موضوع مقاله: روزن‌رانی منیزیم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # روزن‌رانی منیزیم | مقدمه: اکستروژن منیزیم همانند شمشال‌های آلومینیوم شمشال‌های منیزیم را نیز می‌توان به شکل‌های مختلف، و با استفاده از تمام روش‌های اکستروژن موجود، شامل روش‌های مستقیم به همراه روغنکاری و بدون روغنکاری، و روش‌های اکستروژن غیرمستقیم شکل-دهی نمود. | ## بخش 1: روزن‌رانی منیزیم | روش اکستروژن ضربه‌ای اصولاً برای تولید قطعات لوله‌ای شکل با نسبت طول به قطر بین ۰٫۵ و ۱۰ مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمشال‌های اولیه مورد نیاز در این روش دارای قطر بزرگ (۵۵۰ میلی‌متر و بزرگتر) می‌باشند، و قطر آن‌ها بستگی به تجهیزات ریخته‌گری، و ابعاد قالب دارد. پس از برش شمشال تولید شده در ریخته‌گری پیوسته با طول از پیش تعیین شده، ۵–۱۰ سانتی‌متر از سطح آن بریده شده و به بخش ضایعات منتقل می‌گردد. پیش از عملیات شکل‌دهی، قطعات بریده شده از شمشال ریختگی در گسترده دمایی ۳۰۰–۵۰۰ سانتی‌گراد، جهت همگن شدن میکروساختار حرارت داده می‌شوند. بسته به ترکیب آلیاژ و ابعاد شمشال، مرحله اکستروژن اولیه در سرعت اکستروژن بین ۳۰ تا ۵۰ متر بر دقیقه و در پرس‌های ظرفیت بالا (RN 50000) انجام می‌شود. هدف اصلی عملیات اکستروژن اولیه دست‌یابی اندازه‌دانه ریز و دارای توزیع یکنواخت در زمینه می‌باشد. به صورت کلی اندازه‌دانه شمشال پس از اکستروژن متأثر از دما و سرعت اکستروژن و نسبت تغییر شکل می‌باشد. به دلیل اندازه‌دانه ریز، شمش‌های تولید شده در این عملیات قابلیت پذیرش فرایندهای اکستروژن بعدی را به خوبی نشان می‌دهد. پیش از مرحله اکستروژن نهایی شمشال‌ها بسته به شکل نهایی در ابعاد معین برش داده ئ سپس در دمای ۳۰۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد پیش گرم می‌شود. اکستروژن مستقیم جهت تولید قطعه نهایی در سرعت بین ۳ تا ۳۰۰ متر بر دقیقه انجام می‌شود. آلیاژ AZ31 به صورت گسترده‌ای برای اکستروژن مورد استفاده قرار می‌گیرد، چرا که شرایط تغییر فرم آن حین اکستروژن امکان دست‌یابی به سرعت‌های بالا در عملیات (حدود ۲۰ متر بر دقیقه) را فراهم می‌آورد. سایر آلیاژهای اکستروژن نظیر AZ61A , AZ80A , ZK60A اگرچه خواص مکانیکی بهتری نشان می‌دهند اما قابلیت‌های پذیرش تغییر شکل طی اکستروژن در آن‌ها کمتر است. آن‌چنان‌که گفته شد به جز اکستروژن اولیه راهکار دیگری برای تولید قطعات اکسترودی منیزیم اکستروژن مستقیم است. در شمشال‌های دارای کیفیت سطحی مطلوب که با استفاده از روش ریخته‌گری پیوسته با سطح فوقانی داغ، در تجهیزات دارای درگاه‌های خروجی چندگانه تولید شده‌اند، و دارای قطر کوچک¬¬تر(۲۰۰ – ۱۵۰ میلی‌متر) می‌باشند، می‌توان با حذف اکستروژن اولیه از اتلاف زمان و هزینه جلوگیری کرد. پس از برش شمشال به اندازه مطلوب، و حذف بخش‌های فوقانی آن در صورت نیاز، باید عملیات همگن‌سازی بر روی قطعات برش خورده انجام شود. در اکستروژن مستقیم قطعات مختلف دارای طرح‌های مختلف ساده یا تو-خالی را می‌توان تولید کرد. لوله‌ها را می‌توان با اکستروژن لوله‌های توخالی، و قرار دادن یک ماندرل متصل به پیستون اصلی درون آن، تولید نمود. در این روش قالب را با استفاده از یک پیستون تو-خالی بر روی شمشال فشار وارد می‌کند. به این ترتیب اصطکاک بین شمشال و محفظه به صورت قابل توجهی کاهش یافته، فشار مورد نیاز در فرایند نیز کاهش می‌یابد. در مجموع امکان دست‌یابی به نسبت‌های شکل‌دهی بالاتر و همچنین تولید قطعات پیچیده‌تر و قطعات دارای دیواره نازک¬ فراهم می‌شود. در اغلب موارد، با توجه به نیاز به نیروی کمتر از اکستروژن غیرمستقیم در مراحل اولیه استفاده می‌شود، و مرحله نهایی اکستروژن به صورت مستقیم انجام می‌شود. کاربرد اکستروژن ضربه‌ای منحصر به تولید قطعات لوله‌ای یا سایر قطعات دارای طرح متقارن می‌باشد. نمونه اولیه مورد استفاده در این فرایند با استفاده از عملیات اکستروژن اولیه آماده‌سازی می‌شود. | ## بخش 2: روزن‌رانی منیزیم | قالب، نمونه اولیه، و فاصله‌انداز پیش از عملیات اکستروژن ضربه‌ای تا دمای حداقل ۱۷۵ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می-شوند. در قطعاتی با نسبت طول به قطر بین ۱۰ تا ۱۵ حداکثر میزان تغییر شکل را می‌توان بدست آورد. به منظور اکستروژن ضربه‌ای آلیاژهای منزیم تجهیزاتی با ظرفیت اعمال فشار بیش از ۹۰۰ کیلونیوتن مورد نیاز خواهد بود. با استفاده از چنین تجهیزاتی و در صورت پوشش‌دهی نمونه اولیه و قالب با گرافیت، و اعمال دمای ۳۷۰ – ۱۷۵ درجه سانتی‌گراد به اجزا مختلف، بسته به ترکیب آلیاژ، می‌توان به سرعت تولید حدود ۱۰۰ قطعه در دقیقه دست یافت. با افزایش دمای عملیات فشار اکستروژن را می‌توان به تدریج کاهش داد، برای مثال فشار مورد نیاز برای اکستروژن آلیاژ AZ31B جهت ایجاد کاهش سطح مقطع به اندازه ۸۵٪، با افزایش دما از ۲۳۰ به ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، از ۴۴۵ به ۳۷۱ مگاپاسکال کاهش می‌یابد. اکستروژن ضربه‌ای قادر به تولید قطعات جداره نازک با ضخامت دیواره ۰٫۵میلی‌متر در تلورانس ۵ تا ۱۰٪ می‌باشد. نمونه از این کاربردها، تولید محفظه‌های استوانه-ای باتری از جنس آلیاژ AZ21 با ضخامت دیواره ۱¬میلی‌متر، ارتفاع ۸۰ میلی‌متر، و قطر خارجی ۲۰¬میلی‌متر می‌باشد. قابلیت اکستروژن منیزیم قابلیت پذیرش اکستروژن در آلیاژهای منیزیم را می‌توان بر اساس سرعت اکستروژن ارزیابی نمود. به صورت کلی آلیاژهای منیزیم سرعت اکستروژن کمتری نسبت به آلیاژهای آلومینیوم ایجاد می‌کنند و به میزان بالاتری نیازمندند. اگرچه از نظر اقتصادی افزایش سرعت اکستروژن ترجیح داده می‌شود، اما افزایش تمایل به پارگی گرم، و تضعیف خواص مکانیکی باعث محدود شدن سرعت اکستروژن می‌شود. اما می‌توان به صورت کلی سرعت اکستروژن می‌تواند توسط بروز ایراداتی نظیر: ایجاد حباب‌های سطحی و زیرسطحی (بلیستر) پارگی گرم تضعیف خواص مکانیکی محدود شود. وجود اکسیدهای سطحی و جدایش هنگام انجماد، مهم‌ترین دلایل تشکیل حباب‌های سطحی در طول اکستروژن است. با کنترل سرعت اکستروژن، حذف قسمت‌های فوقانی شمشال، و همچنین همگن‌سازی پیش از اکستروژن می‌توان این ایراد را به صورت قابل توجهی کاهش داد، یا حذف نمود. قطعات دارای طرح‌های مختلف را می‌توان در عملیات اکستروژن اولیه شمشال‌های با طول ۱۸۰میلی‌متر، کاهش سطح مقطع عرضی ۴۰–۵۰٪ و سرعت اکستروژن ۳۰ متر بر دقیقه، بدون ایجاد حباب‌های سطحی، تولید نمود. کیفیت سطحی مطلوب پارامتر مهمی در دست‌یابی به سرعت اکستروژن بالا، البته بدون رخداد ایراد حباب سطحی، می‌باشد. پارگی گرم زمانی ایجاد می‌شود که فازهای دارای نقطه ذوب پایین در طول اکستروژن مجدداً ذوب می‌شوند. بر این اساس ترکیب آلیاژ، میکروساختار شمشال، و دمای اکستروژن مهم‌ترین پارامترهای مؤثر در ایجاد پارگی گرم می‌باشند. همگن‌سازی شمشال و کاهش دمای آن می‌تواند با کاهش احتمال بروز پارگی گرم، امکان افزایش سرعت عملیات را فراهم آورند. بسته به طرح قطعه الکترود کنترل دمای شمشال آلیاژ AZ31B در ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد توصیه می‌شود. در آلیاژهای منیزیم سری AZ، ترکیبات دوتایی Mg17Al12 به صورت غیر همبسته رسوب می‌کنند. این ترکیب دارای نقطه ذوب پایین، ۴۳۸ درجه سانتی‌گراد است و عامل پارگی گرم در طول اکستروژن می‌باشد. به این ترتیب، تشکیل این ترکیب در آلیاژهای حاوی درصد آلومینیوم بالا نظیر AZ61 و AZ80، همگن‌سازی شمشال پیش از اکستروژن حایز اهمیت بیشتری می‌باشد. به صورت کلی، افزایش درصد عناصر آلیاژی توان عملیاتی تجهیزات ریخته‌گری و شکل‌دهی را کاهش می‌دهد. | ## بخش 3: روزن‌رانی منیزیم | نرخ تولید در عملیات اکستروژن اولیه شمشال با قطر ۲۰میلی‌متر در صورت استفاده از آلیاژ¬ AZ21 بیش از سایر آلیاژهای معمول این گروه است، و در صورت انتخاب شمشال از آلیاژهای AZ61 و AZ80 نرخ تولید به ترتیب به ۱/۲ و ۱/۳ کاهش پیدا می‌یابد. هنگام مقایسه قابلیت شکل‌پذیری آلیاژها و قطعات دارای طرح‌های متفاوت، فاکتور شکل نیز باید مورد توجه قرار گیرد. در یک شکل معین سرعت اکستروژن شمشال پیش اکسترود شده AZ61A، ممکن است ۵۰ تا ۶۰ درصد کمتر از آلیاژ AZ21 باشد. شکل و طرح هندسی محصولات اکسترودی منیزیم محصولات اکسترودی منیزیم دارای ترکیبات آلیاژی و طرح‌های هندسی استاندارد هستند. از نظر ترکیب آلیاژ در دو سیستم آلیاژی Mg-Al-Zn و Mg-Zn-Zr، برای کاربردهای دمای محیط و دماهای نسبتا بالا، امکان انتخاب آلیاژهایی با خواص مختلف وجود دارد. جزئیات ساختار و و تعریف اشکال ارائه شده در جدول به صورت ذیل می‌باشد: میله: قطعه‌ای با سطح مقطع گرد و قطر بیش از ۱۰ میلی‌متر شمش: قطعه‌ای با سطح مقطع متقارن مربع، مستطیل، یا چندوجهی، که فاصله بین اضلاع موازی آن بیشتر از ۱۰ میلی‌متر است. لوله: قطعه‌ای با سطح مقطع توخالی و متقارن و دارای شکل مربع، مستطیل، چندوجهی یا بیضوی، و دارای ضخامت دیواره یکنواخت. سه کلاس متفاوت از این نوع قطعات، بر اساس اندازه و توزیع حفره در سطح مقطع تعریف می‌شود. قطعه نیمه توخالی: قطعه‌ای اکسترود شده، که بخشی از سطح مقطع آن توخالی و دارای حفره است. دایره محاطی: کوچک‌ترین قطر دایره‌ای که می‌تواند سطح مقطع یا قطعه اکسترودی را بدون برخورد با محیط آن دربرگیرد. در مقاطع گرد، چندوجهی، توپر و نامتقارن، توخالی، نیمه توخالی حداقل ضخامت مقطع با افزایش قطر دیواره محاطی افزایش می‌یابد. برای مثال در قطر دایره محاطی کوچک حدود ۲۵میلی-متر، حداقل ضخامت مقطع آلیاژهای اکسترودی AZ31A ,AZ61A , AZ80A و ZK60A دارای شکل هندسی نیمه توخالی ۱میلی‌متر می‌باشد. در مقادیر قطر دایره محاطی بزرگ‌تر، در حدود ۱۹۰ میلی‌متر، حداقل ضخامت مقطع در آلیاژهای AZ31B، ۲٫۸ میلی‌متر و در آلیاژهای AZ61A , AZ80A , ZK60 3.2 میلی‌متر می‌باشد. برای مثال حداقل ضخامت مقطع نمونه دارای قطر دایره محاطی ۱۹۰میلی‌متر از آلیاژ AZ31B، در مقاطع توخالی ۳٫۲ میلی‌متر است. در قطعات دارای مقاطع توخالی و لوله‌های اکسترودی آلیاژهای AZ31B و ZK60A حداکثر ضخامت دیواره اطراف حفره، ۲۰ میلی‌متر می‌باشد. در قطعات اکسترودی آلیاژهای AZ21 و AZ31B حداقل ضخامت دیواره کوچک‌تر از قطعات مشابه تولید شده از آلیاژهای AZ61 و AZ60A می‌باشد. در یک قطر دایره محاطب معین، قطعات توخالی غیرمدور به ضخامت دیواره بیشتری نسبت به قطعات توخالی مدور نیازمندند. مقادیر و محدوده‌های استاندارد ضخامت مقطع و ضخامت دیواره معیاری کلی از قابلیت پذیرش اکستروژن در آلیاژهای منیزیم رایج به دست می‌دهد. در این قطعات می‌توان به تلورانس‌های قطر و ابعاد سطح مقطع بین ۰٫۵± تا ۱± درصد در روش‌های معمول دست یافت. برای مثال در لوله‌ای با قطر ۱۳۰ میلی‌متر و ضخامت دیواره ۱۵میلی‌متر می‌توان به تلورانس ضخامت جداره ۱± درصد رسید. همچنین در قطعات اکسترودی منیزیم می-توان مقاطع گوشه‌دار، برجسته و سطوح تخت دارای پیچ و تاب باریک را با کیفیت بالا و همچنین تلورانس‌های طولی مطلوب، تولید نمود. تلورانس‌های مجاز زبری سطح در مقاطع مدور، چندوجهی، و لوله‌ای، تابعی از ضخامت مقاطع مختلف می‌باشد. | ## جمع‌بندی | بر اساس تلورانس‌های استاندارد، عیوب دارای عمق ۰٫۱ میلی‌متر در قطعات با ضخامت ۱۰میلی‌متد، مجاز محسوب می‌شوند.