اکستروژن منیزیم

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. روش اکستروژن ضربه‌ای اصولاً برای تولید قطعات لوله‌ای شکل با نسبت طول به قطر بین ۰٫۵ و ۱۰ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های مستقیم و غیرمستقیم دو روش ترجیحی جهت اکستروژن منیزیم می‌باشند. برای اکستروژن شمشال‌های منیزیم دو راهکار اصلی زیر وجود دارد:

اکستروژن مستقیم منیزیم

روش اکستروژن اولیه غالباً جهت تولید پروفیل‌های اکسترودی 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. میزان کاهش سطح مقطع عرضی قطعه بین ۵ تا ۱۰ متغیر است. 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. به‌طوری¬ که شکل‌دهی هم‌زمان چند قطعه از نظر اقتصادی بسیار جالب توجه 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. این عملیات به خصوص پیش از اکستروژن با سرعت‌های بالا، توصیه می‌شود. محدوده دمایی عملیات همگن‌سازی معمولاً بین ۳۰۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد تعیین می‌شود.
در بسیاری از موارد روش مستقیم جهت اکستروژن آلیاژهای منیزیم به‌کار گرفته می‌شود، و تجهیزات اکستروژن شامل محفظه، قالب و مسدود کتتده در هنگام عملیات در دمایی برابر با دمای شمشال نگهداری می‌شوند؛ البته این دما ۲۵ تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از دمای اکستروژن است. 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.
روش اکستروژن غیرمستقیم به ندرت در آلیاژهای منیزیم به کار می‌رود. 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 توچهی کاهش یافته، فشار مورد نیاز در فرایند نیز کاهش می‌یابد. در این فرایند از اصطکاک بین قالب و محفظه جلوگیری می‌شود. 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.
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. با افزایش درصد عناصر آلیاژی، فشار اکستروژن نیز افزایش 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.