همگن کردن آلیاژ آلومینیوم ( هموژنایزینگ )

قبل از تبديل شمش های DC به پروفیل و محصولات اکسترودی، لازم است اين شمش ها را در دمای بالا همگن‌كرد تا میزان جدايش را كاهش‌داد و میزان يوتكتيک های غير متعادل نقطه ذوب پايين را كه امکان دارد باعث ترک‌خوردن شمش و بیلت در حین عمليات های بعدی شود را کاهش می دهد. در اين روش زمان همگن كردن در هر دمای معين، نسبت معكوس با مجذور فاصله شاخه های دندريتی در شمش دارد.

عمل هموژنایزینگ خصوصاً در مورد انواع آلياژهای پر استحكام بسیار پر اهمیت است. زيرا اين پروسه به عنوان عملیات رسوب گذاری و توزيع کردن مجدد تركيبات محسوب می شود.

اين فلزات واسطه در عملیات سردشدن سریع شمش ريختگی DC ممكن است در بیلت یا شمش آلومينيوم به صورت فوق اشباع در آيند كه در آن صورت لازم است به صورت تركيبات ريزی كه يكنواخت توزيع‌شده‌اند در آيند تا ساختار دانه ای را كنترل نمایند.

همچنین در تحقیقات مشخص شده‌است كه اين ذرات ممكن است از طريق تاثير بر روی عكس العمل آلياژ به عمليات پيركردن و نيز تاثير بر روی ريزساختار نابجایی های تشكيل‌شده در خلال تغييرشكل تاثير قابل توجهی بر انواع خواص مكانيكی بگذارد.

تنظيم دقیق انواع ذرات اشاره‌شده در بالا، انتخاب دقيق شرايط برای همگن‌كردن شمش و بیلت در آلياژهای مختلف را ايجاب می كند.

وقتی كه رسوب اين تركيبات مهم هستند پس در آن صورت هم زمان و هم دما مهم خواهد شد و روند گرمايش تا دمای همگن كردن نيز تاثير بسیار حياتی دارد. برای انجام پروسه توزيع ريز و يکنواخت اين تركيبات، نياز به روند گرم كردن آرام، مثلاً ۷۵ درجه سیلسیوس در ساعت است.

هموژن، بخش جدایی ناپذیر فرآیند تولید بسیاری از آلیاژهای آلومینیم است. این عملیات حرارتی دما بالا پس از عملیات ریخته گری انجام می شود. عملیات حرارتی هموژن مانند بسیاری از عملیات حرارتی شامل سه مرحله گرم گردن، نگه داری در دمای مورد نظر و سپس سرد کردن می باشد. پس از این عملیات، اکستروژن و در صورت لزوم اجینگ صورت می گیرد.

تجربیات و آزمایش های صنعتی نشان داده است که این عملیات مزایای فراوانی نسبت به نمونه ای که بلافاصله پس از ریخته گری اکسترود می شود، دارد و کاملا توجیه اقتصادی دارد.

این مزایا عبارتند از :

• بهبود خواص مکانیکی
• از بین رفتن یکی از رایج ترین عیوب سطحی پروفیل های آلومینیومی به نام Pickup ( پریدگی های روی سطح پروفیل )
• کاهش فشاربر دستگاه پرس
• افزایش سرعت اکستروژن

عملیات حرارتی همگن کردن

همگن کردن ( Homogenizition ) از انواع عملیات حرارتی بوده که جهت بهبود خواص مکانیکی و حذف ساختمان دندریتی، جدایش موضعی و غیریکنواختی ترکیب شیمیایی که ناشی از سرد کردن غیر تعادلی بوده و موجب موجب کاهش خواص مکانیکی مواد می شوند، انجام می شود. از این رو لازم است توسط عملیات حرارتی مناسبی، این موارد بر طرف شود.

این عملیات حرارتی، به همگن ( یکنواخت ) کردن و یا آنیل نفوذی معروف است. چون دمای انتخابی در این روش بالا می باشد، نفوذ نسبتا سریع بوده و غیر یکنواختی ساختار پس از عملیات از بین می رود. قطعات مورد نظر را در مدت زمان نسبتا طولانی که به ابعاد و ترکیب شیمیایی قطعه بستگی دارد حرارت‌داده و سپس تا دمای محیط سرد می کنند. محدوده دمایی فرایند همگن کردن فولادها در شکل زیر نشان داده شده‌است.

کاربرد عملیات حرارتی همگن کردن

اعوجاج، جدایش و عدم یکنواختی در ترکیب شیمیایی که ناشی از فرایندهای ریخته گری، جوشکاری و شکل دهی می باشد، تاثیر منفی بسیاری بر خواص مکانیکی قطعه مورد نظر دارد. عملیات حرارتی همگن کردن، با حذف این شرایط نامطلوب، خواص مکانیکی قطعه را در حد مطلوبی بهبود می بخشد.

در آلیاژهای غیر آهنی، عملیات همگن کردن در مورد محصولات نیمه تمامی که تقریبا سختی بالایی دارند به کار می رود. هدف ایجاد شکل پذیری خوب قبل از کار سرد و کار گرم شمش می باشد و در نتیجه کارپذیری آن بهبود می یابد.

همگن کردن فرایندی طولانی بوده و گاهی بین ۲۰-۴۰ ساعت تا تکمیل آن طول می کشد. آلیاژهای معمولی که این فرایند در مورد آن ها انجام می شود آلیاژهای ۲۰۱۷، ۲۰۲۴، ۲۰۱۴ و ۷۰۷۵ آلومینیوم می باشد.

اهداف هموژنایزینگ

یکی از اهداف اصلی این عملیات، بهبود قابلیت کارپذیری ( شکل پذیری ) است. ریز ساختار بیشتر آلیاژها در شرایط ریخته‌گری ناهمگن‌است که دلایل آن در ادامه اشاره‌خواهدشد. البته این مسئله در آلیاژهای گروه ۲۰۰۰ ، ۶۰۰۰ و ۷۰۰۰ که دارای رسوب در مرزدانه ها هستند ( اصطلاحاً آلیاژهای قابل عملیات حرارتی ) شدیدتر است.

انجماد در یک فلز خالص و یک آلیاژ کاملاً متفاوت است. هنگامی که ذوب یک فلز خالص را در داخل قالب ریخته گری می ریزیم، مشاهده می شود که فرآیند انجماد از دیوارها شروع می شود تا به مرکز فلز مذاب برسد. در این حالت فلز مذاب به صورت کریستال های جهت دار از دیواره ها شروع به رشد می کند.

پس از شکل گیری کریستال های اولیه در مجاورت دیواره، خود آن ها به عنوان محل جوانه زنی کریستال های بعدی عمل می کنند. با پیشروی انجماد، دیده می شود که شکل کریستال ها به صورت دراز و ستونی در می آید، به طوری که جهت کریستال ها عمود بر دیواره است.

نکته بسیار مهم : در حین انجماد دما ثابت می ماند. این درحالی است که در ذوب ریزی یک آلیاژ، کریستال ها از دیواره به صورت دندریتی یا شاخه ای رشد می کنند و در حین انجماد دما متغیر است.