יציקת מתכות לא ברזליות

מתכות ברזליות נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית ההנדסה בגלל עליונותן, מגוון התכונות המכניות והעלויות הנמוכות שלהן.ובכל זאת, מתכות לא ברזליות משמשות גם ביישומים שונים בשל תכונותיהן הספציפיות בהשוואה לסגסוגות ברזליות למרות העלות הגבוהה בדרך כלל.ניתן להשיג תכונות מכניות רצויות בסגסוגות אלו על ידי התקשות עבודה, התקשות גיל וכו', אך לא באמצעות תהליכי טיפול בחום רגילים המשמשים לסגסוגות ברזליות.חלק מהחומרים הלא-ברזליים העיקריים המעניינים הם אלומיניום, נחושת, אבץ ומגנזיום

1. אלומיניום

מכל הסגסוגות הלא ברזליות, האלומיניום וסגסוגותיו הם החשובים ביותר בגלל תכונותיהם המצוינות.חלק מהמאפיינים של אלומיניום טהור שעבורו הוא משמש בתעשיית ההנדסה הם:

• 1) מוליכות תרמית מעולה (0.53 cal/cm/C)
• 2) מוליכות חשמלית מעולה (376 600/אוהם/ס"מ)
• 3) צפיפות מסה נמוכה (2.7 גרם/ס"מ)
• 4) נקודת התכה נמוכה (658C)
• 5) עמידות בפני קורוזיה מעולה
• 6) זה לא רעיל.
• 7) יש לו אחת מהרפלקטיביות הגבוהות ביותר (85 עד 95%) ופליטות נמוכה מאוד (4 עד 5%)
• 8) הוא מאוד רך וגמיש וכתוצאה מכך יש לו תכונות ייצור טובות מאוד.

חלק מהיישומים שבהם נעשה שימוש בדרך כלל באלומיניום טהור הם מוליכים חשמליים, חומרי סנפיר רדיאטורים, יחידות מיזוג אוויר, מחזירי אור אופטיים וחומרי אריזה.

למרות היישומים השימושיים לעיל, אלומיניום טהור אינו נמצא בשימוש נרחב בגלל הבעיות הבאות:

• 1) יש לו חוזק מתיחה נמוך (65 MPa) וקשיות (20 BHN)
• 2. קשה מאוד לרתך או הלחמה.

ניתן לשפר באופן משמעותי את התכונות המכניות של האלומיניום על ידי סגסוגת.יסודות הסגסוג העיקריים המשמשים הם נחושת, מנגן, סיליקון, ניקל ואבץ.

אלומיניום ונחושת יוצרים את התרכובת הכימית CuAl2.מעל טמפרטורה של 548 C הוא מתמוסס לחלוטין באלומיניום נוזלי.כאשר זה מרוווה ומתיישן באופן מלאכותי (החזקה ממושכת ב-100 - 150C), מתקבלת סגסוגת מוקשה.ל-CuAl2, שאינו מיושן, אין זמן לנשור מהתמיסה המוצקה של אלומיניום ונחושת ולכן נמצא במצב לא יציב (סופר רווי בטמפרטורת החדר).תהליך ההזדקנות מזרז חלקיקים עדינים מאוד של CuAl2, מה שגורם לחיזוק הסגסוגת.תהליך זה נקרא התקשות תמיסה.

שאר יסודות הסגסוגת המשמשים הם עד 7% מגנזיום, עד 1.5% מנגן, עד 13% סיליקון, עד 2% ניקל, עד 5% אבץ ועד 1.5% ברזל.מלבד אלה, ניתן להוסיף טיטניום, כרום וקולומביום באחוזים קטנים.ההרכב של כמה סגסוגות אלומיניום טיפוסיות המשמשות ביציקה קבועה ויציקת מות ניתן בטבלה 2. 10 עם היישומים שלהן.המאפיינים המכניים הצפויים מחומרים אלה לאחר יציקתם באמצעות תבניות קבועות או יציקת יציקת הדפסה בלחץ מוצגות בטבלה 2.1

2. נחושת

בדומה לאלומיניום, גם נחושת טהורה מוצאת שימוש נרחב בגלל התכונות הבאות שלה

• 1) המוליכות החשמלית של נחושת טהורה גבוהה (5.8 x 105 /ohm/cm) בצורתה הטהורה ביותר.כל טומאה קטנה מורידה את המוליכות בצורה דרסטית.לדוגמה, 0.1% זרחן מפחית את המוליכות ב-40%.
• 2) יש לו מוליכות תרמית גבוהה מאוד (0.92 cal/cm/C)
• 3) זוהי מתכת כבדה (משקל סגולי 8.93)
• 4) ניתן לחבר אותו בקלות על ידי הלחמה
• 5) זה מתנגד לקורוזיה,
• 6) יש לו צבע נעים.

נחושת טהורה משמשת לייצור חוטי חשמל, פסי אוטובוס, כבלי תמסורת, צנרת וצנרת למקרר.

התכונות המכניות של נחושת במצבה הטהור ביותר אינן טובות במיוחד.הוא רך וחלש יחסית.זה יכול להיות סגסוגת רווחית כדי לשפר את התכונות המכניות.יסודות הסגסוג העיקריים המשמשים הם אבץ, פח, עופרת וזרחן.

סגסוגות הנחושת והאבץ נקראות פליז.עם תכולת אבץ של עד 39%, נחושת יוצרת מבנה חד פאזי (α-פאזי).לסגסוגות כאלה יש גמישות גבוהה.צבע הסגסוגת נשאר אדום עד לתכולת אבץ של 20%, אך מעבר לכך הוא הופך לצהוב.מרכיב מבני שני בשם β-phase מופיע בין 39 ל-46% מהאבץ.למעשה, התרכובת הבין-מתכתית CuZn היא האחראית לקשיות המוגברת.חוזק הפליז גדל עוד יותר כאשר מוסיפים כמויות קטנות של מנגן וניקל.

סגסוגות הנחושת עם הפח נקראות ברונזה.הקשיות והחוזק של הברונזה עולים עם קמט בתכולת הפח.גם הגמישות מצטמצמת עם העלייה באחוז הפח מעל 5. כאשר מוסיפים גם אלומיניום (4 עד 11%), הסגסוגת המתקבלת נקראת ברונזה אלומיניום, בעלת עמידות בפני קורוזיה גבוהה בהרבה.ברונזה יקרים יחסית לפליז בגלל נוכחותו של פח שהוא מתכת יקרה.

3. מתכות אחרות שאינן ברזליות

אָבָץ

אבץ משמש בעיקר בהנדסה בגלל טמפרטורת ההיתוך הנמוכה שלו (419.4 מעלות צלזיוס) ועמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה, שעולה עם טוהר האבץ.העמידות בפני קורוזיה נגרמת על ידי היווצרות של ציפוי תחמוצת מגן על פני השטח.היישומים העיקריים של אבץ הם בגלוון כדי להגן על פלדה מפני קורוזיה, בתעשיית הדפוס וליציקה.

החסרונות של אבץ הם האניזוטרופיה החזקה המופיעה בתנאים מעוותים, חוסר יציבות מימדית בתנאי הזדקנות, הפחתה בחוזק הפגיעה בטמפרטורות נמוכות יותר והרגישות לקורוזיה בין-גרגירית.לא ניתן להשתמש בו לשירות מעל טמפרטורה של 95.C מכיוון שהוא יגרום להפחתה משמעותית בחוזק המתיחה והקשיות.

השימוש הנרחב שלו ביציקות גס נובע מכך שהוא דורש לחץ נמוך יותר, מה שגורם לחיי תבנית גבוהים יותר בהשוואה לסגסוגות אחרות ליציקת גזר.יתר על כן, יש לו יכולת עיבוד טובה מאוד.הגימור המתקבל על ידי יציקת אבץ הוא לעתים קרובות מספיק כדי להצדיק כל עיבוד נוסף, למעט הסרת הבזק הקיים במישור הפרידה.

מגנזיום

בגלל משקלם הקל וחוזק מכני טוב, נעשה שימוש בסגסוגות מגנזיום במהירויות גבוהות מאוד.עבור אותה קשיחות, סגסוגות מגנזיום דורשות רק 37. 2% ממשקל פלדת C25 ובכך חוסכים במשקל.שני יסודות הסגסוג העיקריים המשמשים הם אלומיניום ואבץ.סגסוגות מגנזיום יכולות להיות יציקת חול, יציקת תבנית קבועה או יציקה.המאפיינים של רכיבי סגסוגת מגנזיום יצוק חול דומות לאלו של רכיבי יציקת התבנית הקבועה או הרכיבים היצוקים.לסגסוגות היציקה יש בדרך כלל תכולת נחושת גבוהה כדי לאפשר להן להיעשות מהמתכות המשניות כדי להפחית עלויות.הם משמשים לייצור גלגלי רכב, מקרים ארכובה וכו'. ככל שהתכולה גבוהה יותר, כך החוזק המכני של סגסוגות מחושלות מגנזיום, כגון רכיבים מגולגלים ומחושלים, גבוה יותר.ניתן לרתך בקלות סגסוגות מגנזיום ברוב תהליכי הריתוך המסורתיים.תכונה שימושית מאוד של סגסוגות מגנזיום היא יכולת העיבוד הגבוהה שלהן.הם דורשים רק כ-15% מהספק לעיבוד שבבי בהשוואה לפלדה דלת פחמן.