فورج آلیاژهای آلومینیوم

موضوع : فورج آلیاژهای آلومینیوم

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده ی پرینت می باشد

فورج آلياژهاي آلومينيوم
(بخش اول)
مقدمه :
با توجه به اينكه تا به حال مقاله‌اي در مورد فورج فلزات غير آهني به چاپ نرسيده است سعي گرديده تا با ترجمه متن فوق كمكي به صنعت كشور در زمينه فورج آلومينيم بشود. اين سلسله مقالات شامل قستمهاي مختلفي از جمله فورج پذيري آلومينيم، تجهيزات فورج آلومينيوم، تكنولوژي طراحي قالب و آلياژهاي مختلف آلومينيوم مي‌باشد. در نخستين بخش در مورد روشهاي مختلف شكل دادن آلياژهاي آلومينيوم بحث خواهد شد.
آلياژهاي آلومينيوم در انواع و اشكال مختلف و در طيف وسيعي براي كاربردهاي مختلف مي‌توانند فورج شوند. فورج آلياژ آلومينيوم، مخصوصاً در فورج Close-die ، شكل نهايي قطعه فورج توليد شده را صافتر و شفافتر از فورج گرم آلياژ فولاد مي گرداند. آلياژ آلومينيوم بازتاب هاي مختلفي در حرارتهاي زياد در خلال فورج از خود نشان مي‌دهد. صنعتگراني كه به آلومينيم دسترسي دارند، مي توانند از آلياژهاي آلومينيم به جاي فولاد اسفتاده كنند چون اين دو در خيلي از موارد قابل مقايسه با يكديگر مي‌باشند. براي شكل دادن قطعات آلياژ آلومينيم، فشار مورد نياز در فورج مي‌تواند مختلف باشد كه بستگي به تركيبات شيميايي آلياژ، مراحل فورج به كار رفته، نرخ تغيير قطعه در فورج، نوع قطعه فورج، شرايط روانكاري و حرارت قالب دارد.
نمودار 1 تنشهاي جاري در فورج آلياژهاي آلومينيم در  350 تا  270 را مقايسه مي‌كند و نرخ تغييرات از 4 تا 10   در فولاد 1025 را با نرخ تغييرات حرارت در آلياژهاي ديگر مشخص مي‌كند. تنشهاي جاري سبب پايين بودن فشار مورد نياز براي فورج هستند، اگر چه، فشار حقيقي قطعه فورج معمولاً بيشتر است زيرا مراحل ديگر فاكتورهايي را به چارچوب بالا اضافه مي كنند. براي بعضي از آلياژها آلومينيوم از ضعيف تا متوسط مانند 1100 و 6061، تنشهاي مخصوصاً‌ آلياژهاي سري xxx7 مانند 7075، 7010، 7049،7050 ، تنشهاي جاري و در نتيجه فشار فورج در مقايسه با فولاد بيشتر است. بالاخره، آلياژهاي ديگر آلومينيوم، مانند 2219 ، تنشهاي جاري كاملاً مشابهت با فولاد دارد.

نمودار1- تنشهاي جريان فورج آلياژهاي آلومينيوم و فولاد 1025 در درجه حرارت نمونه فورج و درجات مختلف كرنش كلي
 
ضمناً بايد متذكر شويم كه در مقايسه آلياژ‌هاي مورد توجه آلومينيم با فولاد، فورج آلياژهاي آلومينيم مشكلتر مي باشد. تركيبات شيميايي و خواص مكانيكي آلياژهاي آلومينيوم رابه جلد دوم از چاپ نهم METALS HANDBOOK ارجاع مي دهيم.
فورج پذيري Forgeability
در مقايسه آلياژهاي نيكل، كبالت و تيتانيوم، آلياژهاي آلومينيم توانايي فورج قابل توجهي دارند، مخصوصاً در مراحل تكنولوژي فورج كه قالبها   يا كمتر، بايد گرم شوند.
تغييرات دماي فورج بكار برده شده براي آلياژها توانايي تغيير شكل هر كدام را تغيير مي‌دهد. همچنين مطلب قابل توجه در اين قسمت اين است كه تغيير شكلي كه در آن ترك ايجاد نگردد مشكل است. آلياژهاي آلومينيم مانند 1100 و 3003 توانايي فورج را با توجه به موارد بالا دارند، اگر چه اين آلياژها كاربرد محدودي در فورج به خاطر نداشتن مقاومت كافي در حرارت دارند.

نمودار 2- فورج پذيري و درجه حرارت فورج آلياژهاي مختلف آلومينيوم
 
تأثير حرارت:
 توانايي فورج كليه آلياژهاي آلومينيوم با افزايش دما زياد مي‌شود. براي مثال آلياژ حاوي سيليكون (4032) بيشترين تاثير را نشان مي‌دهد، در حاليكه آلياژهاي حاوي Cu,Mg,Zn.Al سري XXX7 تاثير كمي را نشان مي‌دهند. نمودار 3 اثر حرارت را بر حسب تنشهاي جاري با نرخ تغيير  10 براي آلياژ 6061 نشان مي دهد كه توانايي فورج خوبي در آلياژهاي آلومينيم دارد. نزديك به 5% افزايش در تنشهاي جاري بين بيشترين دما ( 480 يا  900 بيشترين دماي پيشنهادي براي 6061) و (  370 و   700 كمترين دماي پيشنهادي براي 6061) مي‌باشد. براي موارد ديگر مثل آلياژهاي xxx2 و xxx7 مشكلات بيشتري در فورج وجود دارد، چون تغييرات دما در فلز كم است. (تغييرات تنشهاي جاري با دما بيشتر است). 15 نوع آلياژ  آلومينيم كه شبيه به هم فورج مي شوند، تغييرات دماي پيشنهادي آنها در جدول 1 ليست شده است. تمام اين آلياژها معمولاً‌ با يك فشار فورج مي‌شوند، اگر چه بعضي از آلياژها معمولاً بايك فشار فورج مي‌شوند، اگر چه بعضي از آلياژها احتياج به قدرت بيشتري دارند و با عمليات فورج بيشتري نسبت به بقيه دارند، تغييرات دماي فورج براي بيشتر آلياژها معمولاً كوچك است ( به طور معمول كمتر از  55 يا  100) و براي هيچ آلياژي بيشتر از  85 ( 155) نيست. بدست آوردن خواص مورد نظر در فورج آلومينيم يك موفقيت چشمگير در مراحل فورج مي‌باشند. دماي قالب و نرخ تغيير شكل كليد به دست آوردن حرارت فورج واقعي مي باشد.
 
جدول 1- درجه حرارتهاي پيشنهادي براي فورج آلومينيوم

تاثير نرخ تغيير شكل :
 آلياژهاي آلومينيم با وسايل متعدد قابل فورج هستند. نرخ فشار يا تغيير شكل وارد آمده اختلاف قابل توجهي در تغيير شكل فلز به وجود مي آورد، مانند تغييرات خيلي تند (مثل بزرگتر از  10 با دستگاههايي مانند Hammer، پرسهاي ضربه‌ايي و پرسهاي با نرخ انرژي زياد) نسبت به تغييرات كم (مانند كوچكتر از  1/0 براي دستگاههايي مانند پرس هيدروليك بنابراين تغيير شكل يا نرخ فشار عناصر بحراني در قطعات فورج داده شده است. نمودار 4 تاثير دو نرخ فشار  10 و   1/0 را براي تنشهاي دو آلياژ آلومينيوم 6061 و 4014 در  570 نشان مي‌دهد. اين مسئله واضح است كه بالا بردن نرخ فشار تنش را در آلياژ آلومينيم افزايش مي‌دهد و اين افزايش تنش مشكلاتي را در فورج آلياژهاي آلومينيم مخصوصاً سريهاي xxx2 و xxx7 افزايش
مي دهد.  براي آلياژ 6061 توانايي فورج خيلي بيشتر است، و افزايش تنش معادل 70% افزايش نرخ فشار مي‌باشد، و براي آلياژ 2014 بالا بردن نرخ فشار دقيقاً دو برابر تنش مي باشد. اگر چه در آلياژهاي آلومينيم معمولاً توجهي به حساسيت نرخ فشار مانند تيتانيوم ،نيكل و كبالت نمي شود.
تاثير دماي قالب :
 برخلاف مراحل فورج براي كربن و آلياژ فولادها، قالبهاي مورد استفاده در مراحل فورج آلومينيوم به منظور تسهيل در مراحل فورج، گرم مي‌شوند. بنابراين حرارت قالب مسئله بحراني ديگري در توانايي فورج است و مراحل فورج را بهينه مي‌كند. جدول 2 خلاصه‌ايي از تغييرات دماي قالب مورد استفاده براي چندين مرحله فورج آلومينيوم نشان مي‌دهد . بهينه كردن مراحل بستگي به بيشترين حرارت قالب، دستگاههاي مورد استفاده ، آلياژي كه فورج مي‌شود، و مقاومت تغيير شكل يا طراحي قالب صحيح دارد. براي تغيير شكل آرام، مانند پرسهاي هيدروليك فورج، حرارت قالب به وسيله فلزاتي كه در موقع حرارت تغيير شكل داده مي‌شوند كنترل مي گردد، و در حقيقت فورج آلياژهاي آلومينيوم در پرسهاي هيدروليك فورج ايزوترمال مي‌باشد و قالب همان درجه حرارت فلز را پيدا مي كند. بنابراين حرارت قالب ايجاد شده در پرسهاي هيدروليك از تغيير شكل در پرسهاي مكانيكي و Hammer تجاوز مي‌كند.
روشهاي فورج Forging Mehtods
قطعات آلياژهاي آلومينيومي با تمام روشهايي كه در دسترس مي‌باشد مي توانند توليد گردند كه شامل ring rolling, mandrel forging, spin forging, orbital forging,
 roll forging, up settind , close, die, open, die و اكستروژن مي باشد. انتخاب بهترين روش فورج كه شامل يك طرح خوب و قيمت مناسب مي باشد يك اصل در قطعات فورج مي باشد. در خيلي از حالات دو يا چند روش به منظور به دست آوردن شكل قطعه مورد نظر لازم مي باشد. بعنوان مثال معمولاً در فورج open- die نيز استفاده مي‌شود.
Open-die Forginigs :
 معمولاً براي فورج قطعات كوچك آلياژ آلومينيوم استفاده مي‌گردد، چون قالب open- die پرهزينه است و توجيه نمي‌گردد. همچنين در بعضي حالات لازم است كه براي آماده سازي قطعه براي قالب open- die از قالب open- die استفاده بشود. اگر چه فورج open- die به اين منظور نيست كه محدود به قطعات كوچك يا مقدار مشخصي از توليد گردد، بلكه در بعضي ازحالات استفاده از اين روش اثر اقتصادي دارد. براي مثال براي توليد بيش از 2000 قطعه بيسكويت از فورج open- die استفاده مي‌شود، چون با همان خواصي كه در close-die مي باشد توليد مي گردد و ارزش اقتصادي بهتري نياز دارد.
فورج open- die شكلهاي متنوعي توليد مي كند و شمش گرد ساده را به مربع يا مربع مستطيل يا شكلهاي مركب ديگر تبديل مي كند. در گذشته تلرانسها قطعه فورج توليد شده بستگي به مهارت اپراتور پرس داشت، در صورتيكه با برنامه هاي كنترل كامپيوتري پرسهاي فورج open- die آلياژهاي آلومينيوم پيش فرمي براي فورج close-die مي باشد، اين كار بايستي خيلي دقيق انجام شود و اصلاح كردن اندازه ها و تلرانسها در فورج close- die ايجاد گردد تا هزينه كار كاهش بيابد. اطلاعات بيشتر از فورج open- die را رد همين فصل مشاهده مي‌كنيد.
Close-die Forgings :
بيشتر قطعات آلياژ آلومينيوم به روش Clsoe-die توليد مي‌گردند. 4 نوع قالب در فروج Close-die وجود دارد كه عبارتند از : blocker-type(‌فقط فورج نهايي)، Conventional  ( block و فورج نهايي يا فقط فورج نهايي ) – high- definition (نزديك به شكل نهايي) و Precision (شكل نهايي) . اين نوع Close-die در شكل 5 مشاهده مي‌شود.
Blocker-Type Forgings: (شكل a5) يك دست از اين قالب نسبتاً ارزان تهيه مي شود. در اندازه هاي نهايي و تلرانسها دقت كمي دارد و براي تبديل به Conventional يا high-definition احتياج به ماشين كاري بيشتري دارد. قالب فورج blokcer-type هزينه كمتري نسبت به Converntional يا high-definition دارد.
Conventional Close-die (شكل b5) ، اين نوع قالب بيشتر در قالبهاي فورج آلومينيوم متداول است. اين نوع قالب يا با blocker-type و قالب نهايي مي باشد و يا خود قالب نهايي است كه بستگي به ملاك طراحي دارد اين نوع قالب با تلرانسهاي كمتر از blocker-type مي‌باشد، اما احتياج به هزينه بيشتري براي ساخت دارد.

فهرست مطالب

فورج آلياژهاي آلومينيوم    1

مقدمه :    1

فورج پذيري Forgeability    3

تأثير حرارت:    4

تاثير نرخ تغيير شكل :    6

تاثير دماي قالب :    6

روشهاي فورج Forging Mehtods    7

Open-die Forginigs :    7

Close-die Forgings :    8

High-Definition Forgings:    9

Precision Forgings:    9

Upset Forgings:    10
Orbital (Rotary) Forgings :    11

Spin Forgings :    11

تجهيزات فورج    16

پرسهاي هيدروليكي :    17

مواد، طراحي و تكنولوژي ساخت قالب:    18

مواد قالب:    18

طراحي قالب:    21

ساخت قالب:    21

مراحل فورج آلياژ آلومينيم:    22

تجهيزات گرم كردن:    23

كنترل دما:    24

گرم كردن قالبها:    24

روغنكاري:    24

دوربري، شكل دهي و اصلاح    25

توسعه مواد در فورج آلومينيوم    27

آلياژهاي آلومينيوم ليتيوم    28

تركيبات آلياژهاي آلومينيوم    29