پژوهش بررسی فورچ آلیاژهای آلومینوم

پژوهش بررسی فورچ آلیاژهای آلومینوم در 30 صفحه ورد قابل ویرایش 

(بخش اول)

مقدمه :

با توجه به اینكه تا به حال مقاله‌ای در مورد فورج فلزات غیر آهنی به چاپ نرسیده است سعی گردیده تا با ترجمه متن فوق كمكی به صنعت كشور در زمینه فورج آلومینیم بشود. این سلسله مقالات شامل قستمهای مختلفی از جمله فورج پذیری آلومینیم، تجهیزات فورج آلومینیوم، تكنولوژی طراحی قالب و آلیاژهای مختلف آلومینیوم می‌باشد. در نخستین بخش در مورد روشهای مختلف شكل دادن آلیاژهای آلومینیوم بحث خواهد شد.

آلیاژهای آلومینیوم در انواع و اشكال مختلف و در طیف وسیعی برای كاربردهای مختلف می‌توانند فورج شوند. فورج آلیاژ آلومینیوم، مخصوصاً در فورج Close-die ، شكل نهایی قطعه فورج تولید شده را صافتر و شفافتر از فورج گرم آلیاژ فولاد می گرداند. آلیاژ آلومینیوم بازتاب های مختلفی در حرارتهای زیاد در خلال فورج از خود نشان می‌دهد. صنعتگرانی كه به آلومینیم دسترسی دارند، می توانند از آلیاژهای آلومینیم به جای فولاد اسفتاده كنند چون این دو در خیلی از موارد قابل مقایسه با یكدیگر می‌باشند. برای شكل دادن قطعات آلیاژ آلومینیم، فشار مورد نیاز در فورج می‌تواند مختلف باشد كه بستگی به تركیبات شیمیایی آلیاژ، مراحل فورج به كار رفته، نرخ تغییر قطعه در فورج، نوع قطعه فورج، شرایط روانكاری و حرارت قالب دارد.

نمودار 1 تنشهای جاری در فورج آلیاژهای آلومینیم در 350 تا 270 را مقایسه می‌كند و نرخ تغییرات از 4 تا 10  در فولاد 1025 را با نرخ تغییرات حرارت در آلیاژهای دیگر مشخص می‌كند. تنشهای جاری سبب پایین بودن فشار مورد نیاز برای فورج هستند، اگر چه، فشار حقیقی قطعه فورج معمولاً بیشتر است زیرا مراحل دیگر فاكتورهایی را به چارچوب بالا اضافه می كنند. برای بعضی از آلیاژها آلومینیوم از ضعیف تا متوسط مانند 1100 و 6061، تنشهای مخصوصاً‌ آلیاژهای سری xxx7 مانند 7075، 7010، 7049،7050 ، تنشهای جاری و در نتیجه فشار فورج در مقایسه با فولاد بیشتر است. بالاخره، آلیاژهای دیگر آلومینیوم، مانند 2219 ، تنشهای جاری كاملاً مشابهت با فولاد دارد.

نمودار1- تنشهای جریان فورج آلیاژهای آلومینیوم و فولاد 1025 در درجه حرارت نمونه فورج و درجات مختلف كرنش كلی

ضمناً باید متذكر شویم كه در مقایسه آلیاژ‌های مورد توجه آلومینیم با فولاد، فورج آلیاژهای آلومینیم مشكلتر می باشد. تركیبات شیمیایی و خواص مكانیكی آلیاژهای آلومینیوم رابه جلد دوم از چاپ نهم METALS HANDBOOK ارجاع می دهیم.

فورج پذیری Forgeability 

در مقایسه آلیاژهای نیكل، كبالت و تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیم توانایی فورج قابل توجهی دارند، مخصوصاً در مراحل تكنولوژی فورج كه قالبها  یا كمتر، باید گرم شوند.

تغییرات دمای فورج بكار برده شده برای آلیاژها توانایی تغییر شكل هر كدام را تغییر می‌دهد. همچنین مطلب قابل توجه در این قسمت این است كه تغییر شكلی كه در آن ترك ایجاد نگردد مشكل است. آلیاژهای آلومینیم مانند 1100 و 3003 توانایی فورج را با توجه به موارد بالا دارند، اگر چه این آلیاژها كاربرد محدودی در فورج به خاطر نداشتن مقاومت كافی در حرارت دارند.

نمودار 2- فورج پذیری و درجه حرارت فورج آلیاژهای مختلف آلومینیوم

تأثیر حرارت: توانایی فورج كلیه آلیاژهای آلومینیوم با افزایش دما زیاد می‌شود. برای مثال آلیاژ حاوی سیلیكون (4032) بیشترین تاثیر را نشان می‌دهد، در حالیكه آلیاژهای حاوی Cu,Mg,Zn.Al سری XXX7 تاثیر كمی را نشان می‌دهند. نمودار 3 اثر حرارت را بر حسب تنشهای جاری با نرخ تغییر 10 برای آلیاژ 6061 نشان می دهد كه توانایی فورج خوبی در آلیاژهای آلومینیم دارد. نزدیك به 5% افزایش در تنشهای جاری بین بیشترین دما (480 یا 900 بیشترین دمای پیشنهادی برای 6061) و ( 370 و  700 كمترین دمای پیشنهادی برای 6061) می‌باشد. برای موارد دیگر مثل آلیاژهای xxx2 و xxx7 مشكلات بیشتری در فورج وجود دارد، چون تغییرات دما در فلز كم است. (تغییرات تنشهای جاری با دما بیشتر است). 15 نوع آلیاژ  آلومینیم كه شبیه به هم فورج می شوند، تغییرات دمای پیشنهادی آنها در جدول 1 لیست شده است. تمام این آلیاژها معمولاً‌ با یك فشار فورج می‌شوند، اگر چه بعضی از آلیاژها معمولاً بایك فشار فورج می‌شوند، اگر چه بعضی از آلیاژها احتیاج به قدرت بیشتری دارند و با عملیات فورج بیشتری نسبت به بقیه دارند، تغییرات دمای فورج برای بیشتر آلیاژها معمولاً كوچك است ( به طور معمول كمتر از 55 یا 100) و برای هیچ آلیاژی بیشتر از 85 (155) نیست. بدست آوردن خواص مورد نظر در فورج آلومینیم یك موفقیت چشمگیر در مراحل فورج می‌باشند. دمای قالب و نرخ تغییر شكل كلید به دست آوردن حرارت فورج واقعی می باشد.

فورج آلیاژهای آلومینیوم

(قسمت دوم )‌

تجهیزات فورج

قطعات آلومینیومی با تجهیزات مخصوص به خود فورج می‌شوند كه پتكها، پرسها و ماشینهای مخصوص فورج می‌باشد. انتخاب تجهیزات فورج بستگی به شكل و نوع قطعه فورج دارد.

Hammers: Hammer با قدرت ضربه‌ای خوب هم در فورج آلیاژ آلومینیوم open-die و هم close-die استفاده می شود ونسبتاً هزینه كمتری نسبت به تجهیزات متشابه دارد، اگر چه قدرت مورد نیاز برای فورج آلومینیوم معمولاً بیشتر از فولاد است. Hammer ها قطعه را با سرعت زیادی تغییر شكل می‌دهند، بنابراین كنترل كورس پرس، نیرو و سرعت در فورج آلیاژ آلومینیوم مفید است، چون حساسیت آنها نسبت به نرخ كشش بستگی به مراحل تغییر شكل سریع دارد. اگر زاویه طرح به كار رفته در قالب در حدود 5 تا 7 درجه باشد می‌توان از Hammer در close-die استفاده كرد. Hammer ها معمولاً برای عملیات مقدماتی در فورج استفاده می‌شوند.

Mechnaical and screw presses: پرسهای مكانیكی و پیچی در همه جا برای فورج close- die آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. این نوع پرس مناسبترین دستگاه برای فورج آلیاژ آلومینیوم با سایزهای متوسط، حجم زیادی می‌باشد.

پرسهای مكانیكی و پیچی با تركیب عمل ضربه و فشار برای آلیاژهای آلومینیوم خاصیت جریان یافتن آنرا بهتر از Hammer می‌كند. پرسهای پیچی با پرسهای مكانیكی در كنترل نرخ فشار اختلاف دارند كه می‌تواند در تغییر شكل زیاد آلیاژهای آلومینیوم استفاده شود. حالت پیشرفته تری كه در این نوع پرسها می توان استفاده كرد، سیستمهای كنترل پرس می باشد.

دوربری، شكل دهی و اصلاح

دوربری مرحله ای از كار می‎باشد كه برای بدست آوردن شكل نهایی استفاده می‎شود. پرت تولید شده در بیشتر مراحل فورج آلومینیوم بوسیله دوربری سرد یا گرم ماشینكاری برداشته می‎شود. روشهای ذكر شده بستگی به شكل، نوع و حجم قطعه تولید شده دارد. قالبهای دوربری سرد یا گرم معمولاً برای دوربری قطعات بزرگ، مخصوصاً برای قطعاتی كه پیچیدگی متوسطی دارند استفاده می‎شود. انتخاب دوربری سرد یا گرم بستگی زیادی به پیچیدگی قطعه و هزینه آن دارد. پرسهای به كار رفته در دوربری، مكانیكی یا هیدرولیكی می باشند. قالبهای دوربری معمولاً از فولادهای با جنس 6G یا 6F₂ با سختی در حدود 444 HB تا 477 HB ساخته می‎شوند. فولاد این قالبها دارای هزینه پایینی می باشند، چون آنها اغلب از قطعات شكسته یا فرسوده قالبهای فورج ساخته می‎شوند. لبه ها و اطراف قالب با درجه D₁ یا D₂ با سختی بین 58 HRC تا 60 HRC برای دوربری آلیاژ آلومینیوم استفاده می‎شود. دوربری گرم آلیاژ آلومینیوم معمولاً بلافاصله بعد از فورج انجام می‎گیرد.

شكل دادن Forming : برای بدست آوردن شكل بعضی از قطعات آلومینیومی باید تركیبی از فورج و تغییر شكل داغ، گرم یا سرد انجام داد. شكل دادن معمولاً با پرسهای مكانیكی یا هیدرولیكی یا تجهیزات مخصوص در حین عملیات فورج انجام می‎شود.

اصلاح Repair : یك حالت میانی در فورج آلومینیوم می‎باشد. معمولاً لازم است كه سطوح قطعات از ناپیوستگیهایی كه در فورج بوجود می‎آید اصلاح شود. بنابراین ناپیوستگیها نباید در فورج نهایی تأثیر بگذارد. نیاز به اصلاح معمولاً بستگی به پیچیدگی قطعه و قالبهای ساخته شده برای قطعه دارد. اصلاح آلیاژهای آلومینیوم معمولاً با سوهان دستی،‌ سنگ، ماشینكاری و غیره … انجام می‎شود.