ماشین اره گرد (مجموعه ای)

ماشین اره گرد (مجموعه ای)

ساختمان ماشین اره گرد

پایه ماشین

طرح پایه ماشین به صورت بلوکه است. پایه ماشین جهت ایستایی مطمئن ماشین است . اجزاء ماشین روی آن قرار گرفته و بسته می شود.

میز ماشین

میز ماشین جهت گرفتن قطعه کار و نیز هدایت آن و بستن راهنماهای طولی و عرضی است.

میز غلتکی

به وسیله این میز، سطح نشیمن بزرگتر شده می توان قطعات بزرگ مثل صفحات را اره کاری کرد.

مجموعه چرخان

در ماشینهای قدیمی و کوچک ارتفاع میز ماشین قابل تنظیم بوده و زاویه خور است، در ماشینهای بزرگ جدید میز به پایه پیچ شده و فقط تیغه اره قابل چرخان بوده و ارتفاع آن قابل تنظیم است. بدین جهت اره با فلانچ، محور و موتور قابل چرخان است. این اعضا با هم به عنوان (مجموعه چرخان) نامیده می شود.

بستن اره

تیغه اره با یک فلانچ آزاد و به وسیله یک مهره با پیچ چپ گرد در مقابل یک فلانچ ثابت محکم می شود.

راهنما یا تکیه گاه طولی

راهنما یا تکیه گاه طولی امکان برش طولی با عرض دقیق را فراهم می کند. این راهنما از سال 1980 م. به بعد در تمام ماشینها از آلومینیم ساخته می شود.

راهنما یا تکیه گاه عرضی

این راهنما به عنوان کشویی عرضی نیز مشخص می شود، زیرا برخلاف راهنمای طولی با قطعه کار حرکت می کند. این راهنما در شیار دم چلچله ای میز ماشین حرکت می کند و یا اینکه روی میز غلطکی محکم می شود.

تیغه اره گرد

انتخاب صحیح تیغه اره گرد تاثیر قطعی روی کیفیت برش می گذارد. بدین جهت مدلساز باید بداند که هر تیغه اره در چه مواردی به کار می رود.

زوایای دندانه اره گرد

زاویه براده

به خاطر لزوم اثر برش در برش طولی، زاویه براده باید تا حد امکان بزرگتر باشد. در برش چوب عرضی که ممکن است الیاف چوب بیرون کشیده شود، زاویه براده باید تا حد امکان کوچکتر و یا حتی در اره معلق منفی نیز باشد.

زاویه گوه

هر قدر چوب خشک و سخت باشد همان قدر مقاومت چوب در برابر برش زیاد می شود. این مقاومت توقف زمانی را کاهش می دهد. برای چوب سخت و خشک زاویه گوه بزرگتر لازم است.

زاویه آزاد

این زاویه حداقل 10 درجه است تا پشت دندانه با چوب تماس پیدا نکند.

فرم دندانه

دندانه کاردی

این فرم دندانه اره دارای زاویه گوه کوچکتر است و اکثرا برای چوب نرم به کار می رود. جنس تیغه این نوع دندانه ها فولاد ابزاری است.

دندانه اره قطع کن

این نوع دندانه باعث کیفیت سطحی خوب برش عرضی می شود. استفاده از این نوع دندانه در اره گرد میزی باعث بلند شدن قطعه کار می شود، ولی در اره گرد معلق قطعه کار با همان نیروی قبلی روی میز فشار داده می شود. این نوع دندانه به خاطر دلایل گفته شده فقط در تیغه اره گرد معلق به کار می رود.

دندانه گرگی

این فرم دندانه دارای زاویه گوه بزرگتر است و نوک تیز از قطعات فلز سخت (HM) ساخته شده است.

انواع دندانه کاری

دندانه کاری کامل

یک تیغه اره وقتی دارای دندانه کاری کامل است که دندانه ها بدون فاصله پشت سر هم قرار گرفته باشند. تعداد دندانه بسته به حجم براده، قطر تیغه اره و جنس آن تعیین می شود. هر قدر جنس سخت تر باشد تعداد دندانه ها نیز بیشتر می شود.

دندانه کاری بزرگ

وقتی تیغه اره ای، دندانه کاری بزرگ و یا دندانه های کمتری دارد که تعداد آن بین 8 تا 24 باشد. تیغه اره RS معمولترین تیغه اره دندانه کاری بزرگ است.

دندانه کاری گروهی

در دندانه کاری گروهی یک گروه از دندانه ها یک دندانه بزرگ را تشکیل می دهد.

دندانه کاری تعویضی

به کارگیری دو نوع دندانه متغیر با مقاطع مختلف دندانه کاری تعویضی نامیده می شود.

محدودیت ضخامت براده

در مدلسازی معمولا تغذیه بار به وسیله دست صورت می گیرد و بدین ترتیب باید تیغه اره ای را انتخاب کرد که خطر پس زدن آن کمتر باشد. این عمل وقتی امکانپذیر است که ضخامت براده، یا باری که یک دندانه در یک دور بر می دارد به 1/1mm محدود شود. محدودیت ضخامت براده به دو روش امکانپذیر است:

تیغه اره RS

لبه تیغه براده برداری به اندازه 1/1mm از دایره تیغه بزرگتر است.

زبانه مانع

اگر هر دندانه اره دارای یک زبانه مانع به ارتفاع 1/1mm کمتر از ارتفاع دندانه باشد ضخامت براده محدود شده تیغه اره کمتر ضربه پس زن دارد.

برش آزاد

دلایل گیر کردن تیغه اره

به علت اصطکاک غیر مجاز، تیغه اره در قطعه کار گیر می کند. در صورتی که تیغه اره شیب دار نباشد و یا چپ و راست نشده باشد، اصطکاک جانبی به وجود می آید. با گرم شدن شدید غیرمجاز، تیغه اره موجی شده و سپس در محل تماس با کار دوباره منجر به گرم شدن بیشتر می شود.

اقداماتی جهت برش آزاد

-برش آزاد جانبی تیغه اره گرد با شیب دار بودن تیغه اره، چپ و راست بودن دندانه اره تا یک سوم ارتفاع بالا، با جوش دندانه برش ضخیمتر و با شیب کمتر روی بدنه تیغه اره امکانپذیر است.

-گیر کردن به خاطر انباشتن براده را می توان با در نظر گرفتن محفظه بزرگ براده برداری برطرف کرد.

–شکاف انبساطی از گیر کردن تیغه اره به خاطر انبساط گرمایی جلوگیری می کند.

ضخامت تیغه اره

ضخامت تیغه اره استاندارد شده است. برای هر قطر تیغه اره یک ضخامت معمولی و دو ضخامت بزرگتر داده شده است. تیغه با ضخامت بزرگتر دارای دور آرام است و بدین جهت سطح برش کیفیت بهتری دارد.

تیز کردن تیغه اره

تیزی مایل دارای بزرگترین توان براده برداری است. برای تیز کردن از دستگاه خودکار استفاده می شود. برای جلوگیری از خطرات، تیغه اره ها باید به موقع تیز شوند.

عیوب و خطاهایی که می توانند حادثه آفرین باشند:

-ترکها: با آزمایش طنین صدا به راحتی قابل تشخیص اند. در صورت ترک برداشتن، تیغه اره را سوراخ نکنید، بلکه دور بیاندازید.

-ضربه جانبی: با گذاشتن یک مداد روی سطح و چرخاندن تیغه اره در مقابل آن به آسانی قابل تشخیص است.

-پایه دندانه به خاطر تمرکز تنش نباید به صورت گوشه دار تیز شود.

تجهیزات حفاظتی طبق دستورات انجمن حمایت از کارگران

ساختمان و تجهیزات تا سال 1979م.

1-گوه شکاف دهنده بایستی هم سطح با تیغه اره به طور افقی و قائم قابل تنظیم باشد. فاصله از تیغه اره باید حداکثر    10mm باشد.

2-محافظ بالایی روی گوه شکاف دهنده محکم شود و به وسیله پین اطمینان از افتادن آن روی تیغه اره جلوگیری شود.

3-شکاف اره در میز باید تا حد ممکن باریک باشد.

4-قسمت پایین اره در زیر میز باید پوشانده شود تا به جهت تماس سهوی با آن خطری روی ندهد.

ساختمان و تجهیزات بعد ا زسال 1980م.

1-از دوران گوه شکاف دهنده حتما جلوگیری شود و به طور افقی و عمودی قابل تنظیم باشد. فاصله ماکزیمم گوه شکاف دهنده از تیغه اره 10mm است، نوک گوه شکاف دار هرگز نباید پایینتر از ارتفاع پای بالاترین دندانه اره باشد.

(معمولترین نوک گوه شکاف حدود 2mm پایینتر از نوک بالاترین دندانه تیغه اره قرار می گیرد.)

2-در ماشینهایی که قطر تیغه اره آن 250mm است، محافظ مجزا ازگوه شکاف دهنده جهت جلوگیری از تماس دست با تیغه اره، به کار می رود.

3-شکاف میز در جلو تیغه اره باید تاحد ممکن باریک گرفته شود (شکاف هر دو طرف تیغه اره نباید ا ز3mm تجاوز کند). قطعه شکاف دار جلو تیغه اره نباید از جنس نرم قابل براده برداری باشد و باید قابل تعویض باشد.

4-تیغه ار در زیر میز نیز پوشانده شود.

5-راهنمای طولی را باید بتوان چنان تنظیم کرد که انتهای آن بتواند بین دندانه جلویی اره و وسط آن قرار گیرد. در ماشینهایی که تیغه اره آن زاویه خور است باید بتوان از راهنما و تکیه گاه طولی در دو طرف تیغه اره استفاده کرد.

انواع کارها و اقدامات لازم جهت پیشگیری از خطرات کناره زنی و برش

برای اینکه بتوان تخته ای را بدون مقاومت زیاد و با داشتن سطح اتکای بزرگ روی میز ماشین حرکت داد دو روش وجود دارد:

-ماشین اره گرد کناره زنی دارای میز غلتکی – کشویی

-ماشین اره گرد با میز ثابت و تخته کناره زنی

برای اینکه بتوان از حرکت بی ثبات تخته جلوگیری کرد، جلوی تخته به وسیله ای محکم گرفته می شود. این کاردر هر دو روش مذکور امکانپذیر است، در روش اول می توان از گیره پیچ و مهره ای استفاده کرد و در روش دوم نیز با میخ فولادی تخته کار به تخته کناره زنی محکم می شود.

برش جهت زوار و تخته های باریک

وسایل کمکی برای جلوگیری از خطرات: در صورتی که فضای بین راهنمای طولی و تیغه اره کمتر از 120mm باشد، دست راست در خطر قرار می گیرد. برای حرکت دادن قطعه کا ربایستی از دسته پیش دهنده استفاده کرد.

پیش زوارهای خیلی باریک

وسایل کمکی برای جلوگیری از خطرات: در زوارهای باریکتر از 15mm راهنما و تکیه گاه طولی با حفاظ اره تماس پیدا می کند. بدین  جهت از راهنمای کوتاهتر به عنوان راهنمای کمکی استفاده و به راهنمای طولی اصلی محکم می شود. تخته و زوار برش خورده با هم و به وسیله چوب فشار دهنده که دارای دسته نیز هست تا پشت گوه شکاف دهنده حرکت داده می شود.

برش عرضی قطعات پهن

در ماشین اره گرد میزی برای به دست آوردن سطح اتکای بزرگ، میز غلتکی متوازی الاضلاع شکل نصب می شود. با میز لولایی و به کمک راهنما و تکیه گاه عرضی برش زاویه دار فراهم می شود. در صورتی که برگشت قطعات منظور باشد، راهنمای اندازه به طرف بالا آمده قطعات را از تیغه اره بر می گرداند.

برش زاویه دار قطعات عریض

میز غلتکی متوازی الاضلاع جهت برش زاویه دار خیلی مناسب است. سطح تکیه گاه به کلی ثابت می ماند.

برش عرضی زوارها و تخته ها

قطعه کار سبک نیازی به میز کشویی ندارد. قطعه کار به وسیله پیش دهنده عرضی حرکت داده می شود. درمیز کشویی کناره بر یک ریل راهنما همان هدف را به خوبی برآورده می کند.

وسایل لازم جهت جلوگیری از خطرات

برای اینکه قطعات بریده شده از تیغه دور شود ازگوه رد کن استفاده می شود. بدین ترتیب لازم نیست قطعات بریده را با دست از نزدیکی ابزار دور کرد.

برش عرضی قطعات کوتاه

در صورتی که از راهنمای کمکی روی راهنمای اصلی استفاده می شود، طول و عرض برش تنظیم می شود. سپس قطعه کار در ابتدای اره روی راهنما قرار می گیرد. در نهایت راهنمای کمکی به وسیله گیره به راهنمای اصلی محکم می شود. استفاده از پیش دهنده عرضی و گوه رد کن طبق مثال قبل صورت می گیرد.

شکاف زنی

برای ایجاد شکاف، قطعه کار روی راهنما و تکیه گاه طولی در امتداد طول مسیر حرکت داده می شود. برای جلوگیری از برش غیر عمدی قطعه کار و بلند شدن، آن را به روی میز فشار داد.

کاو زنی

برای کاو زنی، قطعه کار روی راهنما و تکیه گاه طولی در امتداد طول حرکت داده می شود به طوری که زوار به دست آمده بین اره و راهنما قرار نگیرد.

فاق زنی

با استفاده از راهنما و تکیه گاه طولی اندازه دقیق فاق به دست می آید. راهنمای طولی باید دقیقا محکم بشود، زیرا در اینجا فشار وارده خیلی زیاد است. قطعه کار به وسیله چوب پیش دهنده حرکت داده می شود دست راست از بلند شدن قطعه کار جلوگیری ی کند.

زبانه زنی

با زبانه زنی چفت تکمیل کننده فاق درست می شود. در زبانه زنی باید با به کار گرفتن راهنما و تکیه گاه طولی کوتاه و بستن آن به راهنما اصلی، فضای خالی در پشت تیغه اره فراهم می شود. ماشینهای اره بعد از سال 1980م. ساخته می شوند دارای راهنما و تکیه گاه طولی کوتاه هستند. ضمنا روشی نیز جهت جلوگیری از گیر کردن اره وجود دارد، بدین ترتیب که ابتدا برشهای عرضی زده می شوند تا بعد از برش طولی قطعات زائد در کنار تیغه اره نیفتد.

سایر ماشینهای اره گرد

ماشین اره گرد صفحه ای

به خاطر کاربرد روز افزون مواد چوبی در مدلسازی این نوع ماشینهای اره گرد مورد استفاده قرار می گیرد.

ساختمان ماشین : صفحه چوبی از جلو، روی پایه ای که دارای زوار و غلتک تکیه گاهی است قرار داده می شود. ماشین اره گرد دارای دو ریل افقی و یک ریل قائم است که برای برش قائم سیستم اره (موتور، محور،تیغه اره) روی ریل قائم حرکت می کند. برای برش افقی باید ابتدا سیستم اره به 90 درجه چرخانده سپس روی ریلهای افقی حرکت داده شود.

ماشین اره گرد معلق

تخته ها اغلب طبق لیست مدلساز بریده و انبار می شود. برای برشهای عرضی تا ارتفاع 150mm ماشین اره گرد معلق، ماشین پرتوانی است.

ساختمان ماشین: اغلب خود موتور حامل تیغه اره است، بدین ترتیب که تیغه اره در انتهای یک یاتاقان ساچمه ای محکم بسته می شود. برش چوب با کشیدن دسته اره صورت می گیرد. برای شروع برش قفل روی دسته باز می شود. اجزاء مهم این ماشین اره عبارت اند از : صفحه قطع کن درجه بندی شده و سیستم راهنمای تکیه گاهی. تیغه اره بایستی بعد از اتمام برش خود به خود ا زحرکت بایستد.

اره گرد دستی

اره گرد دستی در مدلسازی برای برش عرضی تخته ها و برش استاندارد صفحات چوبی منطبق به کار می رود. به خاطر اینکه این اره به جایی بسته نمی شود، دارای استعمال عمومی است.

 

 

 

سوپر آلیاژ پایه کبالت

سوپر آلیاژ پایه کبالت

سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتيگراد خواهند داشت.

سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر ميباشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريختهگري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند ميباشد.

 

 سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را ميتوان به صورت ذيل در نظر گرفت

– آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار ميگيرند كه شامل

آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO ميباشند.

– آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتيگراد به كار ميروند نظيرTN3MP، 159 MP

– آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite

آلياژ 2525HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربينهاي گازي، اجزاء راكتورهاي هستهاي، ايمپلنتهاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفتهاند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن ميباشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش ميباشند.

اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارتهاي بالا مورد نياز باشد به كار ميروند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نميتوان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار ميگيرند.

 

آلیاژهای پایه کبالت و سوپر آلیاژهای آن

خواص فیزیکی فلز کبالت

1495 C نقطه ذوب کبالت

2870C  نقطه جوش

دانسیته 8.9

شعاع اتمی 1.67

0.745  A شعاع یونی

کبالت در دماهای بالاترC427 بصورت FCC و در دمای پایین‌تر از آن به صورت HCPاست.

 

اکسایش آلیاژهای کبالت

همانند ابرآلیاژهای نیکل مهمترین عنصری که برای بهبود مقاومت کبالت در برابر اکسایش به آن اضافه می‌شود کروم است شکل زیر نشان می‌دهد که مقدار بحرانی کروم بین 20 تا 30٪ است. که در آن ثابت پوسته شدن برای اکسایش در مقایسه با کبالت خالص کاهش می‌یابد.

آلیاژCr%30 _COاساس بسیاری از آلیاژهای مورد استفاده در ساخت ابزارهای جراحی ودندانپزشکی است این آلیاژ در برابر خوردگی در C250بسیار مقاوم است تاثیر عناصر دیگر بر اکسایش و مقاومت  در برابر خوردگی را باید بررسی کرد. آلیاژهای دو تایی iS5%_ CO و IA10%_COمقاومت خوبی در برابر اکسایش نشان می دهند و آلیاژ AI_COخواصی بهتری از آلیاژCr_CO دارد. درهر حال آلیاژهای دوتاییAI_CO در دمای بالا استحکام کافی ندارند تا بتوان آنها را پایه ای برای  ساخت آلیاژهای کبالت در نظر گرفت.

آهن و نیکل بی‌تاثیرند ولی منگنز تمایل به پوسته شدن را افزایش می دهد. در برخی موارد مولیبدن، وانادیم و تنگستن مضرند. کروم در این آلیاژها نیز مانند آلیاژهای نیکل عنصر اصلی است.

 

استحاله آلوتروپیک در کبالت

واکنش تبدیل فاز αبه فازε اترمال بوده و درسیکل گرمایش دارای طبیعت برگشت پذیری است . در حین سرد کردن استحاله در 390درجه حرارت درجه سلسیوس اتفاق میافتد و با گرم کردن مجدد استحاله معکوس   درجه حرارت 430درجه سلسیوس به وقوع میپیوندد . عوامل متالورژیکی از قبیل اندازه دانه اولیه و خلوص مواد بر مقدار فازHCP تشکیل شده موثر بوده ، به طوریکه اگر دانه ها ریز و میزان ناخالصی ها زیاد باشد ، مقدار فازHCPتشکیل شده کمتر خواهد بود. از طرفی انجام کار سرد موجب افزایش مقدار فاز HCPمیشود .

 

ساختار فازی آلیاژهای دو تایی پایه کبالت

سیستم دو تایی کبالت – کرم

کرم عنصر آلیاژی اصلی در آلیاژ کبالت – کرم میباشد . ساختمان کریستالی کرم مکعبی مرکز دارBCC میباشد که حلالیت آنرا در کبالت FCCوHCPمحدود مینماید . طبق دیاگرام فاز دوتایی Cr_CO ارائه شده . حلالیت کرم در فازهایα و εدر دمای 700 درجه سلسیوس به ترتیب برابر 20 و 10 درصد وزنی میباشد . با افزایش دما حلالیت کرم افزایش یافته و در دمای 991 درجه سلسیوس به 35.1 درصد در فاز αمی رسد  . حداکثر حلالیت کرم در فازα در دمای 1312 درجه سلسیوس بدست می آید که معادل حدود 39 درصد میباشد .

 

سیستم دوتایی کبالت – مولیبدن  

مولیبدن اثرات مشابهی بر ساختمان کبالت داشته و همانند کرم دامنه پایداری فاز  αرا باگسترده نمودن منطقه فازε کاهش میدهد حلالیت مولیبدن نیز به علت داشتن یک ساختمان کریستالیBCC در کبالت محدود میباشد . ولی حلالیت آن با دما افزایش یافته و در دمای 1335 درجه سلسیوس به حداکثر مقدار خود یعنی 28 درصد وزنی میرسد. فاز εحلالیت کمتری برای برای مولیبدن نشان داده که در دمای پریتکتوید 50 ± 700 درجه سلسیوس به میزان حداکثر خود یعنی 14 درصد وزنی میرسد

 

سیستم دو تایی کبالت – کربن

قسمتی از نمودار فاز دوتایی C_COدر شکل (4) نشان داده شده است . درجه حرارت ذوب با افزایش مقدار کربن کاهش یافته و در دمای 1321 درجه سلسیوس طی یک واکنش اتکتیک فاز αرا که حداکثر یک درصد وزنی کربن به صورت محلول جامد بین نشینی در خود حفظ نموده ، بوجود میاورد . حلالیت کربن در فازα با کاهش دما افت نموده و در دمای  1000 درجه سلسیوس به 35/0 درصد وزنی می رسد .

 

پوسته پمپ - قالب ریخته گری

پوسته پمپ

 

استحکام بخشی آلیاژهای کبالت

1)  استحکام بخشی محلول جامد

WوTaوoMعناصر مناسبی در استحکام بخشی محلول جامد هستند. شکل زیر تاثیر شدید استحکام بخشی این عناصر را بر آلیاژهای سه تاییx_rC_Coنشان می‌دهد.

رسوبگذاری : پریمg اکنون امکان رسوب سختی آلیاژها کبالت را بررسی میکنیم باتوجه به استحکام بخشی شدید آلیاژهای نیکل ازطریق رسوبAI_3Niدر آلیاژهای کبالت نیز عامل رسوب سختی رسوب AI3OCوiT3oC می باشد در آلیاژهایiT_Cr_oCعامل رسوب سختی, رسوبهای از نوع((iT¸rC) 3oC) با مساحت (γ پریم)می باشد در ضمن استحکام در این مورد به اندازه استحکام آلیاژهای γپریم نیکل که در آنها رسوب می کند نیست.

2) عیوب چیدن صفحه‌های اتمی

عیب در چیدن صفحه‌های اتمی در استحکام بخشی محلول جامد اهمیت دارد هر چه انرژی عیب در چیدن صفحه‌های اتمی بالاتر باشد آلیاژ مستحکم‌تر است.  در کبالت خالص Fccمقدار زیادی عیب در چدن صفحه‌های اتمی مشاهده می‌شود حلالیت کروم در هر دو فاز Fccو Hcpزیاد است و عیوب چیدن صفحه‌های اتمی در آلیاژهای rC_ oC به آسانی ایجاد می‌شوند. اضافه کردن عناصر آلیاژی به شدت بر انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی تأثیر می‌گذارد مثلا نیکلccF ، ساختارFcc را پایدار می‌کند و انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی را افزایش می‌دهد بطوری که مقدار نابجایی ها کمتر می‌شود.

ولی عناصرBcc مانندWوoM انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی را کاهش می‌دهند. از نظر  تاثیر افزایش عناصر آلیاژیNiوFe اهمیت زیادی دارند زیرا حلالیت آنها در کبالت کاملا بالاست Feنیز ساختار Fccرا پایدار می‌کند.

 

3)  تشکیل کاربید

در آلیاژهای کبالت بسته به ترتیب آلیاژ انواع مختلف کاربید تشکیل می‌شود. مقدار عناصر آلیاژی برای تشکیل و توزیع مناسب کاربید  و پایدار کردن آنها که بهترین خواص مخصوصا خواص خزشی دما بالا ایجاد می‌کند چون مقدار Crدر این آلیاژها معمولاً زیاد است یعنی بیشتر از 20٪ است،3C7M و 2C3Mبه ندرت دیده می‌شود ولی وجود rCبه تشکیل کاربید نوع 6C23Mکمک می‌کند. این کاربید مهمترین نوع کاربید است.

توزیع مطلوب کاربیدها چنان توزیعی است که به حد کافی ظریف باشد تا باعث استحکام آلیاژ شود ولی مقدار کاربیدها آن قدر زیاد نباشد که داکتیل بودن را کاهش دهد ( معمولاً مقدار  کاربید را با محدود کردن مقدار کربن کنترل می‌ کنند) معمولا سعی می شود که از تشکیل لایه‌های پیوسته یا نیم پیوسته کاربید جلوگیری شود. ضمنا در این آلیاژها  حضور منگنز به عنوان عنصر آلیاژی باوجود گوگرد منجر به بروز Mnsمی‌شود که بصورت آخال نمایان می‌گردد.

 

سوپر آلیاژهای پایه کبالت

بیشتر خواص فیزیکی کبالت شبیه به نیکل است مانند اندازه اتمی، نقطه ذوب و چگالی. با آلیاژ کردن کبالت با کروم، نیکل و تنگستن، کربن و سایر عناصر بتدریج سوپر آلیاژهای پیچیده توسعه پیداکرد.

 

ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص

سوپر آلیاژهای پایه کبالت ازنظرشیمیایی نسبت به آلیاژهای پایه نیکل پیچیدگی کمتری دارند.سوپرآلیاژهای پایه کبالت ریخته‌ شده دارای ترکیب حدودC 0.1-1%وW 5-10%وCr20-30%وCo50-60%می‌باشند. و سوپر آلیاژهای پایه کبالت کار شده دارای حدود Co 40% و مقدار بیشتری نیکل(حدود 20٪) برای کار پذیری می‌باشند همچنین سایر عناصر آلیاژی به آنها افزوده می شود.

سوپر آلیاژهای پایه کبالت در برخی از قسمتهای توربین های صنعتی بکار می‌روند ، زیرا کمتر از آلیاژهای پایه نیکل در معرض خوردگی قرار می‌گیرند، اگرچه مقاومت اکسایشی آنها خوب نیست. همچنین از این آلیاژها در برخی موتورهای هواپیما استفاده می‌شود.

 

زمینه استنیتی

زمینه استنیتی بیشتر سوپر آلیاژهای کبالت تقریبا شامل Co 50 %وCr25% است و بقیه آن نیکل و عناصر دیرگداز مثل تنگستن، تانتالیم، آهن و یا مولیبدن می باشند. آستینت سوپر آلیاژهای پایه کبالت ساختار Fccدارد.

 

کاربیدها

درصد کربن آلیاژهای پایه کبالت نسبتاً بالاست( یعنی 1/0 تا 1٪) به طور کلی سه نوع اساسی کاربید در سوپر آلیاژهای پایه کبالت وجود دارد:

کاربیدهای 6 C 23M

کاربیدهای MC

کاربیدهای C6M

کاربیدهای سوپر آلیاژهای پایه کبالت را به روش‌های مختلف استحکام می‌بخشند.

اول : آنها( اساسا  6 C 23M )در هر دو آلیاژ ریخته شده و کار شده در مرز دانه‌ها رسوب می‌کنند.

دوم : برخی از این ذرات کاربیدی در خطاهای چیدن رسوب می‌کنند.

چنین سدهایی از حرکت نابجایی ها شدیداً جلوگیری می‌کنند و بنابراین استحکام آلیاژ افزایش می‌یابد. اما این رسوبها می توانند منجر به کاهش چشمگیر شکل پذیری ‌شوند.

 

اثر عملیات گرمایی بر ریز ساختار

پیر کردن به مدت 24 ساعت دردمای925 درجه سانتی گراد باعث رسوب ذرات 6 C 23M می شود. MC هم رسوب می‌کند.

 

استحکام تنش –  گسیختگی در دمای بالا

اصولاً آلیاژهای پایه کبالت در قطعاتی به کار می روند که در تنش پایین و دمای بالا طول عمر زیادی دارند مانند پروانه‌های توربین صنعتی.

 

نتیجه گیری

آلیاژهای کبالت می‌توانند با آلیاژهای نیکل رقابت کنند ایجاد استحکام کافی در دمای بالا در این آلیاژها بر اساس استحکام بخشی محلول جامد و تشکیل ساختار کار بیدی پخش شده استوار است پخش مناسب کار بیدها از طریق افزایش کافی کربن مثلاً (3/0٪) وعناصر کاربیدزا مانند Tiو Zrو از طریق انتخاب عملیات گرمایی مناسب انجام می‌شود. آلیاژهای کبالت هم به صورت کار شده و هم ریختگی قابل استفاده اند.

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری مناسب جهت جلوگیری از نواقص و معایب ریخته گری ضروری است. طرح و محاسبه سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری جز وظایف مهندس ریخته گر یا استاد کار قالب گیر است. ساخت سیستم راهگاهی و نصب آن روی صفحه مدل، مربوط به مدلساز است، بدین جهت مدلساز باید از تکنیک راهگاه و تغذیه اطلاعات کافی داشته و بتواند سیستمهای آشنا را روی مدلهای مشابه پیاده کند.

سیستم راهگاه

سیستم روباز

ساده ترین روش جهت رسیدن مذاب به قالب، سیستم روباز است. در این روش مذاب مستقیما به محفظه خالی قالب ریخته می شود. این سیستم در ریخته گری روباز و در ریخته گری خاصی که با راهگاه سرریز می شود کاربرد دارد.

معایب سیستم روباز

معایب سیستم روباز عبارتند از:

-آشفتگی شدید جریان مذاب که باعث نفوذ شلاکه و اکسیدها به داخل قطعه می شود.

-خیلی ناصاف و کثیف شدن سطح قطعه به علت وجود اکسید مذاب و نیز بالا آمدن شلاکه.

سیستم بسته

با طراحی صحیح سیستم راهگاه در این روش، معایب سیستم روباز برطرف می شود. در این روش قالب بسته است و مسیر مذاب جاری بسته به سیستم آن تعیین می شود. در یک مفهوم اصلی می توان سیستم راهگاهی را فقط سیستم بسته به حساب آورد که مسیر مذاب را مشخص می کند. اجزای این سیستم عبارتند از: حوضچه راهگاه، راهبار، کانال اصلی و کانال فرعی. نقش سیستم راهگاهی مانند یک منبع آب عمومی است که حوضچه نقش آب و کانال فرعی نقش لوله های انشعابی ورودی به خانه ها را دارد.

با سیستم راهگاهی درست اصول زیر برآورده می شوند:

-ارتباط درست محفظه خالی با خارج

-هدایت درست مذاب و جلوگیری از آشفتگی جریان مذاب

-نگه داشتن شلاکه، اکسیدها و مواد کفی در خارج قالب

-تحت تاثیر قرار گرفتن توزیع دما.

 

سوپر آلیاژ پایه نیکل

سوپر آلیاژ پایه نیکل

سوپر آلیاژها، آلیاژهای مقاوم به گرما در دمای بالا هستندو قادرند که استحکام خود را در دماهای بالا حفظ نمایند. سوپر آلیاژها همچنین مقاومت خوبی به خوردگی و اکسایش و مقاومت زیادی به خزش و شکست در دمای بالا دارند. بطور کلی سه دسته اساسی سوپر آلیاژ وجود دارد:1-پایه نیکل   2-پایه نیکل/ آهن    3-پایه کبالت

اولین آلیاژ پایه نیکل قابل رسوب سختی Nimonic80 در سال 1941در بریتانیای کبیر توسعه یافت. این آلیاژ محلول جامد 20%Cr,2.25%Ti,1%Al,Niکه عمدتا دارای رسوبات با ترکیب Ni3(Ti,Al) میباشد.وسیعترین کاربرد سوپر آلیاژها مربوط به صنایع هواپیما و توربینهای گازی است،ماشینهای فضایی، موتورموشک ،هواپیمای آزمایشی رآکتورهای هسته ای، زیردریائیها،دیگهای بخار،تجهیزات پتروشیمی و….

 

تقسیم بندی سوپر آلیاژهای پایه نیکل:

1 )    تقسیم بندی سوپر آلیاژ نیکل بر اساس ذوب

الف( آلیاژهای اولیه ذو ب شونده در هوا

ب( آلیاژهای جدید ذو بشونده در هوا

ج ( آلیاژهای اولیه ذوب در خلا

د ( آلیاژهای ذوب شونده در خلا با استحکام بالا

 

2)    تقسیم بندی سوپر آلیاژهای نیکل بر حسب ترکیب شیمیایی

1) آلیاژهای با Moبالا

2) آلیاژها با Ni-Cr(75-15)

3) آلیاژها باNi-Cr(75-20)

(4 آلیاژها باNi(35-60),Cr-Co(20-20)

(5آلیاژها با درصد مختلف از Ni,Cr,Co,Mo

(6 آلیاژهای اصلاح شده گروه پنج با کبالت کمتر

7) آلیاژهای اصلاح شده گروه پنج با آهن بیشتر و کبالت کمتر

8) آلیاژهای اصلاح شده گروه یک با آهن زیاد و مولیبدن کم

 

گروه یک سوپر آلیاژ نیکل

بیشتر از 15%Mo داشته .دارای مقاومت خوبی در برابر اسیدها می باشند.مثلا:HastelloyB آلیاژی بود که برای ساخت پره های تولید شده از طریق فورج در موتور توربین I-16 بکار رفت.

 

گروه دو سوپر آلیاژ نیکل

دارای 75%Ni,15%Cr,10% عناصر دیگر می باشد.قابل رسوب سختی می باشند. بعضی از آلیاژهای این گروه در دو مرحله پیر سختی می شوند.

کار سرد میتواند سبب افزایش استحکام در کاربردهای با دمای پائین تر گرددکه در این حالت مواد می توانند به سادگی تنش زدایی شوند.تولیدات کار سرد و کشش سرد در حدود 1800f آنیل می شوند.

 

گروه سوم سوپر آلیاژ نیکل

این آلیاژها در انگلستان توسعه یافته و بر مبنای آلیاژ نیکروم(80Ni-20Cr) که به میزان زیادی برای ساخت المنتهای کوره های الکتریکی بکار می رود ، طراحی گردیدند.

 

گروه چهارم سوپر آلیاژ نیکل

مشابه گروه دو و سه بوده بجز آنکه با کاهش Niحدود 20%Co افزوده گردیده. نسبت به گروههای قبلی استحکام خزش-گسیختگی بیشتری دارد.

 

گروه پنجم سوپر آلیاژ نیکل

با چهار گروه قبلی متفاوتند. دارای حدود 3% یا بیشتر Mo می باشند. به منظور ساخت اجزاء توربین گازی، نظیر پره های توربین،دیسکها،پره های هدایت کننده، محفظه احتراق، پس سوزو… استفاده می شوند.برای ساخت اجزائی که در دمای بالا بکار رفته و نیازمند استحکام بالا در دماهای بالا می باشند مناسب اند.

 

گروه ششم سوپر آلیاژ نیکل

بسیار شبیه گروه پنج بوده با مقدار کبالت بسیار کم و درصد Ni بالاتر مانند ترکیب گروه های 2,3 با بیش از 4%Mo یاW می باشند.درنتیجه استحکام خزش-گسیختگی بیشتری نسبت به گروه دو و سه دارند.

گروه هفتم سوپر آلیاژ نیکل

افزایش مقدار آهن بیش از 15% و کاهش کبالت و کاهش میزان نیکل برای ساخت قطعات پیچیده از طریق جوشکاری و ورقها که نیاز به ترکیبی از قابلیت ساخت عالی ، استحکام در دماهای بالا و مقاومت اکسیداسیون دارند مناسب اند.

 

گروه هشتم سوپر آلیاژ نیکل

(17-20)% FeوMo کمتر از 10% داشته

استحکام خزش-گسیختگی این گروه باندازه سایر گروهها نمی باشد اما مزیتهای آن قیمت پائین تر و ساخت آسانتر می باشد. برخی از کاربرد های این آلیاژ در دماهای بالا،قطعات کوره ها و کاربرد در اجزاء موتور هواپیما نظیر پس سوز، پره های توربین،پره های هدایت کننده و…می باشند. معمولا از HastelloyF بخاطر مقاومت خوردگی خوب آن استفاده می شود.آلیاژ HastelloyX برای بویلرها و مخازن تحت فشار بکار میرود.

 

فازهای موجود در سوپر آلیاژهای پایه نیکل

در ساختار میکروسکوپی سوپر آلیاژهای پایه نیکل چند نوع فاز دیده می شود که مهمترین آنها عبارتند از فازУوỳو کاربیدها، بعلاوه ممکن است فازهایی مانند ỳمرز دانه ای و بوریدها نیز تشکیل گردد. همانطور که میدانید عوامل موثر بر حلالیت 1-تشابه ساختار کریستالی 2-تشابه ظرفیت اتمی 3- پائین بودن اختلاف اندازه اتمی میباشد که اختلاف اندازه اتمی عنصر حل شونده با عنصر زمینه نباید از 15% تجاوز نماید .

عناصری که در فاز Уحل می شوند معمولا این اختلاف زیر 15% است .هر چه اندازه اختلاف بیشتر باشد استحکام ناشی از حل شدن در محلول جامد بیشتر می گردد در نتیجه عناصری که اختلاف اندازه اتمی بیشتری با Ni دارند حلالیت کمتری داشته اما استحکام محلول جامد را بیشتر افزایش می دهند مثلا:کربن یک عنصر حل شونده در فاز Уاست که 27% اختلاف اندازه اتمی با نیکل داردپس به مقدار کمی در نیکل حل شده اما استحکام آن را به مقدار زیادی افزایش می دهد.(Ni,Co,Fe,Re,W,V,Cr,Hf)

پوسته پمپ - قالب سازی

پوسته پمپ

 

عناصری که در رسوب Уقرار می گیرند و معمولا دارای فرمولNi3X می باشند.(Ta,Ti,Al,Nb)

عناصری که تمایل به جدایش در مرز دانه ها دارند(Zr,Cr,B)

عناصر کاربید زا و عناصری که پوسته اکسیدی تشکیل می دهند (عناصرMo,Cr,Ta موجب تشکیل کاربید میگردند و عناصر Al,Cr باعث ایجاد پوسته اکسیدی می گردند.)

Hf می تواند در فازهای مختلف Уوỳقرار گیرد.

فاز : y

این فاز محلول جامدی از Уبا شبکهfcc است که عناصری مانند Cr,Co,Fe,Mo,W,V,… با حل شدن در آن باعث افزایش استحکام می گردند .

عناصری مانند Mo,W بعلت دارا بودن ضریب نفوذ پائین باعث کاهش خزش می گردند. و Co نیز با کاهش انرژی نقص در چیده شدن بین نا بجایی ها، پدیده لغزش را مشکل ساخته و لذا باعث افزایش مقاومت خزشی این آلیاژها می گردد.

فازỳ: این فاز که در حین عملیات رسوب سختی سوپر آلیاژها بصورت ذرات ریز و پراکنده در زمینه yراسب گردیده اند که دارای ساختار کریستالی fccو ترکیبNi3X بوده وعامل سخت کنندگی رسوبی در سوپر آلیاژهای پایه نیکل است.

Xمیتواند عناصر الکتروپوزیتیو مثل (Al, Ti,Cb) باشد و عناصر الکترونگاتیو مانند (Fe,Co) می توانند جانشین نیکل شوند. مهمترین ترکیب این فازهاNi3Al ویاNi3(Al,Ti) می باشد.

ỳ: مورفولوژی(ریخت شناسی) ذرات ỳبستگی به عدم انطباق پارامتر شبکه دارد .معمولا عدم انطباق پارامترشبکه یک درصد می باشد.این عدم انطباق باعث ایجاد کرنش های الاستیک گردیده که بعنوان موانعی در برابر حرکت نابجایی ها عمل می کنند.

افزایش درصد حجمی ỳموجب افزایش استحکام در دمای بالا می گردد.

 

فازهای کاربیدی

میزان انحلال کربن در زمینه کم میباشد لذا مقدار اضافی بصورت ترکیبات کاربیدی راسب می گردند. مقدار کربن در آلیاژهای کارپذیر بین 2/0-02/0 درصد و در آلیاژهای ریختگی حدود 6/0 در صد می باشد. اگر ترکیب کربن با عناصر دیگر بصورت کاربیدهای پیوسته در مرز دانه ها راسب گردنداستحکام و داکتیلیته را بشدت کاهش میدهنداما اگر بصورت غیر پیوسته در مرزها رسوب کنند باعث کاهش لغزش مرز دانه ای میگردند.

 

کاربیدهای موجودMC,M6C,M23C6,گاهیM7C3

کاربیدMC

در حین انجماد سوپر آلیاژها تشکیل شده و معمولا بصورت ذرات جدا از هم و بطور پراکنده در زمینه توزیع می شوند که دارای ساختار fccبوده و بسیار متراکم اندعنصرM معمولا از عناصر فعال یا دیرگداز بوده است.کمبود کرم و بالا بودن Nb,Ta,Fe موجب پایداری این کاربید میگردد.ممکن است درداخل دانه ها یا مرز دانه ها راسب گردند،در واقع این کاربیدها عامل اصلی تشکیل سایر کاربید هستند.

 

کاربیدهای نوعM23C6

در حین عملیات حرارتی یا سرویس دهی سوپر آلیاژها در محدوده دمایی (980-760)کاربیدهای MC تجزیه شده و باعث ایجاد کربن میگردد که این کربن می تواند باعث ایجاد این نوع کاربید گردد و بعلاوه باعث تشکیل فازy’ که فاز سخت کننده رسوبی است شود.واکنش بصورت زیر می باشد:

MC+У=M23C6+ỳ

 

معمولا با مقادیر زیاد کروم تشکیل شده و عنصر M معمولا کروم می باشد.می توانند بشکل بلوکی یا سلولی شکل باشندکه معمولا تمایل به تشکیل در مرز دانه ها دارند.نوع بلوکی آن در مرز دانه ها از لغزش مرز دانه ای جلوگیری میکند ولی نوع سلولی باعث کاهش زیاد چقرمگی می شود

 

کاربید هایM6C

Ú     معمولا در محدوده دمایی 815تا950 تشکیل میشوند.

Ú     MC+У=M6C+ỳ واکنش تشکیل آن میباشد.

Ú     بعلاوه ممکن استM6C+M’=M23C6+M”

Ú     این کاربیدها دارای ساختار مکعبی پیچیده بوده و معمولا بصورت اتفاقی در زمینه توزیع میشوند.

Ú     هنگامی تشکیل می شوند که مقدار Mo,Wدرزیاد باشد هنگامیکه این مقدار حدود (8-1)% ویا بیشتر باشد کاربیدهای M6CیاM23C6تواما در مرز دانه ها رسوب میکنند .

نکته

گاهی اوقات در برخی از سوپر آلیاژها که دارای Al,Cr,Tiمی باشندونوع خاصی از کاربیدها با ترکیب M7C3تشکیل می شود که Mمعمولا کرم می باشد با افزودنMo,Nb,W,Co به آلیاژ می توان این کاربید را خنثی کرد.

 

بوریدها

عنصر B در مقادیر خیلی کم (حدود 01/0%)جهت اصلاح خواص مکانیکی اضافه میگردد. اگر مقدار بور اضافه شده از این مقدار بیشتر گزدد باعث ایجاد فاز جدیدی با ترکیب M3B2 میگرددکه این فاز تمایل به رسوب در مرز دانه ها دارد. M  مهمولا عنصر مولیبدن است اما می تواند عناصری مانندTi,Ni,Cr نیز باشد. دارای شبکه کریستالی تتراگونال می باشند.ذراتی بسیار سخت بوده و دارای مورفولوژی بلوکی شکل هستند.

عملیات حرارتی انحلال سوپر آلیاژها

هدف اولیه از این عملیات، حل کردن فازهای رسوب کرده خصوصا y’و کاربیدها که از پیش از انجام عملیات پیر سختی راسب گردیده اند و یا در حین سرد شدن راسب گردیده اند می باشد.عملیات حرارتی انحلال در دماهی پایین تر از 1080 سبب سرعتهای خزشی بالا تر شده و بهمین صورت عملیات حرارتی انحلال در دماهای بالاتر سبب گسیختگی در کرنش های خزشی کمتر می گردد .

اندازه دانه های هر آلیاژتابع درجه حرارت انحلال است . با افزایش اندازه دانه خزش در دمای بالا کمتر شده و لی استحکام قطعه نیز کمتر می شود.

 

سختی رسوبی

به منظور راسب کردن فازهای سخت کننده جهت رسیدن به خواص مکانیکی مورد نیاز صورت میگیرد. گاهی عملیات پیر سختی دو مرحله ایصورت میگیرد.تغییر دمای رسوبỳ بر مقاومت خزشی و تنش شکست تاثیر میگذارد. وقتیکه عملیات رسوب سختی در دمای خیلی کم زیر دمای انحلال صورت پذیرد سرعت خزش زیاد می گردد و عمر کاری قطعه کم میگرد.

ساخت ماهیچه با ماشین

ساخت ماهیچه با ماشین

در ریخته گری امروزی تولید ساده و اقتصادی قطعات اهمیت زیادی دارد. به همین جهت کار با دستی وقت گیر و گران، با ماشین که به طور اقتصادی و با سرعت بیشتر همان کارها را انجام می دهد جایگزین می شود. در روش خودکار، ماهیچه در مدت زمان کمتر از چند ثانیه ساخته می شود.

برای تهیه ماهیچه ماشینی طراحی جعبه ماهیچه ای که با روش کار ماشین ماهیچه سازی مطابقت داشته باشد مهم است. به همین جهت مدلسازان باید روش کار ماشین، معایب و محاسن آن آشنا شوند.

کار اساسی ماشین ماهیچه سازی

در یک ماشین ماهیچه سازی تمام مراحل کار تراکم مواد ماهیچه وجود دارد. صرف نظر از تعداد مراحل کار که به وسیله ماشین انجام می گیرد ترتیب کارها در تمام ماشینها همیشه یکی است:

-بستن جعبه ماهیچه

-ریختن مواد ماهیچه و متراکم کردن آن

-سخت کردن

-بیرون کشیدن قطعات آزاد

-باز کردن جعبه ماهیچه

-بیرون آوردن ماهیچه

پر کردن مواد در جعبه ماهیچه (قالب ماهیچه)

مواد ماهیچه را می توان با دمش، پرتاب و یا به صورت پرسی در محفظه خالی جعبه ماهیچه وارد و ماهیچه را درست کرد. بدین وسیله ماهیچه شکل مورد نظر را می گیرد، بسته به مواد ماهیچه گاهی سختی قابل توجیهی به خود می گیرد.

سخت کردن ماهیچه

بعد از متراکم کردن که امروزه اکثرا با روش پرتاب انجام می گیرد ماهیچه استحکام نهایی خود را بسته به روشهای ماهیچه سازی به صورتهای زیر به دست می آورد:

-سخت کردن با عبور دادن گاز CO2 (روش جعبه سرد)

-سخت کردن با گرما (روش جعبه داغ)، روش جعبه گرم و روش ماهیچه سازی پوسته ای

-خشک کردن در کوره ها در مورد ماهیچه روغنی و در روش شوکهای گرمایی

ساخت ماهیچه با روش پرتاب

در این روش مواد ماهیچه سازی با هوا مخلوط نشده بلکه هوا با فشار معینی در یک سیلندر پر از ماسه عمل می کند. هوا با فشار 3 تا 8 بار بعد از باز کردن شیر هوا روی ستون ماسه اثر می کند، در نتیجه ماسه با ضربه، قالب ماهیچه را پر می کند. عمل پرتاب مواد در جعبه ماهیچه باعث تراکم یکنواخت ماهیچه می شود. استحکام نهایی به وسیله سخت کردن به دست می آید.

مزایای روش پرتابی

-در این روش فقط باید هوای داخل قالب ماهیچه سریع تخلیه شود. هوا با مواد ماهیچه در داخل قالب ماهیچه جمع نمی شود و لذا سوراخهای ریزی جهت تخلیه هوا لازم نیست.

-ماشین به صورت ساده کار می کند.

-تراکم یکنواخت در تمام مقاطع حاصل می شود.

-فشار هوای 3 تا 8 بار در سیلندر پرتاب به 0.5تا3 بار تقلیل داده می شود تا قالب ماهیچه صدمه نبیند.

کاربرد روش دمشی

طبق اصول کار دمش ماشینهای ماهیچه سازی، فقط مواد قالب گیری که ذرات آن خشک و با مواد صمغی پوشانده شده اند به کار می رود. برای مواد ماهیچه سازی تر، جهت ساخت ماهیچه فقط ماشینهای پرتابی به کار می رود.

معایب روش دمشی

-سایش در نتیجه پرتابه های ماسه ای، خیلی بیشتر است.

-هوای دمیده شده به جعبه ماهیچه دوباره باید از مواد قالب گیری جدا شود، به همین جهت نقاط اضافی برای تخلیه هوا لازم است.

-نیروی محکم کننده جعبه ماهیچه بیشتر است، زیرا هوای فشاری روی جعبه ماهیچه عمل می کند.

تولید ماهیچه با روش فشاری

فشردن ماهیچه به وسیله پرس کردن مواد ماهیچه سازی به کمک مجرا و سطح مقطع مورد لازم ماهیچه صورت می گیرد. فشار مورد لزوم توسط پیستون و یا حلزون (شبیه چرخ گوشت) به وجود می آید. ماهیچه به وجود آمده روی صفحه ای قرار داده می شود و بسته به مواد مکم کننده و چسب آن خشک و یا سخت می گردد.

کاربرد و راه حل دیگر

برای تعداد کم قطعات که احتیاج به ماهیچه استوانه ای دارند، اکثرا جعبه ماهیچه درست نمی کنند، بلکه از ماهیچه های استاندارد که با فواصل قطری 5یا10 میلیمتر ساخته شده اند، استفاده می شود. این ماهیچه ها به عنوان ماهیچه انباری به طور انبوه تولید و در طولهای مورد لزوم بریده می شود. امروزه ساخت چنین ماهیچه هایی با کمک ماشینهای پرتابی به خاطر سرعت و دقت عمل آن صورت می گیرد.

استحکام نهایی با سخت کردن

با پرتاب و یا دمیدن مواد ماهیچه در جعبه ماهیچه، ماهیچه متراکم و محکم می شود، استحکام نهایی ماهیچه به وسیله سخت کردن به دست می آید. این مرحله امروزه روی ماشینهای ماهیچه سازی با گاز و یا گرما صورت می گیرد.

سخت کردن با گاز

ساده ترین و کم هزینه ترین روش سخت کردن، گاز دادن با دست است. گاز توسط دوش به ماهیچه موجود در جعبه ماهیچه هدایت می شود. ماهیچه های بلند را می توان توسط لوله ای دراز که در سطح جانبی آن مجراهای زیاد وجود دارد سخت کرد. معمولا گاز دادن روی ماشینهای پرتاب و یا تجهیزات خودکار صورت می گیرد.

به خاطر دلایل ایمنی، روش سخت کردن با گاز CO2 با دست صورت می گیرد.

روش سخت کردن با CO2

در این روش از گاز CO2 جهت سخت کردن استفاده می شود. چسب آب شیشه با گاز CO2 تشکیل کربنات سدیم و اسید سیلیسیک و آب تبلور می دهد. اسید سیلیسیک مثل اسکلت دانه های ماسه را احاطه می کند و سخت کردن قالب را انجام می دهد. مدت زمان سخت شدن بسته به حجم آن 15الی60 ثانیه می باشد.

مزیت سخت کردن با CO2

گاز CO2 سمی نیست و بدین جهت می توان عمل گاز دادن را با دست انجام داد.

مدل منیفولد 206 - قالب سازی

منیفولد 206

روش جعبه سرد

در این روش مواد چسبی و سخت کتتده قبلا با ماسه مخلوط می شود. گاز دادن با یک کاتالیزور مواد رزینی فنوئل و سخت کننده پلیسوسیانات را به ماده چسبی پلی اوره تان تبدیل می کند. به عنوان کاتالیزور مثلا تری اتیلامین یا دی اتیلامین در محفظه ای به صورت ریز در می آید.

مدت زمان سخت شدن بسته به حجم و طرح آن 2الی30 ثانیه طول می کشد.

مزایا روش جعبه سرد

روش جعبه سرد نسبت به روشهای دیگر مدت زمان کمی جهت سخت شدن لازم دارد.

معایب روش جعبه سرد

در استفاده از گاز غیر سمی CO2 تمام تجهیزات مراحل گاز دادن روی یک صفحه سوار است، در صورتی که در روش جعبه سرد مکش و تصفیه هوای آلوده شده به آمین ضروری است. بخار آمین به خاطر دلایل ایمنی باید در دو سیستم برطرف شود:

-سیستم باز

-سیستم بسته

در نوع جدید سرد از SO2 به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.

سخت کردن با گرما (سخت گرمایی)

در این روش فنوئل و فوران به عنوان مواد چسبی و محکم کننده به کار می روند. در روش سخت گرمایی علاوه بر مواد چسبی مواد محکم کننده با ماسه مخلوط می شود. مرحله سخت کردن ماهیچه با گرم کردن جعبه ماهیچه صورت می گیرد.

مزایای روش سخت کردن با گرما

با ذوب شدن مواد چسبی و صمغی در سطح ماهیچه، سطحی خوب با تیزی مناسب لبه ها به وجود می آید. از ماسه ریز در این روش حتی پیچ داخل طراحی شده با ماهیچه را نیز می توان تهیه کرد.

روش جعبه داغ

در این روش ذرات ماسه به وسیله مواد چسبی روانی احاطه شده است. چسبندگی و اتصال بین ذرات تا موقع سخت شدن ماهیچه ادامه پیدا می کند. بسته به نوع مواد چسبی مورد استفاده مثلا فنوئل و فوران درجه حرارت سخت شدن به ترتیب 200تا300 و 150تا250 درجه سانتیگراد است. مواد سخت کننده مثل کلرید آَمونیوم یا اکسیدها قبلا با مواد چسبی مخلوط می شود. درست 15تا45 ثانیه دیواره ای به ضخامت 2الی5 میلیمتر تشکیل می شود. افزایش ضخامت دیواره در کوره پخت ادامه دارد و تا مغز ماهیچه سخت شود.

کاربرد روش جعبه داغ

این روش در تولید انبوه قطعات کوچک و متوسط به کار می رود. با این روش مواد زیر به خوبی برآورده می شوند:

1-سطوح خوب

2-تیزی لبه ها

3-استحکام ماهیچه

4-نفوذپذیری

5-از هم پاشیدن بهتر بعد از ریخته گری

روش جعبه گرم

این روش نوع تغییر یافته ای از روش جعبه داغ است. ماده سخت کننده برای مواد چسبی فوران که پوشش ماهیچه را به وجود می آورد، به کار می رود. به همین جهت دما تا15 درجه سانتی گراد برای سخت شدن ماهیچه کافی است.

مزایای روش جعبه گرم

1-مصرف کم انرژی

2-مزاحمت کمتر بو

کاربرد روش جعبه گرم

به جای روش جعبه داغ می توان از این روش استفاده کرد.

روش پوسته ای (کرونینگ)

مشخصه این روش استفاده از ماده به چسب آغشته شده و خشک است. این ماده چسبی فنوئل است که دوباره با مواد سخت کننده هگزامتیلن تترامین مخلوط شده است. مرحله سخت شدن در جعبه ماهیچه گرم با دمای 250تا 350 درجه سانتی گراد صورت می گیرد. استفاده از این روش اساسا در ساخت قالبهای پوسته ای است.

مزایای روش پوسته ای

علاوه بر مزیت واضح سخت شدن با گرما این روش دارای خاصیت روانی است. خاصیت عدم چسبندگی به جهت پوشش خشک ذرات ماسه است. به علاوه با کاربرد گرد جدایش خاصیت فوق تقویت نیز می شود.

ماهیچه کرونینگ توپر

در روش ماهیچه سازی کرونینگ مثل روش قالب گیری کرونینگ، دیگر ماهیچه را پوسته ای درست نمی کنند. ماهیچه توپر کرونینگ به جای ماهیچه های جعبه داغ بخصوص وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که سطح مقطع کم و لبه ها از نظر پرتاب ماسه و پر شدن جعبه ماهیچه مشکل باشد. امر فوق به راحتی با ماسه روان عملی است.

خشک کردن ماهیچه

برای ماهیچه روغنی، روغن معدنی یا گیاهی به عنوان چسب به کار می رود. خشک کردن در کوره و در دمای 200تا220 درجه سانتی گراد صورت می گیرد.

کاربرد خشک کردن ماهیچه

ماهیچه های روغنی موارد استفاده کمی دارد. به خاطر خاصیت الاستیکی (کشسانی) آن، این ماهیچه ها در مواقعی که ماهیچه شامل بازوها، پله ها و قسمتهای سنگین است به کار می رود.

معایب خشک کردن ماهیچه

خشک کردن در کوره خود مستلزم صرف وقت اضافی است. دقت آن روی زیر سری خشک کنی به اندازه دقت خشک کردن در جعبه ماهیچه نیست.

ساخت ماهیچه دستی

به علت هزینه بیشتر ساخت ماهیچه دستی، روش فوق منحصرا در مواقعی به کار می رود که تعداد ماهیچه کم و یا دارای ابعادی است که با هیچ ماشینی نمی توان آن را تهیه کرد. روشهای گفته شده ممکن است در همه کارگاهها اجرا نشود.

 

 

 

 

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژ (Superalloy) به آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن – نیکل و پایه کبالت گفته می شود که عموما در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد استفاده می شوند. سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته اند و معمولا به صورت کار شده هستند. سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.

از آغاز پیدایش سوپر آلیاژ ها، تعداد زیادی آلیاژ شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و تعدادی نیز به عنوان اختراع ثبت شده اند. تعدادی از آن ها در طول سالیان گذشته غربال شده و تعدادی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. در شکل زیر رفتار تنش گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده اند (سور آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت).

سوپرآلیاژ های دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون درآورد. ترکیب های شیمیایی پرآلیاژ تر معمولا به صورت ریخته گری می باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می توان با جوشکاری یا لحیم کاری بدست آورد، اما ترکیب های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می شوند. خواص سوپرآلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی در محصول تمام شده به دست آورد.

 

اصول متالورژی سوپر آلیاژها

سوپرآلیاژهای پایه آهن، نیکل و کبالت معمولا دارای ساختار بلوری با شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) هستند. آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC نیستند. هر دو فلز در دماهای بالا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر، دگرگونی یافته و شبکه واحد آن ها به FCC تبدیل می شود. در مقابل، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل FCC است. حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می گردد. در ذوب موضعی بخشی از آلیاژ که پس از انجماد ترکیب شیمیایی تعادلی نداشته است در دمایی کمتر از مناطق مجاور خود ذوب می شود. همه آلیاژها دارای یک محدوده دمایی ذوب می شوند و عمل ذوب شدن در دمای ویژه ای صورت نمی گیرد، حتی اگر جدایش غیر تعادلی عناصر آلیاژی وجود نداشته باشد. استحکام سوپر آلیاژ ها نه تنها به وسیله شبکهFCC و ترکیب شیمیایی آن، بلکه با حضور فازهای استحکام دهنده ویژه مانند رسوب ها افزایش می یابد. کار انجام شده بر روی سوپر آلیاژ (مانند تغییر شکل سرد) نیز استحکام را افزایش می دهد، اما این استحکام به هنگام قرارگیری فلز در دماهای بالا حذف می شود.

تمایل به دگرگونی از فاز FCC به فاز پایدارتر در دمای پایین وجود دارد که گاهی در سوپر آلیاژ های کبالت اتفاق می افتد. شبکه FCC سوپر آلیاژ قابلیت انحلال وسیعی برای بعضی عناصر آلیاژی دارد و رسوب فازهای استحکام دهنده (در سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل و پایه نیکل) انعطاف پذیری بسیار عالی آلیاژ را به همراه دارد. چگالی آهن خالص 7.8 گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی نیکل و کبالت تقریبا 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل تقریبا 8.3-7.9 گرم بر سانتی متر مکعب، پایه کبالت 9.4-8.3 و پایه نیکل 7.8-8.9 است.

چگالی سوپر آلیاژ ها به مقدار عناصر آلیاژی افزوده شده بستگی دارد. عناصر آلیاژی Ti،Cr و Al چگالی را کاهش و W،Re و Ta آنرا افزایش می دهند. مقاومت به خوردگی سوپر آلیاژ ها نیز به عناصر آلیاژی افزوده شده و به ویژه Al، Cr و محیط بستگی دارد.

دمای ذوب عناصر خالص نیکل،کبالت و آهن به ترتیب 1453،1495 و 1537 درجه سانتی گراد است. دمای ذوب حداقل (دمای ذوب موضعی) و دامنه ذوب سوپر آلیاژ ها، تابعی از ترکیب شیمایی و فرآیند اولیه است. به طور کلی دمای ذوب موضعی سوپر آلیاژ های پایه کبالت نسبت به سوپرآلیاژها پایه نیکل بیشتر است. سوپرآلیاژهای پایه نیکل ممکن است در دمای 1204 درجه سانتی گراد از خود ذوب موضعی نشان دهند. انواع پیشرفته سوپر آلیاژ های پایه نیکل تک بلور دارای مقادیر محدودی از عناصر کاهش دهنده دمای ذوب هستند و به همین لحاظ، دارای دمای ذوب موضعی برابر یا کمی بیشتر از سوپر آلیاژ های پایه کبالت هستند.

 

ویژگی ها و خواص سوپر آلیاژها

1) فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیم در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد.

2) چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریبا 1204-1371) مورد نیاز باشد، سوپر آلیاژ های پایه نیکل انتخاب می شوند.

3) از سوپر آلیاژهای پایه نیکل می توان در نسبت دمایی بالاتری (نسبت به دمای ذوب) در مقایسه با مواد تجاری موجود استفاده کرد. فلزات دیرگداز (نسوز) نسبت به سوپر آلیاژ ها دمای ذوب بالاتری دارند ولی سایر خواص مطلوب آن ها را ندارند و به همین خاطر به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

4) سوپر آلیاژ های پایه کبالت را می توان به جای سوپر آلیاژ های پایه نیکل استفاده کرد که این جایگزینی به استحکام مورد نیاز و نوع خوردگی بستگی دارد.

5) در دماهای پایین تر وابسته به استحکام مورد نیاز، سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت کاربرد بیشتری پیدا کرده اند.

6)  استحکام سوپر آلیاژ نه تنها مستقیما به ترکیب شیمیایی بلکه به فرآیند ذوب، آهنگری و روش شکل دهی، روش ریخته گری و بیشتر از همه به عملیات حرارتی پس از شکل دهی، آهنگری یا ریخته گری بستگی دارد.

7) سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت ارزان تر هستند.

8) اکثر سوپر آلیاژ های کار شده برای بهبود مقاومت خوردگی دارای مقداری کروم هستند. مقدار کروم در آلیاژهای ریخته در ابتدا زیاد بوده، اما به تدریج مقدار آن کاهش یافت تا عناصر آلیاژی دیگری برای افزایش خواص مکانیکی سوپر آلیاژ های دما بالا، به آن ها افزوده شوند. در سوپر آلیاژ های پایه نیکل با کاهش کروم مقدار آلومینیم افزایش یافت، در نتیجه مقاومت اکسیداسیون آن ها در همان سطح اولیه باقی می ماند و یا افزایش می یابد، اما مقاومت در برابر انواع دیگر خوردگی کاهش می یابد.

9 ) سوپر آلیاژ ها مقاومت در برابر اکسیداسیون بالایی دارند اما در بعضی موارد مقاومت خوردگی کافی ندارند. در کاربرد هایی مانند توربین هواپیما که دما بالاتر از 760 درجه سانتی گراد است سوپرآلیازها باید دارای پوشش کافی باشند. سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از 649 درجه سانتی گراد مانند توربین های گازی زمینی می توانند پوشش داشته باشند.

10 ) فن آوری پوشش دهی سوپر آلیاژ ها بخش مهمی از کاربرد و توسعه آن ها می باشد. نداشتن پوشش به معنی کارآیی کم سوپر آلیاژ در دراز مدت و دماهای بالاست.

11) در سوپر آلیاژ ها به ویژه در سوپر آلیاژ های پایه نیکل بعضی از عناصر در مقادیر جزئی تا زیاد اضافه شده اند. در بعضی از آلیاژ ها تعداد عناصر کنترل شده موجود تا 14 عنصر و بیشتر می تواند باشد.

12) نیکل، کبالت، کروم، تنگستن، مولیبدن، رنیم، هافنیم و دیگر عناصر استفاده شده در سوپر آلیاژ ها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغییر است.

کاربرد سوپر آلیاژ ها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزای هواپیما، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است. دما گاز در بخش داغ موتور هواپیما ممکن است به بالاتر از 1093 درجه سانتی گراد برسد. با استفاده از سیستم های خنک کننده دمای اجزای فلزی کاهش پیدا می کند و سوپر آلیاژ که توانایی کار کردن در این دمای بالا را دارد، جز اصلی بخش داغ به شمار می رود. اهمیت سوپر آلیاژ ها در تجارت روز را می توان با یک مثال نشان داد. در سال 1950 فقط 10 درصد از کل وزن توربین های گاز هواپیما از سوپر آلیاژ ها ساخته می شد. اما در سال 1985 میلادی این مقدار به 50 درصد رسید.

انواع ماهیچه ها مدل سازی و قالب سازی در ریخته گری

انواع ماهیچه ها مدل سازی و قالب سازی در ریخته گری

ماهیچه قالب ریخته گری

ماهیچه قالب ریخته گری

ماهیچه قالب ریخته گری

ماهیچه قالب ریخته گری

ماهیچه داخل

ماهیچه داخل جهت ایجاد خطوط داخلی و محفظه خالی قطعه ریختگی به کار می رود. البته می توان قطعه ای را بدون استفاده از ماهیچه قالب گیری کرد که اصطلاحا مدل مربوطه را (مدل ساده) می گویند.

کاربرد ماهیچه داخل

به خاطر دلایل زیر استفاده از مدل ماهیچه خور به جای مدل ساده منطقی تر است.

– در صورت زیاد بودن تعداد قطعه تولیدی به خاطر پرهزینه بودن کار قالب گیری دستی از مدل ماهیچه ای استفاده می شود.

در قطعاتی که محفظه پیچیده دارند استفاده از مدل ساده متضمن طراحی سطوح جدایش اضافی، قطعات آزاد و پس قالب است.

– ماهیچه سرخودهایی که با سطح مقطع کوچک و ارتفاع بلند به وجود می آیند، به هنگام بلند کردن درجه قالب گیری پاره می شود. با طراحی قطعه به صورت مدل ماهیچه خور از این مشکل جلوگیری می شود.

ماهیچه خارج

ماهیچه خارج باعث ایجاد خطوط خارجی قطعه می شود. در صورت عدم استفاده از ماهیچه خارج می توان قسمتهای برآمدگی قطعه را به صورت قطعه آزاد طراحی کرد. این روش مستلزم کار قالب گیری دستی گران است و به ندرت از آن استفاده می شود، آن هم در موقعی که تعداد قطعه تولیدی کمتر است. همچنین می توان به جای ماهیچه خارج از مدل کلافی نیز استفاده کرد.

کاربرد ماهیچه خارج

در قطعاتی که قسمت خارجی پیچیده دارند، استفاده از ماهیچه خارج کار قالب گیری را خیلی ساده و راحت می کند. استفاده از ماهیچه خارج باعث می شود که قطعات آزاد، پس قالب ساده گچی و سطح جدایش اضافی دیگر مورد استفاده قرار نگیرند.

 

ماهیچه سقفی

ماهیچه هایی را ماهیچه سقفی گویند که سطح مقطع محل نشیمن از سطح مقطع اصلی ماهیچه بزرگتر باشد. بدین جهت این ماهیچه محفظه خالی قالب را می پوشاند. هرگاه پوشش محفظه خالی توسط ماهیچه آویزان پیش بینی شود، این نیز یک ماهیچه سقفی است.

ماهیچه سقفی می تواند بدون درجه بالایی به کار رود. در صورت استفاده از درجه بالایی از حرکت ماهیچه سقفی در راستای قائم جلوگیری می شود و قسمت سقفی ماهیچه بین قالب بالایی و پایینی محکم گرفته می شود. بدین ترتیب از بلند شدن ماهیچه در نتیجه نیروی بالابر جلوگیری خواهد شد. البته با وزنه گذاری نیز از حرکت ماهیچه جلوگیری می شود. ماهیچه سقفی می تواند مجهز به سیستم راهگاهی و تغذیه باشد.

ماهیچه آویزان

ماهیچه ای را ماهیچه آویزان گویند که روی سطح بالایی قالب نشسته و در محوطه خالی قالب آویزان باشد. محل نشیمن ماهیچه آویزان روی محوطه خالی قالب است. هرگاه محکم کردن ماهیچه توسط درجه پایینی و بالایی امکانپذیر و یا مطمئن نباشد می توان آن را بر حسب انداره ماهیچه به وسیله چسباندن، محکم کردن و پیچ کردن به درجه بالایی محکم کرد.

ماهیچه نشسته

ماهیچه ای را ماهیچه نشسته گویند که روی سطح قالب پایینی نشسته و در محفظه خالی قالب سر بیرون آورده باشد.

کاربرد ماهیچه نشسته

اکثرا در ماهیچه های بزرگ قرار دادن ماهیچه نشسته در قالب، ساده تر از نصب ماهیچه آویزان می باشد. غالبا درماهیچه نشسته روی ماهیچه اصلی، ماهیچه های دیگر قرار می گیرند.

مزیت ماهیچه مشترک 

با روش مشترک برای چند قطعه ریختگی یکسان، زمان ساخت ماهیچه کمتر است. و از درجه های قالب گیری تا حد امکان استفاده می شود. استفاده از تکیه گاه مشترک، لقی تکیه گاه ماهیچه را هم کمتر می کند.

عیب ماهیچه های ساده که یک تکیه گاه دارند این است که در اثر وزن آن گشتاور چرخشی حاصله از وزن و نیروی بالابر مذاب متقابل اند و اثر همریگر را خنثی می کنند.

 

آلومینیم چيست

آلومینیم چيست

آلومینیوم عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود.

آلومینیوم یکی از فلزات واسطه است که در ایالات متحده آمریکا و کانادا برخلاف سایر کشورها به «آلومینیُم»، «آلومینُم» می‌گویند. هر دو تلفظ از واژه لاتین Lumen به معنی «نور» گرفته شده‌است.

پیش از جداسازی فلز آلومینیم، اکسید آن آلومین نامید می‌شد. هامفری دیوی که موفق نشده بود از آلومین، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز را «آلومیم» بگذارد. ولی بعداً آن را به «آلومینم» تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد. با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به «یُم» ختم می‌شود.

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن ، بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب 660   درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000  درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند.

وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد .

به هر حال آلومینیم  و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی  و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ  دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .

در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند

 

تاریخچه کشف آلومینیوم

فردریک وهلر” بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت. اما این فلز دو سال پیشتر به‌وسیله «هانس کریستین ارستد» شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را به‌عنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به‌عنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم به‌عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده‌است. در سال ۱۷۶۱، «گویتون دموروو» پیشنهاد کرد تا alum را آلومین   (alumin) بنامند.

 

پیدایش و منابع

اگر چه Al، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(۱۸٪)، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد. بنابراین، به‌عنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از ۱۰۰ سال است که مورد استفاده‌است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.

آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال ۱۸۸۹، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد.

بازیافت آلومینیوم موضوع تازه‌ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه ۶۰ این یک کار کم منفعت بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارت‌اند از: اتومبیلها، پنجره‌ها، درها، لوازم منزل، کانتینرها و سایر محصولات.

آلومینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی ۱۳ می‌باشد.

آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن، قابل توجه‌است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

 

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم، فلزی نرم و سبک، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای – خاکستری مات و لایه نازک اکسایش که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بی. ِ چکش خوار، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه، این عنصر غیر مغناطیسی، بدون جرقه، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

آلومینیوم چیست

آلومینیوم چیست

 

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است. برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از: حمل و نقل (اتومبیل‌ها، هواپیماها، کامیون‌ها، کشتی‌ها، ناوگانهای دریایی، راه آهن و…) بسته‌بندی (قوطی‌ها، فویل و…) ساختمان (درب، پنجره، دیوار پوشها و…) کالاهای با دوام مصرف کننده (وسایل برقی خانگی، وسایل آشپزخانه، …) خطوط انتقال الکتریکی (به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکتریکی آن تنها ۶۰٪ هدایت الکتریکی مس می‌باشد) ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم، سنگ سنباده، یاقوت و یاقوت کبود یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

 

وزن مخصوص كم

یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.

 

پوشش سخت دادن  Hard Coating

یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.

 

پوشش آلومینیومی دادن  Alcladding

بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

 

ریخته گری در قالبهای مختلف

ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی  افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد. در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد . افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.

 

روش های مختلف  قالبگیری آلیاژهای آلومینیم

آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری  موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.

 

نرمی آلومینیم در حالت سرد

اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار  سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت  ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.

 

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم

آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در میان کلیه آلیاژ های آلومینیم بیشترین پتانسیل پیرسختی را دارند. در آلیاژ های پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از 0.3 درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژ هایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژ ها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن ها وجود دارد. بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در ابتدا برای ساخت پل های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم – مس بیشترین میزان پیرسختی را از خود نشان می دهند. نیاز صنایع نظامی به استفاده از آلیاژ های هواپیمایی که نسبت استحکام به وزن آن ها بالا باشد، در نهایت منجر به تولید آلیاژهای گروه Al-Zn-Mg-Cu شد. آلیاژ 7075 شناخته شده ترین آلیاژ این گروه است.

 

آلومینیم و آلیاژهای آن

برای بررسی آلومینیم و آلیاژهای آن (Aluminium & Aluminium Alloys) ابتدا به تاریخچه آن پرداخته می شود. آلومینیم در سال 1855 برای نخستین بار در کشور فرانسه  و به روش احیا کلرید آلومینیم با سدیم تهیه شد. مصرف نظامی این عنصر سبب گردید که این فلز مورد توجه قرار گیرد. در سال 1886، هال (Hall) در آمریکا و هرولت (Heroult) در فرانسه به طور مستقل از هم به روشی اقتصادی برای تولید آلومینیم دست یافتند. ابداع این روش جدید منجر به کاهش قابل ملاحظه قیمت آلومینیم شد که در نتیجه آن در عرض دو سال بعد قیمت آلومینیم به هر کیلو 4 دلار افت پیدا کرد. از این پس لزوم تولید آلومینیم به عنوان یک فلز کاربردی تجاری، به در دسترس بودن مقادیر زیاد انرژی برق ارزان قیمت منوط شد.

آلومینیوم چیست

آلومینیوم چیست

 

استخراج آلومینیم

آلومینیم از کانی بوکسیت استخراج می شود که حاوی 40 الی 60 درصد آلومینای هیدراته به همراه اکسید آهن، سیلیس و تیتان است. این اسم از نام les Baux، ناحیه ای در فرانسه که اولین بار این سنگ معدن را از آنجا استخراج کردند، گرفته شده است. بوکسیت از هوازدگی سنگ هایی مانند گرانیت و بازالت که حاوی مقادیر زیادی از آلومینیم هستند، ایجاد می شود. بزرگترین منابع این کانی در مناطق گرمسیر مانند شمال استرالیا، گینه و برزیل است. ذخایر بوکسیت با عیار بالا و مقادیر کم سیلیس عمر طولانی ندارند و برای استفاده از بوکسیت با مقادیر زیاد سیلیس، باید از روش فلوتاسیون استفاده کرد که استفاده از روش فلوتاسیون به بهای این فلز می افزاید.

در خاک رس، سنگ های رسی و سایر مینرال ها مقادیر بسیار زیادی آلومینیم وجود دارد ولی استخراج آن از این مواد مشکل و غیر اقتصادی است. یک استثنا در این مورد کشور روسیه است که در آن ذخایر بوکسیت پرعیار موجود نیست و چند کارخانه تولیدی در مناطقی دور از منابع این سنگ معدن وجود دارد.

 

برای تولید آلومینیم از کانی بوکسیت باید از دو مرحله مجزا استفاده کرد:

1-  تولید آلومینا ( اکسید آلومینیم )

2- استخراج آلومینیم از آلومینا

 

برای تهیه آلومینا از بوکسیت از روش بایر استفاده می شود. در روش بایر، بوکسیت را در سود غلیظ و در دمایc  ْ240 حل می کنند. ناخالصی های اکسید آهن و سیلیکا به صورت لجن قرمز رسوب کرده و به وسیله فیلتر کردن از محلول جدا می شوند. بلورهای تری هیدرات آلومینیم را به عنوان جوانه های اولیه به محلول اضافه می کنند و مطابق رابطه زیر سود و تری هیدروکسید آلومینیم تولید می شوند.

سود بازیافت شده از مرحله فوق مجددا به ابتدای خط باز می گردد و مورد استفاده قرار می گیرد. برای تهیه آلومینا از هیدروکسید آلومینیوم باید تکلیس صورت بگیرد. تکلیس هیدروکسید آلومینیوم  در دمای 1200 درجه سانتی گراد انجام گرفته که در نتیجه آن، آب ساختاری آن خارج شده و پودر آلومینا تهیه می شود.

در مرحله دوم، آلومینا را در کریولیت مذاب (Na2ALF6) حل می کنند. نمونه ای از ترکیب این محلول، دارای 80 الی 90 درصد کریولیت و 2 الی 8 درصد آلومینا به همراه فلورایدهای آلومینیوم و کلسیم است. از طریق فرآیند الکترولیز از این محلول، آلومینیم بدست می آید.

مکانیزم واکنش الکترولیتی در سلول هنوز مشخص نیست، ولی گمان می رود که یون های Na+، AlF4-، AlF63- و یون های پیچیده تری مانندAlOF32- حامل جریان برق باشند. یون های فلوراید آلومینیوم و یون های فلوئور در کاتد و یون های پیچیده تر در آند تجمع می کنند. واکنش آند به شکل زیر است

 

 

 

 

تولید شمش آلومینیم و عملیات پس از آن

پس از استخراج آلومینیم اولین قدم، ذوب مجدد آن است. برای انجام این مرحله، آلومینیوم مذاب بدست آمده از سلول های احیاء در کوره ریخته و عناصر آلیاژی و قراضه را به آن می افزایند. در این کوره فلز مذاب با برداشت سرباره تمیز می شود.

 

مهم ترین عواملی که منجر به افزایش کیفیت شمش تولیدی می شوند، عبارتند از :

– مخلوط شدن اجزای آلیاژ

– گاز زدایی مناسب برای حذف سرباره ها، اکسیدها، گازها و سایر ناخالصی های غیر فلزی

گاززدایی اهمیت بسزایی در کیفیت نهایی شمش دارد، زیرا، هیدروژن تنهای گازی است که میزان حلالیت آن در آلومینیم قابل اندازه گیری است. میزان حلالیت تعادلی این گاز در مذاب و جامد آلومینیم در نقطه ذوب و در فشار یک اتمسفر به ترتیب برابر با 0.68 و 0.036 سانتی متر مکعب در 100 گرم فلز است. در حین انجماد، هیدروژن اضافی، به صورت گاز مولکویی در می آید که ممکن است در ساختار جامد به دام افتاده و منجر به ایجاد تخلخل شود. برای جلوگیری از تشکیل تخلخل مقدار هیدروژن در مذاب آلومینیم به کمتر از 0.15 سانتی متر مکعب در 100 گرم کاهش یابد.

برای گاز زدایی می توان از گازهای نیتروژن، آرگون، کلر و یا مخلوط این گازها یا از هیدروژن کربن کلر دار جامد استفاده کرد. ولی معمولا در تمامی موارد مقداری گاز کلر استفاده می شود، زیرا این گاز نقش مهمی در خارج کردن آخال ها از طریق سرباره گیری ایفا می کند. مشکل استفاده از گاز کلر، آلودگی محیط زیست است. راه حل ارائه شده برای این مسئله، استفاده از روش ابداعی شرکت آلومینیم انگلستان است که به فرآیند گاززدایی بدون دود مداوم یا FILD معروف است.

برای تولید ساختار یکنواخت شمش از فرآیندهای تبرید جهت دار و نیمه مداوم استفاده می شود. تهیه شمش ها معمولا به وسیله روش عمودی صورت می گیرد. مقاطع کوچک تر توسط روش افقی تهیه می شوند که در این روش کنترل اندازه دانه دشوار است. در شکل روبرو این دو روش نمایش داده شده اند.

قالب های متحرک، ریخته گری آلیاژهای آلومینیم را متحول کرده و امکان تولید اشکالی نزدیک به محصول نهایی را ایجاد نموده است. از جمله این روش ها می توان به روش ریخته گری میله و ورق اشاره کرد.

پس از تهیه شمش، باید عملیات همگن کردن انجام گیرد. همگن سازی برای آلیاژ های پر استحکام از  اهمیت بالایی برخوردار است زیرا رسوب گذاری و توزیع ترکیبات بین فلزی مانند MnAl6، Al12Mg2Cr و ZrAl3 در این مرحله صورت می گیرد. بنابراین، زمان، دما و نرخ گرم کردن تا دمای همگن سازی اهمیت بسزایی بر خواص محصول دارد. برای جوانه زنی و توزیع یکنواخت این ترکیبات، سرعت گرم کردن در حدود 75 درجه سانتی گراد بر ساعت است.

 

طبقه بندی آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیم در حالت کلی به دو دسته کار پذیر و ریختگی تقسیم بندی می شوند و هر کدام از این گروه ها به دو دسته عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم بندی می شوند

 

مس خالص و خواص آن

مس خالص و خواص آن

مس را می توان اولین فلز مورد استفاده بشر دانست این فلز با داشتن سختی کافی دارای خاصیت انعطاف پذیری عالی نیز می باشد. به طوری که میتوان آن را به اشکال گوناگونی تبدیل کرد در طبیعت این فلز گاهی به صورت آزاد ولی اغلب به صورت کانی های مختلف یافت می شود.

خواص فیزیکی مس

مس یکی از مهم ترین عناصر مورداستفاده در صنایع غیر آهنی است. این فلز دارای تغییرات آلوتروپیکی در 1083 درجه سانتیگراد در ساختمان fcc  از مذاب متبلور می شود ثابت کریستالی این عنصر 3.608 آنگسترم و به دلیل احراز کلی شرایط حلالیت از جمله ظرفیت، ردیف الکترو شیمی و اندازه اتمی و قرار گرفتن در میانه جدول تناوبی واندازه اتمی و ردیف الکتروشیمی به عنوان حلال ترین فلزات شناخته شده است (تقریبا کلیه عناصر به جز سرب) تا حدودی در مس قابلیت انحلال دارند.

در جدول زیر مشخصات فیزیکی مس آورده شده است :

خواص عدد واحد
وزن اتمی 63.57 —–
عدد اتمی 29 —–
شعاع اتمی 1.277 A
جرم اتمی 63.54 g/cm3
چگالی در c ◦20 8.93 g/cm3
چگالی در c ◦1083 8.32 در حالت جامد g/cm3
نقطه ذوب 1083 c ◦
نقطه جوش 2580 c ◦
گرمای ویژه در c ◦20 0.3845 j/gk
هدایت حرارتی 0.94 cal/cm◦s.◦c
هدایت حرارتی در صفر درجه سانتیگراد 3.98 w/cmk
هدایت الکتریکی در   c ◦20 59.5 sm/mm2
سختی برینل در  c ◦20 45 n/mm2

 

این خواص نقش مهمی در کاربرد مس دارند. به دلیل اینکه قطر دهانه نفوذ ساختمان مس نسبت به آلومینیم کوچکتر از ضریب حلالیت نفوذی عناصر دیگر است وشرایط چنین نفوذی کمتر از آلومینیم و یا سایر عناصر با قطر اتمی بزرگتر است به جز هیدروژن و مقدار کمی اکسیژن که در مس محلول می شوند بدیهی است تاٌثیر درجه حرارت در ضریب نفوذ در مورد مس نیز صادق است و افزایش درجه حرارت باعث افزایش انواع مختلف حلالیت می گردد. وزن مخصوص این عنصر نیز در درجه حرارت محیط 8.93 و وزن مخصوص آن در نزدیکی نقطه ذوب 8.4 است، میزان انقباض حجمی آن از حالت مذاب به جامد، نزدیک به 5%می باشد که از انقباض آلومینیم کمتر است.

مس در صنعت مصارف گوناگونی دارد، محصولات مسی به صورتهای شمش، میل گرد،سیم، لوله و غیره به عنوان ماده اولیه در سایر صنایع مورد استفاده  قرار می گیرد تولیدات مسی اغلب طبق استانداردهای کشور تولید شونده ساخته و به بازار عرضه می شوند برای درک بهتر مس موجود در صنعت در زیر بررسی می شود.

مس کاتدیک

مسی است که پس از تصفیه الکتریکی تولید شده و دارای هدایت الکتریکی مناسب می باشد این نوع کالا فقط بصورت ورق های کاتدی بفروش می رسد.

مس حاوی اکسیژن

کالاهای مسی حاوی اکسیژن به انواع مختلف زیر تقسیم می شوند. مس تصفیه شده الکتریکی- مس تصفیه شده حرارتی هر دو اینها به دلیل داشتن اکسیژن جهت جوشکاری و لحیم کاری مناسب نمی باشند مس های عاری از اکسیژن که به انواع زیر تقسیم می شوند:

مس عاری از اکسیژن

مزایای چنین مسی دارا بودن خاصیت بسیار مناسب جوش و لحیمکاری بدون خطر هیدروژن تردی است.

مس اکسیژن زدایی شده توسط فسفر

وجود فسفر به مقدار ناچیز باعث کاهش هدایت الکتریکی شده و بنابراین در صنایع الکتریکی به طور محدود استفاده می گردد ولی به واسطه نداشتن اکسیژن بالا ودارای خاصیت مناسب جوش و لحیم کاری است.

هدایت الکتریکی

تاثیر ناخالصی ها در کاهش هدایت الکتریکی مس، براثر آنها روی باند هدایت، نوع حلالیت جانشینی ها یا بین نشینی آنها و همچین به شکل و ساختار فازهای رسوبی آنها بستگی دارد. کاهش هدایت الکتریکی در مورد محلولها بیشتر از فازهای رسوبی بوده، به همین دلیل حضور مقدار کمی اکسیژن و تشکیل اکسید عناصر ناخالص به افزایش هدایت الکتریکی مس ناخالص منجر می شود و هدایت الکتریکی مس به درجه حرارت بستگی دارد و با کاهش درجه حرارت مقدار هدایت الکتریکی افزایش یافته و عملاً در درجات بسیار پایین و حدود صفر مطلق مقاومت الکتریکی مس نیز صفر می شود.

کنتور آب - قالب ریژه

کنتور آب

خواص مکانیکی

به طور کلی مس فلزی است نرم و چکش خوار و عملیات مکانیکی باعث تغییرات در خواص آن می شود مس خالص صنعتی که در صنایع الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد اغلب مس کاتدیک ویا مس عاری از اکسیژن تشکیل شده است و در صنعت الکتریکی خواص مکانیکی مس کاتدیک از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. با توجه به این که مقدار5δ وΨ مس اکسیژن زدایی شده توسط فسفر به علت حذف ذرات یوتکتیک بیشتر از مس کاتدیک است بنابراین قابلیت انعطاف پذیری مس اکسیژن زدایی شده نیز بیشتر از مس کاتدیک می باشد و با توجه به این که مقدار مقاومت به ضربه مس اکسیژن زدایی شده به مراتب بیشتر از مقاومت به ضربه مس کاتدیک است؛ بنابر این خاصیت چکش خواری آن نیز بیشترخواهد بود.

خواص شیمیایی

مس از فلزات نجیب به شمار آمده و در جدول تناوبی قبل از نقره قرار دارد و اثر عوامل مختلف روی آنرا می توان به ترتیب زیر تشریح کرد:

هوا  و آب

مس در مجاورت هوا و رطوبت از یک قشر نازک اکسید مس که مخلوطی از می باشد پوشیده می شود (Cuo-Cu2o)، این قشر نازک بقیه فلز را از اکسید شدن حفظ می نماید اگر زیادی این اکسیدها در مجاورت هوا قرار گیرند و یا سطح مس به شدت اکسید شود، رنگ مایل به سیاه آن به تدریج به رنگ سبز که مخلوطی از سولفات و کلرورهای بازی است تبدیل می گردد و هوای محیط در تشکیل این فازها بسیار موثر بوده به طوریکه اکثراًدر نواحی صنعتی ترکیبات سولفاتی و در مجاورت در یاها ترکیبات کلروری به وجود می آید. تاثیر آب بر روی مس بستگی به ترکیبات موجود در آن دارد که مهم ترین آنها وجود مقدار زیاد اکسیژن و ۲CO حل شده و میزان کم CaO درآن است آب سبک با حدوداٌ ۸-۴ میلی گرم CaO در هر لیتر معمولاٌ تاثیر بیشتری بر مس خواهد داشت..

نمک ها و آب دریاها

کلرورهای قلییایی وقلیایی خاکی نسبت به مس واکنش داشته وتاثیر آنها بر محصولات مسی بستگی به غلظت نمک و میزان اکسیژن حل شده در آن دارد. مس معمولاً در مقابل بخار آب وآبهای شور مانند آب در یا مقاوم بوده ولی وجود اکسیژن در نمک ها و غلظت آن ها میتواند روی شدت خوردگی اثر گذاشته وآنرا فرسوده سازد.

اسیدها

خوردگی مس در برابر اسیدها معمولاً از دو جنبه مورد بررسی قرار می گیرد:

الف) اسید های غیر اکسید کننده : این اسیدها روی مس معمولاً اثر چندانی نداشته و حل شدن مس در آنها به مقدار هوا و اکسیژن موجود در محیط بستگی دارد مانند HCL و 4SO2H

ب) اسیدهای اکسید کننده : مثل 3HCLO و 3HNO حلال بسیار خوبی برای مس بوده و مس را در خود حل می کنند.

بازها

تاثیر بازهای مانند هیدرو اکسید سدیم و هیدرو اکسید پتاسیم بر مس مورد توجه قرار گرفته و تقریباً اثرا متشابهی دارند. معمولاً بازهای رقیق به علت امکان حلالیت بیشتر اکسیژن در آنها اثر شدیدتری نسبت به بازهای غلیظ روی مس خواهند داشت.

خواص شیمی فیزیکی

مس مذاب قابلیت انحلال شدیدتری برای گازهای مختلف دارد.این پدیده هنگام انجماد به سرعت کاهش می یابد. مقدار حل شدن گازها در مس بستگی به درجه حرارت و فشار جزئی گازها در محیط خارج دارد.گازها اکثراً به صورت اتمی در مذاب حل می شوند.

مشخصات ریخته گری و ذوب

آلیاژهای مس در تنوع ترکیبات مختلف،فاصله انجماد متفاوتی دارند که پدیده انجماد پوسته ای و انجماد خمیری و انجماد یوتکتیکی و همچنین پریتکتیکی مختلف را شامل می شوند.

آلیاژهای مس معمولاً با نقطه ذوبی بالا تر از850 درجه سانتیگراد و درجه ریخته گری بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص معادل 8 گرم بر سانتیمتر مکعب بیشتر در شرایط ریخته گری آلیاژهای آهنی و چدن ها قرار می گیرند و از این رو ریخته گری آن از آلومینیم مشکل تر است و سیالیت آن نیز از آلومینیم کمتر است.

تقسیم بندی آلیاژها

آلیاژهای مس به دو نوع آلیاژهای نوردی و ریخته گری تقسیم می شوند که از طرق مختلف ریخته گری در ماسه، قالب فلزی و اخیراً سیستم های تحت فشار شکل می گیرند.

آلیاژ مس و روی

برنجها آلیاژهای مس وروی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی و رنگ ظاهری به برنج زرد و برنج قرمز و برنج سرب، برنج سیلیسیم، برنج قلع، برنجهای نیکلی (ور شو) تقسیم می شوند.

خواص فیزیکی

حد حلالیت روی در مس برابر5/32% در درجه حرارت انجماد و در حدود35% در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد α مهمترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است.و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده استاکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده ووجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجمادکمتر باشد، سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب میباشند و از نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

الف)محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است (به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)

ب) محلول جامد β :در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد و شبکه خاصیت چکش خواری خود ار در گرما حفظ می کند.

ج) محلول جامدγ: این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد، اگر مقدار فلز روی از 50%کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه β بوده و برای به وجود آمدن شبکه  γباید مقدار فلز روی از 50% تجاوز کند. به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از 47% است و رنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد.

اگر برنج تنها از محلول جامدα تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه α و β تشکیل شده باشد مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.

پمپ - قالب ریخته گری

پمپ

دسته بندی آلیاژهای مس

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر(نوردی) و ریختگی تقسیم می گردند. هر دسته از این آلیاژها نیز بر حسب شرایط ترکیبی و عناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنج های کارپذیر(نوردی) فقط حاوی مس وروی می باشند و عناصردیگر در حد ناخالصی در آنها وجود دارد و برنج های آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم، آهن، قلع، سرب و… نیز هستند و بیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

 

برنجهای مخصوص

اگر به آلیاژ مس وروی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا میرود و این نوع آلیاژها را برنج مخصوص می نامند و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد  α و یا β+α را انتظار داشت.

عناصری مانند سرب، قلع، آهن، منگنز، نیکل و غیره در برنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی حضور دارند و مقدار این عناصر هیچگاه از حدود 2-1% تجاوز نمی کند.

آلیاژ مس و روی را برنج می گویند بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب C 419  و چگالی 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C1083  و وزن مخصوص 9/8 گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا 32% می تواند در دمای محیط به صورت تک فازی α در مس وجود داشته باشد به آن برنج α میگویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای α  تجارتی تا 36% روی  دارند و به دو گروه تقسیم می شوند:

برنج α زرد که شامل 20 الی 36% روی می باشدو برنج α قرمز که شامل 5 الی 20% روی می باشد.

 

در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد

1- از هاردنر مس و روی استفاده نمود. لازم است در این روش مس را تحت فلاکس پوششی ذوب کرده و بعد هاردنر را در چند مرحله به مذاب وارد نمود.

2- استفاده از روی خالص که لازم است مس  را تحت فلاکس پوششی ذوب نموده فوق گداز آن را پایین آورده و روی را در چند مرحله به مذاب وارد نموده و کاملاً آن را مخلوط نمود. از دیاگرام مس و روی می توان فهمید که دامنه انجماد برنجها کوتاه و سیالیت خوبی دارند.

برای ساخت برنج 20% روی لازم است مس مورد نیاز را همراه با فلاکس پوششی که شیشه می باشد ذوب نموده و چون از روی خالص استفاده می شود بایستی فوق گداز را پایین آورده و این مقدار روی را در چندین مرحله ( معمولاً در 3 نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس C1083 و چگالی آن 9/7 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و روی با نقطه ذوبC 419 و وزن مخصوص 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو  فلز از یکدیگر شده و پدیده جدایش را به وجود می آورند و لذا بایستی حتماً این مذاب را توسط ابزار خوب مخلوط نموده و اقدام به ذوب ریزی نمود.

فرایند استخراج مس

سنگهای معدنی مس

 

مس حدود 3-10*5 درصد در پوسته زمین را تشکیل می دهد که در نتیجه در قشر زمین برای استخراج مس مناسب تر است. مس به سه صورت در طبیعت یافت می شود سنگهای اکسیدی بیشتر در سطح قشر زمین وجود دارد و تغییرات جوی و فعل و انفعالاتی که در طبیعت صورت می گیرد باعث می شود که سنگهای سولفوره تبدیل به سنگهای اکسیده شوند  ومهم ترین سنگهای اکسیده عبارتند از:

سنگهای سولفوره

 

سنگهای سولفوره بر عکس سنگهای اکسیده پائین تر و در عمق بیشتری از قشر زمین قرار گرفته اند.

قسمت اعظم سنگهای مس را سنگهای سولفوره تشکیل می دهند مهم ترین این سنگها عبارتند از:

3) مس طبیعی

مس گاهی به صورت آزاد در طبیعت یافت می شود. اغلب این مس به صورت  دانه های ریز در داخل کنگلومرا یافت می شود.گاهی نیز به صورت  1- سنگهای سولفیدی 2- سنگهای اکسیدی 3- مس طبیعی یافت می شود.

1) سنگهای اکسیدی

صورت قطعات بزرگ در کانادا یافت شده اندچنین مسی حیت تا درجه خلوص 92/99 در صد می تواند وجود داشته باشد.

معادن مس: معادن مس در دنیا به صورت روباز و زیرزمینی وجود دارد که امروز 50%مس دنیا از معادن رو باز استخراج می گردد. مشروط برا ینکه حداقل مس موجود در سنگ معدن به طریق روباز4/.%در صد باشد ودر معادن زیر زمینی حداقل 7/.%در صد مس داشته باشدکه درصورت اقتصادی بودن استخراج می شود.

در ایران مس در نقاط مختلفی از کشوروجود دارد، از مهمترین مادن مس در ایران مس سرچشمه کرمان است معدن مس سرچشمه یکی از بزرگترین معادن مس و مولیبدن جهان است که حدود 25 میلیون سال پیش در امتداد رشته کوه زاگرس تشکیل گردید و میزان استخراج مس در این معدن روزانه 40 هزار تن سنگ سولفوره مس می باشد.

منطقه کانی سازی مس سرچشمه محدوده ای بیضی شکل به ابعاد حدود 1200*2300 متر و عمقی حدود 612 متر ومجموع ذخایر آن بالغ بر 400/887/223/1 تن با عیار 69% می باشد.

عملیات استخراج در معدن شامل 4 مرحله

1)حفاری

2)انفجار

3)بارگیری

4)باربری  است  که بعد از این مرحله وارد قسمت پر عیار کردن می شود.

پر عیار کردن:

مرحله به بعد سنگ معدن وارد قسمت پر عیار کردن می شود که فرایندی چند گانه است ومی توان آنرا به سه قسمت تقسیم کرد:

1)سنگ شکن ها

2)آسیا ها

3) فلو تاسیون

 

1) سنگ شکن ها

شامل دو دسته سنگ شکن اولیه و ثانویه تقسیم میشود که بر حسب نیاز از چند نوع سنگ شکن استفاده می شود و این قسمت پر هزینه ترین قسمت از نظر مصرف انرژی می باشد.

 

2) آسیاها

قسمت نرم کردن شامل انواع آسیاها بوده و متداولترین این آسیاها آسیای گلوله ای می باشد و اگر منظور نرم کردن بسیار زیاد باشد آسیای میله ای و سپس آسیای گلوله ای را به طور سری قرار می دهند.

 

3) فلوتاسیون

قسمت سوم عملیات پرعیارکردن فلوتاسیون است، که براساس جذب انتخابی هوا توسط سطح جامدی که در یک مایع غوطه ور شده و این سطح توسط معرف های فلوتاسیون قبلا مورد یک سری عملیات قرار گرفته قرار دارد مخلوط مواد جامد و آب که به آن مقدار کمی از معرفهای فلوتاسیون اضافه شده است از داخل سلولهایی که به شدت به هم زده شده و حباب هوا به داخل آن دمیده ممی شود عبور می کند و در نتیجه سطوح جامدی که توسط معرفهای فلوتاسیون مورد عمل قرار گرفته و فیلمی از معرف روی آنرا پوشانده و سطح آنرا آبران کرده است جذب هوا کرده و شناور می گردد معرفهایی که روی سطح ذرات تشکیل فیلم می دهند کلکتور می نامند و بدین ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی و با شبکه بلوری معین تشکیل فیلم داده و سطح آنرا آماده برای جذب حباب هوا می کند و سایر ذرات که کلکتور روی آنها فیلمی تشکیل نداده است فاقد جذب هوا بوده و در نتیجه شناور نخواهد شد و بدین ترتیب می توان ذرات خاصی را از مجموع ذرات شناور کرده و جدا کرد.

استخراج مس ازسنگ معدن مس به دو روش انجام می شود

1 ) پیرو متالورژی (متالورژی خشک)

2 ) هیدرو متالورژی (متالورژی تر )

 

روش پیرو متالورژی   

در این روش از کانه سولفیدی استفاده می‌شود. پس از طی مراحل عملیات استخراج (حفاری- انفجار- بار گیری – باربری) سنگ معدن وارد سنگ شکن اولیه (سنگ شکن فکی) شده و بعدخرد شدن وارد سنگ شکن ثانویه شده و به ابعادی در حدود 12 میلی متر در آمده و در نهایت واردآسیای گلوله ای شده و با مواد شیمیایی و شیر آهک ترکیب شده و به صورت دوغاب در آمده و اندازه دانه ها در این مرحله به 74 میکرون می رسد سپس دوغاب حاصله وارد قسمت سوم پر عیارکردن یعنی فلوتاسیون شده  و کنستانتره مس و مولیبدن به دست می آید. پس جدا سازی مولیبدن کنستانتره مس وارد قسمت صافی شده  وبه شکل خمیره در می آید و سپس وارد کوره های خشک کن شده و رطوبت آن گرفته شده را در کوره های روربر و یا شعله ای ذوب می‌کنند، حاصل این کوره ترکیبی از مس و سایر مواد ناخالصی نظیرگوگرد،آهن، طلا و … می‌باشد که تقریباً حاوی 45 درصد مس می‌باشد و آن را مات مس می‌نامند.

مات مس را در کوره های مبدل یا کنورتر ریخته و با عبور هوا و اکسیژن از آن ناخالصیها و به خصوص آهن و گوگرد را اکسیده می‌کنند و به سرباره انتقال می‌دهند. این مس نیز ناخالص است و به دلیل وجود عناصر مختلف و مواد غیر فلزی و تخلخل بیش از اندازه آن را مس بلیستر یا مس جوشدار و یا مس خام می‌نامند. مس خام در این مرحله بیش از 3/99 درصد مس دارد و سپس توسط پاتیلهایی وارد کوره های آند شده و در این کوره هابا تزریق گاز پروپان ناخالصی های موجود مجدداٌ سوخته و خارج می شود درجه خلوص آن تاعیار 7/99درصد نیز می‌رسد و سپس خروجی کوره اند به چرخ ریخته گری وارد می شود. مذاب مس خام به صورت صفحاتی بزرگ ریخته و آنها را به عنوان آند در الکترولیز مس به کار می‌برند وکاتد را که از صفحات مس بسیار خالص تشکیل یافته را به همراه آند (مس خام) در محلول الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس است وارد می کنند. پس از عبور جریان معین و حساب شده، مس به صورت یک یون دو ظرفیتی از آند جدا شده و بر روی کاتد می‌نشیند.

عناصر و فلزات ناخالص در محلول الکترولیت حل نمی‌شوند و از این رو در کف کوره الکترولیز به صورت لجن رسوب می‌کنند. کاتدها را که حاوی مس الکترولیز شده می‌باشند و معمولاً در مرحله اول الکترولیز حدود 9/99 درصد مس دارند، ذوب کرده و در شکل و اندازه های معین و بر اساس برنامه تنظیمی‌می‌ریزند.پس از آنکه آند در عملیات الکترولیز تصفیه شد و به کاتد پیوست، اکنون کاتد به عنوان مس خالص آماده ورود به عرصه صنعت و بازار کار می‌باشد که در این موقع ممکن است کاتد از روشهای نورد به فرمهای متنوع شکل گیرد واز طریق کشش به شکل سیم در مصارف برقی و یا به صورت لوله در مصارف برودتی به کار گرفته شود. بخش دیگری از کاتد راهی کارخانه های آلیاژ سازی شده و در تولید آلیاژهای مس به کار گرفته می‌شود.

مس چیست

مس چیست

 

روش هیدرو متالورژی

در این روش از کانه اکسیدی، سولفیدی کم عیار یا کنسانتره سولفیدی تشویه شده برای استخراج مس استفاده می‌شود. همانطور که در بخش اول گفته شد سنگهای اکسیدی کم عیار که استخراج مس از آن به روش پیرو متالورژی مقرون به صرفه نیست پس از بررسی های انجام گرفته روش هیدرو متالورژی(انحلال سنگ اکسید در اسید سولفوریک) و استخراج مس از محلول توسط حلال و الکترو وینینگ از سایر روشها انتخاب شد. که طی مراحل زیر مس خالص بدست می آید:

بعد از بستر سازی یک منطقه شیب دار و مناسب جهت کارتوسط ماشین  آلات سنگین و کشیدن یک پلاستیک پلی اتیلن و قرار دادن یک لوله پلی اتیلن جهت خروج محلول حاصل خاک های اکسیدی را روی ان پخش می کنند وبا ریختن اسید سولفوریک بر روی خاک اکسیدی محلولی به صورت CuSo4_ FeSo4  وارد لوله پلی اتیلن شده  و به حوضچه انحلال می ریزد.

استخراج الکترولیتی مس (الکترووینینگ)

در این مرحله مس فلزی از محلول غلیظ مس (از استخراج حلالی یا لیچینگ با اسید غلیظ) را با استفاده از یک روش الکتروشیمیایی استخراج می‌کنند. این روش هم همانند روش تصفیه الکترولیتی در روش پیرومتالورژی می‌باشد، با این تفاوت که در آنجا آند استفاده شده از جنس مس بود، ولی در اینجا از جنس سرب می‌باشد و ولتاژ سلول الکتروشیمی‌2 تا 5/2 ولت می‌باشد.در طی واکنش انجام شده در سلول الکتروشیمی ‌یون مس داخل محلول بر روی آند سربی رسوب می‌دهد:  Cu2+ + 2e- –> Cu

بعد از مدتی مس رسوب داده شده بر روی آند سربی را با کاردک جدا می‌کنند و حال مس فلزی با درجه خلوص بسیار بالا آماده است.

الکترولیز مس

مس آندی حاصل از مرحله قبل به صورت قطعاتی (معمولاً 40 عدد) به عنوان آند و همان تعداد قطعه دیگر به عنوان کاتد در یک وان الکترولیز قرار می‌گیرند.

کاتد مورد استفاده از جنس مس خالص می‌باشد. حال آندها به یک قطب و کاتدها به قطب دیگر متصل می‌شوند. ولتاژی در حدود  0.2-3V به دو سر آندها و کاتدها اعمال می‌شود. آندها به تدریج خورده می‌شوند و به صورت یون Cu2+ در می‌آیند، یونها وارد الکترولیت می‌شوند و روی سطح کاتد احیا می‌شوند و طی این فرآیند مس تصفیه می‌شود و عیار آن به 99/99% افزایش می‌یابد. در طی فرآیند الکترولیتی فوق واکنشهای زیر اتفاق می‌افتد:

الف) بر روی آند : مس آندی با دادن دو الکترون به یون مس تبدیل می‌شود: Cua –> Cu2+ + 2e                                                    –

ب) بر روی کاتد: یون با گرفتن دو الکترون به صورت مس کاتدی روی کاتد رسوب می‌دهد:

 

Cu2+ + 2e- –> Cuc

به این ترتیب واکنش زیر انجام می‌شود :

Cua –> Cuc

و در نهایت به صورتهای مختلف جهت مصارف خاص تولید و به بازار عرضه می شود.

 

پیرو متالورژی مس

به‌طور کلي مس از دو روش مهم استخراج مي‌شود که شامل روش پيرومتالورژي (خشک) و روش هيدرومتالورژي (تر) مي‌باشد. در حدود 90% مس توليد شده در دنيا از کانه‌هاي سولفوري و از روش پيرومتالورژي حاصل مي‌شود و روش هيدرومتالورژي براي استخراج مس از کانه‌هاي اکسيدي به‌ خصوص کربناتها، سيليکات‌ها  و سولفات‌ها و همچنين دور ريز کارخانه‌ها بکار مي‌رود.

روش‌هاي الکتروشيميايي نيز براي توليد مس خالص نهايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند که شامل تصفيه‌ي الکتريکي آندها در حالت استخراج از روش پيرومتالورژي و استخراج الکتروليزي از محلول در روش هيدرومتالورژي مي‌باشد.

استخراج مس از كانه‌هاي سولفيدي (پيرومتالورژي)

تقريباً 90% كانه‌ي مس اوليه‌ي دنيا به صورت كانه‌هاي سولفيدي است. سولفيدها به سهولت تحت عمليات هيدرومتالورژيكي قرار نمي‌گيرند، زيرا به‌راحتي حل نمي‌شوند. بنابراين قسمت اعظم استخراج مس توسط روش‌هاي پيرومتالورژي يا آتشي با كاني پرعيار شده‌ي مس انجام مي‌شود. عمل استخراج شامل مراحل زير مي‌باشد:

1- پرعيار كردن به روش فلوتاسيون، 2- تشويه (مرحله‌ي اختياري)، 3- ذوب به صورت مات (در كوره‌هاي دمشي، شعله‌اي، الكتريكي يا تشعشي) ، 4- مرحله تبديل به مس حفره‌دار.

محصول نهايي اين مراحل متوالي، مس ناخالص حفره‌دار است كه بايد قبل از ساخت و كاربرد، پالايش گرمايي (شعله‌اي) و الكتروليتي شود.

مس در طبيعت

مس در طبيعت به صورت مس خالص، سولفيدي يا اکسيدي موجود است که بيشتر به حالت کاني‌هاي سولفيدي چون کالکوپيريت، بورنيت و کالکوزيت يافت مي‌شود. مس طبيعي در حالت آزاد به‌صورت توده‌هاي بزرگ يا به شکل ذرات پراکنده در سنگ‌هاي آذرين در قشر زمين بوجود آمده است. در واقع اين نوع مس در طبيعت زياد نيست و فقط در بعضي نقاط دنيا مانند نواحي درياچه‌ي «سوپريور» در ايالات متحده‌ي آمريکا، در کشور بوليوي، چين، شيلي و ايران ديده شده‌ است.

عيار چنين مسي اگر به‌صورت توده‌اي باشد، بيش از 92% و اگر به‌صورت ذرات پراکنده باشد در حدود 1.5-1% مي باشد.

مس طبيعي در حالت آزاد به‌ صورت توده‌هاي بزرگ يا به شکل ذرات پراکنده در سنگ‌هاي آذرين در قشر زمين بوجود آمده است. در واقع اين نوع مس در طبيعت زياد نيست و فقط در بعضي نقاط دنيا مانند نواحي درياچه‌ي «سوپريور» در ايالات متحده‌ي آمريکا، در کشور بوليوي، چين، شيلي و ايران ديده شده‌ است.

کانه‌هاي اکسيدي مس بيشتر در قشري از زمين که نزديک به سطح است، پيدا مي شود و در اثر تغييرات جوي و واکنش‌هاي آرام شيميايي که در رگه‌هاي سولفيدي کانه‌دار مس صورت مي‌گيرد، بوجود مي‌آيند. از طرف ديگر آب‌هاي طبيعي که حاوي CO2 مي باشد، بر روي کانه‌هاي سولفيدي اثر کرده و بتدريج آن‌ها را به کربنات، اکسيد، سولفات و گاهي اوقات آن‌ها را به سيليکات مس تبديل مي‌کند. کانه‌هاي سولفيدي مس که مهم‌ترين ماده‌ي اصلي مس را تشکيل مي‌دهند، در حدود 95% از محصولات مس دنيا را شامل مي‌شوند.

بيشترين تجمعات كاني‌‌زايي مس جهان، در ميشيگان و آريزوناي آمريكا، آلمان، روسيه و استراليا ديده مي‌شود.

 

خصوصيات كانسارهاي فلزي

كانسارهاي فلزي گسترش وسيع و شكل متنوعي دارند. اين كانسارها در مقايسه با لايه‌هاي زغال، سخت‌ترند، بنابراين براي حفر اين قبيل موادمعدني، بايستي از روش آتشباري استفاده كرد.

كانسارهاي فلزي به اشكال مختلف ديده مي‌شوند. برخي از آن‌ها لايه‌اي شكلند مانند بعضي از معادن آهن. يكي از عمومي‌ترين اشكال كانسارهاي فلزي حالت رگه‌اي است. در چنين حالاتي، ماده‌ي معدني به‌صورت يك رگه در داخل شكستگي و شكاف سنگ‌هاي درون‌گير را پر مي‌كند. ضخامت رگه معمولاً ثابت نيست و در قسمت‌هاي مختلف آن تغيير مي‌كند.

گاهي از اوقات، ماده‌ي معدني منشا ماگمايي دارد و به‌صورت توده‌اي تجمع مي‌يابد. مواد فلزي را به شكل‌هاي ديگر نيز مي‌توان مشاهده كرد.

يكي از خصوصيات كانسارهاي فلزي اين است كه برخلاف كانسارهاي رسوبي، سنگ درون‌گير ماده‌ي معدني دقيقاً مشخص نيست، يعني تغييرات عيار ما در سنگ‌هاي ناحيه تدريجي است و به‌عبارت ديگر، سنگ درون‌گير، بتدريج به ماده‌ي معدني تبديل مي‌شود. در چنين حالاتي، بايستي حدود ماده‌ي معدني را با اندازه‌گيري‌ مرتب عيار آن در سنگ‌ها، تعيين كرد.

انواع ذخاير مس:

1- ذخاير مس پورفيري

اين ذخاير، كانسارهاي استوك ‌ورك تا افشان بزرگ و عيار پايين مس هستند كه ممكن است در بردارنده‌ي مقادير ناچيز اما قابل بازيافت موليبدن، طلا و نقره نيز باشند. اين ذخاير معمولاً كانسارهاي مس – موليبدن- يا مس – طلا هستند. ارزش اين كانسارهاي تابعي از روش‌هاي معدنكاري حجيم، اعم از روباز و يا درصورت زيرزميني بودن، استخراج بلوكي است. بيشتر اين كانسارها داراي 0.4 تا 1% مس و تناژي تا 1000 ميليون تن هستند.

عيار و تناژ يك ذخيره، مقدار كل فلز ذخيره را مشخص مي‌كند، اما افت پياپي قيمت مس سبب شده تا در سال‌هاي اخير به عيار اهميت بيشتري داده‌ شود.

استخراج انتخابي در اين معادن، امري ناممكن است و سنگ ميزبان، استوك ‌ورك و افشان بايد يك ‌جا استخراج شود و از اين راه برخي از بزرگ ‌ترين حفره‌هاي ساخت بشر در پوسته‌ي زمين ايجاد شده است. يك كانسار نمونه‌ي مس پورفيري، توده‌ي نفوذي مركب، استوانه‌اي و استوك ‌مانندي است كه رخنموني كشيده يا نامنظم با ابعادي در حدود 2×1.5 كيلومتر دارد و اغلب، سنگ‌هايي متوسط‌دانه با بافتي همسان ‌دانه آن را دربرمي‌گيرد. بخش مركزي توده‌ي نفوذي كه بخش پورفيري آن است، داراي بافت پورفيري است كه به يك دوره‌ي سردشدگي سريع اشاره دارد و منجر به تشكيل زمينه‌ي ريزدانه در سنگ مي‌شود

مس چیست

مس چیست

مس یکی از عناصر جدول تناوبی است که نشان آن  Cu و عدد اتمی آن 29 میباشد.

 

 پیدایش

مس معمولا به شکل معدنی یافت می شود.کانیهایی مثل آزوریت ، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله از منابع مس (Cu٢O) یا اکسیدهایی مانند کوپریت ( Cu٢S) کالکوزین ، ( CuS) کوولین ، ( CuFeS کالکوپیریت هستند .

 

خصوصیات قابل توجه

مس فلز نسبتا” قرمز رنگی است که از خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزات خالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکی نقره در حرارت اطاق از مس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از میلاد برمی گردد، احتمالا” این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد. مس علاوه بر اینکه در سنگهاي معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزي نیز یافت می شود.( مثلا “مس خالص در بعضی مناطق) این فلز را یونانیان تحت عنوان Chalkos می شناختند .چون مقدار بسیار زیادي از این فلز در قبرس استخراج می شد رومیان آنرا  aes Cyprium می نامیدند. بعدها این کلمه به فرم ساده تر cuprum  درآمد و در نهایت انگلیسی شده و به لغت Copper  تبدیل شد.

 

کاربردها

مس فلزي قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهاي زیادي در موار زیر دارد :

سیمهاي مسی

لوله هاي مسی

دستگیره هاي درب و سایر وسایل منزل

مجسمه سازي مثلا “مجسمه آزادي شامل 179000 پوند مس می باشد .

آهنرباهاي الکتریکی

موتورها، بخصوص موتورهاي الکترومغناطیسی

موتور بخار وات

کلیدها و تقویت کننده هاي الکتریکی

لامپهاي خلاء ، لامپهاي پرتوي کاتدي ومگنترونهاي اجاقهاي مایکرو ویو

هدایت کننده موج براي تشعشع مایکروویو

به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در  IC ها به جاي آلومینیوم رو به افزایش است.

بعنوان جزئی از سکه ها

در وسایل آشپزي، از جمله ماهی تابه

بیشتر سرویسهاي قاشق چنگال ( flatware) قاشقها، چنگالها و چاقوها داراي مقادیري مس هستند(نقره نیکلی)

اگر نقره استرلینگ در ظروف غذاخوري بکار رفته باشد، حتما”باید داراي درصد کمی مس باشد.

بعنوان بخشی از لعاب سرامیکی و در رنگ آمیزي شیشه

وسایل موسیقی، بخصوص سازهاي بادي

بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستانها و پوشاندن قسمتهاي مختلف کشتی براي حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها

ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد

سولفات مس که بعنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد

مس چیست

مس چیست

 

تاریخچه

مس براي تعدادي از تمدنهاي قدیمی ثبت شده ، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پیش می رسد. یک آویزه مسی ، متعلق به سال ٨٧٠٠ قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد.نشانه هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهاي آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال 5000 قبل از میلاد وجود دارد.در عوض اولین نشانه هاي استفاده از طلا تقریبا” به 400 سال قبل از میلاد بر می گردد .

مصنوعات مسی و برنزي که از شهرهاي سومري و مصنوعات مصري که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریبا” متعلق به 3000 سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سیستم لوله کشی با مس پیدا شده که مربوط به 5000 سال پیش است.مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع ، قالب گیري مس را آسان تر می کند لذا آلیاژهاي برنزي که در مصر کشف میشوند تقریبا” قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به 2000 سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از میلاد در این کشور برنز مرغوب ساخته می شده است. در نظر داشته باشید چون مس به راحتی براي استفاده و کاربرد مجدد ذوب می شود ، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائیها قرار می گیرد.در اروپا مرد یخی Oetzi ، مردي که به دقت نگهداري می شود و متعلق به 3200 سال قبل از میلاد است تبري با نوك مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% می باشد. مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهاي او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می باشد .

 

استفاده از برونز در مرحله اي از تمدن به قدري فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می نامند .برنج براي یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت .

به خاطر زیبایی درخشانش- بطوریکه در باستان براي ساخت آئینه از آن استفاده می شد -ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود، در اسطوره شناسی و کیمیاگري فلز مس با الهه هاي آفرودیت و ونوس پیوند دارد. در کیمیا گري علامتی

را که براي مس در نظر گرفته بودند ، علامت سیاره زهره (ونوس) نیز بود .

 

نقش بیولوژیکی

وجود مس براي کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروري می باشد. مس در آنزیمهاي متنوعی ،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزیم حاوي Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن  hemocyanin  است. RDA براي مس در بزرگسالان سالم 9/0میلی گرم در روز می باشد.

مس در جریان خون عمدتا روي پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می کند. اگرچه مس اول در روده  جذب میشود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوي کبد منتقل می شود .

یک حالت ارثی که بیماري ویلسون نامیده می شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود. این بیماري در صورت عدم درمان می تواند منجر به آسیبهاي کبدي و مغزي شود .

 

ترکیبات

آلیاژهاي بسیاري از مس وجود دارد -برنج آلیاژ مس/روي و برنز آلیاژ مس /قلع است. متداول ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک طرفیتی  cuprous، +Cu١ و حالت cupric +Cu ٢می باشد.

کربنات مس به رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهر منحصر به فرد بامها یا گنبدهاي با پوشش مس روي بعضی ساختمانها ساخته می شوند .

اکسیدهاي مس  مانند :اکسید مس ایتریم و باریم O3CU  2 Vδ Yba یا YBCO پایه هاي بسیاري از ابر رساناهاي غیر  معمول را تشکیل می دهند.

ترکیبات دیگر : سولفید مس

 

ایزوتوپها

علاوه بر تعداد زیادي رادیوایزوتوپ ، دو ایزوتوپ پایدار CU-63 و CU-65 موجود است.تعداد بسیار زیادي از این  رادیوایزوتوپها داراي نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند ، طولانی ترین نیمه عمر متعلق به ۶۴CU-است که مدت آن 12/7 ساعت، با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می شود.

 

هشدارها

با تمامی ترکیبات مس باید طوري رفتار شود گویی سمی هستند مگر خلاف آن مشخص باشد. این فلز در حالت پودزي خطر آتش زایی دارد. 30 گرم سولفات مس براي انسان کشنده است. مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از1 میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می گردد. مقدار بی خطر مس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین 5/1 تا 2 میلی گرم در هر لیترمی باشد.

 

شناخت محیط رشد:مس

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگها کوچک مانده و سرشاخه هاي جوان را دچار برگ سوختگی می کند. هر چه واکنش خاك اسیدي تر باشد، مس قابل استفاده تر است.

براي رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک به نام محلول بردو استفاده می شود که البته بازده آن در خاکهاي ایران بسیار کم است.

کروم چیست

کروم چیست

کروم یکی از عناصر جدول تناوبی است که دارای نشان Cr و عدد اتمی ۲۴ می‌باشد. کروم یا کرومیوم فلزی سخت، براق به رنگ خاکستری فلزی با جلاپذیری بالا و نقطه جوش بالا و مقاومت قابل توجه در برابر زنگ‌زدگی و تیرگی است.

اکسید کرومیوم از بیش از ۲ هزار سال پس در امپراتوری چین برای روکش سلاح‌های فلزی استفاده می‌شد. کروم به عنوان یک عنصر در سال ۱۷۶۱ کشف شد و ابتدا به عنوان رنگدانه کاربرد داشت. در ۱۷۹۷ فلز کروم برای نخستین بار از سنگ معدنی آن جدا شد.از آن زمان تاکنون تقریباً تمام کروم دنیا از سنگ معدنی کرومیت به دست می‌آید. ارزش این فلز بیشتر به دلیل مقاومت بسیار آن در برابر زنگ‌زدگی و فرسایش است به ویژه وقتی کشف شد که افزودن کروم به فولاد تاثیر قابل توجهی در جلوگیری از فرسایش و تیرگی فولاد دارد. امروزه حدود ۸۵ درصد مصرف کروم دنیا برای ساخت فولاد ضدزنگ (که حداقل ۱۰.۵ درصد حجم آن را کروم تشکیل می‌دهد) و همچنین آبکاری با کروم است.

معمولی‌ترین حالتهای اکسایش کروم ۲+  ۳+  و ۶+  است که ۳+ پایدارترین آنها وحالت‌های ۴+ و ۵+ نسبتا کمیاب هستند. ترکیبات کروم در حالت اکسایش ۶، اکسیدکننده‌هایی قوی هستند.

 

موارد استفاده کروم:

در متالورژی برای مقاوم کردن در مقابل پوسیدگی و در براقی نهایی

به‌عنوان یک جزء در آلیاژها، مثلاً”در فولاد ضدزنگ

در آب کاری با کروم

در آلومینیوم آنادایز

به عنوان یک کاتالیزور

از کرومیت برای ساخت قالبهای پخت آجر استفاده می‌شود.

نمک‌های کروم باعث سبز شدن رنگ شیشه می‌شوند.

کرومات‌ها و اکسیدها در رنگ مو و رنگهای معمولی به کار می‌روند.

دی کرومات پتاسیم یک معرف شیمیایی است که درتمیز کردن ظروف شیشه‌ای آزمایشگاهی و به عنوان یک عامل تیترات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عنصر همچنین بصورت دندانه (مثلا ، عامل ثابت نگه دارنده) در رنگرزی بکار می‌رود.

دی اکسید کروم(CrO2) در تولید نوارهای مغناطیسی مصرف می‌شود این نوارها نسبت به نوارهای اکسید آهن دارای مقاومت در برابر میدانهای مغناطیسی بیشتری بوده، لذا کارآیی بهتری دارند.

 

تاریخچه کروم

یوهان گوتلوب لمن در سال ۱۷۶۱ در کوههای اورال ماده معدنی نارنجی- قرمز رنگی پیدا کرد که نام آن را سرب قرمز سیبریایی نهاد. گرچه او به اشتباه آن را ترکیب سرب با آهن و سلنیوم انگاشت، آن ماده معدنی در حقیقت کرومات سرب (PbCrO4) بود.

پیتر سیمون پالاس در سال ۱۷۷۰ این ماده معدنی سربی قرمزرنگ (سرب قرمز سیبریایی) را در همان مکانی که لمن قبلاً دیده بود، مشاهده کرد که خصوصیات مفید زیادی داشت. از جمله این خصوصیات کاربرد آن به عنوان رنگدانه در تولید رنگ بود که استفاده از این ویژگی به سرعت توسعه یافت. رنگ زرد درخشانی که از کروکوئیت ساخته شد به یک رنگ بسیار رایج تبدیل گشت.

سال ۱۷۹۷ نیکلاس لوئی واکلین نمونه‌هایی از سنگ معدن کروکوئیت را پیدا کرد. او با مخلوط کردن کروکوئیت و اسید هیدروکلریک موفق به تهیه اکسید کروم (CrO3) گشت. سال ۱۷۹۸ واکلین متوجه شد که با حرارت دادن این اکسید در کوره‌های ذغالی می‌توان کروم فلزی به دست آورد. او موفق به شناسایی مقدار کمی کروم در سنگ‌های قیمتی از جمله یاقوت و زمرد شد.

در طول دهه اول قرن نوزدهم از کروم بیشتر به عنوان سازه‌ای در رنگ‌ها استفاده می‌شد، اما امروزه عمده کاربرد آن (۸۵٪) در آلیاژهای فلزی است و مابقی موارد استفاده آن در صنایع شیمیایی، مواد نسوز و صنایع پایه است.

 

نقش بیولوژیکی کروم

کروم سه ظرفیتی فلزی است که مقدار کم آن بسیار ضروری است و برای سوخت و ساز کامل قند در بدن انسان مورد نیاز است. کمبودهای کروم می‌تواند بر توانایی انسولین در ثابت نگه‌داشتن میزان قند خون تأثیر بگذارد. برخلاف سایر فلزاتی که مقدار کم آنها ضروری است، برای کروم عملکرد بیولوژیکی در متالوپروتئین دیده نشده است.

قالب ماهیچه منیفولد 206

قالب ماهیچه منیفولد 206

 

خاصیت ضد زنگ کردن کروم

این فلز کروم میتواند بسیاری از فلزات دیگر را ضد زنگ کرده و از آنها در برابر خوردگی و زنگ زدن محافظت کند. از همین رو یکی از آلیاژهای اصلی فولاد ضدزنگ یا استیل را کروم تشکیل می‌شود.

 

پیدایش کروم

کروم به شکل سنگ معدن کرومیت Fe، Mg)Cr۲O۴) استخراج می‌شود و با غلظت ۲۱ ذره در میلیون بیست‌ویکمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین است. این عنصر را به صورت تجاری با حرارت دادن این سنگ معدن در حضور آلومینیوم یا سیلیسیوم تهیه می‌شود. نزدیک به نیمی از سنگ معدن کرومیت جهان در آفریقای جنوبی تولید می‌شود و قزاقستان، هند، زیمباوه، ایران، فنلاند، برزیل، روسیه و ترکیه نیز از تولید کنندگان عمده آن هستند. مقدار کرومیت اسخراج نشده بسیار زیاد است، اما از نظر جغرافیایی در قزاقستان و آفریقای جنوبی متمرکز هستند. در سال ۲۰۰۰ حدود ۴٫۴ میلیون تن سنگ معدن کرومیت قابل فروش تولید شد که ۳٫۳ میلیون تن آهن- کروم به ارزش تقریبی ۲٫۵ میلیارد دلار آمریکا از آن به دست آمد.

 

اگرچه وجود کروم خالص بسیار نادر است، مقادیری کروم خالص کشف شده است. معدن اوداچنایا در روسیه نمونه‌هایی از کروم خالص تولید می‌کند. این معدن یک استوانه کیمبرلیت غنی از الماس است که در آن هم کروم خالص و هم الماس تولید می‌شود.

 

ترکیبات کروم

دی کرومات پتاسیم عامل اکسید کننده بسیار قوی است و این ترکیب برای تمیز کردن ظروف آزمایشگاهی، ارجح تر از سایر ترکیبات آلی است. اکسید کرومیک همان اکسید کروم سبز است (Cr2O۳)که در نقاشی لعابی و رنگ کردن شیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. زردینه کروم رنگدانه زرد درخشانی است (PbCrO4) که مورد استفاده نقاشان قرار می‌گیرد. اسید کرومیک دارای ساختار فرضی H2CrO۴ است. نه اسید کرومیک و نه اسید دی کرومیک در طبیعت یافت نمی‌شوند اما آنیون‌های آنها در ترکیبات متنوعی یافت می‌شود. تری اکسید کروم CrO۳ ،-اسید بدون آب اسید کرومیک – بصورت تجاری، به‌عنوان اسید کرومیک بفروش می‌رسد.

 

ایزوتوپ‌های کروم

کروم به طور طبیعی متشکل از ۳ ایزوتوپ پایدار Cr-۵۳ ,Cr-۵۴ ,Cr-۵۲ است که فراوان‌ترین آنها Cr-۵۲ (با فراوانی طبیعی ۷۸۹/۸۳٪) است. ۱۹ رادیو ایزوتوپ که پایدارترین آنها Cr-۵۰ با نیمه عمر(بیش از) ۱٫۸E۱۷سال وCr-۵۱ با نیمه عمر۷۰۲۵/۲۷ روزمی‌باشد برای این عنصر شناخته شده است. مابقی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن از نیمه عمری کمتراز ۲۴ ساعت برخوردارند که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از ۱ دقیقه است. این عنصر همچنین دارای ۲ حالت برانگیخته است. کروم ۵۳ محصول فروپاشی پرتوزاد Mn-۵۳ است.محتویات ایزوتوپی کروم معمولاً” با محتویات ایزوتوپی منگنز ترکیب می‌شود و در زمین‌شناسی ایزوتوپی کاربرد دارد. نسبت‌های ایزوتوپ Mn-Cr شواهدی را که از Al-۲۶ وPd-۱۰۷ درباره تاریخ ابتدایی به دست آمده تقویت می‌کند. اختلاف در نسبتهای Cr-۵۳/Cr-۵۲ و Mn-Cr در چندین شهاب سنگ بیانگر یک نسبت Mn-۵۳/Mn-۵۵ است که نشان می‌دهد رده‌بندی ایزوتوپ Mn-Cr باید از فروپاشی ثابت Mn-۵۳ در پیکره سیاره‌های مجزا ناشی شده باشد. بنابراین Cr-۵۳ دلایلی بیشتر را درباره فرایندهای نوکلئوسنتزی بلافاصله قبل از یکپارچگی منظومه شمسی در اختیار می‌گذارد.

 

ایزوتوپهای کروم از نظر وزن اتمی، در بازه ۴۳amu (کروم ۴۳) تا ۶۷amu (کروم ۶۷) قرار دارند. حالت فروپاشی اتمی بلافاصله قبل از فراوان‌ترین ایزوتوپ پایدار(کروم ۵۲)، جذب الکترون است و حالت بلافاصله بعد از آن کاهش بتا است.

 

هشدارها در مورد کروم

فلز کروم و ترکیبات کروم (III) معمولاً” برای سلامتی خطرناک نیستند، اما ترکیبات کروم VI در صورت بلع سمی هستند. مقدار تقریباً” نصف قاشق چای خوری ترکیبات کروم سمی (VI) کشنده بوده و سرطانزا بودن مقادیر غیرکشنده کروم VI به اثبات رسیده است. بیشتر ترکیبات کروم VI برای چشم، پوست و بافت‌های مخاطی مضر هستند. تماس دائمی با این ترکیبات می‌تواند موجب آسیب‌های دائمی چشم گردد، مگر مواردی که درمان کامل صورت پذیرد.

در سال ۱۹۵۸ سازمان بهداشت جهانی حداکثر میزان مصرف مجاز کروم VI از جنبه سلامتی را ۰۵/۰ میلی‌گرم در هر لیتر آب آشامیدنی پیشنهاد کرد. این پیشنهاد بارها بررسی شد و در این فاصله مقدار اعلام شده تغییر نکرد.

نیکل چیست

نیکل چیست

نیکل عنصر ۲۸ با معادل انگلیسی nickel نیکل فلزی مقاوم، چکش خوا، براق با ساختار بلورین و مکعبی شکل به رنگ سفید و نقره ای میباشد. این عنصر در سال 1751 توسط  Axel  Cronstedt دانشمند سوئدی کشف شد . از نظر خواص مغناطیسی وفعالیت شیمیایی شبیه به آهن وکبالت میباشد . کانیهای اصلی نیکل عبارتند از پنتلاندیت ، پیروتیت (سولفید های نیکل و آهن) و گارنییریت (سیلیکات نیکل و منیزیم ) هستند.

نیکل یکی از اجزا اصلی تشکیل دهنده شهاب سنگها به شمار می آید. شهاب سنگهای آهن و سیدریت شامل آلیاژهای آهن حدود 5 تا 20 درصد نیکل می باشد. نیکل تجاری به فرمهای پنتلاندیت و پیروتیت می باشد که این معادن در ایالت انتاریو یافت می شود که این ناحیه حدود 30 درصد از نیکل دنیا را تامین می کند. دیگر معادن این عنصر در کالندونیا، استرالیا، کوبا، اندونزی و در مناطق دیگر می باشد. این عنصر رسانای جریان بر ق است و سطح آن براق و صیقلی است. این عنصر از گروه عناصر آهن و کبالت است و آلیاژهای آن قیمتهای بالایی دارا هستند. این عنصر کاربردهای فراوانی در طبیعت دارد و برای ساخت فولاد ضدزنگ و دیگر آلیاژهای ضد زنگ و خوردگی مثل اینوار و مانل که الیاژى از نیکل و کبالت که در برابر خوردگى مقاوم است و و اینکونل و Hastelloys کاربرد دارد. برای ساخت لوله های نیکلی و مسی و همینطور برای نمک زدایی گیاهان و تبدیل آب شور به آب مایع استفاده می شود. نیکل استفاده های فراوانی برای ساخت سکه ها و فولاد نیکلی برای زره ها و کلید ها کار برد دارد و همینطور از نیکل می توان آلیاژهای نیکروم و پرمالوی و آلیاژی از مس را تهیه کرد. از نیکل برای ساخت شیشه های به رنگ سبز استفاده می شود. صفحات نیکلی می تواند نقش محافظت کننده برای دیگر فلزات را داشته باشد. نیکل همچنین کاتالیزوری برای هیدروژن دار کردن روغنهای گیاهی است. همچنین صنعت سرامیک و ساخت آلیاژی از آهن و نیکل که خاصیت مغناطیسی دارد و باتری های قوی ادیسون کاربرد دارد. از ترکیبات مهم نیکل می توان سولفات و آکسید را نام برد. نیکل طبیعی مخلوطی از 5 ایزوتوپ پایدار است . همچنین 9 ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز شناخته شده است. نیکل هم به صورت فلز و هم به صورت ترکیب محلول می تواند وجود داشته باشد. بخار سولفید نیکل سرطان زا می باشدکه در موقع استفاده از آن باید دقت لازم را به عمل آورد

نیکل خالص تجاری، خلوصی در حدود ( Co+ %99.5Ni ) دارد. این فلز دارای خواص مکانیکی خوب و مقاومت عالی در برابر محیط های خورنده است. این فلز بیشتر استحکام خود را در دمای بالا حفظ می کند و در دما های پایین دارای چقرمگی و داکتیلیته مناسبی است. این آلیاژ حاوی مقداری کربن (بیش از 0.1%) می باشد. هر چه مقدار کربن کمتر باشد، کار سختی کمتر و داکتیلیه بیشتر است. کاربردهای نیکل خالص تجاری شامل تجهیزات فرآیندهای غذایی، بشکه های کشتیرانی شیمیایی، اجزاء موشکی و فضایی و لوله کشی می باشد.

 

تاریخچه نیکل

کانی مخصوصی که به ظاهر شبیه مس بود و برای معدن داران آلمانی بسیار معروف بود٬برای سبزکردن شیشه به کار می‌رفت .اما کوششهای مداوم برای جدا کردن مس از آن ناموفق ماند و گمان می‌رفت که شیطان آزادانه این کانی را رنگ کرده است تا معدن‌داران گول بزند بنابراین آن راKupfer nickel نامیدند .در آلمانی نیکل یعنی شیطان پست. در سال ۱۷۵۱ کرونشتد از سوپد این کانی را آزمایش کرد (امروزه این کانی را نیکولیت می نامند)و موفق شد یک اکسید فلزی سبز از این کانی تهیه کند و از احیای این اکسید فلز سفید رنگ به دست آورد. او این فلز را نیکل نامید.

 

محل کشف و پیدایش نیکل

اکثر نیکلهای بدست آمده از دو نوع معدن بدست آمده‌اند، اولی خاکهای آجری رنگ بوده که مهمترین معدن سنگ نیکل هستند و دومی سولفید موجود در ماگمای زمین می‌باشد. منطقه Sud-bury در انتاریو، انتاریو کانادا 30% نیکل جهان را تولید می‌کند. معادن دیگر در روسیه استرالیا، کوبا، دومینکن، نروژ و اندونزی می‌باشند. با این وجود این باور وجود دارد که بیشتر نیکل موجود در زمین در هسته این سیاره تمرکز یافته است.

 

استخراج نیکل

نیکل از سنگ معدنش بوسیله عملیات تشویه و فرایندهای کاهش که در آنها فلز با خلوص بیش از 75% بدست می آید، استخراج می شود. خالص سازی نهایی در فرایند Mond با خلوص بیش از 99.99% بوسیله واکنش نیکل و مونوکسید کربن برای تشکیل کربونیل نیکل انجام میشود. این گاز از درون محفظه بزرگی در دمای بالا، که در آن دهها هزار گلوله نیکلی (که بعنوان پلت یا گندله شناخته می شوند) و در مکان ثابت نگه داشته می شوند، عبور می کند. کربونیل نیکل بر روی گندله ها یا گلوله های نیکلی، بصورت رسوب نیکل خالص، تجزیه می شود. از طرف دیگر، کربونیل نیکل، ممکن است در یک محفظه کوچکتر بدون حضور گندله، برای تشکیل پودرهای ریزدانه، تجزیه شود. مونوکسید کربن بدست آمده در طی این فرایند دوباره به جریان می افتد. نیکل با خلوص بالا، که در این فرایند تولید می شود بعنوان کربونیل نیکل شناخته می شود. دومین شکل متداول تصفیه، شامل لیچینگ مات فلز، بوسیله رسوب الکتریکی نیکل از محلول، بوسیله صفحه ای که بر روی کاتد قرار داده می شود، می باشد. در بیشتر کاربردهای فولاد ضد زنگ، نیکل می تواند با خلوص 75%، مستقیما بکار گرفته شود.

بزرگترین تولید کننده نیکل، روسیه است که 267000 تن نیکل در هر سال تولید می کند. استرالیا و کانادا دومین و سومین تولید کننده نیکل می باشند که سالانه 207000 تن و 189000 تن تولید می کنند.

 

 طرز تهیه نیکل

کانیهای نیکل بر دو دسته هستند :سولفید و اکسید، کانی سولفید دو سوم مصرف جهان را به خود اختصاص داده است .کانیهای سولفید به کمک شناوری وتصفیه به اکسید نیکل ته نشین شده پالایش می‌شوند.

اکسید نیکل هم به کمک پالایش هیدرو متالوژی نظیر شستشو با آمونیاک پالایش می‌شوند.

شکلهای قابل دسترس

الکترولیتی٬شمش٬دانه۲ساچمه٬گرد٬نوار٬بلورهای منفرد

 

مشخصات نیکل

نیکل عنصری است فلزی با عدد اتمی ۲۸ و نماد علمی Ni در گروه VII و در دوره چهارم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی ۵۸٫۷۱، ظرفیتها ۲ و۴ . دارای پنج ایزتوپ پایدار است.

 

آلیاژهای نیکل

  1. آلیاژ مس- نیکل (مونل)

نیکل و مس در همه نسبت ها در یکدیگر قابل انحلال هستند. مهمترین آلیاژهای مس-نیکل حاوی حدود 67% نیکل و 33% مس می باشد که مونل نامیده می شود. این آلیاژها دارای کاربردهای عالی در آب دریا هستند و مقاومت بالایی در برابر حمله حلال های کلردار، بیشتر اسیدها و همه قلیاها دارند.

 

  1. آلیاژهای کرم- نیکل

کرم یکی از مهمترین عناصر آلیاژی برای مقاومت به خوردگی زیاد و مقاومت در دماهای بالا در آلیاژهای پایه نیکل است. این عنصر دارای انحلال پذیری حالت جامد بالادر حدود 30% در دمای اتاق، در نیکل می باشد. اینکونل 600 یک آلیاژ مهندسی  استاندارد برای استفاده در محیط های شدیدا خورنده در دماهای بالا می باشد که یک آلیاژ Ni-Cr-Fe حاوی 15.5% کرم و 8% آهن است. این آلیاژ قابل عملیات حرارتی نمی باشد ولی می تواند بوسیله کارسرد استحکام یابد.

 

  1. سوپر آلیاژ پایه نیکل

نیکل همچنین می تواند پایهای برای سوپر آلیاژ با مشخصات دما بالا- استحکام بالا باشد. سوپر آلیاژها، در موتور جت و توربین های گازی استفاده می شوند. سوپر آلیاژها از آهن، کبالت یا نیکل ساخته می شوند. سوپر آلیاژها همچنین شامل سایر فلزات مانند کرم، تنگستن، آلومینیوم و تیتانیوم می باشند. سوپر آلیاژها مقاوم به خوردگی (زنگ زدگی) بوده و خواص خود را در دمای بالا حفظ می کنند.

پمپ - قالب ریخته گری

پمپ

 

خواص نیکل

نیکل یک فلز سفید نقره‌ای است که به‌خوبی جلا می‌گیرد. از گروه آهن‌ها است که سخت و قابل انعطاف بوده، هادی جریان الکتریسیته می‌باشد و به‌راحتی با گوگرد و آرسنیک ترکیب می‌شود. با توجه به اینکه نیکل، دوام زیادی در هوا داشته، اکسیده نمی‌شود، برای تولید سکه‌های پول، فلز کاری برنج و آهن و همچنین برای ساخت ابزار آلات شیمیایی در آلیاژهای خاص مانند نقره آلمانی کاربرد دارد و معمولاً با کبالت همراه هست که هر دوی آنها در آهن‌های شهاب سنگی یافت می‌شوند. نیکل برای آلیاژهایی که بوجود می‌آورد، بسیار با ارزش می‌باشد. معمولترین حالت اکسیداسیون نیکل ، 2+ است و این در حالی است که نیکل 3+ و 1+ نیز به ندرت مشاهده می‌شوند.

 

مصارف نیکل

ساخت فولاد ضد زنگ آستنیتی

بعنوان سوپر آلیاژ

در فولاد آلیاژی، باتری های قابل شارژ، کاتالیست ها، ضرب سکه، محصولات ریخته گری و ورق سازی

ورق های زرهی و درب ضد سرقت

آلیاژ آلنیکو مورد استفاده در آهن ربا

در بوته های مورد استفاده در آزمایشگاه های شیمیایی

سیم های هوشمند یا آلیاژهای حافظه دار مورد استفاده در ربات ها

فلز مونل که آلیاژی از مس و نیکل است که در برابر خوردگی مقاومت زیادی دارد و برای پروانه کشتی، وسایل آشپزخانه و لوله کشی صنایع شیمیایی استفاده می شود.

 

عنصر نیکل در طبیعت

اثرات نیکل بر سلامت انسان

مقدارنیکل در طبیعت بسیار کم است. انسان در زمینه های مختلف از نیکل استفاده میکند. یکی از عمده ترین کاربردهای نیکل، در صنعت فولاد است. از نیکل به عنوان یکی از اجزا سازنده فولاد و سایر محصولات فلزی استفاده میشود. حتی از نیکل در جواهرات هم استفاده میشود.

مواد غذایی به طور طبیعی دارای مقداری نیکل هستند. شکلات و چربی ها دارای مقدار بسیار زیادی نیکل هستند. در صورتیکه افراد از سبزیجات حاصل از مناطق آلوده به نیکل تغذیه کنند، مقدار زیادی نیکل وارد بدنشان میشود. نیکل در بافت گیاهان تجمع می یابد و در نتیجه مقدار نیکل در سبزیجات افزایش پیدا میکند. در ششهای افراد سیگاری مقدار زیادی نیکل وجود دارد. همچنین نیکل در شوینده ها نیز مورد استفاده قرار میگیرد.

راههای ورود نیکل به بدن انسان از طریق هوا، آشامیدن آب، خوردن غذا و کشیدن سیگار است. ممکن است بر اثر تماس پوست با خاک یا آب آلوده به نیکل، مقداری نیکل وارد بدن انسان شود. مقدار اندک نیکل برای انسان ضروری است اما اگر مقدار آن افزایش یابد، برای سلامت انسان خطرناک است.

 

نتایج مصرف بالای نیکل به شرح زیر است

شانس مبتلا شدن به سرطان ریه، سرطان بینی، سرطان حنجره و سرطان پروستات را افزایش میدهد.

پس از اینکه فرد در معرض گاز نیکل قرار گرفت، دچار کسالت و سرگیجه میشود.

آب آوردن ریه ها

مشکلات تنفسی

کاهش توانایی تولید مثل

آسم و برونشیت مزمن

حساسیتهایی از قبیل خارش پوست (به خصوص در هنگام استفاده از جواهرات)

 

نارسایی قلبی نیکل

بخارات نیکل به دستگاه تنفس و ریه ها آسیب میرساند. نیکل و ترکیبات آن باعث آماس پوست میشوند که تحت نام ” خارش نیکل” نامیده میشود و معمولاً در افراد با حساسیت پوستی بالا مشاهده میشود. اولین علامت، خارش است که معمولاً هفت روز قبل از از بین رفتن پوست رخ میدهد. اولین علائم تخریب پوستی التهاب پوست یا پوسته پوسته شدن پوست است. سپس در پوست زخمهایی نمودار میشود.

از لحاظ تقسیم بندی برنامه سمشناسی ملی آمریکا (NTP)، نیکل و ترکیبات آن جزعوامل سرطانزا محسوب میشوند و از نظر طبقه بندی آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) ترکیبات نیکل در گروه یک قرار میگیرند. گروه یک شامل عناصری میباشد که شواهد کافی در مورد سرطانزایی آنها وجود دارد. در این تقسیم بندی عنصر نیکل در گروه 2B قرار دارد. گروه 2B عناصری هستند که ممکن است در انسان سرطان ایجاد کنند.

 

تاثیرات زیست محیطی نیکل

کارخانه ها و سوزاندن زباله ها دو عامل اصلی در تولید نیکل و ورود آن به هوا میباشند. مقدار نیکلی که در هوا وجود دارد به مراتب از نیکل موجود در زمین بیشتر است. مدت زمان از بین رفتن نیکل موجود در هوا زیاد است. زمانیکه هرزآبها جریان پیدا میکنند، مقداری نیکل را وارد آبهای سطحی میکنند.

بخش اعظم ترکیبات نیکل در طبیعت جذب ذرات خاک و رسوبات شده و در نهایت به صورت غیر متحرک درمی آیند. در زمینهای اسیدی نیکل بسیار متحرک میشود و معمولاً در آبهایزیرزمینی شسته میشود.

شواهد چندانی درباره تاثیر نیکل بر سایر موجودات زنده به غیر از انسان وجود ندارد. در حال حاضر دانشمندان می دانند که غلظت بالای نیکل در خاکهای ماسه ای به گیاهان صدمه میزند و همچنین غلظت بالای نیکل در آبهای سطحی سبب کاهش تعداد و رشد جلبکها میشود. رشد موجودات ذره بینی نیز در حضور نیکل کاهش پیدا میکند، اما معمولاً با گذشت زمان در برابر نیکل مقاوم میشوند.

مقدار اندک نیکل باید در غذای جانوران وجود داشته باشد. اما زمانیکه مقدار نیکل از حد مجاز خود فراتر رود، میتواند برای جانوران مضر و خطرناک باشد. جانورانی که در نزدیکی پالایشگاه زندگی میکنند، بر اثر دریافت مقدار زیاد نیکل به انواع مختلف سرطان مبتلا میشوند.

از آنجاییکه نیکل در بافتهای گیاهی و جانوری نمیتواند تجمع پیدا کند، اثری در زنجیره غذایی ندارد.

ساختار بلوری عنصر نیکل

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه

اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری