زاماک (روی– آلومینیوم- مس و منیزیم )

مقدمه:

پایه و اساس آلیاژ زاماک، روی می باشد .روی فلزی به رنگ سفید مایل به آبی یا نقره ای و فلزی است درشت دانه (ساختمان بلوری هگزاگونال فشرده) که نقطه ذوب آن 419 درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن برابر با 906 درجه سانتی گراد است .وزن مخصوص روی برابربا gr/ cm31/7 بوده و دارای فشار بخار بالایی است که در آلیاژ سازی مورد توجه است. که مصرف روی بعد از ALوCUدر رتبه سوم قرار دارد.

 آلیاژهای ریخته گی فلز روی به نام زاماک معروف ترین آلیاژ روی می باشدودر 3گروه زاماک 2 ،زاماک 3 ، زاماک 5 قرار گرفته که عناصر اصلی آلیاژ زاماک، روی – آلومینیوم-  مس و منیزیم و به مقدار کمی از عناصر آهن سرب و قلع می باشد که مقدار آلومینیوم در هر سه گروه زاماک در حدود 5/3 تا 5/4 درصد است و مهمترین قابلیت آلیاژهای روی حفظ ابعاد و دقت ابعادی آن می باشد که در صنایع مکانیکی و الکتریکی ، اتومبیل سازی ، اسباب بازی و پوشش ها برای جلوگیری از خوردگی (گالوانیزه ) مورد استفاده قرار می گیرد .


آلیاژهای روی به دو صورت نوردی و ریخته گری تولید می شود همان طور که در مقدمه بیان شد آلیاژ زاماک حاوی آلومینیوم ،  مس و مقدار کمی منیزیم می باشد که از نقطه ذوب ودرجه حرارت ریختگی وسیالیت ایده آلی برخوردار است.

آلیاژهای 3 گانه روی – آلومینیوم – مس دارای یوتکتیکی در 7 درصد آلومینیوم و 9/3 درصد مس می باشد که در حرارتی حدود 375 درجه سانتی گراد تشکیل می گردد قادر به حل کردن 3/1 درصد آلومینیوم و 9/2 درصد مس است که در درجه حرارت محیط میزان حلالیت دو عنصر مذکور ناچیز می باشد.

خصوصیات کلی آلیاژ روی:

  1. عملیات کار سردی (کار سختی) به روی,روی خالص انجام نمی شود علت بر اینکه درجه حرارت تبلور مجدد آن در نزدیکی دمای محیط میباشد. آلیاژهای روی را می توان با نورد- کشش- اکسترود و ریخته گری شکل داد که در این میان ریخته گری بخصوص ریخته گری تحت فشار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دردرجه حرارتهای 100 تا 150 درجه سانتیگراد قابل نورد است ولی باز در 250 درجه مجددا“ ترد    می گردد.

 

  1. روی و آلیاژهای آن به صورت پوششهای فلزی برای ورقه آجر و سطح، زنجیرها، آهن آلات، لوله ، پیچ ها و مخازن سیستم و پوشش سیم موارد استعمال وسیعی پیدا کردهاند ریختهگری فشاری روش شامل قطعات اتومبیل، لوازم خانگی، وسائل دفتر کار. آهن آلات ،قفل ها اسباببازیها و اجناس جدید هستند.

 

  1. پوششهای گالوانیزه شده یا به وسیله غوطهوری ، آبکاری الکتریکی ، آبکاری مکانیکی یا به وسیله پخش شعله مورد استفاده قرار میگیرند.

 

  1. معمولا تفاوت انواع  زاماک در میزان مس موجود در آن بوده به طوری که سایر عناصر آلیاژی ترکیبات نسبتا ثابتی دارند. مثلا مس موجود در زاماک 2, 0.1 % و در زاماک 3 75/0 % و در زاماک 5 ,25/1% مس وجود دارد و در زاماک 4 منیزیم وجود نداشته و درصد مس ,در این نوع زاماک به 3% و درصد آلومینیوم به 4% می رسد .چنانچه مقدار مس از 25/1درصد تجاوز کند باعث تشکیل فاز بین فلزی در زاماک می شود.
  2. آلیاژهای ریختگی فشاری روی قیمت کمتر و استحکام خوبی دارند. آنها را میتوان  تا حدود محدودی ریختهگری کرد، به تراشکاری کمتری نیاز دارند و مقاومت خوبی نسبت به خوردگی سطحی از خود نشان میدهند.

 

در صد عناصرآلیاژی انواع زاماک که معمولا مصرف میشوند در جدول زیر آمده است، هر گاه حدود ناخالصی از حد مجاز تجاوز کند.آلیاژهای زاماک مستعد به خوردگی بین دانهای تاب خوردگی و ترکبرداری میشوند.

 

*

زاماک 2

زاماک 3

زاماک 2

زاماک 3

زاماک 4

زاماک 5

زاماک 6

Date

1928

1930

1930

1931

1931

1932

1932

Al

4%

4%

4%

4%

4%

4%

4%

Cu

3%

----

3%

----

3%

1%

1.25%

Mg

0.1%

0.1%

0.03%

0.04%

----

0.03%

----

Zn

99.95%

باقیمانده: روی با خلوص 99.99%

Date  تاریخی که آلیاژ معرفی شده است

 

اثرات عناصر موجود درآلیاژ زاماک:

روی:

هر چه میزان روی در آلیاژ بیشتر باشد به علت این که روی دارای نقطه ذوب پایینی است، میزان استحکام بیشتر میشود همچنین مقاومت به خوردگی نیز افزایش مییابد. 

آلومینیوم :

این عنصر باعث افزایش استحکام کششی، مقاومت به خزش، استحکام به ضربه و سختی درروی می شود.در این آلیاژ حدود 5/3 تا 3/4 درصد می باشد واگر این آلیاژ بیشتر از 5 درصد آلومینیوم داشته باشد ، شکنندگی بالایی دارد.همچنین آلومینیوم سیالیت آلیاژ را افزایش می دهد و اگر مقدار آلومینیوم کمتر از 5/3 درصد باشد ، سیالیت کاهش یافته و باید مذاب در درجه حرارت های بالا ریخته گری شود . اما با این تفاسیر باید میزان آلومینیوم را به دقت کنترل کرد چون در صورتی که مقدار آن بیشتر از5/3 تا 3/4 ٪ شود استحکامهای فوق را به مقدار زیادی کاهش میدهد.

و همچنین کاهش حمله به دیوارههای قالب و وسایل فولادی ( از جنبه خوردگی) را نام برد.

مس :

در واقع دو اثر مهم مس، افزایش استحکام کششی، خزشی و سختی و همچنین افزایش مقاومت به خوردگی است. اگر چه آلیاژهایی که دارای مقدار مس باشند در نهایت به صورت ناپایدار با استحکام به ضربه پایینی هستند به همین دلیل سعی می شود مقدار مس در آلیاژهای تحت فشار روی تا 25/1 ٪ محدود شود که باعث افزایش سختی و مقاومت های کششی آلیاژ می شود. افزایش مس به تشکیل فاز Al2Cu  که فازی شکننده است می انجامد و علاوه بر آن ثبوت ابعاد قطعه ریخته گری شده را کاهش می دهد .

منیزیم :

1- سختی آلیاژرا افزایش می دهد ولی استحکام به ضربه درصد ازدیاد طول همچنین سیالیت مذاب آلیاژ را کاهش میدهد.

2- همچنین برای اکسیژن زدایی به کار گرفته می شود.این آلیاژ را در کوره های روربر و بوته ای نیزذوب نمود.

3- مقاومت به خوردگی را افزایش میدهد ولی این کار هم میتوان با مقدار کمی نیکل به دست آورد. اگر چه نیکل در آلیاژ با تشکیل ترکیب Ni2AL3 باعث افزایش سرباره در بالا و همچنین افزایش شکنندگی و سختی نقاطی در قطعه نهایی می شود.

 

اگر فوق ذوب بالا باشد و یا زمان نگه داری مذاب زیاد باشد موجب اکسیداسیون روی می شود.وآلومینیوم با ایجاد فیلم Al2O3 که غیر متخلخل است موجب متوقف شدن اکسیداسیون می شود. 

آهن:

آهن به عنوان یک ناخالصی در آلیاژهای ریختهگری تحت فشار به شمار میرود چرا که  حد حلالیت آهن در آلیاژ روی آلومینیوم پایین بوده و باعث:

1- افزایش  سرباره در بالای مذاب شده ( برای مثال ترکیب FeAl3 در قسمت بالای مذاب شناور میشود)

2- شکنندگی در آلیاژهای ریختگی افزایش مییابد.

3- مشکلات ماشینکاری در قطعه  نهایی وجود دارد. 

کادمیم و قلع:

اثرات زیان آور این عناصر بسیار مهم بوده و به گونهای نیست که در همان ابتدای امر خود را نشان دهد اصولا اثرات این عناصر در قطعه بعد از گذشت زمان مخصوصا در هوای مرطوب دیده میشود. در واقع قطعه نهایی باعث پارگی و ایجاد ترک میشود.

نیکل، کرم و منگنز:

یکی از اثرات مهم این آلیاژ در مذاب ایجاد ترکیبات  Mn2AL5 , CrAL4, Ni2AL3 است که تحت اصلی سرباره مذاب را تشکیل میدهند. در واقع این عناصر با ترکیب با آلومینیوم باعث افزایش سرباره میشوند. در مواقع طبق تحقیقات انجام شده این ترکیبات بین فلزی در بسیاری از موارد هم باعث کاهش حد حلالیت میشوند

اثر سرب ، کادمیم و قلع: اثرات زیان آور این عناصر بسیار مهم بوده است.

 

دلایل استفاده از روی:

 

1) قیمت کم قالب مصرفی روی

2) قیمت کم روی در بازارهای بین المللی

3) پائین بودن درجه حرارت ذوب و در نتیجه ریخته گری راحت روی

4) تولید قطعات بسیار دقیق و غیر قابل تغییر( بعد ریخته گری آلیاژ های روی در مقایسه با بقیه بهتر است)

5) ریخته گری دیوارهای بسیار نازک تا ضخامت 5/0میلیمتر

6) سرعت بالای ریخته گری روی(به دلیل ریخته گری تحت فشار گرم)

7)آبکاری و پوشش دهی روی

8)عمر بالای قالبهای روی(عمر قالب های مصرفی 10 برابر بیشتر از عمر قالب های الومینیوم است)

9) عدم خلل  و فرج ریز دانه

 

محدودیت های مصرف آلیاژ روی:

 

1) در درجه حرارت های کمی بالاتر از 93 درجه سانتیگراد، مقاومت کششی30% سختی 40% کاهش می یابد.  

2) در دماهای زیر صفر درجه کمی ترد می شودولی مقاومت به مشابه آلیاژهای تحت فشار آلومینیوم و منیزیم می باشد(از ترد شدن برای تمیز کردن قطعات استفاده می شود)

3) تغییر ابعادی:

3-6 h           100° or

5-12 h          85°  or

10-12 h           70°

 

خواص مکانیکی انواع زاماک     Zamak or mazak                               

 

*****************

N/mm²استحکام کششی

%(50 mm) ازدیاد طول

BHN    سختی

مرجع

روی خالص

140-160

40-60

30-40

26

زاماک 2

337.8

8

100

7

زاماک 3

283

15

83

7

زاماک 5

324

9

92

7

زاماک 3

283

9

82

4

زاماک 5

324

7

91

4

زاماک 7

283

14

74

4

ILzro 14

320

3

101

9

Za 8 ماسه

قالب دائم

تحت فشار

248-276

310-345

365-386

1-2

1-2

6-10

90-110

85-95

99-107

15

Za 12ماسه

قالب دائم

تحت فشار

275-317

310-345

392-414

1-2

1-2

4-7

82-89

85-90

99-107

15

Za 27ماسه

قالب دائم

تحت فشار

400-440

424

407-441

3-6

1

1

110-120

110-120

116-122

15

 

دیاگرام فازی آلیاژ آلومینیم-روی(زاماک)

محلول های جامد

 

ß: فازی که در Al حل شده       دارای ساختمان هگزاگونال فشرده (hcp)

 

γ:              9.8 تا 30%al            محدوده حرارتی 275 تا 442 درجه سانتیگراد           دارای ساختمان مکعبی با سطوح مرکز دار

 

άو α فاز al  هستند که روی در آنها حل شده است.

 

یوتکتیک در بین فازهای  βوγ در 5% Al  و382 درجه سانتیگراد

 

یوتکتوئیدی             22%al  و275 درجه.        γ          β+α

 

یوتکتوئیدی             30.5%al  و430 درجه.        α           α+γ

 

پریتکتیکی             28.4% Al و443 درجه سانتیگراد L         α+γ        

 

شکل1- عکس‌ متالوگرافی آلیاژ زاماک 3 در ریخته‌گری تحت فشار

ریز ساختار آلیاژ زاماک(Zamak)

 

این عکس با میزان انجماد کم گرفته شده است به طوری که در آن دندریت‌های اولیه روی که از فاز بتا غنی هستند در اطراف مناطق سفید رنگ دیده می شوند ساختار یوتکتویندی در این حالت از فاز  بتا  به علاوه فاز آلفا  تشکیل شده است. شایان ذکر است که این فاز از در درجه حرارت 275 سانتی گراد(یوتکتوییدی) تشکیل شده است.

 

فازهای موجود در این شکل به صورت زیر هستند:

B : محلول جامد  جانشینی اصلی که شامل فاز اصلی روی و مقدار کمی آلومینیوم است.

ע: محلول جامد متوسط شامل درصدر از عناصر روی و آلومینیوم

α : محلول جامد روی در آلومینیوم

 با توجه به فازهای گفته شده و درصد عناصر موجود محدوده حرارتی را مثلا برای آلیاژ زاماک 3 بررسی می‌کنیم :

 1- بین درجه حرارت 382 – 387 درجه سانتیگراد، محدوده خطی لیکوییدوس و سالیدوس به گونه‌ای است که در آنجا کریستالهای اولیه بتا به وجود آمده‌اند.

2- در درجه حرارت 382درجه سانتیگراد منطقه یوتکتیک است که در نهایت کریستالهایßوگامادر این ناحیه به وجود آمده‌اند. در زیر این درجه حرارت آلیاژ کاملا جامد است.

3- در درجه حرارت 275درجه سانتیگرادفازگاما در زیر خط یوتکتیک تبدیل به آلفاوبتا می‌شود. 

4- این مقدار در درجه حرارت پایین‌تر از این مقدار می‌آید. حد حلالیت آلومنیوم در روی β کاهش می یابد

کاهش از 1٪ از 382 درجه سانتیگراد به 05/0 ٪ در درجه حرارت اتاق می رسد این عمل در حالی اتفاق می‌افتد که در حد حلالیت روی در آلومینیم  از 32٪ به کمتر از 1٪ می رسد.

5-نسبت وزنی β به گامادر درجه حرارت یوتکتیک 382 درجه سانتیگراد در حدود 5 به 1 است.

 

6-نسبت وزنی β به آلفا در درجه حرارت اتاق در حدود 24  به 1 است.

ارتباط بین فازهای و حد حلالیت آنها در شرایطی اتفاق می افتد که نمودار فوق در حال تعادل باشد برای مثال، مثلا میزان سرعت انجماد کم و یا سرد کردن آهسته صورت گیرد. این در حالی است که طبیعت عملیات دایکاست انجماد سریع آلیاژ را می طلبد، بنابراین معمولادر عمل قطعات ریخته شده را با آب خنک کرده که این عمل از تغییر فاز و حد حلالیت در محدوده خواسته شده جلوگیری می‌کند.

این پدیده به گونه‌ای است که آلیاژی تاثیر انجماد و سرعت سرد کردن قرار گرفته و در نهایت باعث تغییر در پیرسازی (ایجینگ) می‌شود.

آلیاژهای آلومینیوم روی همانطور که در نمودار فازی مربوطه مشاهده شد، در اثر کاهش درجه حرارت، تغییر می کنند. در ریخته‌گری تحت فشار نسبت به ریخته گری تبریدی، از قسمتهای انتقالی و تغییر فازی و همچنین از رسوب شدن محلولهای جامد جلوگیری به عمل می‌آید. بنابراین یک تعادلی با عمل پیرسازی در این ریخته‌گری به وجود می‌آید.

در نتیجه این عمل باعث به وجود آمدن تغییرات کوچکی در خواص مکانیکی  می‌شود. مطالعه‌ای که به وسیله ASTM  20 سال انجام گرفته است این تغییرات را نشان می‌دهد. ( در اشکال 4-4 آمده است) مقدارهای به دست آمده تحت عمل‌ پیرسازی با بررسی‌ها اشکال زیر ربط نشان می دهد که آلیاژ 3 دارای پایداری خوب نسبت به آلیاژ شماره 5 است. 1/0 آلیاژ شماره 5 سخت‌تر و پراستحکام‌تر از آلیاژ شماره 3 است ولی آلیاژ شماره 5 دارای استحکام به ضربه کمتری نیاز است.


ترکیب شیمیایی آلیاژ زاماک

با توجه به مطالب گفته شده در این زمینه به وضوح میتوان نتایج زیر را به دست آورد.

1-آلیاژهای روی میتوانند در ماشینهایی که دارای سرعت عمل بالایی هستند ریختهگری شوند.

2-استحکام به ضربه آلیاژهای روی ریخته شده، بالاتر از آلیاژهای دیگر است البته این امر در مورد آلیاژهای روی پایه مس تفاوت دارد.

<!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:"Cambria Math"; panose-1:2 4 5 3 5 4 6 3 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:roman; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:-1610611985 1107304683 0 0 159 0;} @font-face {font-family:Calibri; panose-1:2 15 5 2 2 2 4 3 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:swiss; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:-1610611985 1073750139 0 0 159 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-unhide:no; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; margin-top:0cm; margin-right:0cm; margin-bottom:10.0pt; margin-left:0cm; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:Calibri; mso-fareast-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} .MsoChpDefault {mso-style-type:export-only; mso-default-props:yes; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:Calibri; mso-fareast-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} .MsoPapDefault {mso-style-type:export-only; margin-bottom:10.0pt; line-height:115%;} @page Section1 {size:612.0pt 792.0pt; margin:72.0pt 72.0pt 72.0pt 72.0pt; mso-header-margin:35.4pt; mso-footer-margin:35.4pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} -->

 (metallurgybank.persianblog.ir) منبع:بانک اطلاعات متالورژی


نوشته شده در تاريخ ۱۳۸۸/۸/٢٦ توسط رضا علیزاده-سید محمد درودی
.: Weblog Themes By Blog Skin :.

اسلایدر