در این مطلب دربارهٔ «فاکتور لجن» می‌خوانید.
یک تولیدکننده قطعات ماشین لباسشویی پس از تغییر تأمین‌کننده آلیاژ ثانویه AlSi12Cu1، با سایش غیرعادی ابزارهای ماشین‌کاری روبه‌رو شد. پژوهشگران دانشگاه ژیلینای اسلواکی ریزساختار قطعات قدیم و جدید را مقایسه کردند و علت را پیدا کردند: ذرات سخت «لجن» که از ترکیب آهن، منگنز و کروم در آلیاژ بازیافتی تشکیل شده بودند.
آلیاژ AlSi12Cu1 و آلیاژهای ثانویه
AlSi12Cu1 (با کد EN AC-47000) یک آلیاژ یوتکتیک با حدود ۱۲ درصد سیلیسیم است که برای قطعات جدار نازک و مقاوم در برابر ترک گرم استفاده می‌شود. این آلیاژ اغلب به صورت ثانویه، یعنی از بازیافت قراضه، تولید می‌شود. مزیت بازیافت روشن است: صرفه‌جویی بزرگ در انرژی و مواد اولیه. اما در هر چرخه بازیافت، عناصری مانند آهن، منگنز و کروم در آلیاژ تجمع می‌کنند و اگر کنترل نشوند، مشکل‌ساز می‌شوند. تفاوت شمش اولیه و ثانویه را در این مطلب توضیح داده‌ایم.
چه چیزی مقایسه شد؟
دو سری قطعه با هم مقایسه شدند: قطعات تأمین‌کننده قبلی (CPA) و قطعات تأمین‌کننده جدید (CPB). ترکیب آن‌ها در نگاه اول شبیه بود، اما چند تفاوت کوچک اثر بزرگی گذاشت:
- آهن: ۰٫۶۲ درصد در CPA در برابر ۰٫۹۴۵ درصد در CPB (سقف استاندارد ۰٫۷ درصد است؛ یعنی CPB از حد مجاز آهن بالاتر بود).
- کروم: ۰٫۰۲۳ درصد در برابر ۰٫۰۹۵ درصد (نزدیک سقف ۰٫۱ درصد).
- نسبت آهن به منگنز: حدود ۲٫۸ در CPA و حدود ۳٫۳ در CPB.
یافته‌ها
- در قطعات CPB ذرات درشت و چندوجهی (ستاره‌ای) غنی از آهن، یعنی فاز لجن، به وفور دیده شد. این ذرات بسیار سخت و ترد هستند و مستقیماً باعث سایش سریع ابزار برش می‌شوند.
- نسبت بالاتر آهن به منگنز در CPB باعث شد علاوه بر لجن، تعداد زیادی فاز سوزنی β-Al5FeSi هم تشکیل شود؛ فازی که شکل‌پذیری و خواص مکانیکی را کاهش می‌دهد.
- در CPA با نسبت Fe/Mn پایین‌تر، فاز آهن‌دار عمدتاً به شکل «حروف چینی» بود که اثر مخرب کمتری دارد.
- فاکتور لجن (SF) محاسبه‌شده برای CPB بالاتر بود و رابطه‌ای که میان آهن و منگنز باید رعایت شود، در آن رعایت نشده بود.
فاکتور لجن به زبان ساده
فاکتور لجن تلاشی است برای جمع کردن اثر سه عنصر آهن، منگنز و کروم در یک عدد. رایج‌ترین شکل آن SF = %Fe + 2×%Mn + 3×%Cr است. هرچه SF بالاتر باشد، ذرات لجن در دمای بالاتری تشکیل می‌شوند و در کوره‌های نگه‌دارنده با دمای پایین‌تر، مثل کوره‌های دایکست، احتمال تشکیل آن‌ها بیشتر است. ضریب بزرگ کروم نشان می‌دهد که حتی چند صدم درصد کروم اضافه می‌تواند وضعیت را عوض کند.
درس این پژوهش برای خریداران شمش
این مطالعه نشان می‌دهد نام گرید به‌تنهایی تضمین کیفیت نیست. آهن CPB فقط چند دهم درصد بالاتر بود و کروم آن هنوز زیر سقف استاندارد بود، اما همین تفاوت‌ها کافی بود. دو شمش با یک نام تجاری می‌توانند در ماشین‌کاری و عمر ابزار نتیجه کاملاً متفاوتی بدهند. پیشنهادهای عملی:
- همراه هر محموله، برگه آنالیز کامل بخواهید و آهن، منگنز و کروم را جداگانه بررسی کنید.
- SF و نسبت Fe/Mn را محاسبه کنید و با محموله‌های قبلی مقایسه کنید؛ تغییر ناگهانی، هشدار است.
- هنگام تغییر تأمین‌کننده، یک سری آزمایشی ماشین‌کاری و متالوگرافی انجام دهید.
در الماس آلومینیوم، ترکیب شیمیایی هر ذوب پیش از ریخته‌گری شمش کنترل می‌شود تا ترکیب محموله‌ها یکنواخت بماند. فهرست گریدها را در صفحه محصولات ببینید.
پرسش‌های رایج
چرا لجن ابزار را می‌ساید؟
ذرات لجن ترکیبات بین‌فلزی آهن، منگنز و کروم با سختی بسیار بیشتر از زمینه آلومینیوم هستند. ابزار برش هنگام عبور از آن‌ها مثل برخورد با ذرات ساینده عمل می‌کند و لبه آن سریع‌تر کند می‌شود.
آیا آلیاژ ثانویه همیشه کیفیت پایین‌تری دارد؟
نه. آلیاژ ثانویه‌ای که قراضه آن تفکیک شده و ترکیبش دقیق کنترل شده باشد، برای بسیاری از قطعات ریختگی کاملاً مناسب است. مشکل وقتی پیش می‌آید که آهن، منگنز و کروم کنترل نشوند.
منبع
E. Tillová, M. Chalupová, L. Kuchariková, I. Švecová, J. Belan, «Sludge Phases as Cause of Higher Wear of Cutting Tools during Machining of Secondary AlSi12Cu1 Castings», Manufacturing Technology, Vol. 19, No. 5 (2019), University of Žilina.
این نوشته برداشت و خلاصه تحریریه الماس آلومینیوم از یک مقاله علمی منتشرشده است؛ برای جزئیات کامل آزمایش‌ها، جدول‌ها و تصاویر به اصل مقاله مراجعه کنید.