بیلت آلومینیوم با بهترین قیمت و بالاترین کیفیت
بیلت آلومینیوم و بحث در خصوص چگونگی روش تولید آن به عنوان یک مواد خام برای پرس اکستروژن آلومینیوم بسیار مهم است. کیفیت بیلت ممکن است بر بهره وری، کیفیت محصول و قیمت بیلت آلومینیوم تأثیر بگذارد یا مستقیما آن را کنترل نماید همچنین استفاده از شمش آلومینیوم خلوص بالا برای حفظ کیفیت بیلت آلومینیومی ضروری است. ریخته گری و کیفیت بیلت، دو پارامتر خیلی مهم در تولید محصولات اکستروژن آلومینیوم است. از طرفی، تکنولوژی دائما در حال تغییر و بهبود به سمت کیفیت و بهره وری بالاتر میباشد.
اصول تولید بیلت آلومینیومی اکستروژن
فلوچارتهای نشان داده شده در تصاویر بالا، مراحل اصلی فرآیندهای ذوب و ریخته گری را در تولید بیلت آلومینیوم اکستروژن نمایش می دهند. بین ورود مواد خام و ریخته گری نهایی مراحلی وجود دارد. فرایندی که امروزه در روش تولید بیلت اکستروژن بکار می رود، همان روش دی سی یا فرآیند ریخته گری نیمه مداوم است که در سال ۱۹۳۳ توسط اینور ایجاد شد. تصویر زیر اصول فرآیند ریخته گری دی سی را نشان می دهد. در این روش، آلومینیوم مذاب درون یک قالب کم عمق و آبگرد، معمولا با مقطع گرد، ریخته می شود. هنگامی که مذاب در قالب شروع به انجماد می کند، ته قالب با سرعت کنترل شده ای به سمت پایین حرکت کرده و با خروج بیلت آلومینیومی از قالب، آب بر روی سطح بیلت تازه منجمد شده پاشیده میشود. اخیرا تمایل به استفاده از ماشینهای ریخته گری دی سی بزرگتر مجهز به سیستمهای کنترلی قابل برنامه ریزی بیشتر شده است.
استفاده از شمش آلومینیوم در تولید لوله آلومینیومی
لوله آلومینیومی بدون درز به طور عمده با دو روش تولید می شوند. روش اول اکستروژن فشاری است که شامل فشرده کردن شمش آلومینیوم توخالی از طریق قالب و سنبه مخصوص در دمای بالا است . در روش دیگر، استفاده از بیلت آلومینیوم میباشد. ابتدا با استفاده از یک سنبه مخصوص به اصطلاح “نیدل گفته میشود” بر روی دستگاه پرس به بیلت آلومینیوم فشار وارد میکند سپس همانطور که در روش اول وجود دارد سنبه از درون آن به صورت فشاری عبور کرده و طبق قالب نصب شده لوله آلومینیومی بر اساس مقطع قالب تولید میشود. در نهایت لوله تولید شده سطح آن را برای انجام آندایزینگ و سایر روش های اتمام کاری تزئینی ایده آل می کند. مهم نیست که لوله ازهر دو روش بالا ساخته شود در واقع در این روش ها هیچگونه جوشکاری انجام نخواهد شد.
تولید قالب آلومینیوم بیلت
آلیاژها و اندازه های مختلف بیلت آلومینیوم، نیازمند تولید قالب آلومینیوم گوناگونی هستند. یک سیستم قالب مدولار، قابلیتهای ماشین ریخته گری را تا حد زیادی افزایش میدهد. طراحی مدولار امکان تغییر سریع اجزای قالب و نیز امکان ریخته گری بیلت با اندازه متفاوت در سرعتهای مختلف را در یک ماشین فراهم می نماید. سیستمهای ریخته گری سر تغذیه گرم واگ استاف در طی یک دهه قبل ایجاد شده است.
سوال های متداول
بیلت آلومینیوم چیست؟
بیلت آلومینیوم یک بلوک جامد و نوعی شمش آلومینیومی است که از دسته ی محصولات ریخته گری آلومینیوم محسوب میشود و در صنایع اکستروژن به کار میرود.
آیا بیلت آلومینیوم زنگ می زند؟
فلزآلومینیوم به هیچ عنوان زنگ نمیزند همچنین مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و میتوان این مقاومت را با اجرای خدمات پوششی از جمله رنگ های پودری و خدمات آندایزینگ بیشتر کرد.
آلومینیوم در چه صنعتی استفاده می شود؟
آلومینیوم به عنوان بهترین فلز مورد انتخاب متخصصان صنعت تولید در نظر گرفته می شود. این امر تا حدی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت زیاد و خاصیت کم چگالی آن است. آلومینیوم همچنین غیر سمی است که آن را برای هر کاربردی که شامل بسته بندی مواد غذایی باشد ، ایده آل می کند
بیلت آلومینیوم برای چه مواردی استفاده می شود؟
بیلت مواد اولییه در صنایع اکستروژن آلومینیوم برای تولید پروفیل مورد استفاده قرار میگیرد پروفیل های آلومینیومی برای ساخت قطعات خودرو، صنعت و ساختمان و همچنین برای سایر کاربردها مانند بسته بندی ، ساخت و ساز ، برق و الکترونیک مورد مصرف قرار می گیرند.
ریخته گری بیلت آلومینیوم
در ریخته گری بیلت آلومینیوم، فلز مذاب از طریق یک سیستم انتقال و توزیع، جریان می یابد. آستری های دیرگداز متعلق به اجزای مختلف سیستم باید دارای خصوصیاتی همچون واکنش پذیری، قابلیت نگهداری و در دسترس بودن باشند. مواد جدید(مانند سیلیس گداخته در دمای بالا و سیلیس گداخته با چگالی پایین) بعنوان محصولات رشته ای سرامیکی دیر گداز با عمر طولانی مطرح می شوند.
سیستم ریخته گری دی سی دارای چندین مزیت بالاخص برای آلیاژهای سختی همچون سریهای ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ در مقایسه با روش های دیگری همچون ریخته گری در قالب تک باری است. این مزایا عبارتند از :
- حداقل جدایش فلز
- قابلیت تولید شمش آلومینیوم بزرگ
- قابلیت ریختگی با سرعتهای مختلف
- کاهش ترک در آلیاژهای سخت
- انتقال آهسته و یکنواخت مذاب با دمای نسبتا پایین جهت پرهیز از بروز برخی مشکلات
- شکل بیلت آلومینیوم.
شمش آلومینیوم مخصوص پرس اکستروژن آلومینیوم
شمش آلومینیوم مخصوص تولید پروفیل آلومینیوم اکستروژن بصورت استوانه ای شکل با طولهای تا160 ریخته شده و سپس بیلت آلومینیومی به طولهای مورد نظر همانند تصویر زیر از آنها بریده می شود. بیلت استوانه ای شکل دارای دو بعد قطر (D) و طول (L) می باشند. طول بیلت با توجه به اندازه محصول وظرفیت پرس اکستروژن آلومینیوم تعیین می شود. در محصولات اکستروژن آلومینیوم عریض، بیلت بیضوی یا مستطیلی شکل در یک محفظه مستطیلی استفاده می شوند. بیلت مستطیلی دارای سه بعد محور اصلی (B) و محور کوچک (H) از سطح مقطع بیلت آلومینیوم و طول (L) هستند، بطوریکه نسبت B و H معمولا ۲ به ۱ یا 5/2 به 1 است.
متغیر های ریخته گری بیلت آلومینیوم
متغیرهای اصلی ریخته گری بیلت آلومینیوم که بر کارایی تولید مؤثرند عبارتند از:
- دمای ریخت
- سرعت ریخته گری
- نوع قالب
- سر فلز
- سرعت جریان آب
نحوه سرد کردن بیلت آلومینیوم بعد از همگن سازی نقش مهمی را در همگن سازی ایفا می نماید.
جکسون و شپارد، تغییرات ریزساختاری که در آلیاژهای سری ۷۰۰۰ در حین همگن سازی رخ میدهد را شرح دادند. آنها اثر سرعت حرارت دادن، زمان نگهداری و سرعت سرد کردن در همگن سازی را بر روی ساختار مطالعه نمودند.
خواسته بسیاری از تولیدکنندگان پروفیل آلومینیوم بهبود بازدهی کوره های همگن سازی بیلت است. آلابران در خصوص روشهای کاهش اتلاف حرارتی، افزایش کنترل موتور فن، بازدهی سوخت در مشعل های با شعله مستقیم و تکنولوژیهای بافل قابل تنظیم بحث نمود. او همچنین حالتهایی از صرفه جویی در مصرف سوخت کوره و بهبود سرعت انتقال حرارت توسط کنترل جریان هوا را ذکر نمود.
دمای ریخت بیلت آلومینیوم
برای جلوگیری از جمع شدن گاز و تشکیل اکسید باید دمای فلز مذاب در کوره تاحد ممکن پایین نگه داشته شود. فلز باید در بالای دمای لیکوئیدوس به واحد ریخته گری که در٢٨٠ درجه قرار دارد برسد. ریسو و همکارانش از آزمایشات انجام شده بر روی یک آلیاژ انواع پروفیل آلومینیومی اکسترودی کاملا صنعتی دریافتند که خواص مکانیکی پایین تری در مقاطع پروفیل های آلومینیومی اکسترودی ناشی از بیلت آلومینیوم کوئنچ شده در آب نسبت به بیلت سرد شده در هوا بعد از همگن سازی حاصل می شود. آنها همچنین دریافتند که خواص مکانیکی بیلت های کوئنچ شده در آب بسیار بالاتر از بیلت سرد شده در هواست.
مطالعات دانشمندان در جهت اثرات سرعت سرد کردن
دال و همکارانش جهت بررسی اثرات سرعت سرد کردن و میکرو آلیاژی کردن با منگنز بر روی رسوب Mg2Si در آلیاژ ۶۰۶۳ در حین سرد کردن از دماهای همگن سازی مطالعاتی انجام دادند. مقادیر Mg وSi در محلول جامد و لذا میزان رسوب Mg2Si به مقدار زیادی توسط سرعت سرد کردن از دمای همگن سازی تحت تأثیر واقع می شوند. همانگونه که انتظار می رود. کاهش سرعت سرد کردن باعث افزایش رسوب Mg2Si و کاهش میزان Mg در محلول جامد می گردد. از طرفی سرد کردن سریع نتایج متضادی نشان می دهد. افزودن منگنز تا ٢٧ درصد نیز هیچ اثری بر روی رسوب Mg2Si ندارد.
سرعت ریخته گری بیلت
یکی از مهمترین پارامترها در فرآیند ریخته گری دی سی، سرعت ریخته گری است. اندازه بیلت آلومینیوم و نوع آلیاژه تعیین کننده سرعت ریخته گری است.
انواع قالب: مواد قالب نیازمند پارامترهایی همچون براقیت مناسب، قابلیت ماشینکاری و هدایت حرارتی خوبند. آلیاژهای آلومینیوم ٦٠٦١ و ٥٠٥٢ برای مواد قالب مناسبند. سیستم خنک کن قالب دی سی چنان طراحی می شود که ابتدا آب خنک کننده با دیواره قالب تماس پیدا نماید، سپس هنگام خروج بیلت از قالب بر روی سطح آن بریزد. براساس این اصل در ریخته گری دی سی انواع مختلفی از تولید قالب آلومینیوم صورت گرفته است.
سر فلز عبارتست از فاصله ته قالب تا سطح فلز مذاب که معمولا در یک عمق حداقل ثابت نگه داشته میشود.
سرعت جریان آب در طی ریخته گری بیلت
در طی ریخته گری از حرارت شمش آلومینیوم باید منتقل شود. دما و سرعت جریان آب چنان باید تنظیم شوند که آب تمام سطح شمش آلومینیوم را خیس نموده و بصورت آبشاری در سطح آن جریان یابد. از جهش آب از سطح شمش آلومینیوم باید جلوگیری شود.
دال و همکارانش جهت بررسی روش تولید بیلت آلومینیوم و اثرات سرعت سرد کردن و میکرو آلیاژی کردن با منگنز بر روی رسوب Mg2Si در آلیاژ ۶۰۶۳ در حین سرد کردن از دماهای همگن سازی مطالعاتی انجام دادند. مقادیر Mg و Si در محلول جامد و لذا میزان رسوب Mg2siبه مقدار زیادی توسط سرعت سرد کردن از دمای همگن سازی تحت تأثیر واقع می شوند. همانگونه که انتظار می رود، کاهش سرعت سرد کردن باعث افزایش رسوب Mg2Si و کاهش میزان Mg در محلول جامد می گردد. از طرفی سرد کردن سریع نتایج متضادی نشان میدهد. افزودن منگنز تا 027/0 درصد نیز هیچ اثری بر روی رسوب Mg2Si ندارد.
نقش مهم سرد کرد در فرایند همگن سازی
نحوه سرد کردن بیلت آلومینیوم بعد از همگن سازی نقش مهمی را در همگن سازی ایفا می نماید. ماهونی روش بهبود یافته ای را نشان داد که سرعت سرد کردن و یکنواختی در سرد کردن برای تمامی بیلت عملیات حرارتی شونده افزایش می یابد. او همچنین جزئیات طرح، کارآیی و ترتیب عمل را نیز شرح داد.
جکسون و شپارد، تغییرات ریزساختاری که در آلیاژهای سری ۷۰۰۰ در حین همگن سازی رخ می دهد را شرح دادند. آنها اثر سرعت حرارت دادن، زمان نگهداری و سرعت سرد کردن در همگن سازی را بر روی ساختار مطالعه نمودند.
مواد شارژ وعوامل تاثیرگذار بر قیمت بیلت آلومینیوم
مواد شارژ شامل سه جزء عمده است: شمش آلومینیوم خلوص بالا، عناصر آلیاژی و آمیژانها و قراضه ها، آلومینیوم خالص حاصله از سلولهای احیاء یا شمش آلومینیوم ذوب مجدد نیز ممکن است گاهی اوقات بکار گرفته شوند. یکی از عواملی که بر قیمت بیلت آلومینیوم تاثیر میگذارد استفاده از شمش آلومینیوم خلوص بالا میباشد زیرا برای تولید یک بیلت با کیفیت بسیار ضروری است.
عناصر آلیاژی با نقاط ذوب پایین همچون منیزیم معمولا به صورت میله هایی از فلز خالص به مذاب اضافه می شوند. عناصر آلیاژی با نقطه ذوب بالا همچون سیلیکون، منگنز، نیکل، مس و کروم به شکل آمیژان یا هاردنر افزوده می شوند. هاردنرها عموما بصورت جداگانه از ذوب عناصر با نقطه ذوب بالا همراه با آلومینیوم به شکل شمش آلومینیوم یا میله های کوچک ساخته میشوند.
چگونه عناصر آلیاژی با آلومینیوم ترکیب می شوند؟
هنگامی که هاردنرها در طی ذوب به شارژ اضافه می شوند، بدون حرارت دادن زیاد فلز، عناصر آلیاژی با آلومینیوم ترکیب می شوند. ترکیب شیمیایی هاردنر شديدا کنترل می شود. قراضه های بجا مانده از قبل، با فرآیند جداسازی مناسب به برخی از شارژها اضافه می شوند.
کاربرد قراضه های مناسب بر کیفیت بیلت آلومینیوم
کاربرد قراضه های مناسب، به میزان کنترل شده در یک شارژ خاص، می تواند بر کیفیت بیلت آلومینیوم تأثیر بگذارد. استفاده از قراضه های خریداری شده در یک کارگاه ریخته گری در کنار کارخانه اکسترود آلومینیوم، برای حفظ اکسترود کار در بازار رقابت، امری متداول است. مکهال و سایتز روش مناسبی جهت بکار بردن قراضه های خریداری شده ارائه نمودند. این روش شامل مشخصات تعیین شده برای فروشندگان با سیستم های قیمت گذاری سه ماهه، نمونه برداری از قراضه های داخلی، بکارگیری روشهای بازرسی و شارژ قراضه خریداری شده است.
ذوب شمش آلومینیوم و نگهداری بیلت
انتخاب کوره ذوب شمش آلومینیوم و آلیاژسازی به نوع و اندازه قطعه ریختگی وابسته است. در ریخته گری بیلت آلومینیوم، از کوره های ذوب شعله ای ثابت و بزرگ با آستری نسوز استفاده میشود.
دو کوره تک محفظه ای یکی برای شارژ و ذوب ماده خام و دیگری برای نگهداری و ریخته گری مذاب بطور متوالی بکار برده می شود. امروزه تمایل به استفاده از کوره های برگردان بجای کوره های ثابت جهت تغذيه ریختگی بیشتر شده است.
کوره برگردان دارای جلویی کاملا باز بایک درب به منظور تسهیل در امر هم زدن، کف گیری و تمیز کردن محفظه است. پس از ذوب عناصر آلیاژی و آلومینیوم با همدیگر در یک کوره مناسب، مذاب به کوره نگهدارنده منتقل می شود.
کوره های اتوماتیک شمش آلومینیوم
امروزه کوره های برگردان مجهز به یک سیستم کنترلی اند که در آن با فشار دادن یک دکمه، مذاب با کنترل زاویه کج شدن کوره تخلیه می شود. به منظور جلوگیری از تلاطم زیاد و شکسته شدن پوسته اکسید سطحی، مذاب از ته به سمت بالاهم زده می شود. سپس با کفگیری از مذاب، اکسیدهای سطحی زدوده می شود.
روش تولید بیلت آلومینیوم
بیلت آلومینیوم ریختگی معمولا قبل از تولید پروفیل صنعتی آلومینیوم اکستروژن همگن سازی می شوند. در شرایط ریختگی، به دلایل زیر محصولی با کیفیت نامطلوب و کارپذیری پایین داریم.
جدایش مرز دانه ای و بین دندریتی یوتکتیکهای با نقطه ذوب پایین و ترکیبات بین فلزی ترد، کارپذیری فلز را کاهش می دهند.
محلولهای فوق اشباع با رسوب ذرات ریز از ترکیبات آلیاژی تنش سیلان دمای بالا را افزایش داده و لذا کارپذیری را کاهش می دهند. عناصر آلیاژی معین شامل منگنز، آهن و زیرکونیوم بصورت محلول یا رسوبات ریز پخش شده، مانع تبلور مجدد می شوند. این اثر از اهمیت خاصی در اکستروژن هنگام آندایزینگ رنگی برخوردار است.
جدایش مرز دانه ای (مثل تغییرات در غلظت عناصر آلیاژی حل شده) باعث ایجاد رگه هایی بعد از آندایزینگ می شود.
رسوب ناهمگن مرزدانه ای یا مرزسلولی، علائمی ساختاری ایجاد نموده و با توزیع نامناسب رسوبات، کیفیت سطحی مقاطع پروفیل آلومینیوم با سطح نهایی براق را کاهش می دهد.
آیا میتوان این فرایند را در تولید بیلت حذف کرد؟
این اثرات می توانند تا اندازه ای یا کاملا توسط عملیات حرارتی همگن سازی بیلت آلومینیوم ریختگی حذف شوند. هر چند هدف از روش تولید بیلت آلومینیوم وعملیات حرارتی بیلت مطابق با ضروریات اقتصادی و کیفیتی تغییر نموده و می تواند شامل تجزیه، رسوبگذاری یا توزیع یکنواخت اجزای آلیاژی باشد. انتخاب همگن سازی، ناهمگن سازی یا عملیات حرارتی ترکیبی به تک تک حالات وابسته است.
سه مرحله همگن سازی بیلت
همگن سازی بیلت شامل سه مرحله عمده است که عبارتند از حرارت دادن بیلت آلومینیوم با سرعت معین، نگهداشتن در یک دمای ثابت برای مدتی معین و سرد کردن با سرعتی مناسب. در سیکل همگن سازی، بیلت برای یک دوره زمانی مشخصی در دمای بالا نگهداری میشوند. در دماهای بالا، نفوذ افزایش یافته و شیب های غلظتی درون آلياژ کاهش می یابد. بنابراین عامل کنترل کننده در همگن سازی یک آلياژه، نفوذ پذیری عناصر آلیاژی موجود در دمای همگن سازی است. دمای همگن سازی بالاتر، باعث همگن سازی سریعتر و در نتیجه از نظر صنعتی مؤثر تر می شود. هر چند این دما نباید از پایین ترین دمای ذوب فازهای موجود در آلیاژ تجاوز نماید. زیرا در غیر اینصورت باعث ذوب موضعی خواهد شد.
ذوب موضعی در بیلت میتواند سبب خسارت شود؟
این ذوب موضعی می تواند سبب خسارتهای ریزساختاری گردد که بعدا نمی تواند ترمیم شود. این خسارات شامل تشکیل حفرات بزرگ، جدایش، تاول زدن و ایجاد ترک است. سرعت سرد کردن بیلت بعد از همگن سازی برای حصول ریزساختاری مطلوب جهت بهبود بهره وری و خواص مکانیکی محصول نهایی پروفیل آلومینیوم اکستروژن بسیار مهم است.
ماهونی روش بهبود یافته ای را نشان داد که سرعت سرد کردن و یکنواختی در سرد کردن برای تمامی بیلت های آلومینیومی عملیات حرارتی شونده افزایش می یابد. او همچنین جزئیات طرح، کارآیی و ترتیب عمل را نیز شرح داد.
بیلت در فرایند رول فورجینگ
رول فورج، فرایندی است که هدف آن تولید شکل های رینگی و کم کردن سطح مقطع مقاطع رینگ شکل است. در این فرایند، بیلت آلومینیوم خام و یا رینگ های اولیه به صورت گرم (با درجه حرارت تعریف شده با استاندارد) تحویل دستگاه شده و با استقرار در بین دو (و یا چند قالب رول به شکل تعریف شده به وسیله ی قالبها در می آید. شکل هر قالب، تعریف کننده ی سمت و شکل قطعه ی خروجی، و فاصله ی قالبها، تعیین کننده ی ضخامت آن قطعه خواهد بود
دمای بیلت آلومینیوم
به طور معمول، دمای بیلت آلومینیوم باید به اندازه ای پایین باشد تا بتوان ماکزیمم سرعت اکسترود آلومینیوم را اعمال نمود، اعمال بار مشخص توسط سنبه، گاهی اوقات باعث ایجاد قابلیت اکستروژن خاص می گردد، اما از سوی دیگر، اعمال بار مشخص برروی سنبه معیار آموزنده و سودمند نیست زیرا به نسبت اکسترود آلومینیوم بستگی دارد و حتی برای انواع آلیاژهای آلومینیوم ساده اکسترود پذير، فشار بالایی وقتی که دمای پایینی استفاده میشود، مورد نیاز است. پارامتر تاثیر گذار اقتصادي اکستروژن، سرعت خروع متریال از قالب است. این سرعت به تنش سیلان و قابلیت کارگرم (مقاومت در برابر شکست حرارتی) بستگی دارد. در هر صورت، قابلیت اکستروژن، نه تنها به سرعت خروج متریال، بلکه به خواص آلیاژ گستره دمای اکستروژن و نسبت اکستروژن بستگی دارد.