صب المعادن غير الحديدية

تُستخدم المعادن الحديدية على نطاق واسع في الصناعة الهندسية بسبب تفوقها ومجموعة خواصها الميكانيكية وتكاليفها المنخفضة.ومع ذلك ، تُستخدم المعادن غير الحديدية أيضًا في تطبيقات مختلفة لخصائصها المحددة مقارنةً بالسبائك الحديدية على الرغم من تكلفتها المرتفعة عمومًا.يمكن الحصول على الخواص الميكانيكية المرغوبة في هذه السبائك عن طريق التصلب في العمل ، والتصلب بالعمر ، وما إلى ذلك ، ولكن ليس من خلال عمليات المعالجة الحرارية العادية المستخدمة في السبائك الحديدية.بعض المواد الرئيسية غير الحديدية ذات الأهمية هي الألومنيوم والنحاس والزنك والمغنيسيوم

1. الألمنيوم

من بين جميع السبائك غير الحديدية ، يعتبر الألمنيوم وسبائكه الأهم بسبب خصائصهم الممتازة.بعض خواص الألمنيوم النقي الذي يستخدم من أجله في الصناعة الهندسية هي:

• 1) الموصلية الحرارية الممتازة (0.53 كالوري / سم / س)
• 2) موصلية كهربائية ممتازة (376600 / أوم / سم)
• 3) كثافة كتلة منخفضة (2.7 جم / سم)
• 4) نقطة انصهار منخفضة (658 درجة مئوية)
• 5) مقاومة ممتازة للتآكل
• 6) إنه غير سام.
• 7) لديها واحدة من أعلى الانعكاسات (85 إلى 95٪) وانبعاثية منخفضة للغاية (4 إلى 5٪)
• 8) إنه ناعم للغاية ولطيف ونتيجة لذلك يتمتع بخصائص تصنيع جيدة جدًا.

بعض التطبيقات التي يستخدم فيها الألمنيوم النقي بشكل عام هي في الموصلات الكهربائية ومواد زعانف المشعات ووحدات تكييف الهواء والعاكسات الضوئية والضوء ومواد الرقائق ومواد التغليف.

على الرغم من التطبيقات المفيدة المذكورة أعلاه ، لا يتم استخدام الألمنيوم النقي على نطاق واسع بسبب المشاكل التالية:

• 1) لديها قوة شد منخفضة (65 ميجا باسكال) وصلابة (20 BHN)
• 2. من الصعب جدًا اللحام أو اللحام.

يمكن تحسين الخصائص الميكانيكية للألمنيوم بشكل كبير عن طريق صناعة السبائك.عناصر السبائك الرئيسية المستخدمة هي النحاس والمنغنيز والسيليكون والنيكل والزنك.

يشكل الألومنيوم والنحاس المركب الكيميائي CuAl2.فوق درجة حرارة 548 درجة مئوية ، يذوب تمامًا في الألومنيوم السائل.عندما يتم إخماد هذا وعمره بشكل مصطنع (عقد مطول عند 100-150 درجة مئوية) ، يتم الحصول على سبيكة صلبة.لا يملك CuAl2 ، الذي لم يتقدم العمر ، وقتًا للترسيب من المحلول الصلب للألمنيوم والنحاس ، وبالتالي فهو في وضع غير مستقر (مشبع جدًا في درجة حرارة الغرفة).تترسب عملية الشيخوخة جزيئات دقيقة جدًا من CuAl2 ، مما يؤدي إلى تقوية السبيكة.هذه العملية تسمى حل تصلب.

عناصر السبائك الأخرى المستخدمة تصل إلى 7٪ مغنيسيوم ، حتى 1. 5٪ منجنيز ، حتى 13٪ سيليكون ، حتى 2٪ نيكل ، حتى 5٪ زنك وما يصل إلى 1.5٪ حديد.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا إضافة التيتانيوم والكروم والكولومبيوم بنسب مئوية صغيرة.يتم إعطاء تركيبة بعض سبائك الألومنيوم النموذجية المستخدمة في التشكيل الدائم والصب بالقالب في الجدول 2. 10 مع تطبيقاتها.يوضح الجدول 2.1 الخصائص الميكانيكية المتوقعة لهذه المواد بعد صبها باستخدام قوالب دائمة أو صب الضغط

2. النحاس

على غرار الألومنيوم ، يجد النحاس النقي أيضًا تطبيقًا واسعًا بسبب خصائصه التالية

• 1) الموصلية الكهربائية للنحاس النقي عالية (5.8 × 105 / أوم / سم) في أنقى صورها.أي شائبة صغيرة تخفض الموصلية بشكل كبير.على سبيل المثال ، 0. 1٪ فوسفور يقلل الموصلية بنسبة 40٪.
• 2) موصلية حرارية عالية جدًا (0. 92 كالوري / سم / س)
• 3) هو معدن ثقيل (الوزن النوعي 8.93)
• 4) يمكن ضمها بسهولة عن طريق اللحام بالنحاس
• 5) يقاوم التآكل ،
• 6) لها لون ممتع.

يستخدم النحاس النقي في صناعة الأسلاك الكهربائية ، وقضبان التوصيل ، وكابلات النقل ، وأنابيب التبريد والأنابيب.

الخصائص الميكانيكية للنحاس في أنقى حالاته ليست جيدة جدًا.إنها ناعمة وضعيفة نسبيًا.يمكن أن يكون السبائك مربحًا لتحسين الخواص الميكانيكية.العناصر الرئيسية المستخدمة في صناعة السبائك هي الزنك والقصدير والرصاص والفوسفور.

تسمى سبائك النحاس والزنك النحاس الأصفر.مع محتوى الزنك يصل إلى 39٪ ، يشكل النحاس هيكل أحادي الطور (طور ألفا).هذه السبائك لديها ليونة عالية.يظل لون السبيكة أحمر حتى تصل نسبة الزنك فيه إلى 20٪ ، ولكن بعد ذلك يصبح لونه أصفر.يظهر المكون الهيكلي الثاني المسمى-phase بين 39 إلى 46٪ من الزنك.إنه في الواقع المركب بين المعادن CuZn المسؤول عن زيادة الصلابة.تزداد قوة النحاس عند إضافة كميات صغيرة من المنجنيز والنيكل.

تسمى سبائك النحاس مع القصدير البرونز.تزداد صلابة وقوة البرونز مع وجود تجعد في محتوى القصدير.تنخفض الليونة أيضًا مع زيادة نسبة القصدير فوق 5. عند إضافة الألومنيوم أيضًا (4 إلى 11٪) ، تسمى السبيكة الناتجة برونز الألومنيوم ، والتي تتمتع بمقاومة أعلى للتآكل بشكل ملحوظ.البرونز مكلف نسبيًا مقارنة بالنحاس الأصفر بسبب وجود القصدير وهو معدن باهظ الثمن.

3. معادن أخرى غير حديدية

الزنك

يستخدم الزنك بشكل أساسي في الهندسة بسبب درجة حرارة انصهاره المنخفضة (419.4 درجة مئوية) ومقاومته العالية للتآكل ، والتي تزيد مع نقاء الزنك.مقاومة التآكل ناتجة عن تكوين طبقة واقية من الأكسيد على السطح.التطبيقات الرئيسية للزنك هي في الجلفنة لحماية الفولاذ من التآكل ، في صناعة الطباعة وصب القوالب.

عيوب الزنك هي تباين الخواص القوي الذي يظهر في ظل ظروف مشوهة ، ونقص ثبات الأبعاد في ظل ظروف الشيخوخة ، وانخفاض قوة التأثير في درجات حرارة منخفضة وقابلية للتآكل بين الحبيبات.لا يمكن استخدامه للخدمة فوق درجة حرارة 95 درجة مئوية لأنه سيؤدي إلى انخفاض كبير في قوة الشد والصلابة.

استخدامه على نطاق واسع في مصبوبات القوالب لأنه يتطلب ضغطًا أقل ، مما يؤدي إلى عمر أطول للقالب مقارنة بسبائك الصب الأخرى.علاوة على ذلك ، لديها آلية جيدة للغاية.غالبًا ما يكون الإنهاء الذي تم الحصول عليه بواسطة مصبوب الزنك بالزنك كافياً لضمان أي معالجة إضافية ، باستثناء إزالة الفلاش الموجود في مستوى الفراق.

المغنيسيوم

نظرًا لوزنها الخفيف وقوتها الميكانيكية الجيدة ، تُستخدم سبائك المغنيسيوم بسرعات عالية جدًا.للحصول على نفس الصلابة ، تتطلب سبائك المغنيسيوم 37.2٪ فقط من وزن فولاذ C25 وبالتالي توفير الوزن.العنصران الرئيسيان المستخدمان في صناعة السبائك هما الألومنيوم والزنك.يمكن أن تكون سبائك المغنيسيوم مصبوبة بالرمل أو قالب دائم أو قالب مصبوب.خصائص مكونات سبائك المغنيسيوم المصبوب بالرمل قابلة للمقارنة مع خصائص القالب الدائم أو المكونات المصبوبة.تحتوي السبائك المصبوبة بشكل عام على نسبة عالية من النحاس للسماح بتصنيعها من المعادن الثانوية لتقليل التكاليف.يتم استخدامها لتصنيع عجلات السيارات ، وعلب الكرنك ، وما إلى ذلك. وكلما زاد المحتوى ، زادت القوة الميكانيكية للسبائك المصنوعة من المغنيسيوم مثل المكونات الملفوفة والمطروقة.يمكن لحام سبائك المغنيسيوم بسهولة بواسطة معظم عمليات اللحام التقليدية.من الخصائص المفيدة جدًا لسبائك المغنيسيوم قدرتها العالية على التشغيل الآلي.إنها تتطلب فقط حوالي 15٪ من الطاقة للمعالجة مقارنة بالفولاذ منخفض الكربون.