ADC12 عبارة عن سبيكة من الألومنيوم والسيليكون والنحاس مصممة لصب القوالب. وتحتوي على حوالي 9.6-12% من السيليكون من أجل سيولة عالية و1.5-3.5% من النحاس لزيادة القوة. عادةً ما تحقق هذه السبيكة قوة شد تتراوح بين 180-230 ميجا باسكال. تبلغ كثافة سبائك الألومنيوم adc12 حوالي 2.7 جم/سم مكعب، مما يجعلها خفيفة الوزن. توفر ADC12 قابلية جيدة للتشغيل الآلي ولكنها تُظهر خواص ميكانيكية منخفضة فوق 250 درجة مئوية.
في هذا الجزء من المحتوى، تعرف على تفاصيل متعمقة حول:
✔ لماذا استحوذت على الصب بالقالب - سيولة مثالية وانكماش بسيط
✔ التطبيقات - من السيارات (أسطوانات السيارات) إلى السلع الاستهلاكية (إطارات الطائرات بدون طيار)
✔ لماذا يختاره عمال المعادن - القوة + الميزانية المناسبة.
التركيب الكيميائي ل ADC12
سبائك الألومنيوم ADC12 يحتوي على صفات محددة بسبب جذعه. وتشمل مجموعة عناصره الرئيسية ما يلي:
- 6 - 12 - 12.0% من السيليكون (Si): - تحسين السيولة، مما يجعلها أكثر سلاسة أثناء الصب.
- 5-3.51.5% من النحاس (Cu): - تعزيز الصلابة ولكن تقليل مقاومة الصدأ.
- ≤0.3% من المغنيسيوم (Mg): - إضافة صلابة أفضل.
- ≤1.3% من الحديد (Fe): - يعطي قوة ولكنه قد يضر بالهشاشة.
- ≤1.0% من الزنك (Zn): - مقاومة الصدأ أو التآكل.
- ≤0.5% من المنجنيز (Mn): - تنافس ضد التلف الحراري.
- العناصر النزرة الإضافية: ≤0.5% من النيكل (Ni) يوقف تفاعل الحرارة العالية، ويحافظ على القوة. ≤0.3% من القصدير (Sn) يقلل من الاحتكاك السطحي.
أما العناصر الأخرى فهي العناصر النزرة لتعزيز البنية أو الضبط الدقيق في صب القوالب الألومنيوم الأجزاء.
شاهد شرح معادن سبائك الألومنيوم في هذا الفيديو القصير
دور العناصر في البنية المجهرية والأداء
السيليكون:
ولكون السيليكون مرنًا، فإنه يصنع جزيئات صغيرة جدًا وقاسية. وهي تعمل على تحسين مقاومة التآكل. تزيد إضافتها من السيولة وتملأ القالب بالتساوي. مفيدة في الحصول على أشكال مفصلة للغاية مثل كتل المحرك.
النحاس:
النحاس هو أقوى عناصر السبائك. خلطه مع الألومنيوم يقوي الروابط بين بلورات السبيكة. ونتيجة لذلك تصل قوة الشد إلى 180 ميجا باسكال. ومع ذلك، فإنه يقلل من قدرة المعدن على مقاومة التآكل. ولهذا السبب يجب وضع طلاءات واقية لهذا الغرض.
المغنيسيوم:
المغنيسيوم مفيد من حيث تنقية بنية حبيبات ADC12. فهو يجعل محتواه أكثر صلابة دون فقدان المرونة. كما أنه يزيد من قدرة التحمل للإجهاد المتكرر.
الحديد:
يخلق محتوى الحديد صلابة. ومع ذلك، يجب إضافة كمية أقل، بحد أقصى 1.3%. وذلك لأن الكميات العالية تؤثر على الهشاشة. وغالبًا ما يتسبب ذلك في حدوث تشققات تحت الأحمال الثقيلة.
الزنك والمنغنيز:
يعمل الزنك على إضافة دروع واقية. وهذا يضع حواجز ضد الصدأ، عادةً في البيئات الرطبة. وفي الوقت نفسه، يزيد المنجنيز من قدرة هذه السبيكة على التعامل مع درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية.
النيكل والقصدير:
يمنح النيكل الجزء القوة اللازمة للتعامل مع البيئات الحرجة مثل المحركات الساخنة. وتتمثل فائدة القصدير في تقليل الاحتكاك في حالة الحركة المستمرة، مثل أجزاء التروس.
مقارنة مع ADC10 و ADC14
السيولة مقابل القوة:
وفقًا للتكلفة، فإن ADC10 ليس أغلى بكثير من ADC12. وعلى العكس من ذلك، فإنه يتدفق بشكل أفضل حيث يحتوي السيليكون على محتوى سيليكون يتراوح بين 7.5 و9.51 تيرابايت 4 تيرابايت سيليكون.
لصنع منتجات ذات جدران رقيقة للغاية، فإن ADC14 هو الخيار الأفضل. وذلك لأنه يحتوي على 16-18% من السيليكون. ومع ذلك، فإن هذه الكمية الأعلى من السيليكون تقلل من قوته مقارنةً بـ ADC12 (200 ميجا باسكال مقابل 180 ميجا باسكال في ADC12).
مقاومة الحرارة:
يعالج ADC12 مشاكل الإجهاد الحراري. ويرجع ذلك عادةً إلى إضافة جزيئات النحاس والنيكل. لكن هذا المحتوى ليس مفضلاً مثل ADC14. لأن وجود المزيد من عنصر النحاس في ADC12 يؤدي إلى استجابة أقل ضد التحمل الشديد للحرارة.
الاختيار المستند إلى التطبيق:
في الأجزاء التي تحتاج إلى نوع من السمات مثل القوة والمقاومة المعتدلة للحرارة، يعمل معدن ADC12 بشكل جيد. على سبيل المثال، رؤوس الأسطوانات.
في هذه الأثناء، يجب عليك اختيار سبيكة ADC12، حيث يجب أن يكون المشروع تحت خيار الميزانية المناسبة وبمواصفات بسيطة.
كما تعلم، تحتوي الأجزاء الإلكترونية على العديد من المناطق الصغيرة ذات الأجزاء المفصلة للغاية، لذا يمكنك اختيار ADC14. فهو يدعم الاحتياجات المعقدة.
الخواص الميكانيكية ل ADC12
قوة الشد وقوة الخضوع:
يتعامل ADC12 مع التمزق والتشوه. ولهذا الغرض، تستخدم سماتها المجمعة لقوة الشد (180-230 ميجا باسكال) وقوة الخضوع (120-150 ميجا باسكال). يمكنك التحقق من قدرة هذه السبيكة. تمرير عينتها في مرحلة الصب والتشغيل الآلي للحصول على قياسات دقيقة.
كما تتحسن معظم قوة السبيكة من خلال المعالجة الحرارية. تغيّر هذه المعالجة بنيتها المجهرية عند درجة حرارة 150 درجة مئوية لمدة 5 ساعات. حتى يتمكن المعدن من اجتياز مستوى الصلابة المطلوب.
الاستطالة والصلابة:
تتميز سبائك الألومنيوم ADC12 باستطالة تصل إلى 1-3% قبل الكسر. تحدث ليونة منخفضة بسبب ذلك. توفر هذه السبيكة أيضاً نطاق صلابة جيد. حيث تندرج تحت 75-85 HB (برينل) أو 40-50 HRB (روكويل B).
المعلمة الأخرى التي يمكن أن تزيد من الصلابة هي أيضًا معدل التبريد. ويعتبر الاتساق الأفضل في درجة الحرارة، على سبيل المثال، 7.5 ملم/ثانية، ذا قيمة في هذه الحالة.
توضح الصورة المقدمة العلاقة بين إجهاد الشد. هناك 120 ميلًا من الشدّ الميكانيكي (MPAs)، وهو ما يسبب فشل ADC12، مما يسبب مسامية 78.2%. وفي الوقت نفسه، يمكن للسميك أن يتحمل المزيد من الإجهاد.
مقاومة الصدمات وقوة التعب والإجهاد
يستوعب الألومنيوم ADC12 من 5 إلى 8 جول، وهي كمية الطاقة الممتصة من الصدمة المفاجئة أثناء اختبار صدمة Charpy. تُظهر صورة منحنى S-N مقاومته للتعب. يبلغ ذلك حوالي 80 ميجا باسكال عند 10^6 دورة. ومع ذلك، فهي أقل من المعتاد. وعادةً ما تتراوح بين 100-150 ميجا باسكال.
يحدث التمدد في التعب إذا كان التحميل بطيئًا، على سبيل المثال، 0.1 مم/ثانية. ويظهر كذلك انتشار شقوق التعب بمقدار 0.02 مم بسبب الإجهاد. تبلغ قوة الكسر حوالي 15 ميجا باسكال √م.
استخدامات سبائك الألومنيوم ADC12
تطبيقات صناعة السيارات:
إن سبيكة ADC12 قابلة للسبك لتصنيع كتل المحرك ورؤوس الأسطوانات. حيث تجد فيها ميزات القوة وخفة الوزن. فهي تستهلك طاقة منخفضة في المركبات بسبب انخفاض وزنها، حتى 15 إلى 201 تيرابايت 4 تيرابايت.
كما تعمل المكونات خفيفة الوزن على تحسين كفاءة استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 5 إلى 8 في المائة. تناسبها قدرتها على التعامل مع درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية لتصنيع أجزاء المحرك. كما أنها تتميز بنقاط انصهار أقل، مما يحول السائل المنصهر إلى أجزاء مصبوبة مفصلة بعمق.
تطبيقات صناعة الطيران والفضاء
تعتمد الأجزاء الهيكلية، مثل مبيت المحرك في صناعات الطيران، على ADC12. يمنحهم المعدن نسبة قوة إلى الوزن. وهذا يساعد لاحقاً في تقليل استخدام الوقود.
من الواضح أن سبيكة ADC12 ليست شائعة مثل السبائك الأخرى. فهي تتمتع بمقاومة إجهاد أقل حتى عشرة آلاف دورة.
التطبيقات الصناعية والتجارية
عادةً ما تُصنع الأنواع المختلفة من علب المضخات وعلب التروس والأدوات الكهربائية من معدن ADC12. فهو أقل تآكلاً ويمكنه مقاومة التآكل.
وبالحديث عن مكونات الإلكترونيات الاستهلاكية، فهي تقوم بصب إطارات الحواسيب المحمولة وهياكل الكاميرات، مما يضفي لمسة ناعمة على تشطيبها.
مزايا وعيوب ADC12
المزايا:
- نسبة القوة إلى الوزن: مع 2.7 جرام/سم مكعب، تتميز سبيكة الألومنيوم هذه بوزن أقل، حتى 30%، من الفولاذ. ومع ذلك، فهي تعطي قوة شد 180 ميجا باسكال.
- مقاومة التآكل: تتآكل الأجزاء المصنوعة من هذا المعدن بدرجة أقل، حتى في البيئات الرطبة. يمكن أن تدوم لأكثر من 5 سنوات دون الحاجة إلى طلاء واقٍ.
- قابلية الصب وقابلية التشغيل الآلي: يذوب ADC12 عند درجة حرارة 580 درجة مئوية. يتدفق بسلاسة، ويملأ أشكال القوالب المعقدة بالتساوي. المعدن هش نوعًا ما ولا يحتاج إلى طاقة كبيرة للتشغيل الآلي مثل السبائك الأكثر صلابة.
العيوب:
- يوجد المزيد من جزيئات النحاس في ADC12. وهذا يجعلها أغلى قليلاً من ADC10.
- لا تستطيع السبيكة التعامل مع اللحام وتتسبب في حدوث تشققات أثناء العملية. ولكن يمكنك استخدام اللحام بالليزر الذي يعمل عند درجة حرارة 500-600 درجة مئوية لتجميع مكونات متعددة.
- أثناء عملية الصب، يختلط الهواء أو الغازات أثناء الصب، مما يسبب المسامية. يقوم المصنعون بإصلاح هذه المشكلة باستخدام طرق الصب بالتفريغ. مما يؤدي إلى خفضها إلى <2%.
- لكل معدن حد معين، وكذلك ADC12. فهو يفقد قوته عند تعرضه لدرجة حرارة أعلى من 250 درجة مئوية. ولهذا السبب لا يتوافق مع المناطق ذات الحرارة العالية.
عملية الصب بالقالب الألومنيوم ADC12
نظرة عامة على عملية الصب بالقالب
يستخدم صانعو المعادن الضغط العالي لتشكيل معدن ADC12 في أجزاء معقدة. ويقومون بصهرها عند درجة حرارة 580-620 درجة مئوية لتلقيمها في قالب فولاذي. ويحافظون على درجات حرارة القالب حتى 50-150 ميجا باسكال. تستغرق العملية من 5 إلى 30 ثانية لإكمال قطعة واحدة. تعتمد دقة الحجم والنتيجة على الحجم والشكل.
معلمات عملية الصب بالقالب ADC12
- قم بتسخين القالب مسبقًا على درجة حرارة تصل إلى 200-250 درجة مئوية. سيساعد ذلك في تقليل التشققات.
- الضغط المعتدل بين 70 و100 ميجا باسكال مهم لملء الأنواع الداخلية للقالب.
- يمكن أن يؤثر معدل التبريد الذي يتراوح بين 10-20 درجة مئوية/ثانية على القوة. يمكن أن يكون حجم الحبيبات أفضل أو أقل ما يمكن من خلال تطبيق تبريد أسرع.
العيوب والتحديات الشائعة
- تتسبب إضافة سبيكة منصهرة في التجويف بسرعة أبطأ في حدوث انغلاق بارد. إصلاحه عن طريق رفع الضغط حتى 120 ميجا باسكال.
- يمكن أن تحدث المسامية عند احتباس الهواء. ويمنع الصب بالتفريغ عند 0.1 ضغط جوي.
- يمكن أن يؤثر تطبيق درجات حرارة تبريد غير مناسبة على الحبوب. يتسبب في حدوث فراغات. تحكم في ذلك بمعدلات تبريد تتراوح بين 5 إلى 7 درجات مئوية/ثانية.
- باستخدام تقنية المسح بالأشعة السينية، يمكنك تحديد مناطق الخلل في الأجزاء مثل الشقوق الصغيرة التي لا تتجاوز 0.2 مم.
الخواص المادية لـ ADC12
1. الخواص الفيزيائية:
- الكثافة: 2.68 جم/سم مكعب
- درجة الانصهار: 580 درجة مئوية
- الموصلية الحرارية: 96 وات/م كلفن
- تأثيرات درجة الحرارة: تظل مستقرة تحت درجة حرارة أقل من 150 درجة مئوية.
2. الخواص الحرارية:
- الحرارة النوعية: 963 جول/كجم-كجم-ك
- التمدد الحراري: 21.8 ميكرومتر/م- درجة مئوية
وتتمثل أهمية سبيكة الصب بالقالب في انخفاض التمدد الحراري. فهي تقلل من التشقق أثناء التبريد عند 10 درجات مئوية/ثانية.
3. الخواص الكهربائية والمغناطيسية
- التوصيل الكهربي: 30% IACS
- النفاذية المغناطيسية: 1.02
هناك سمات متوازنة في ADC12. ولهذا السبب يُعرف بأنه خيار متعدد الاستخدامات للأجزاء الحساسة للحرارة وغير المغناطيسية.
نظرة عامة على المقارنة مع مواد أخرى
- تتميز سبيكة ADC12 بوزن أقل (65%) من مواد الصلب.
- وبالمقارنة بخصائص مقاومة التآكل، فإن هذه السبيكة أفضل من الفولاذ. وفي الوقت نفسه، فإن النحاس أكثر قدرة على مقاومة التآكل مقارنةً بـ ADC12.
- هذا المعدن أرخص بكثير (20%) من سبائك المغنيسيوم.
معايير الاختيار:
يمكنك اختيار سبائك الألومنيوم ADC12 لتصنيع مكونات السيارات مثل كتل المحرك أو علب ناقل الحركة. خاصة المشاريع التي تتعلق بنسب القوة إلى الوزن.
بالإضافة إلى ذلك، فهي تناسب احتياجات الإنتاج الضخمة بسبب سيولتها الجيدة. ونتيجة لذلك تقل العيوب في الإنتاج الناتج.
كما يمكنك استخدامه لصنع منتجات بأسعار معقولة، حيث أن تكلفته أقل من المغنيسيوم. يحتوي هذا المعدن على خصائص جيدة للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي وخصائص غير مغناطيسية مناسبة للأغلفة الإلكترونية.
تجنب ADC12 من أجل:
يوصى بعدم استخدام سبيكة ADC12 لصب تطبيقات درجات الحرارة القصوى (>250 درجة مئوية). بدلاً من ذلك، يمكن استبدال مادة الفولاذ.
بالنسبة لتصنيع أجزاء الصناعة البحرية، تفضل سبائك النحاس. كما أن المغنيسيوم هو خيار أفضل لصنع مكونات عالية التأثير من هذا النوع.
الجزء الذي يتضمن التشكيلات الجانبية تفاصيل محددة ومناطق معقدة للحصول على نتائج دقيقة؛ سبيكة ADC14 أفضل مقارنةً بـ ADC12.
الخلاصة:
إن قابلية الصب السهلة والقوة المتوازنة لسبائك الألومنيوم ADC12 تجعلها الخيار الأفضل لقطع غيار السيارات والآلات. تعمل جسيمات السيليكون ومزيج محتوى السبائك الأخرى على تحسين السيولة والأداء بشكل أفضل من ADC14. يمكنك اختيار ADC12 لتصميمه خفيف الوزن وقدرته على تحمل التكاليف حتى بالنسبة للمعدات ذات الإنتاج الضخم.