شرکت خشکه و فولاد پایتخت

 

تأثیر عناصر آلیاژی روی فولاد

تأثیر عناصر آلیاژی

1- کربن (C)

کربن مهمترین و مؤثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می باشد. و بالاترین تأثیر را در ساختار آن دارد. هر فولاد آلیاژ شده علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت. بطوریکه این عناصر به شکلی ناخواسته به هنگام فرآیند تولید در فولاد باقی خواهد ماند. با افزایش میزان کربن استحکام، سختی پذیری فولاد بیشتر میشود. اما چکش خواری و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری (با استفاده از ماشینهای برش) کاهش می یابد. این عنصر عملاً هیچ تأثیری بر مقاومت خوردگی در آب، اسید و گازهای گرم ندارد.

2- کلسیم (Ca)

در ترکیب با سیلیسیم به شکل سیلیسیم – کلسیم در اکسیژن زدایی فولادها به کار می رود. کلسیم، مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادی حرارت را افزایش می دهد.

3- سدیم (Na)

این عنصر یک اکسیژن زدای مسلم و نیرومند است. و گوگرد زدایی را نیز سرعت و شتاب می دهد. به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پر آلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود. همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد. آلیاژهای آهن – سدیم با مقادیر تقریبی 70% سدیم دارای خواص آتش دهندگی (مانند سنگ چخماق) هستند. و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاده قرار می گیرد.

4- کبالت (Co)

کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند. مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد. و موجب استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود. لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار و فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود. وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند. در کمیت ها و مقادیر بالا، پایداری مغناطیسی و نیروی مغناطیسی زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد. لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می رود.

5- کروم (Cr)

وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کروم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی، قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد. بنابراین سبب بهبود حساسیت های سخت کاری و بازپخت می شود. اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد. و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد. با افزایش کروم در فولادهای ساده کروم دار جوش پذیری کاهش می یابد. با اضافه نمودن هر واحد (1%) کروم به عنوان یک عنصر کاربید ساز استحکام کششی فولاد. به میزان 100-80 نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.

کروم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود. کاربیدهای این عنصر کیفیت نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کروم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود. با افزایش کروم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد. به طور تقریبی حداقل 13% کروم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد. این عنصر سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود. و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد. با افزایش همزان میزان کربن و کروم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی افزایش می یابد.

تأثیر عناصر آلیاژی

6- مس (Cu)

مس به عنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود. زیرا این فلز به زیر لایه های سطحی فولاد تمرکز یافته. و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذ به مرز دانه ها، حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد. لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد. به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد. این عنصر در مقادیر بالای 30% موجب سختی رسوبی می شود. و بدین ترتیب سختی پذیری نیز بهبود می یابد. اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند. در فولادهای آلیاژی ساده و پر آلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد. مقادیر بالاتر از 1% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.

7- هیدروژزن (H)

هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استحکام کششی فولاد را افزایش دهد موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد. انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد. و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد. هیدروژن اتمی ایجاد شده در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد. هیروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.

تأثیر عناصر آلیاژی

8- منگنز (Mn)

یک اکسیژن زداست. این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد. بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد. وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است. زیر خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد. منگنز سرعت خنک شدن بحرانی را نیز به شدت کم می کند. به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد. با اضافه نمودن منگنز تأثیرات مطلوبی در قابلیت های آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید.

و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند. اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت خواهد شد. در حالیکه مغر فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند. لذا این گروه از فولادها تحت تأثیر نیروهای ضربه ای (کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند. با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.

9- مولیبدن (Mo)

این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود. در فولاد کروم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریزدانه سازی می شود. و باعث بهبود قابلیت جوشکاری می شود. و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد. و سازنده مسلم فاز کاربید است. و در فولادهای تندبر خواص برشکاری را بهبود می بخشد. مولیبدن مقاومت خوردگی را بالا می برد. سختی پذیری را افزایش می دهد. در حدود 0.5- 1.5% مولیبدن به فولادهای آلیاژی اضافه می شود.

تا استحکام و مقاومت خزشی آنها در دماهای بالا حفظ شود. فولادهای زنگ نزن از 0.5 تا 4.0% مولیبدن دارند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی برای مقاومت خوردگی بیشتر در محیط های خورنده حاوی مولیبدن مناسب هستند. همچنین، مقاومت در برابر پوسته شدن را می کاهد. عنصر مولیبدن باعث بهبود چقرمگی در فولادهای کربنی ساده با استحکام بالا می شود. و بنابراین در محدوده دمایی قابل استفاده، استحکام و سختی را افزایش می دهد.

در مقایسه با فولادهای کربنی ساده، فولادهای مولیبدن دار خواص الاستیک و استحکام ضربه ای بهتری دارند. با افزودن مولیبدن به فولادهای کم کربنی و مس دار نرخ خوردگی اتمسفری کاسته می شود. با حضور این عنصر، گرافیت زدایی در دماهای بالا کند می شود. مولیبدن، نیتریدهای بسیار مقاوم در برابر سایش در فولاد تشکیل می دهد و بنابراین در فولادهای ابزار نیتریده شونده استفاده می شود.

تأثیر عناصر آلیاژی

10- نیتروژن (N)

این عنصر به دو صورت ظهور می کند

1- بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی در خلال فرآیند ته نشینی، رسوبی است. که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی (تغییر شکل در درجه حرارت 300-350 درجه سانتی گراد) می شود. و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیر آلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.

2- بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد. و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد. در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.

11- آلومینیوم (All)

یکی از قوی ترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست و بر اساس نتایج به دست آمده. تأثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنش های ناشی از پیری دارد. در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور می دهد. که باعث افزایش مقاومت در برابر پوست های شدن می شود. به همین دلیل به عناون عنصری آلیاژی برای مقاومت حرارتی فولادها به کار می رود.

12- نیکل (Ni)

این عنصر دو وظیفه مهم انجام می دهد

1- تشکیل و پایدار سازی ساختار آستنیتی، کاهش کار سختی، افزایش شکل پذیری، ایجاد خواص مکانیکی مخصوصاً در دماهای پایین.

2- بهبود خواص خوردگی مخصوصاً در محیط های احیا کننده و اسیدهای معدنی از طریق کمک به تشکیل لایه محافظ.

تأثیر عناصر آلیاژی

نیکل سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد. و در حدود 0.25 تا 5 درصد در ترکیب فولاد وجود دارد. نیکل چقرمگی شکست فولاد بهمراه استحکام و سختی آن را افزایش می دهد. در مواقعی که در دماهای پایین به چقرمگی شکست بالا نیاز باشد. در صد آن تا 9 نیز می تواند باشد. و در فولادهای زنگ نزن آستنیتی 7 تا 35 درصد نیکل وجود دارد. در این فولادها برای خنثی کردن از فریت زایی کروم از نیکل بهره می گیرند.

13- سیلیسیم (Si)

سیلیسیم استحکام فولاد را افزایش می دهد. و سختی پذیری را زیاد می کند. همچنین مقاومت سایشی را افزایش می دهد. به علت افزایش استحکام تسلیم، عنصر اصلی در فولادهای فنر است. در مقادیر بالای سیلیس، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد. ولی این افزایش همراه با کاهش شکل پذیری و انرژی ضربه است. همچنین وجود این عنصر باعث افزایش مقاومت به پوسته شدن در دمای بالا می گردد. ضمناً در محیط های شیمیایی اکسید کننده قوی مانند اسید سولفوریک غلیظ و گرم نیز مقاومت خوردگی را افزایش می دهد.

تأثیر عناصر آلیاژی

14- گوگرد (S)

نقطه تسلیم و مقاومت در برابر کشش فولاد را تغییر نمی دهد. در فولادهای خوش تراش وجود گوگرد عامل مهمی است. در واقع، یکی از راه های افزایش قابلیت ماشینکاری، اضافه کردن گوگرد به ترکیب فولاد است. وقتی ابزار برش روی سطح قطعه کار می کنند. به علت وجود سولفاتت منگنز طول پلیسه ها کوتاه تر می شوند. و نقش روان کار را نیز ایفا می کنند. و در نتیجه صافی سطح بیشتر می شود.

15- فسفر (P)

فسفر خاصیت ماشینکاری، براده برداری، شکنندگی در حالت سرد و استحکام در حالت گرم را افزایش داده. و مقاومت در برابر ضربه را کاهش می دهد.

16- تنگستن (W)

تنگستن کاربرد زیادی در تولید فولاد ابزار داشته و اخیراً در تولید فولادهای پر آلیاژ مقاوم در برابر حرارت نیز استفاده می شوند. سختی پذیری را افزایش می دهد و از افت سختی در دماهای بالا که امری رایج در نوک ابزار است جلوگیری می کند.

در تولید فولادهای ابزار بالأخص فولادهای ابزار تندبر، یکی از عناصر اصلی تنگستن است. در فولادهای تندبر زمینه ای ایجاد می کند که در حین تمپر نرم نمی شود. و کاربید بسیار سخت و مقاوم به سایش می باشند.

17- وانادیوم (V)

با افزودن وانادیم به فولادهای ابزار و آلیاژی سختی پذیری آنها افزایش می یابد. وانادیم به عنوان عنصر آلیاژی در فولادهای کربنی میکروآلیاژی استفاده می شود. و تنها به مقدار کمی کافی است. تاافزایش قابل توجهی در استحکام فولاد به دست آید. وانادیم از درشت شدن دانه های آستنیت جلوگیری می کند. وانادیم، مقاومت به سایش و حفظ دندانه های تیز و استحکام در دماهای بالا را افزایش می دهد. همچنین بخاطر ریز کردن دانه های آستنیتت، قابلیت جوشکاری را بهبود می بخشد.

18- تیتانیوم (Ti)

در فولادهای ضد زنگ نیز برای از بین بردن اثر مخرب کاربید کروم مورد کاربرد قرار می گیرد.

10-نیوبیم (Nb)

در فولادهای ضد زنگ اثری مشابه تیتانیوم را داشته و به تنهایی و یا به همراه تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد. و در فولادهای آستنیتی، برای بهبود مقاومت خوردگی بین دانه ای و افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا استفاده می شود. در فولادهای مارتنزیتی، نیوبیوم سختی را کم کرده و مقاومت به تمپر را افزایش می دهد. مقدار نیوبیوم مورد نیاز در فولادهای کربنی و کم آلیاژی کم بوده و در حدود 0.05% نیوبیوم. افزایش قابل توجهی در استحکام فولاد را در پی دارد.

20- قلع (Sn)

نقطه تسلیم و مقاومت در برابر کشش فولاد را تغییر نمی دهد. ولی در نورد سرد مشکل زا می باشد. زیرا افزایش این عنصر در فولاد باعث ایجاد ترکیباتی می شود که دمای ذوب آنها پایین می باشد.

21- سرب (Pb)

باعث کم شدن خاصیت نورد در فولاد می شود. کیفیت سطحی فولاد را کم می کند. به دلیل افزایش خاصیت شکل گیری فولاد، در فولادهای اتومات بیشتر مورد استفاده می شود.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام

اکستروژن یا برون ریزی یکی از روش های حجمی، برای تغییر شکل مواد. به منظور کاهش ضخامت یا سطح مقطع آنهاست که در نتیجه آن، قطعاتی با سطح مقطع صاف و عمودی تولید می شوند.

جهت انجام فرآیند اکستروژن، ماده اولیه مورد نظر، به درون قالب اکستروژن که سطح مقطع مورد نظر روی آن ایجاد می شود و پرس می شود. و در نتیجه، قطعه اکسترود می شود و با سطح مقطع قالب، تولید می شود. دو مزیت این فرآیند، نسبت به دیگر روش های شکل دهی. قابلیت بالا در تولید قطعاتی با سطح مقطع پیچیده و همچنین شکل دهی مواد ترد و شکننده است،

زیرا ماده در این روش، تنها تحت فشار و تنش برشی قرار می گیرد. این روش همچنین قطعاتی، با سطح مقطع بسیار با کیفیت و صاف ایجاد می کند و باعث استحکام بیشتر مواد می شود. اکستروژن می تواند پیوسته (تولید قطعات با طول زیاد) یا نیمه پیوسته (تولید چند تکه ای) باشد. فرآیند اکستروژن می تواند با مواد اولیه سرد یا گرم انجام شود. انواع موادی که اکستروژن روی آنها انجام می شود عبارتند از: فلزات، پلیمرها، سرامیک ها و مواد غذایی و …

تاریخچه

در سال 1797، Joseph Bramah اولین فرآیند اکستروژن برای تولید لوله از مواد نرم را انجام داد. او ابتدا ماده اولیه فلزی را پیش گرم کرد و آن را به وسیله یک پیستون دستی متحرک، به داخل قالب حرکت داد. در سال 1820، Thomas Burr همین فرآیند را به وسیله یک پرس هیدرولیک انجام داد. در سال 1844، Alexander Dick، فرآیند اکستروژن را برای آلیاژهای مسی و برنجی نیز گسترش داد.

دستگاه پرس اکستروژن

در این دستگاه از پیستون قوی جهت اعمال بار یکنواخت بر قطعه مورد نظر. و با فشار و پرس آن در بدنه دستگاه به کار می رود. از آنجایی که اصطکاک میان بدنه دستگاه و قطعه زیاد است. درجه حرارت نیز زیاد می شود؛ بنابراین لازم می شود که بدنه دستگاه هرچند بار خنک کاری شود. جهت خنک کاری از آب صابون یا روغن استفاده می شود. جنس بدنه این دستگاه باید مقاوم باشد تا بتواند تنش های وارد بر آن را تحمل کند. حنس بدنه معمولاً از تنگستن کربوناید است.

فرآیند اکستروژن

فرآیند اکستروژن، با گرم کردن مواد اولیه (در اکستروژن گرم) شروع می شود. سپس داخل مخزن دستگاه پرس قرارمی گیرد. (مواد اولیه فلزی، به صورت بیلت های استوانه ای ریخته گری می شود و داخل مخزن دستگاه پرس قرار می گیرند). سپس یک قطعه حائل بین بیلت و پیستون قرار می گیرد و بیلت توسط پیستون به داخل قالب، فشرده می شود. سپس محصول اکسترود می شود از سمت دیگر کشش پیدا می کند تا صاف شود. برای بهبود خواص محصول باید روی آن فرآیندهای گرم کاری و سرد کاری انجام شود.

عیوب اکستروژن

• ممکن است روی سطح محصول، ترک های سطحی اتفاق بیفتد. دلیل ایجاد این ترک ها می تواند دمای فرایند اکستروژن، اصطکاک، یا زیاد بودن سرعت پیستون باشد. ترک های سطحی می توانند در دماهای پایین تر هم ایجاد شوند و این اتفاق زمانی رخ می دهد که محصول اکستروژن به قالب بچسبد.
• الگوهای جریانی، اکسیدها و آلودگی های سطحی را به سمت مرکز محصول اکستروژن هدایت می کنند و باعث کاهش استحکام محصول می شود. این عیب به دلیل وجود اصطکاک و فرآیندهای سردکاری روی لای? خارجی بیلت، اتفاق می افتد.
• ترک های داخلی که به دلیل وجود تنش های داخلی، هنگام عبور بیلت از قالب. و در اثر نیروی فشاری پیستون در محصول نهایی ایجاد می شود. و باعث کاهش استحکام نهایی محصول می شود.
• خطوط سطحی، این خطوط روی محصولات اکستروژن معلوم است. ایجاد این عیب به میزان زیادی به کیفیت قالب اکستروژن و نحوه ساخت آن بستگی دارد. دلیل دیگری که می تواند باعث وجود این عیب در محصولات اکستروژن شود، چسبیدن محصول خروجی به دیواره قالب است.

تجهیزات و انواع روش های اکستروژن

تجهیزات مختلفی جهت انجام یک فرآیند اکستِروژن وجود دارد که 4 ویژگی زیر، باعث تمایز آن ها می شوند:

1. جهت حرکت محصول اکستروژن نسبت به جهت حرکت پیستون، اگر قالب ساکن باشد. و پیستون حرکت کند، فرایند «اکستروژن مستقیم» و اگر پیستون به صورت ساکن قرار گیرد. و قالب درون دستگاه حرکت کند، «اکستروژن مستقیم» بیان می شود.
2. نوع پرس اکستِروژن که می تواند عمودی یا افقی باشد.
3. از نوع سیستم محرک که می تواند هیدرولیک یا مکانیکی باشد.
4. نوع بارگذارری آن که می تواند متغیر یا هیدرواستاتیک باشد.

یک مت? تک یا دوبل که به وسیله یک پیستون یا موتور الکتریکی تغذیه می شود. به وسیله یک فشار هیدرولیک یا یک فرآیند مشابه، رانده می شود تا محصولات اکستروژن از ماده اولیه، حاصل شود.

ایجاد حفره های داخلی

روش های مختلفی برای ایجاد حفره های داخلی در یک فرآیند اکستروژن وجود دارد. یک راه، استفاده از یک بیلت میان تهی است. که درون بیلت اولیه، حفره با شکل مورد نظر از ابتدا با یکی از روش های ساخت، ایجاد می شود. به منظور ایجاد حفره ها، با دقت ابعادی بالاتر از ماندرل استفاده می شود. ماندرل ها بر دو نوع هستند:

1- ماندرل شناور-(ماندرل نوع فرانسوی): داخل قطعه حائل بین بیلت و قالب به صورت آزادانه قرار می گیرد. و هنگام انجام فرآیند، خود را درون قالب، جا می اندازد و به این ترتیب، حفره مورد نظر درون محصول اکستروژن ایجاد می شود.

2- ماندرل ثابت- (ماندرل نوع آلمانی): همانند قالب تولید می شود و قبل از قالب قرار می گیرد. و در نتیج? عبور از آن، حفره داخلی در مواد ایجاد می شود و سپس با عبور از قالب، محصول نهایی اکستروژن تولید می شود.

اکستروژن مستقیم

اکستروژن مستقیم، رایج ترین نوع اکستروژن است که در آن جهت حرکت پیستون و محصول اکستروژن یکسان است. در حقیقت در این روش، قالب ثابت است و پیستون، بیلت را به درون قالب حرکت می دهد. در این روش، بیلت داخل یک محفظ? مورد محافظت قرار می گیرد. سپس بیلت به وسیله فشار پیستون، به داخل قالب رانده می شود. در این مرحله، یک قطعه حائل بین پیستون و بیلت قرار می گیرد تا آنها را جدا از هم نگه دارد. در نتیجه این فرآیند، محصول اکستروژن از سمت دیگر دستگاه، در جهت یکسان با جهت حرکت پیستون، خارج می شود.

عیب اصلی این روش نسبت به روش غیرمستقیم این است. که در این روش، به دلیل وجود نیروهای اصطکاکی در اثر حرکت بیلت در طول مخزن، نیروی بیشتری جهت شروع فرایند اکستروژن لازم است. و با حرکت بیشتر بیلت، این نیرو رفته رفته کاهش می یابد. در انتهای بیلت نیز نیرو به شدت افزایش می یابد. زیرا بیلت در این قسمت باریک است و ماده باید به صورت شعاعی از قالب خارج شود. به همین دلیل انتهای بیلت بدون استفاده می ماند و در انتهای فرآیند باید بریده شود.

اکستروژن غیر مستقیم

در اکستروژن غیر مستقیم، جهت حرکت پیستون و محصول اکستروژن، مخالف یکدیگر هستند. در این روش، بیلت و محفظه ای که بیلت داخل آن قرار دارد. با یکدیگر به سمت قالب که ثابت است حرکت می کنند. به دلیل اینکه در این روش بیلت و محفظه با یکدیگر حرکت می کنند. نیروی اصطکاکی که بین آنها کاهش می یابد. مزایای این روش عبارتند از:

• 30% -25 کاهش اثرات نیروی اصطکاک که به همین دلیل در این روش، می توان بیلت های با طول بیشتری را اکسترود کرد.
• به دلیل کاهش حرارت ناشی از اصطکاک، احتمال ایجاد و رشد ترک و محصول اکستروژن، به حداقل می رسد.
• استفاده از این روش باعث کاهش عیوب ناشی از اکستروژن در محصول اکستروژن می شود.

معایب این روش عبارتند از:

• ناخالصی ها و عیوب سطحی بیلت، بر روی سطح محصول اکستروژن نیز تأثیر می گذارد.
• کاربرد محدودتری نسبت به اکستروژن مستقیم دارد. زیرا محفظه ای که قالب در آن قرار می گیرد، باعث محدودیت در ابعاد سطح مقطع محصول می شود.

اکستروژن هیدرواستاتیک

یکی از روش های متداول شکل دهی شدید فلزات، اکستروژن هیدرواستاتیک (Hydrostatic Extrusion) می باشد.

این روش نوین جزو زیرشاخه های اکستروژن می باشد که به سه صورت سرد، گرم و داغ انجام می پذیرد. اولین استفاده کاربردی و صنعتی اکستروژن هیدرواستاتیک از سال 1893 میلادی شروع می شود. با این وجود، پیشرفت این روش به خصوص در تولید مواد نانو ساختار در سال های اخیر انجام شد. روش انجام این فرآیند بسیار ساده می باشد. بدین صورت که یک بیلت (به صورت استوانه ای شکل) اولیه در داخل محفظه اکستروژن قرار می گیرد.

سپس توسط پیستون پرس (Ram) مانند، فشار به یک سیال (Fluid) منتقل می گردد. و در نهایت فشار یکنواخت سیال روی بیلت اولیه، موجب تغییر شکل و اکستروژن ماده می گردد. به خاطر ایجاد تغییر شکل یکنواخت و همچنین امکان ایجاد نرخ کرنش های بالا (104 بر ثانیه) ضریب اصطکاک بین بیلت و قالب کم در نظر می گیرند. همچنین با انتخاب زاویه قالب کوچک نیز می توان به تغییر شکل همگن و یکنواخت دست یافت. با استفاده از این روش می توان مواد نانو ساختار با اشکال مختلف با سطح مقطع های پیچیده تولید کرد. با توجه به پارامترهای مختلف فرایند در هر مرحله از برون ریزی، کرنشهای بالا (در حدود هشت) را می توان ایجاد کرد.

البته لازم است ذکر شود. که برای رسیدن به مواد با اندازه نانو این فرایند باید در چند مرحله انجام پذیرد. همچنین باید در نظر داشت که نرخ کرنش بالا نباید بیش از حد زیاد باشد. زیرا باعث فشار بیش از حد به بدنه قالب می گردد. در این روش به دلیل استفاده از فشار هیدرواستاتیک اکسترود شدن مواد به صورت یکنواخت انجام می گیرد. با مقایسه دیگر روش های تغییر شکل شدید مانند پرس با قالب زاویه دار (ECAP)، پیچش با فشار زیاد (HPT). و اکستروژن دوره ای و تکنیک فشار (CEC) می توان با کرنش کمتر به اندازه دانه یکسان دست یافت.

مزایا و محدودیت های اکستروژن هیدرواستاتیک

اکستروژن هیدرواستاتیک در مقایسه به اکستروژن سنتی دارای مزایا و معایب مختلف می باشد. از جمله مزایای این روش می توان به سه مورد اشاره کرد. الف) فشار موجود در این فرآیند به طول بیلت مورد آزمایش بستگی دارد. زیرا اصطکاک بین بیلت و محفظه اکستروژن از بین می رود. ب) فشار کل موجود بین بیلت و محفظه و بیلت با قالب به خاطر عدم وجود اصطکاک. ناشی از بیلت با محفظه بسیار کم می باشد. ج) به خاطر اعمال تنش هیدرواستاتیک خمیدگی ماده اکسترود شد وجود نداشته و ماده با ساختار همگن تولید می شود.

با این وجود این فرآیند دارای محدودیت هایی نیز می باشد. که از جمله آن ها عبارتند از: الف) مشکل شدن طراحی ایمن محفظه به خاطر استفاده مداوم از فشارهای بالا. ب) بارگذاری پیچیده به خاطر وجود سیال و فشار بالا و در نهایت ج) کاهش راندمان فرآیند با افزایش فشار وارد بر سیال. همچنین به خاطر روغن کاری مداوم و سیکل وار در فرآیند اکستروژن رفتار چسبش – لغزش (Slip-Stick) مشاهده می شود. این پدیده باعث می شود تا فشار لازم ثابت نبوده و از فشار در حالت ثابت (فشار بهینه) منحرف گردد. پدیده چسبش – لغزش همچنین باعث تغییرات در قطر بیلت و عدم ثبات در فرایند می شود.

پارامترهای اکستروژن هیدرواستاتیک

پارامترهای مختلفی بر روی فرایند تأثیرگذار می باشند. از جمله این پارامترها می توان به فشار اکستروژن (Pex) زاویه قالب (die angle)، نرخ اکستروژن (ratio of extrusion) و سیال مورد استفاده اشاره کرد. کنترل هر کدام یک از این پارامترها منجر به تغییرات محسوس در فرایند اکستروژن هیدرواستاتیک می گردد.

فشار اکستروژن

می توان با اطمینان گفت یکی از اساسی ترین متغیرهای فرایند هیدرواستاتیک تغیین فشار اکستروژن می باشد. به عبارت دیگر، هرگونه اشتباه در تعیین فشار اکستروژن باعث به وجود آمدن اختلال در امر اکستروژن خواهد شد. علاوه بر این، فشار اکستروژن خود تابعی از چهار پارامتر دیگر می باشد. الف) زاویه قالب، ب) نرخ اکستروژن، ج) ضریب اصطکاک و د) استحکام تسلیم ماده بیلت. با افزایش ضریب اصطکاک کار لازم برای غلبه بر نیروی اصطکاک بیشترمی شود. و به تبع آن فشار لازم برای تغییر شکل بیلت افزایش می یابد. همچنین می توان گفت که با افزایش استحکام تسلیم، فشار بیشتری برای تغییر شکل ماده نیاز می باشد. در نهایت میتوان این گونه اظهار داشت که تعیین درست فشار اکستروژن کمک شایانی به بهبود عملکرد اکستروژن هیدرواستاتیک می نماید.

زاویه قالب

پارامتر دیگری که نقش مهمی در بالا بردن راندمان کاری دارد. زاویه قالب مورد استفاده در فرآیند اکستروژن هیدرواستاتیک می باشد. به طور کلی سه نوع کار در فرآیند اکستروژن وجود دارد. الف) کار تغییر شکل همگن یا کمترین کار لازم برای تغییر شکل بیلت به شکل نهائی. ب) کار مازاد (Redundant Work) که در اثر پدیده برش معکوس در ناحیه تغییر شکل ایجاد می شود.

و ج) کار نیروی اصطکاک که در اثر اصطکاک بین دیواره قالب و بیلت ایجاد می شود. کار نیروی اصطکاک با زاویه قالب در تناسب می باشد. به عبارت ساده تر، هر چه زاویه قالب افزایش یابد، سطح تماس بین بیلت و دیواره قالب کمتر می شود. و نیروی اصطکاک کمتر می شود. این پدیده باعث کاهش فشار لازم برای تغییر شکل می گردد. زیرا کار لازم برای غلبه بر اصطکاک توسط فشار اکستروژن تأمین می گردد. به طور خلاصه می توان بیان کرد که زاویه قالب همواره باید مقدار بهینه ای داشته باشد تا راندمان کاری افزایش یابد.

نرخ اکستروژن

یکی دیگر از پارامترهای تأثیر گذار در راندمان فرایند اکستروژن هیدرواستاتیک. نرخ اکستروژن یا به عبارت ساده تر میزان کاهش سطح مقطع (Area Reduction of Surface) می باشد. در یک زاویه قالب ثابت، افزایش میزان نرخ اکستروژن منجر به افزایش سطح تماس بین بیلت و دیواره قالب می شود. و در نتیجه فشار زیادی برای غلبه بر کار سختی ناشی از کرنش زیاد نیاز می باشد.

روانکاری قالب و بیلت

روانکاری مناسب بین سطوح بیلت و قالب در فرآیند اکستروژن منجر به کاهش فشار اکستروژن می گردد. سایل روانکار باید خواص ویژه ای داشته باشد. تا بهترین کارایی را در فرایند اکستروژن داشته باشد. از جمله پارامترهای مهم در انتخاب روانکار مناسب، ویسکوزیته و ضخامت فیلم روانکار می باشد. ضخامت فیلم روانکار تأثیر قابل توجهی بر روی اصطکاک بین بیلت و دیواره قالب می گذارد. به عبارت دیگر، با افزایش ضخامت روانکار، تماس بین بیلت و دیواره قالب کاهش می یابد و کار نیروی اصطکاک مورد کاهش است.

و در نهایت فشار لازم برای تغییر شکل نیز کاهش قابل توجه در صافی سطح پایانی مواد دارد. به طور خلاصه تر می توان گفت که استفاده از روانکار با ضخامت ضخیم منجر به صافی سطح پایین می گردد. از طرف دیگر، به دست آوردن سطوح با صافی سطح بالا را می توان با استفاده از روانکار با ضخامت پایین به دست آورد. ویسکوزیته نیز عاملی دیگر در انتخاب روانکار می باشد. با افزایش ویسکوزیته شرایط تغییر شکل بدتر می گردد و منجر به ایجاد ترک در بیلت و ماده نهایی می گردد.

اکستروژن مواد غذایی

اکستروژن مواد غذایی که امروژه به منظور تهیه فراورده های پاستا و سایر فراورده های که شکل پذیر می گردد. غلات آماده مصرف، اسنک، غذای حیوانات خانگی، فراورده های قنادی، نشاسته اصلاح شده مخصوص سوپ. غذای کودک، غذای آماده و پایه ای برای تولید نوشیدنی مورد مصرف فراوان قرار می گیرد. به یکی از فرایندهای مهم تبدیل میشود. این فرایند نوعی پخت محسوب می شود. که می توان از آن در تولید فراورده های دارای پُف و تُرد استفاده کرد. این فرایند، به صورت مداوم است و در آن دمای بالا و زمان کوتاه اعمال ی شود. و در سالهای اخیر در سطح جهانی به یکی از مشهورترین فرایندهای اقتصادی برای فرموله کردن محصولات بر پایه غلات تبدیل می شود.

اکستروژن را می توان به عنوان فرایندی که در آن موادی مثل نشاسته ذوب شده. با فشار از خروجی (دای) به منظور ایجاد شکل خاص عبور می یابد. تعریف کرد. در حین فرایند اکستِروژن، انرژی حرارتی حاصل، همراه با انرژی مکانیکی (برشی) تغییرات فیزیکو شیمیایی سریعی در ماده اولیه ایجاد می کند. یکی از مهم ترین ویژگی های فرایند اکستروژن ایجاد پف به فراورده است که بافت ماده غذایی را تحت تأثیر قرار می دهد. فناوری اکستروژن به عنوان یک فرایند تولیدی کارا، نقش مهمی در صنایع غذایی بر عهده دارد.

این فرایند متشکل از عملیات جابجایی، اختلاط برش، حرارت و تبرید. شکل دادن، خروج مواد فرار و رطوبت، ایجاد طعم، انکپسولاسیون و استریلیزاسیون می باشد. این فرایند می تواند در دمای پایین (مثل تولید فراورده های خمیری) یا در دماهای بالا (مثل تولید اسنک) اجرا شود. در بعضی از سیستم ها، به دلیل وجود فشار، آب در حالت مایع فوق داغ است. که این موضوع کنترل عمل شکل پذیری را تسهیل می کند. و نیروی برشی را افزایش می دهد. این فشار می تواند بین 25 تا بیش از 200 بار متغیر باشد.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546