عملیات آهنگری با چکش هیدرولیک و پنوماتیک
مختصری درباره فورج
آهنگري به فرآيند تغيير شکل مومسان فلز بوسيله اعمال نيرو موضعي توسط چکش هاي دستي يا مکانيکي, دستگاههاي پرس و يا دستگاههاي مخصوص آهنگري گفته مي شود. يا به عبارتي فرم و شکل دهي فلزات گداخته يا تحت فشار قرار دادن آنها توسط قالبهاي فورج و يا پرس هاي هيدروليک يا پنوماتيک ضربه اي را صنعت فورجينگ گويند.
اکثر قطعات صنعتي در صنايع مهم مانند ماشين سازي , خودروسازي و صنايع نظامي با روش فورج تهيه مي شوند. عمليات فورج قطعات را مي توان با استفاده از پتک هاي تمام اتوماتيک و پيشرفته که قادر است تعداد ضربات لازم و ارتفاع صحيح هر ضربه را کنترل و تنظيم نمايد تعيين نمود.
در روش فورجينگ مواد کار با قابليت کوره کاري و در حالت گداخته فرم لازم را ميگيرند. اين قطعات داراي مقاومت و استحکام بيشتري نسبت به قطعات مشابه ماشين کاري شده هستند.
زيرا در پروسه آهنگري مواد اوليه قطعات بهم فشرده شده و قطعات مهمي مانند ميل لنگ, دسته پيستون آچار و غيره توليد ميشود. از قابليت هاي روش فورج در توليد به کاهش هزينه و انبوهي توليد , و از معايب اين روش به کمتر دقيق بودن قطعات توليد شده اشاره کرد.
اين عمل ممکن است در حالت سرد يا گرم صورت گيرد ولي معمولا روشهاي آهنگري سرد نام هاي خاص خود را دارند در نتيجه اصطلاح آهنگري به معني خاصش , آهنگري در حالت گرم است که در دماي بالاي تبلور مجدد صورت مي گيرد . آهنگري قديمي فرآيند فلز کاري شناخته شده است .
سابقه تاريخي اين فرآيند به روزهايي بر مي گردد که انسان ما قبل تاريخ توانستند با گرم کردن آهن اسفنجي , حرارت دادن و کوبيدن آن توسط چکش هاي سنگي ابزارهاي مفيدي بسازند.اکثر فلزات چکش خوار قابليت آهنگري را دارند ولي چدن خاکستري جز فلزاتي است که خاصيت آهنگري را نداشته زيرا امکان شکستگي در آن وجود دارد .
قابليت کوره کاري و فورج قطعات فولادي به مواد آلياژي موجود در آنها بستگي دارد. هر چه مقدار کربن فولادها کمتر باشد, مي توان حرارت شروع آهنگري را افزايش داد. در پروسه فورجينگ با افزايش مقدار کربن در فلزات از قابليت فرم گيري و آهنگري آنها کاسته مي شود. همچنين فولادهايي براي عمليات فورج مناسب مي باشند که مقدار فسفر و گوگرد آنها از ۱% بيشتر نباشد و اگر مقدار گوگرد در فولاد زياد باشد باعث ايجاد شکستگي و ترکهايي بر روي فولاد گداخته مي گردد.
در ساخت قالبهاي فورج از روشهاي جديد تکنولوژي ماشين کاري و اسپارک استفاده مي کنند. فرآيندهاي آهنگري امروزي توسعه و تکامل هنر آهنگران روستايي جاويدان عصر باستان هستند که زره سازي مي کردند اکنون چکشهاي پر قدرت و پرس هاي مکانيکي جايگزين بازوهاي قوي , چکش ها و سندان ها شده است و دانش پيشرفته فلز شناسي جاي هنر و مهارت صنعت گران قديم را در طرز کار و کنترل دما و تغيير شکل فلزات گرفته است قطعات ساخته شده به اين روش از قطعات دو سانتي متري تا قطعات ۲۰۰ تني را شامل مي شود.
امروزه روشهاي آهنگري مختلفي وجود دارد بطوريکه مي توان فقط يک قطعه و يا هزاران قطعه مشابه را با قيمت مناسب تهيه کرد و در اين فرآيند ممکن است فلز:
۱- کشيده شود تا طول آن زياد و سطح مقطع آن کم شود
۲- له شود بطوريکه ارتفاع آن کاهش و سطح مقطع آن افزايش يابد.
۳- در يک قالب بسته فشرده شود تا فلز در تمام جهات جريان يابد.
-
مزایای روش آهنگری یا فورج دقیق
۱) استفاده حداکثری از مواد
به علت حداقل بودن ضایعات و فلش یا بیرون زدگی مواد در روش فورج دقیق ریزش یا ماشین کاری مواد اضافی بسیار اندک است. همچنین به دلیل اینکه شکل قطعه خروجی بعد از فورج بسیار به شکل نهایی نزدیک است در برخی موارد قطعه به صورت مستقیم در محل خود مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال از حجم مواد مصرفی می توان به میل لنگ ماشین های ۵ تن اشاره کرد، در روش های معمول فورج وزن مواد مصرفی در هر قطعه برابر با ۱٫۶۹ کیلوگرم است در حال که با استفاده از روش فورج دقیق برابر با ۰٫۹ کیلو گرم است.
۲) عملکرد بهتر قطعات تولیدی
در قطعات ساخته شده توسط فورج دقیق، فیبر فلزی در شکل کانتور به طور مساوی، متراکم و مداوم توزیع شده است. در قطعات فورج دقیق، هیچ گونه نشت یا برون زدگی فیبر فلزی وجود نخواهد داشت که این موجب حذف فلش (درز) می شود. فورج دقیق به دلیل نداشتن فلش در قطعات خواص ضدساییدگی و خستگی بسیار بالاتری را فراهم می آورد.
۳) تولید قطعات با اشکال پیچیده
در روش های معمول فورج محدودیت بسیار در تولید قطعات وجود دارد و اصولا شکل قطعات بسیار ساده است. این در حالی است که در روش فورج دقیق همانند روش ریخته گری، امکان تولید قطعات با اشکال پیچیده وجود دارد.
۴) دقت بالا
به علت اینکه قطعات تولید شده در روش فورج دقیق بسیار به شکل نهایی خود نزدیک هستند و یا کاملا مطابق شکل نهایی خود هستند لذا بسیار از قطعات نیازی به ماشینکاری ندارند و یا اگر دارند، عملیات ماشینکاری در آنها اندک است.
-
فورج آلیاژهای آلومینیوم
(بخش اول)
مقدمه :
با توجه به اینکه تا به حال مقاله‌ای در مورد فورج فلزات غیر آهنی به چاپ نرسیده است سعی گردیده تا با ترجمه متن فوق کمکی به صنعت کشور در زمینه فورج آلومینیم بشود. این سلسله مقالات شامل قستمهای مختلفی از جمله فورج پذیری آلومینیم، تجهیزات فورج آلومینیوم، تکنولوژی طراحی قالب و آلیاژهای مختلف آلومینیوم می‌باشد. در نخستین بخش در مورد روشهای مختلف شکل دادن آلیاژهای آلومینیوم بحث خواهد شد.
آلیاژهای آلومینیوم در انواع و اشکال مختلف و در طیف وسیعی برای کاربردهای مختلف می‌توانند فورج شوند. فورج آلیاژ آلومینیوم، مخصوصاً در فورج Close-die ، شکل نهایی قطعه فورج تولید شده را صافتر و شفافتر از فورج گرم آلیاژ فولاد می گرداند. آلیاژ آلومینیوم بازتاب های مختلفی در حرارتهای زیاد در خلال فورج از خود نشان می‌دهد. صنعتگرانی که به آلومینیم دسترسی دارند، می توانند ا
ز آلیاژهای آلومینیم به جای فولاد اسفتاده کنند چون این دو در خیلی از موارد قابل مقایسه با یکدیگر می‌باشند. برای شکل دادن قطعات آلیاژ آلومینیم، فشار مورد نیاز در فورج می‌تواند مختلف باشد که بستگی به ترکیبات شیمیایی آلیاژ، مراحل فورج به کار رفته، نرخ تغییر قطعه در فورج، نوع قطعه فورج، شرایط روانکاری و حرارت قالب دارد.
نمودار ۱ تنشهای جاری در فورج آلیاژهای آلومینیم در ۳۵۰ تا ۲۷۰ را مقایسه می‌کند و نرخ تغییرات از ۴ تا ۱۰ در فولاد ۱۰۲۵ را با نرخ تغییرات حرارت در آلیاژهای دیگر مشخص می‌کند. تنشهای جاری سبب پایین بودن فشار مورد نیاز برای فورج هستند، اگر چه، فشار حقیقی قطعه فورج معمولاً بیشتر است زیرا مراحل دیگر فاکتورهایی را به چارچوب بالا اضافه می کنند. برای بعضی از آلیاژها آلومینیوم از ضعیف تا متوسط مانند ۱۱۰۰ و ۶۰۶۱، تنشهای مخصوصاً آلیاژهای سری xxx7 مانند ۷۰۷۵، ۷۰۱۰، ۷۰۴۹،۷۰۵۰ ، تنشهای جاری و در نتیجه فشار فورج در مقایسه با فولاد بیشتر است. بالاخره، آلیاژهای دیگر آلومینیوم، مانند ۲۲۱۹ ، تنشهای جاری کاملاً مشابهت با فولاد دارد.
نمودار۱- تنشهای جریان فورج آلیاژهای آلومینیوم و فولاد ۱۰۲۵ در درجه حرارت نمونه فورج و درجات مختلف کرنش کلی
ضمناً باید متذکر شویم که در مقایسه آلیاژهای مورد توجه آلومینیم با فولاد، فورج آلیاژهای آلومینیم مشکلتر می باشد. ترکیبات شیمیایی و خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم رابه جلد دوم از چاپ نهم METALS HANDBOOK ارجاع می دهیم.
فورج پذیری Forgeability
در مقایسه آلیاژهای نیکل، کبالت و تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیم توانایی فورج قابل توجهی دارند، مخصوصاً در مراحل تکنولوژی فورج که قالبها یا کمتر، باید گرم شوند.
تغییرات دمای فورج بکار برده شده برای آلیاژها توانایی تغییر شکل هر کدام را تغییر می‌دهد. همچنین مطلب قابل توجه در این قسمت این است که تغییر شکلی که در آن ترک ایجاد نگردد مشکل است. آلیاژهای آلومینیم مانند ۱۱۰۰ و ۳۰۰۳ توانایی فورج را با توجه به موارد بالا دارند، اگر چه این آلیاژها کاربرد محدودی در فورج به خاطر نداشتن مقاومت کافی در حرارت دارند.
نمودار ۲- فورج پذیری و درجه حرارت فورج آلیاژهای مختلف آلومینیوم
تأثیر حرارت: توانایی فورج کلیه آلیاژهای آلومینیوم با افزایش دما زیاد می‌شود. برای مثال آلیاژ حاوی سیلیکون (۴۰۳۲) بیشترین تاثیر را نشان می‌دهد، در حالیکه آلیاژهای حاوی Cu,Mg,Zn.Al سری XXX7 تاثیر کمی را نشان می‌دهند. نمودار ۳ اثر حرارت را بر حسب تنشهای جاری با نرخ تغییر ۱۰ برای آلیاژ ۶۰۶۱ نشان می دهد که توانایی فورج خوبی در آلیاژهای آلومینیم دارد. نزدیک به ۵% افزایش در تنشهای جاری بین بیشترین دما (۴۸۰ یا ۹۰۰ بیشترین دمای پیشنهادی برای ۶۰۶۱) و ( ۳۷۰ و ۷۰۰ کمترین دمای پیشنهادی برای ۶۰۶۱) می‌باشد. برای موارد دیگر مثل آلیاژهای xxx2 و xxx7 مشکلات بیشتری در فورج وجود دارد، چون تغییرات دما در فلز کم است.
(تغییرات تنشهای جاری با دما بیشتر است). ۱۵ نوع آلیاژ آلومینیم که شبیه به هم فورج می شوند، تغییرات دمای پیشنهادی آنها در جدول ۱ لیست شده است. تمام این آلیاژها معمولاً با یک فشار فورج می‌شوند، اگر چه بعضی از آلیاژها معمولاً بایک فشار فورج می‌شوند، اگر چه بعضی از آلیاژها احتیاج
به قدرت بیشتری دارند و با عملیات فورج بیشتری نسبت به بقیه دارند، تغییرات دمای فورج برای بیشتر آلیاژها معمولاً کوچک است ( به طور معمول کمتر از ۵۵ یا ۱۰۰) و برای هیچ آلیاژی بیشتر از ۸۵ (۱۵۵) نیست. بدست آوردن خواص مورد نظر در فورج آلومینیم یک موفقیت چشمگیر در مراحل فورج می‌باشند. دمای قالب و نرخ تغییر شکل کلید به دست آوردن حرارت فورج واقعی می باشد.
جدول ۱- درجه حرارتهای پیشنهادی برای فورج آلومینیوم
| Forging temperature range | Aluminum | |
| Alloy | ||
| ۶۰۰-۷۶۰ ۷۸۵-۸۶۰ ۷۸۵-۸۴۰ ۸۰۰-۸۸۰ ۷۷۰-۸۵۰ ۶۰۰-۷۶۰ ۷۸۰-۸۶۰ ۷۶۰-۸۶۰ ۸۱۰-۹۰۰ ۷۰۰-۸۲۰ ۷۲۰-۸۲۰ ۶۸۰-۸۲۰ ۶۸۰-۸۲۰ ۷۲۰-۸۲۰ ۷۶۰-۸۵۰ | ۳۱۵-۴۰۵ ۴۲۰-۴۶۰ ۴۲۰-۴۵۰ ۴۲۵-۴۷۰ ۴۱۰-۴۵۵ ۳۱۵-۴۰۵ ۴۱۵-۴۶۰ ۴۰۵-۴۶۰ ۴۳۰-۴۸۰ ۳۷۰-۴۴۰ ۳۸۰-۴۴۰ ۳۶۰-۴۴۰ ۳۶۰-۴۴۰ ۳۸۰-۴۴۰ ۴۰۵-۴۵۵ | ۱۱۰۰……………………… ۲۰۱۴……………………… ۲۰۲۵……………………… ۲۲۱۹……………………… ۲۶۱۸……………………… ۳۰۰۳……………………… ۴۰۳۲……………………… ۵۰۸۳……………………… ۶۰۶۱……………………… ۷۰۱۰……………………… ۷۰۳۹……………………… ۷۰۴۹……………………… ۷۰۵۰……………………… ۷۰۷۵……………………… ۷۰۷۹……………………… |
تاثیر نرخ تغییر شکل : آلیاژهای آلومینیم با وسایل متعدد قابل فورج هستند. نرخ فشار یا تغییر شکل وارد آمده اختلاف قابل توجهی در تغییر شکل فلز به وجود می آورد، مانند تغییرات خیلی تند (مثل بزرگتر از ۱۰ با دستگاههایی مانند Hammer، پرسهای ضربه‌ایی و پرسهای با نرخ انرژی زیاد) نسبت به تغییرات کم (مانند کوچکتر از ۱/۰ برای دستگاههایی مانند پرس هیدرولیک بنابراین تغییر شکل یا نرخ فشار عناصر بحرانی در قطعات فورج داده شده است. نمودار ۴ تاثیر دو نرخ فشار ۱۰ و ۱/۰ را برای تنشهای دو آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ و ۴۰۱۴ در ۵۷۰ نشان می‌دهد. این مسئله واضح است که بالا بردن نرخ فشار تنش را در آلیاژ آلومینیم افزایش می‌دهد و این افزایش تنش مشکلاتی را در فورج آلیاژهای آلومینیم مخصوصاً سریهای xxx2 و xxx7 افزایش
می دهد. برای آلیاژ ۶۰۶۱ توانایی فورج خیلی بیشتر است، و افزایش تنش معادل ۷۰% افزایش نرخ فشار می‌باشد، و برای آلیاژ ۲۰۱۴ بالا بردن نرخ فشار دقیقاً دو برابر تنش می باشد. اگر چه در آلیاژهای آلومینیم معمولاً توجهی به حساسیت نرخ فشار مانند تیتانیوم ،نیکل و کبالت نمی شود.
تاثیر دمای قالب : برخلاف مراحل فورج برای کربن و آلیاژ فولادها، قالبهای مورد استفاده در مراحل فورج آلومینیوم به منظور تسهیل در مراحل فورج، گرم می‌شوند. بنابراین حرارت قالب مسئله بحرانی دیگری در توانایی فورج است و مراحل فورج را بهینه می‌کند. جدول ۲ خلاصه‌ایی از تغییرات دمای قالب مورد استفاده برای چندین مرحله فورج آلومینیوم نشان می‌دهد .
بهینه کردن مراحل بستگی به بیشترین حرارت قالب، دستگاههای مورد استفاده ، آلیاژی که فورج می‌شود، و مقاومت تغییر شکل یا طراحی قالب صحیح دارد. برای تغییر شکل آرام، مانند پرسهای هیدرولیک فورج، حرارت قالب به وسیله فلزاتی که در موقع حرارت تغییر شکل داده می‌شوند کنترل می گردد، و در حقیقت فورج آلیاژهای آلومینیوم در پرسهای هیدرولیک فورج ایزوترمال می‌باشد و قالب همان درجه حرارت فلز را پیدا می کند. بنابراین حرارت قالب ایجاد شده در پرسهای هیدرولیک از تغییر شکل در پرسهای مکانیکی و Hammer تجاوز می‌کند.
روشهای فورج Forging Mehtods
قطعات آلیاژهای آلومینیومی با تمام روشهایی که در دسترس می‌باشد می توانند تولید گردند که شامل ring rolling, mandrel forging, spin forging, orbital forging,
roll forging, up settind , close, die, open, die و اکستروژن می باشد. انتخاب بهترین روش فورج که شامل یک طرح خوب و قیمت مناسب می باشد یک اصل در قطعات فورج می باشد. در خیلی از حالات دو یا چند روش به منظور به دست آوردن شکل قطعه مورد نظر لازم می باشد. بعنوان مثال معمولاً در فورج open- die نیز استفاده می‌شود.
Open-die Forginigs : معمولاً برای فورج قطعات کوچک آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌گردد، چون قالب open- die پرهزینه است و توجیه نمی‌گردد. همچنین در بعضی حالات لازم است که برای آماده سازی قطعه برای قالب open- die از قالب open- die استفاده بشود. اگر چه فورج open- die به این منظور نیست که محدود به قطعات کوچک یا مقدار مشخصی از تولید گردد، بلکه در بعضی ازحالات استفاده از این روش اثر اقتصادی دارد. برای مثال برای تولید بیش از ۲۰۰۰ قطعه بیسکویت از فورج open- die استفاده می‌شود، چون با همان خواصی که در close-die می باشد تولید می گردد و ارزش اقتصادی بهتری نیاز دارد.
فورج open- die شکلهای متنوعی تولید می کند و شمش گرد ساده را به مربع یا مربع مستطیل یا شکلهای مرکب دیگر تبدیل می کند. در گذشته تلرانسها قطعه فورج تولید شده بستگی به مهارت اپراتور پرس داشت، در صورتیکه با برنامه های کنترل کامپیوتری پرسهای فورج open- die آلیاژهای آلومینیوم پیش فرمی برای فورج close-die می باشد، این کار بایستی خیلی دقیق انجام شود و اصلاح کردن اندازه ها و تلرانسها در فورج close- die ایجاد گردد تا هزینه کار کاهش بیابد. اطلاعات بیشتر از فورج open- die را رد همین فصل مشاهده می‌کنید.
Close-die Forgings : بیشتر قطعات آلیاژ آلومینیوم به روش Clsoe-die تولید می‌گردند. ۴ نوع قالب در فروج Close-die وجود دارد که عبارتند از : blocker-type(فقط فورج نهایی)، Conventional ( block و فورج نهایی یا فقط فورج نهایی ) – high- definition (نزدیک به شکل نهایی) و Precision (شکل نهایی) . این نوع Close-die در شکل ۵ مشاهده می‌شود.
Blocker-Type Forgings: (شکل a5) یک دست از این قالب نسبتاً ارزان تهیه می شود. در اندازه های نهایی و تلرانسها دقت کمی دارد و برای تبدیل به Conventional یا high-definition احتیاج به ماشین کاری بیشتری دارد. قالب فورج blokcer-type هزینه کمتری نسبت به Converntional یا high-definition دارد.
Conventional Close-die (شکل b5) ، این نوع قالب بیشتر در قالبهای فورج آلومینیوم متداول است. این نوع قالب یا با blocker-type و قالب نهایی می باشد و یا خود قالب نهایی است که بستگی به ملاک طراحی دارد این نوع قالب با تلرانسهای کمتر از blocker-type می‌باشد، اما احتیاج به هزینه بیشتری برای ساخت دارد.
High-Definition Forgings: با بهبود بخشیدن به لوازم کنترلی دستگاههای فورج که بعداً توضیح داده خواهد شد، می توان شکل قطعه فورج در قالب بسته را نزدیک به شکل اصلی آن تولید کرد (شکل C5). بالا بردن تلرانسها اثر بیشتری در کاهش هزینه ماشینکاری دارد. فورج high-definition با مجموعه ایی از قالبها که شامل قالب blocker و قالب نهایی هستند تولید می شود و معمولاً با همان سطوح ماشین کاری نشده به خریدار تحویل داده می شود.
Precision Forgings: (شکل d5): نماینده بهترین طرحهای فورج آلومینیوم تولید شده می‌باشد. در این نوع عملیات فورج کردن و ماشینکاری به صورت سری ترکیب می‌شوند که هزینه آن بیشتر از قالبهای فورج آلومینیوم دیگر است اما قطعه دیگر احتیاج به ماشینکاری ندارد و برای خریدار هزینه کمی بعد از تولید در بر دارد. شکل نهایی قطعه فورج در دو یا سه مرحله تولید می‌گردد و تلرانسهای محدودی نسبت به سایر روشها دارد.
Upset Forgings: در دستگاه مخصوص فورج که Upsetter نامیده می شود انجام می‌گردد و برای سطوحی استفاده می گردد که احتیاج به تغییر مقطع دارند مانند : پیچها، والوها، پیستونها و بلبرینگها. فورج upset ممکن است در یک مرحله مانند پیستونها استفاده شود یا می تواند با ضربات متعدد شکلهای خاصی را مانند چرخدنده ها به وجود آورد. براساس تجربه به دست آمده در فورج آلیاژ آلومینیوم، طول قطعه فورج نباید از سه برابر قطر مقطع مربع یا دایره تجاوز کند.
roll forging را می‌توان برای تغییر شکل ناگهانی به منظور کاهش فلز ورودی و یا کاهش تعداد عملیات close-die انجام داد. در roll forging، فلز بین دو roll حرکت کرده و شکل می‌گیرد و اغلب برای قسمتهایی مانند اتصال محور استفاده می شود که حجم زیادی دارند و سطح مقطعهای نسبتاً محدودی در قسمتهای مختلف دارند.
جدول ۲- درجه حرارتهای پیشنهادی قالب برای فورج آلومینیوم
| Die temperature | Forging process/ equipment | |
| ۲۰۰-۴۰۰ ۲۰۰-۴۰۰
۲۰۰-۳۰۰ ۳۰۰-۵۰۰ ۳۰۰-۵۰۰ ۳۰۰-۵۰۰ ۳۰۰-۵۰۰ ۲۰۰-۶۰۰ ۲۰۰-۴۰۰ ۶۰۰-۸۰۰ | ۹۵-۲۰۵ ۹۵-۲۰۵
۹۵-۱۵۰ ۱۵۰-۲۶۰ ۱۵۰-۲۶۰ ۱۵۰-۲۶۰ ۱۵۰-۲۶۰ ۱۵۰-۳۱۵ ۹۵-۲۰۵ ۳۱۵-۴۳۰ | Open- die forging Ring rolling……………………………… Mandrel forging………………………… Closed- die forging Hammers………………………………… Upsetters………………………………… Mechanical presses……………………… Screw presses…………………..………… Orbital (rotary) forging………..………… Spin forging……………………………… Roll forging…………………….………… Hydraulic presses………………………… |
Orbital (Rotary) Forgings : به اشکال مختلف در Close-die بر روی پرسهای مکانیکی یا هیدرولیکی بسته می شود و سبب چرخش یک یا دو قالب می شود که معمولاً قالبها نسبت به هم دارای زاویه می باشند و تغییر شکل زیادی را در قطعه کار به وجود می آورد. Orbital forging هم برای تغییر سطح به روش فورج گرم و هم سرد استفاده می شود و شکل نهایی را با تلرانس پایین تولید می کند.
Spin Forgings :تقریباً یکی از جدیدترین تکنیکهای فورج آلیاژ آلومینیوم است که ترکیبی از Close-die forging و کنترل عددی کامپیوتری (CNC) می‌باشد. اپراتور با استفاده از فورج گرم یا سرد می‌تواند سوراخی با تلرانس بسته تولید کند که در شکل ۶ نشان داده شده است. چون فورج Spin با سنبه انجام می شود، طرح قطر داخلی شکل واقعی را به وجود می آورد، که احتیاج به ماشینکاری بعدی ندارد. طرح قطر خارجی می تواند به صورتی باشد که شکل واقعی که احتیاج به ماشینکاری کمی داشته باشد را تولید کند. همچنین قابل ذکر است که این روش مشابه روش اکستروژن معکوس می باشد که می‌تواند به فرمهای یک طرف بسته، دو طرف بسته یا هر دو انتها باز تولید شود.
Ring Rolling: برای تولید شکلهای حلقه‌ایی آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. روش مورد استفاده در ring roll آلیاژهای آلومینیوم همان است که برای فولاد نیز استفاده می شود. مقاطع مربع مستطیل گردد در ring roll، بدون ماشینکاری بعدی در آلیاژهای آلومینیوم قابل تولید هستند. حرارت بکار رفته برای ring rolling آلیاژهای آلومینیوم مشابه مراحل دیگر فورج می‌باشد، اگر چه در این روش توجه مخصوصی به حرارت فلز نیز باید شود، تغییر شکل به دست آمده در این روش نتیجه قرار گرفتن دانه ها در جهت شیب دار یا دایره‌ایی شکل است. اگر قرار گرفتن دانه‌ها را در جهات دیگری مانند جهت محوری یا شعاعی بخواهیم، رینگ را به طریق دیگری باید تولید کرد مانند فورج
سنبه‌ای یا اکستروژن معکوس یا پیش رونده مسائل اقتصادی در ring rolling آلیاژهای آلومینیم بستگی به حجم، اندازه و طرح فورج دارد. برای بعضی قسمتهای رینگ ممکن است اقتصادی تر این باشد که شکل به وسیله فورج سنبه‌ای (Mandrel Forging) یا اکسترود استوانه توخالی تولید شود. هر دو روش در زیر توضیح داده شده است.
Mandrel Forgings: برای تولید قطعات هم محور آلیاژهای آلومینیوم که نسبتاً ساده هستند استفاده می شود، مانند رینگ تو خالی یا شکلهای استوانه‌ای شکل که با Hammer یا پرس هیدرولیکی فورج می‌شوند، در مراحل فورج ضخامت دیواره در تغییر شکل کاهش می‌یابد، و این تغییر شکل قطر قطعه را افزایش می‌دهد. Mandrel forging برای قطعاتی با حجم نسبتاً کم یا قطعات خیلی بزرگ شکلهای رینگی (بیشتر از قطر m3/3 یا in130)اقتصادی هستند. با کنترل مراحل کاری mandrel forging و مواد ورودی می‌توان دانه ها را در محیط دایره‌ای یا جهت محوری تولید کرد.
Reverse or forward extrusion: از انواع مختلف فورج close-die برای آلومینیم می باشد، که می‌تواند برای تولید شکلهای تو خالی و هم محور در آلیاژهای آلومینیوم استفاده شود. اصطلاح اکستروژن معکوس یا پیش رونده بستگی به جهت حرکت فلز نسبت به حرکت سرپرس دارد. در اکستروژن پیش رونده، فلز در همان جهت سرپرس اکسترود می‌شود. برعکس، در اکستروژن معکوس، جریان فلز عکس حرکت سرپرس می‌باشد. انتخاب اکستروژن پیش رونده یا برعکس آن معکوس بستگی به نوع و محدودیتهای پرس دارد. بعضی از پرسها دارای تجهیزات مخصوص با مقطع بالایی باز هستند که مطابق عملیات اکستروژن معکوس می باشد.
| Tolerance , mm (in.) | ||||
| Precision | High- definition | Conventional | Blocker- type | Caracteristic |
| +۰٫۸,-۰٫۲۵ (-۰٫۰۳,-۰٫۰۱) ۰٫۳۸ (۰٫۰۱۵) ۰٫۴ (۰٫۰۱۶) ۰٫۸ (۰٫۰۳) +۰٫۵, -۰٫۲۵ (+۰٫۰۲ , -۰٫۰۱) | +۱٫۲۵, -۰٫۵ (+۰٫۰۵ , -۰٫۰۲) ۰٫۲۵ (۰٫۰۱) ۰٫۵ (۰٫۰۲) ۰٫۸ (۰٫۰۳)
| +۱٫۵, -۰٫۸ (+۰٫۰۶ , -۰٫۰۳) ۰٫۵ (۰٫۰۲) ۰٫۸ (۰٫۰۳) ۱٫۵ (۰٫۰۶)
| +۲٫۳ , -۱٫۵ (+۰٫۰۹ , -۰٫۰۶) ۰٫۵(۰٫۰۲) ۰٫۸ (۰٫۰۳) ۱٫۵ (۰٫۰۶)
| Die closure………..
Mismatch………… Straightness………. Flash extension…… Length and width…
Draft angles……… |
شکل ۵- تلرانسهای موردنظر برای انواع مختلف فورج
-
فورج آلیاژهای آلومینیوم
(قسمت دوم )
-
تجهیزات فورج
قطعات آلومینیومی با تجهیزات مخصوص به خود فورج می‌شوند که پتکها، پرسها و ماشینهای مخصوص فورج می‌باشد. انتخاب تجهیزات فورج بستگی به شکل و نوع قطعه فورج دارد.
Hammers: Hammer با قدرت ضربه‌ای خوب هم در فورج آلیاژ آلومینیوم open-die و هم close-die استفاده می شود ونسبتاً هزینه کمتری نسبت به تجهیزات متشابه دارد، اگر چه قدرت مورد نیاز برای فورج آلومینیوم معمولاً بیشتر از فولاد است. Hammer ها قطعه را با سرعت زیادی تغییر شکل می‌دهند، بنابراین کنترل کورس پرس، نیرو و سرعت در فورج آلیاژ آلومینیوم مفید است، چون
حساسیت آنها نسبت به نرخ کشش بستگی به مراحل تغییر شکل سریع دارد. اگر زاویه طرح به کار رفته در قالب در حدود ۵ تا ۷ درجه باشد می‌توان از Hammer در close-die استفاده کرد. Hammer ها معمولاً برای عملیات مقدماتی در فورج استفاده می‌شوند.
Mechnaical and screw presses: پرسهای مکانیکی و پیچی در همه جا برای فورج close- die آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. این نوع پرس مناسبترین دستگاه برای فورج آلیاژ آلومینیوم با سایزهای متوسط، حجم زیادی می‌باشد.
پرسهای مکانیکی و پیچی با ترکیب عمل ضربه و فشار برای آلیاژهای آلومینیوم خاصیت جریان یافتن آنرا بهتر از Hammer می‌کند. پرسهای پیچی با پرسهای مکانیکی در کنترل نرخ فشار اختلاف دارند که می‌تواند در تغییر شکل زیاد آلیاژهای آلومینیوم استفاده شود. حالت پیشرفته تری که در این نوع پرسها می توان استفاده کرد، سیستمهای کنترل پرس می باشد.
پرسهای هیدرولیکی : متداولترین نوع پرس می‌باشند که آرامتر از پرسهای مکانیکی یا پیچی عمل می کند ولی برای تولید قطعات با close-die بزرگ و قطعات خیلی بزرگ استفاده از پرسهای هیدورلیکی مناسب تر می‌باشد.
تغییر شکل بدست آمده در پرسهای هیدرولیکی قابل کنترل تر از پرسهای مکانیکی با پیچی می باشد. بنابراین پرسهای هیدرولیکی انتخاب خوبی برای کنترل نرخ فشار برای کمترین مقاومت تغییر شکل آلیاژ آلومینیوم یا شکل قطعه فورج ، کاهش فشار مورد نیاز زاویه طرح دقیق و راحت بدست آوردن شکل مورد نیاز می‌باشد.
از انواع پرسهای هیدرولیکی که دستگاههایی با قدرت بالا می‌باشد، پرس ۵۰۰۰۰ ton می باشد که سرعت و فشار آن قابل کنترل است و دارای قابلیت برنامه ریزی می باشد. این توانایی ها که شامل کارکرد کمترین زاویه طرح مورد استفاده در این نوع پرسها برای آلیاژ آلومینیم زاویه ۳ درجه می باشد، که برای پرسهای هیدرولیک دقیق زاویه بین ۰ تا ۵/۰ درجه و برای زاویه طرح داخلی بین ۵/۰ تا ۱ درجه می باشد.
مواد، طراحی و تکنولوژی ساخت قالب:
انتخاب جنس قالب، طرح قالب وتکنولوژی ساخت آن از عوامل مهم در مراحل فورج آلومینیوم در قالب close-die می‌باشد، چون قالبها عوامل اصلی در هزینه تمام شده این چنین فورجهایی می‌باشد. طرح قالب و اندازه‌های فورج نهایی پارامترهایی می باشند که بر مراحل فورج اثر می گذارند. بنابراین فورج قطعات آلیاژهای آلومینیوم احتیاج به استفاده از قالبهای مخصوصی برای آلومینیوم به دلایل زیر دارد:
۱- رفتار تغییر شکل آلیاژهای آلومینیوم یا دیگر فلزات تفاوت دارد، بنابراین در طرح قالب پیشکوب و نهایی بایستی تغییر شکل بهینه فلز در جریان فورج تحت نظر باشد و عیب و نقص کمی در قسمت نهایی بوجود آید.
۲- حد مجاز shrinkage در آلیاژهای آلومینیوم نسبت به دو نوع مشابه قطعه فولادی و دیگر فلزات بزرگتر است.
۳- کنترل حرارت قالبهای مورد استفاده برای فورج آلیاژهای آلومینیوم مهم و بحرانی است، بنابراین روش گرم نگهداشتن قالب در موقع فورج بایستی مورد توجه قرار بگیرد.
مواد قالب:
جنس قالب مورد استفاده برای فورج آلیاژهای آلومینیوم همانهایی می باشند که برای فولاد نیز به کار برده می شود. البته فرقی که بین آنها است، سختی کم قالبها می باشد که به خاطر انعطاف پذیری استفاده می شوند.
با پیشرفت تکنولوژی ساخت فولاد، می‌توان از فولادهایی با مشخصات vacum degassing , ladle metallurgy , argon oxygen decarburization که به صورت استاندارد می‌باشد استفاده گردد و با روشهای فوق فولاد بصورت خوبی اصلاح می شود و قطعه فورج آلیاژ آلومینیوم بطور برجسته ایی اصلاح می گردد.
سایش قالب در فورج آلیاژهای آلومینیوم کمتر از فولاد یا دیگر فلزات می باشد ولی اگر حجم زیادی از آلیاژ آلومینیوم فورج شود باعث سایش قالب می‌گردد، بهمین دلیل بایستی سختی قالب را کاهش دهیم تا انعطاف قالب بهتر شود. سختی زیاد را فقط در قالبهای upsetting می توان استفاده کرد تا درون قالب upset به خوبی سخت گردد.
بعد از سایش قالب، بیشترین عاملی که باعث شکست قالبهای فورج آلومینیوم می‌گردد، شکاف قالب یا ترک می‌باشد که اگر به آن بی توجهی شود می‌تواند باعث اتفاق مصیب باری گردد. این نوع ترکها معمولاً به علت بالا رفتن تنشهای پسماند در قالب اتفاق می افتد. بهبود بخشیدن انعطاف فولادهای قالب ، اصلاح عمق قالب، بهبود دادن طرح قالب و کم کردن سختی قالب ها باعث کاهش ترک دو قالب فورج آلیاژهای آلومینیوم می شود.
بیشتر قالبهای فورج آلومینیوم توسط جوش دادن تعمیر می شود که از فلز با گاز خنثی، تنگستن با گاز خنثی یا دیگر تکنیکهای جوش استفاده می شود.
جدول ۱- محدوده دمایی پیشنهاد شده فورج برای آلیاژهای آلومینیوم
| Forging temperature range | Aluminum | |
| Alloy | ||
| ۶۰۰-۷۶۰ ۷۸۵-۸۶۰ ۷۸۵-۸۴۰ ۸۰۰-۸۸۰ ۷۷۰-۸۵۰ ۶۰۰-۷۶۰ ۷۸۰-۸۶۰ ۷۶۰-۸۶۰ ۸۱۰-۹۰۰ ۷۰۰-۸۲۰ ۷۲۰-۸۲۰ ۶۸۰-۸۲۰ ۶۸۰-۸۲۰ ۷۲۰-۸۲۰ ۷۶۰-۸۵۰ | ۳۱۵-۴۰۵ ۴۲۰-۴۶۰ ۴۲۰-۴۵۰ ۴۲۵-۴۷۰ ۴۱۰-۴۵۵ ۳۱۵-۴۰۵ ۴۱۵-۴۶۰ ۴۰۵-۴۶۰ ۴۳۰-۴۸۰ ۳۷۰-۴۴۰ ۳۸۰-۴۴۰ ۳۶۰-۴۴۰ ۳۶۰-۴۴۰ ۳۸۰-۴۴۰ ۴۰۵-۴۵۵ | ۱۱۰۰……………………… ۲۰۱۴……………………… ۲۰۲۵……………………… ۲۲۱۹……………………… ۲۶۱۸……………………… ۳۰۰۳……………………… ۴۰۳۲……………………… ۵۰۸۳……………………… ۶۰۶۱……………………… ۷۰۱۰……………………… ۷۰۳۹……………………… ۷۰۴۹……………………… ۷۰۵۰……………………… ۷۰۷۵……………………… ۷۰۷۹……………………… |
برای upsetting، هم کفشک قالب پایین و هم بالا معمولاً ازجنس : با سختی ۴۲HRC تا ۴۶HRC می باشد. فولاد با درجه با ، با خواص متنوعی که دارند، معمولاً بطور گسترده برای مواد قالب در فورج آلومینیوم استفاده می شود. اگر قطعه‌ای که بایستی فورج شود بزرگ باشد هزینه را افزایش می‌دهد، و برای انجام اکر گرم بر آلیاژ آلومینیوم معمولاً از فولاد H13,H12,H11 استفاده می شود و معمولا بین ۴۴ تا ۵۰ HRC سختی می گیرد.
طراحی قالب:
یک عامل اصلی در کنترل هزینه‌های قالب فورج آلومینیوم، موفقیت در فورج قطعات با دقت‌های مورد نیاز و ارائه سیستم مهندسی در قالب است.
قالبها درون کفشک قرار گرفته و فورج می‌شوند که باعث کاهش هزینه قالبها می‌شود. سیستم کفشک قالبها ممکن است به صورت عمومی قابل استفاده باشد. طرح قالب فورج وابسته به مهارتهای مهندسی و تجربه وسیع و آزمایش می‌باشد.
ساخت قالب:
قالبهای فورج آلیاژهای آلومینیم توسط یکی از روشهای زیر تولید می شود که شامل: براده برداری دستی، فرز کپی از روی مدل، EDM و براده برداری مستقیم CNC می‌باشد. با در اختیار داشتن CAD، CAM بوسیله CNC می‌شود مستقیماً قالب براده برداری و یا EDM لبه های قالب را برای فورج آلیاژ آلومینیم حالت دهیم.
این تکنیکها هزینه قالب ها را کاهش می‌دهد و مهمتر از آن دقت قالبها را بیش از ۵۰% افزایش می دهد که کادر مقایسه با دیگر تکنیکها قابل مقایسه می باشد. برای مثال تلرانس استاندارد ساخت قالب ۰٫۱ می‌باشد، اما با CAM و دستگاههای EDM/CNC تلرانسها به ۰٫۰۷ میلی متر کاهش می یابد.
قالبهای نهایی مورد استفاده در فورج آلیاژهای آلومینیم بحرانی تر از قالبهای مورد استفاده برای فولاد است.
مراحل فورج آلیاژ آلومینیم:
آماده کردن میله‌های فورج: اره کردن و بریدن دو روشی هستند که بیشترین کاربرد را برای آماده کردن قطعه برای فورج دارند. برش بوسیله سایش را نیز می توان استفاده کرد، اما کندتر از روش اره کردن می باشد.
اره کردن یکی از روشهایی می باشد که بیشترین و قابل قبول ترین کاربرد را تولید قطعه دارد، اگر چه در تولید به این روش لبه های تیز در قطعه بوجود می‌آید که به وسیله زدن پخ بر سر قطعات قابل رفع می باشد. البته در دستگاههای اره جدید این پخ زدن بر سر قطعات در اره کردن ایجاد می شود.
برش روش دیگری می باشد که برای آلومینیم کمتر از فولاد استفاده می‌شود. چون آلومینیوم نرم می باشد برش باعث می شود تا انتهای میله بریده شده مسطح مقطع نامناسبی ایجاد گردد و مشکلاتی را در فورج پدید آورد. برش را فقط می توان برای مقاطع با قطر بیش از ۵۰ میلیمتر به کار برد.
پیشگرم برای فورج: یکی از عوامل مهم در گرم کردن آلیاژهای آلومینیم دمای بحرانی آن می‌باشد. آلیاژهای آلومینیم دارای اکسیدهایی می باشد که مثل پوششی بر روی سطح میله چسبیده اند. تغییر شکل این پوشش خیلی محدود است، بنابراین آلیاژهای آلومینیوم به اندازه فولاد تغییر شکل نمی‌دهند.
تجهیزات گرم کردن:
آلیاژهای آلومینیوم به روشهای مختلفی گرم می‌شوند که شامل کوره های الکتریکی، کوره های گازی، کوره های نفتی، واحدهای القایی و واحدهای مقاومتی هستند. کوره های semimuffled گازی معمولاً بیشتر استفاده می‌شود. هم در کوره های گازی و هم نفتی بایستی از سوخت با سولفور پایین استفاده کرد. هیدروژن اضافی از سطح آلیاژ آلومینیوم آشکارا کنده می‌شود. چون بیشتر آلیاژهای آلومینیوم مستعد برای جدا کردن هیدروژن هستند.
هیدروژن به دو طریق از سطح کنده می‌شود. طریقه اول با دمای بالای احتراق که معمولاً بوسیله تاول بر روی سطح آشکار می‌شود. طریقه دوم با پوسته های نازک یا سوراخهای درمان ناپذیر که معمولاً در طی بازرسی های، آلتراسونیک در قطعات فورج نهایی پیدا می‌شوند. هر دو علت جدا شدن هیدروژن از سطح فلز، حرارت کوره می‌باشد. معمولاً به وسیله استفاده از روشهای شیمیایی و بخار آب برای کم کردن این مورد استفاده می‌کنند.
کنترل دما:
آلیاژهای آلومینیوم در تلرانس پایینی که حدود است می‌توانند تغییر دما دهند.
زمان گرم کردن آلیاژهای آلومینیوم متنوع است، که بستگی به ضخامت شمش و توانایی کوره دارد. معمولاً ۱۰ تا ۲۰ دقیقه در اینچ از ضخامت مقطع صرف می‌شود تا حرارت دادن آلیاژهای آلومینیوم بحرانی تر از دیگر فلزات نمی باشد.
گرم کردن قالبها:
دومین عامل مهم در فورج آلیاژهای آلومینیوم گرم کردن قالبها می‌باشد. قالبها همیشه قبل از فورج آلیاژهای آلومینیوم، گرم می‌شوند که عامل مهمی در فورج می‌باشد.
حرارت دادن قالب روی پرس یکی از تکنیکهای مهندسی می‌باشد که طراحی این سیستم بایستی در تلرانس حرارتی بسته باشد، بعلاوه پرسهای مورد استفاده برای فورج دقیق آلیاژهای آلومینیوم معمولاً دارای بالشتکی هستند که در مورد لزوم قالب را گرم یا خنک می‌کند. بهترین تلرانس حرارت قالبها می‌باشد.
روغنکاری:
روغنکاری قالب سومین عامل بحرانی در مراحل فورج آلومینیوم می‌باشد. روانکاوی که در فورج آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌شود باید توانایی اصلاح در سطح قالب بخاطر ایجاد کردن اصطکاک کم، مقاومت بالای قالب در برابر حرارت فلز و فشار وارده را داشته باشد. ترکیبات روغن کاری که به کار مورد توجه به مراحل فورج و نوع فورج متنوع هستند. عنصر فعال اصلی در روغنکاری آلیاژ آلومینیوم گرافیت است، اگرچه مواد ارگانیک و غیرارگانیک دیگری بمنظور بدست آوردن نتایج قابل قبولتری به آن اضافه می‌شود.
دوربری، شکل دهی و اصلاح
دوربری مرحله ای از کار می‌باشد که برای بدست آوردن شکل نهایی استفاده می‌شود. پرت تولید شده در بیشتر مراحل فورج آلومینیوم بوسیله دوربری سرد یا گرم ماشینکاری برداشته می‌شود. روشهای ذکر شده بستگی به شکل، نوع و حجم قطعه تولید شده دارد. قالبهای دوربری سرد یا گرم معمولاً برای دوربری قطعات بزرگ، مخصوصاً برای قطعاتی که پیچیدگی متوسطی دارند استفاده می‌شود. انتخاب دوربری سرد یا گرم بستگی زیادی به پیچیدگی قطعه و هزینه آن دارد. پرسهای به کار رفته در دوربری، مکانیکی یا هیدرولیکی می باشند. قالبهای دوربری معمولاً از فولادهای با جنس ۶G یا ۶F2 با سختی در حدود ۴۴۴ HB تا ۴۷۷ HB ساخته می‌شوند. فولاد این قالبها دارای هزینه پایینی می باشند، چون آنها اغلب از قطعات شکسته یا فرسوده قالبهای فورج ساخته می‌شوند. لبه ها و اطراف قالب با درجه D1 یا D2 با سختی بین ۵۸ HRC تا ۶۰ HRC برای دوربری آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌شود. دوربری گرم آلیاژ آلومینیوم معمولاً بلافاصله بعد از فورج انجام می‌گیرد.
شکل دادن Forming : برای بدست آوردن شکل بعضی از قطعات آلومینیومی باید ترکیبی از فورج و تغییر شکل داغ، گرم یا سرد انجام داد. شکل دادن معمولاً با پرسهای مکانیکی یا هیدرولیکی یا تجهیزات مخصوص در حین عملیات فورج انجام می‌شود.
اصلاح Repair : یک حالت میانی در فورج آلومینیوم می‌باشد. معمولاً لازم است که سطوح قطعات از ناپیوستگیهایی که در فورج بوجود می‌آید اصلاح شود. بنابراین ناپیوستگیها نباید در فورج نهایی تأثیر بگذارد. نیاز به اصلاح معمولاً بستگی به پیچیدگی قطعه و قالبهای ساخته شده برای قطعه دارد. اصلاح آلیاژهای آلومینیوم معمولاً با سوهان دستی، سنگ، ماشینکاری و غیره … انجام می‌شود.
تمیزکاری: قطعات فورج شده آلیاژ آلومینیوم را معمولاً بعد از فورج فوراً تمیز می‌شوند. روش استاندارد تمیز کردن به منظور زدودن چربی از روی سطح و بدست آوردن رنگ طبیعی آلومینیوم به قرار زیر است:
-
فرو کردن قطعه در محلول جوش شیرین (۴ تا ۸ درصد) ۷۰ درجه به مدت ۵/۰ تا ۵ دقیقه.
-
شستن آن در آب گرم ۷۵ درجه به مدت ۵/۰ تا ۵ دقیقه.
-
معلق کردن قطعه در محلول اسید نیتریک ۱۰% در دمای ۸۸ درجه.
-
شستن قطعه در آب گرم.
زمان غوطه وری دو حالت اول، بستگی به مقدار چرک و لکه بر قطعه فورج دارد. همچنین زمان تمیزکاری بستگی به شکل قطعه فورج و مراحل مورد استفاده در فورج دارد. بعضی از قطعات قبل از بازرسی نهایی باید تمیز شوند.
عملیات حرارتی: تمام آلیاژهای آلومینیوم به جز آلیاژهای سری ۱xxx ، ۳ xxx ، ۵xxx را می‌توان به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی موردنظر تحت عملیات حرارتی قرار داد.
بازرسی: بازرسی آلیاژهای آلومینیوم به دو صورت انجام می‌گیرد: در حین عملیات و بازرسی نهایی، بازرسی در حین عملیات به خاطر اطمینان از مراحل فورج و روشهای بکاررفته در حین کار و مشخص کردن گلوگاه ها انجام می‌گیرد. بازرسی نهایی، شامل تست خواص مکانیکی مورد لزوم که تولید قطعه فورج شده را کامل می‌کند انجام می‌گیرد. اصولاً بازرسی نهایی آلیاژهای آلومینیوم شامل کنترل ابعادی، آزمایش عملیات حرارتی و تست غیرمخرب می‌باشد.
بازرسی ابعادی: کلیه قعات فورج شده در مرحله نهایی بایستی کنترل ابعادی گردند. در فورج قالب باز، بازرسی ابعاد نهایی شامل اندازه گیری تمام قسمتها یا محلهایی که بیشتر در قطعه استفاده می‌شود می‌باشد. درفورج قالب بسته، مطابقت دادن حفره قالب با نقشه موردنظر (که عنصر بحرانی در کنترل اندازه می‌باشد) مشخص می‌کند که قالبها احتیاج به تعویض دارد.
توسعه مواد در فورج آلومینیوم
زیاد کردن آلیاژهای آلومینیوم برای فورج از تکنیکهایی می‌باشد که امروز در دنیا مطرح می‌باشد و کار بر روی اقتصادی کردن آن در حال انجام است. پیشرفت آلیاژ آلومینیوم شامل متالورژی شمش (I/M) و تکنیکهای دیگر است و در سه گروه اصلی صورت گرفته است که بیشتر مخصوص کاربردهای هوا فضا می‌باشد.
این سه گروه بدین ترتیب می باشند:
-
آلیاژهای آلومینیوم لیتیوم
-
آلیاژهایی که توسط متالورژی پودر (P/M) به منظور سرعت دادن در جامد شدن و همچنین دادن خواص مکانیکی لازم تهیه می گردد.
-
کامپوزیتهای آلومینیوم که توسط روش I/M یا P/M تهیه می‌شود.
هیچ کدام از سه روش فوق به صورت اقتصادی تولید نمیشود ولی مراحل تولید آن پیشرفت کرده که این موضوع تأثیر زیادی در اقتصادی تولید شدن آن و در دسترس بودن آن داشته است.
آلیاژهای آلومینیوم لیتیوم
کاهش جرم حجمی آلیاژهای آلومینیوم با خواص مکانیکی ثابت به منظور بدست آوردن کشش زیاد آلیاژ، از اهدافی می‌باشد که تأثیر بسزایی در کاهش وزن برای کاربردهای هوافضا می گذارد.
اضافه کردن لیتیوم به آلومینیوم (بالای حدود ۴%) ، جرم حجمی را بین ۱% تا ۱۰% کاهش می‌دهد و مدول الاستیسیته را افزایش می‌دهد. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم لیتیوم از سال ۱۹۵۰ شروع شد ولی پیشرفت تکنولوژی آن از سال ۱۹۸۰ بود.
آلیاژهای آلومینیوم لیتیوم به راحتی قابل فورج هستند. مقدار تنشی که در حین کار بر آنها اعمال می‌شود. اخیراً پیشنهادهایی برای دمای فورج موردنیاز مشخص شده است، اگرچه برای آلیاژهای ۸۰۹۰ ۲۰۹۱ , ۲۰۹۰ I/M و برای بعضی از آلیاژهای P/M دمای موردنیاز مشابه آلیاژهای ۲۲۱۹, ۲۰۱۴ یا ۲۶۱۸ می‌باشد. برای آلیاژهای دیگر P/M ، دمای موردنیاز کمتر از مقادیر فوق می‌باشد. در نهایت برای آلیاژ IN 905 Xl ، عملیات حرارتی لازم نمی باشد، چون مقاومت و سختی در هنگام کار بدست می‌آید.
داشتن خواص مکانیکی، مخصوصاً کشش زیاد و سختی بالا، در چند سال اخیر در آلیاژهای آلومینیوم لیتیم با زیاد کردن لیتیم (۴ تا ۸ درصد) زیاد شده است. بدست آوردن این نوع فلز با مشخصات گفته شده در قالبهای بسته فورج مشکل می‌باشد، بنابراین بیشتر الیاژهای آلومینیوم لیتیوم را مانند مراحل آلیاژ T6xxx گرم می‌کنند تا خواص مکانیکی لازم را بدست آورند.
سریع جامد شدن، خواص مکانیکی خوب و دیگر مزایای P/M ، مراتب منحصر به فردی می باشند که باعث افزایش کشش، مقاومت در برابر گرما و افزایش مقاوومت در برابر خوردگی فلز را بالا میبرد که در روش I/M نیز بدست نمی آید.
جدول ۴ لیست ترکیبات چندین آلیاژ با مقاومت بالا را که با روش P/M تولید شده را نشان می‌دهد. این آلیاژهای آلومینیوم دارای کشش بالا، مقاومت در برابر گرما و خوردگی در هنگام فورج می باشند.
جدول ۴- آلیاژهای تولید شده توسط روش متالورژی پودر P/M
ترکیبات آلیاژهای آلومینیوم
پیشرفت در پیدا کردن عنصر ترکیبی در آلیاژهای آلومینیوم و ساخت شمش آلیاژها توسط روش مذاب یا ریخته گری و یا تکنیک P/M ، فصل جدیدی در ترکیبات آلومینیوم را گشود. در این آلیاژها، مواد تقویتی (برای مثال، سیلیکون کاربید boron carbide یا boron nitride) به طور مجزا به آلیاژ اضافه می‌گردد و ترکیباتی که به صورت غیردائم برای مورد مخصوصی اضافه می گردند، همگی برای موارد خاصی یا شرایط مخصوصی اضافه می‌شود.
این مواد علاوه بر تقویت آلیاژهای آلومینیوم دارای خواص دیگری نیز می باشند که باعث افزایش مدول الاستیک و دینامیک، افزایش کشش، کاهش خاصیت شکنندگی، افزایش مقاومت به سایش و افزایش مقاومت به خوردگی می‌شود.
جدول ۵ انواع فلز کامپوزیت که به صورت جداگانه به آلیاژ اضافه می گردد و در کار فورج مورد مصرف دارد را نشان می‌دهد. هیچ کدام از این موادها به تنهایی خاصیتی ندارد و در موقع ترکیب شدن با آلیاژ، خواص خوبی پیدا می‌کنند.
| Reinforcement loading vol% | Reinforcement(a) | Matrix alloys | Producer Type |
| ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۴۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ ۰-۳۰ | SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w)/SiC(p) SiC(w) SiC(w) SiC(w) | ۲xxx ۷xxx ۲۰۱۴ ۶۰۶۱ ۷۰۷۵ ۲۰۲۴ ۶۰۶۱ ۷۰۹۰ ۷۰۹۱ ۱۱۰۰ ۶۰۶۱ ۲۱۲۴ ۵۰۸۳ ۷۰۷۵ ۷۰۹۰ ۷۰۹۱ ۲۰۲۴ ۶۰۶۱ ۷۰۷۵ | Alcoa………P/M
Dural…….. I/M
DWA …….P/M
Silag………P/M
Kobe .…P/M-I/M |
| (a) SiC(p), particulate reinforcement: SiC(w) , whisher reinforce | |||
جدول