم و داخل کوره قرار دادیم.


Al-Cu2%:
برای تهیه آلیاژ 2درصد دما را تا 900درجه سانتیگراد رسانده و تحت فلاکس کاورال سیم مسی وزن شده را (53.06گرم) در چند نوبت به مذاب اضافه و به هم زدیم.
محاسبات:

AL CU
98 2 X=5200/98=53.06gr
2600 X
Al-Cu4%:
در تهیه این آلیاژ باید از آمیژان الومینیم مس استفاده کرد.که برای تولید ابتدا مقدار آمیژان مورد نیاز را محاسبه کرده و سپس در چند نوبت به مذاب اضافه کرده و به هم میزنیم.
محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده از الیاژ2درصد مس و 50 گرم سیم مسی.
پس کل ذوب برابر است با: ←← گرم 2590=90-2650
میزان هاردنر مورد نیاز:
AL CU
→X=5180/48=108gr 100 2
2590+X X/2

Al-Cu6%:
برای تهیه این آلیاژ هم میزان هاردنر را باید محاسبه و طی چند نوبت به مذاب الومینیم مس 4درصد اضافه کرد.


محاسبات:
90گرم نمونه برداشته شده بنابراین کل مذاب برابر است با:
2500=90-2590
بنابراین میزان هاردنر برابر است با:
از فرمول بالا: AL CU
100 2 →X=69.5
2500+X X/2

Al-Cu8%:
محاسبات:
140گرم میزان نمونه ریخته شده از آلیاژ6درصد مس بنابراین کل مذاب ما برابر است با: gr 2460=140-2500
و میزان هاردنر مورد نیاز مانند بالا:

AL CU
100 2 X=4920/48=102.5gr
2460+X X/2


Al-Cu12%:
110گرم میزان نمونه ریخته شده از الیاژ 8 درصد مس بنابراین میزان کل ذوب برابر است با: 2350=110-2460
و مقدار هاردنر مورد نیاز برابر است با:

AL CU
100 4 X=9400/46=204gr
2350+X X/2

آزمایش تعیین سختی Al-Cu به روش برینل:
وسای مورد نیاز:
2- 1-دستگاه سختی سنج برنیل؛
3- 2-نمونه؛
4- 3-میکروسکوپ میکرومتردار؛
در روش برنیل یک ساچمه از کاربید تنگستن یا فولاد به قطر(D) روی جسم با نیروی (P) به مدت ثابتی(10 ثانیه برای آلیاژهای آهنی و 30 تا 60 ثانیه برای آلیاژهای غیرآهنی) توسط ماشین مربوط فشار ایجاد می‌کند. از تقسیم نیروی وارد بر سطح ایجاد شده(سطح عرقچین کروی) عدد سختی در این روش بدست می‌آید. سختی برنیل را به اختصار با B.H.N نمایش می‌دهند. مقدار این سختی از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:
که در آن ‍P عبارت است از نیروی وارد بر ساچمه(بار) و A سطح عرقچین کروی ایجاد شده روی فلز یا آلیاژ مورد آزمایش است.

آلیاژ/ سختی 1 2 3 میانگین
Al-Cu -- -- -- ----
Al-Cu2% 46 46 47 46
Al-Cu4% 49 48 46 48
Al-Cu6% 61 61 61 61

آلیاژ/ سختی 1 2 3 میانگین
Al-Cu18% 64 67 66 65.5
Al-Cu12% 76 76 76 76

-متالوگرافی:
بررسی و مطالعه ساختار درونی فلزات و آلیاژها به منظور پی‌بردن به نحوه‌ی انجماد، ریزی و درشتی دانه‌ها، فازها و ساختارها و تشخیص حفره‌های انقباض و گازی و ترک‌ها در سطح قطعات می‌باشد.

مطالعه‌ی قطعات به دو صورت می‌باشد:
5- 1-مطالعه ماکروسکوپی.
6- 2-مطالعه‌ی میکروسکوپی

-محلول‌های پولیش:
اکسید Al(Al2 O3) برای فلزات آهنی؛
اکسید Mg(Mgo) برای فلزات غیرآهنی؛
اچ کردن:
این عمل باعث ایجاد یک خوردگی ضعیف توسط اسیدهای آلی- غیرآلی که با الکل معمولاً ترکیب شده‌اند به وجود می‌آید که به مدت 10 الی 15 ثانیه انجام می‌گیرد.

محلول‌های اچ برای آلومینیوم و آلیاژهای آن:
اسید نیتریک = % 20
اسید کلریدریک = 20%
اسید فلوریدریک = 10
آب = 50%

آماده سازی نمونه:
ابتدا نمونه موردنظر را بریده و سپس سوهان می‌زنیم تا سطح آن صاف شود و بعد از آن بوسیله سمباده که از 240 تا 2000 شماره‌گذاری شده آنرا سمباده‌ می‌زنیم تا سطح آن کاملاً صاف و صیقلی شود.

پولیش کردن:
حساسترین و مهمترین مراحل آماده‌سازی برای آزمایش متالوگرافی، پولیش کردن است. عمل پولیش کردن توسط دستگاه پولیش که دارای یک صفحه‌ی صاف و گرد می‌باشد و توسط الکترو موتور چرخه‌ی آن انجام می‌شود، روی صفحه‌ی گردان آن پارچه‌ی ماهوت کشیده شده است. عمل پولیش با مواد ساینده که اکسید منیزیم برای آلومینیوم است. استفاده می‌کنیم. تعداد دور صفحه‌ی دوار معمولاً بین 300 تا 500 دور بر دقیقه است. در هنگام پولیش کردن حتماً آب باید از بالا به مقدار مناسب به وسط صفحه‌ی پولیش ریخته شود تا براده‌های ایجاد شده را با خود ببرد. فشار قطعه برروی صفحه‌ی پولیش باید مناسب باشد. اگر فشار زیاد باشد، صفحه‌ی پولیش باعث خط انداختن روی قطعه می‌گردد.



عملیات رسوب سختی al-cu:
رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu توضیح داده میشود. قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(0.25 % در دمای 250 C به حداکثر 5.65 % در 548 C دمای یوتکیتیک) در آلیاژهای Al-Cu که دارای 0.2-5.6 % مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی solvus مس کاملا حل می شودو اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود.و در دماهای کمتر از solvus حالت تعادلی از دو فاز تشکیل می شود.محلول جامد α و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al2Cu) . اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای solvus کاملا بصورت محلول جامد است تا مای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.

عملیات حرارتی al-cu:
در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heat treatable می گویند.در برابر این آلیاژهایی وجود دارند مه که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد.برای مشخص کردن و تمییز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heat treatable می نامند.تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی و کاهش استحکام (آنیل) متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش هاس متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند
در آلیاژهای Al-Cu رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد. توالی تشکیل رسوبات بصورت زیر است :SSSS → GP zones → Ө ״ → Ө′ →Ө (Al2Cu)
دردماهای پیرسازی طبیعی (-20 .. 60 C) آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی کوهئرنتی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP می باشد.دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al2Cu تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد. در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө می توانند همزمان وجود داشته باشند.هر چه دما یا زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө ذر ریزساختار افزایش می یابد. خواص مکانیکی کاهش می یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage رخ می دهد
آندسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شودعبارتند از 7xxx,6xxx,2xxx (به غیر از 7072) و نیز آلیاژهای ریختگی 2xx.x,3xx.x و 7xx.x .برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز،منیزیم و روی نیز دارند.مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود .
در برخی از آلیاژها، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد. این آلیاژهای را گاها رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد فلذا بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند

رسوبسختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای 115-190 C و بمدت 5- 48 ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب بهین است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است
عملیات حرارتی که برای افزایش استحکام بکار میرود(در آلیاژهای الومینیوم) از سه مرحله بنیادی زیر تشکیل می شو د
عملیات حرارتی انحلالی: انحلال فازهای قابل حل
کوئنچ: گسترش محلول فوق اشباع پیرسازی: رسوب اتمهای حل شده در دمای اتاق(پیرسازی طبیعی)یا در دماهای بالاپیرسازی مصنوعی یا همان رسوب سخت)

  گرد آورنده هادی جاویدان
 منبع اطلاعاتی متالورژی