يشير أداء صب سبائك الألومنيوم إلى أداء الألومنيوم المنصهر خلال عملية الصب الكامل، والتبلور، والتبريد. ويشمل ذلك السيولة، والانكماش، ومقاومة تسرب الهواء، وإجهاد الصب، ومزيلات الغازات. وتعتمد هذه الخصائص على تركيبة السبيكة، ولكنها ترتبط أيضًا بعوامل الصب، ودرجة حرارة تسخين السبيكة، ومدى تعقيد عملية الصب، ونظام قنوات الصب، وشكل فتحة الصب، وما إلى ذلك.
أداء صب سبائك الألومنيوم
تشمل خصائص صب سبائك الألومنيوم: السيولة، والانكماش، والتشقق الحراري، ومقاومة تسرب الهواء، وإجهاد الصب، والامتصاص.
السيولة
تشير قابلية التدفق إلى قدرة سائل السبائك على ملء القالب. ويحدد مستوى قابلية التدفق ما إذا كان بإمكان السبائك صب قطع معقدة. وتتمتع السبائك اليوتكتية بأفضل قابلية تدفق بين سبائك الألومنيوم. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على قابلية التدفق، وأهمها التركيب، ودرجة الحرارة، وجزيئات الطور الصلب لأكاسيد المعادن، ومركبات المعادن، والملوثات الأخرى الموجودة في سائل السبيكة. لكن العوامل الأساسية الخارجية هي درجة حرارة الصب وضغط الصب. في الإنتاج الفعلي، بالإضافة إلى تعزيز عملية الصهر (التكرير وإزالة الخبث)، ومن الضروري أيضًا تحسين قابلية التشكيل وزيادة درجة حرارة الصب دون التأثير على جودة المسبوكات، وذلك لضمان سيولة السبيكة.
الانقباض
يُعد الانكماش إحدى الخصائص الرئيسية لسبائك الألومنيوم المصبوبة. وبشكل عام، تنقسم عملية صب السبيكة إلى ثلاث مراحل بدءًا من الصب السائل وحتى التصلب والتبريد، وهي: انكماش السائل، وانكماش التصلب، وانكماش المادة الصلبة. وللانكماش الذي تتعرض له السبيكة تأثير حاسم على جودة القطعة المصبوبة، حيث يؤثر على الحجم التدريجي لثقوب الانكماش، وتوليد الإجهاد، وتشكل الشقوق، والتغير في الحجم.
التكسير الحراري
يُعزى حدوث الشقوق الحرارية في مصبوبات الألومنيوم بشكل رئيسي إلى تجاوز إجهاد الانكماش في المصبوبات لقوة الترابط بين حبيبات المعدن. وتتشكل معظم هذه الشقوق على طول حدود الحبيبات. وعند حدوث الكسر، غالبًا ما يتأكسد المعدن في منطقة الشق ويفقد بريقه. وتمتد الشقوق على طول حدود الحبيبات، ويكون شكلها متعرجًا، حيث يكون السطح أعرض والجزء الداخلي أضيق. ولذلك، تخترق بعض هذه الشقوق السطح النهائي للمسبوكات بأكملها.
مقاومة التسرب الهوائي
يشير مصطلح «مقاومة التسرب» لسبائك الألومنيوم المصبوبة إلى الدرجة التي لا يتسرب عندها الصب الألومنيومي من النوع التجويفي تحت تأثير الغاز أو السائل عالي الضغط. وتشير مقاومة التسرب في الواقع إلى درجة تماسك ونقاء البنية الداخلية للقطعة المصبوبة. يرتبط إحكام الإغلاق لسبائك الألومنيوم المصبوبة بخصائص السبيكة. فكلما كان نطاق تصلب السبيكة أصغر، قلت ميلها إلى التفتت، وكلما كانت المسام المتراكمة أصغر، زاد إحكام إغلاق السبيكة.
كلما ارتفع محتوى الهيدروجين في سائل سبائك الألومنيوم، زاد عدد الثقوب الدقيقة التي تظهر في قطعة الصب. وتؤدي الثقوب الدقيقة في قطعة الصب المصنوعة من الألومنيوم إلى تقليل إحكام الإغلاق ومقاومة التآكل في قطعة الصب، كما تقلل من الخصائص الميكانيكية للسبائك. ويكمن السر في الحصول على قطع صب من الألومنيوم خالية من المسام أو تحتوي على عدد قليل منها في ظروف الصهر. إذا تمت إضافة عامل التغطية أثناء عملية الصهر، ينخفض حجم الهواء المستنشق في السبيكة انخفاضًا كبيرًا. ويمكن أن يؤدي تكرير سائل الألومنيوم إلى التحكم بفعالية في محتوى الهيدروجين في سائل الألومنيوم. AdTech عبر الإنترنت وحدة إزالة الغازات تستخدم هذه التقنية الجديدة لتصنيع مواد ذات نسبة عالية من السيليكون، وهي قادرة على إزالة الغازات من سائل الألومنيوم بفعالية.
إجهاد الصب
تشمل إجهادات الصب الإجهاد الحراري، وإجهاد تحول الطور، وإجهاد الانكماش. وينتج الإجهاد الحراري عن التفاوت في السماكة وعدم انتظام عملية التبريد. ويتشكل الإجهاد الضاغط عند الجدران الرقيقة، مما يؤدي إلى ظهور إجهاد متبقي في قطعة الصب. ويعود إجهاد التحول الطوري إلى التغير في الطور الذي يحدث أثناء عملية التبريد بعد التصلب، وما ينتج عن ذلك من تغير في الحجم والكتلة. أما إجهاد الانكماش فينتج عن إجهاد الشد الناجم عن عرقلة القالب واللب عند انكماش قطعة الألومنيوم المصبوبة. وهذا الإجهاد مؤقت، وسوف يختفي تلقائيًا عند فك التغليف.
ومع ذلك، غالبًا ما يؤدي وقت التفريغ غير المناسب إلى حدوث تشقق حراري، لا سيما أن سبائك الألومنيوم المصبوبة في قوالب معدنية تكون عرضة للتشقق الحراري تحت مثل هذه الضغوط. ويؤدي الإجهاد المتبقي في سبائك الألومنيوم المصبوبة إلى انخفاض الخصائص الميكانيكية للسبائك ويؤثر على دقة المعالجة الميكانيكية للمسبوكات. ويمكن إزالة الإجهاد المتبقي في مسبوكات الألومنيوم عن طريق التلدين.
الشهيق
تمتص سبائك الألومنيوم غاز الهيدروجين بسهولة، وتعد قابلية الامتصاص السلبية السمة الرئيسية لسبائك الألومنيوم المصبوبة. فكلما ارتفعت درجة حرارة محلول سبائك الألومنيوم، زادت كمية الهيدروجين الممتصة. عند 700 درجة مئوية، تبلغ قابلية ذوبان الهيدروجين لكل 100 غرام من الألومنيوم 0.5-0.9. وعند رفع درجة الحرارة إلى 850 درجة مئوية، تزداد قابلية ذوبان الهيدروجين بمقدار 2-3 أضعاف. وعندما يحتوي المحلول على شوائب من الفلزات القلوية، تزداد قابلية ذوبان الهيدروجين في سائل الألومنيوم بشكل ملحوظ.
بالإضافة إلى عملية امتصاص الغازات أثناء الصهر، تنتج سبائك الألومنيوم المصبوبة أيضًا عملية امتصاص الغازات عند صبها في القالب. بالإضافة إلى عملية امتصاص الغازات أثناء الصهر، تنتج سبائك الألومنيوم المصبوبة أيضًا عملية امتصاص الغازات عند صبها في القالب. ومع انخفاض درجة حرارة الألومنيوم السائل، تنخفض قابلية ذوبان الغاز، فيترسب الغاز الزائد. ويبقى جزء من الغاز الذي لا مفر منه في القطعة المصبوبة ليشكل ثقوبًا هوائية، والتي تُعرف عمومًا باسم “الثقوب الدقيقة”. وأحيانًا يتحد الغاز مع تجويف الانكماش، فيبقى الغاز المترسب في سائل الألومنيوم داخل تجويف الانكماش.
إذا كان الضغط الناتج عن الفقاعة كبيرًا جدًّا، يكون سطح المسام أملسًا، وتظهر طبقة لامعة على شكل دائرة حول الفتحة. أما إذا كان الضغط الناتج عن الفقاعة ضئيلًا، فإن السطح الداخلي للمسام يكون مجعدًا.