يُعد تشقق الصب في مصبوبات الألومنيوم نوعًا من العيوب التي تسبب ضررًا كبيرًا، حيث إنه يدمر استمرارية البنية المعدنية. وفي عمليات البثق أو الكلندرة اللاحقة، يتعذر ضغطه لإصلاحه. ولذلك، يُعتبر السبيكة التي تحتوي على تشققات منتجًا مهدرًا تمامًا أثناء فحص السبائك. يؤثر وجود شقوق الصب بشكل خطير على كفاءة الإنتاج والمنافع الاقتصادية لشركات معالجة الألومنيوم. ولذلك، من الضروري تحليلها ودراستها بشكل منهجي، واتخاذ تدابير فعالة لإصلاح الألومنيوم المصبوب أثناء الإنتاج، بهدف الحد من حدوث عيوب الشقوق وتحسين إنتاجية السبائك.
تصنيف شقوق الصب
وفقًا لعملية تشكلها، تُقسم شقوق الصب عادةً إلى شقوق ساخنة وشقوق باردة.
الشقوق الساخنة هي الشقوق التي تتشكل خلال فترة التبلور الفعلي. وبتخذ القوالب المستديرة مثالاً، فإن المظاهر الماكروسكوبية لهذه الشقوق تشمل الشقوق السطحية، والشقوق المركزية، والشقوق الحلقية، والشقوق الشعاعية، والشقوق عند فتحة الصب، وما إلى ذلك.
يشير مصطلح «التشقق البارد» إلى الشقوق التي تتشكل عندما تكون درجة حرارة السبيكة أقل من درجة الصهر، وتحدث معظمها عند حوالي 200 درجة مئوية. وتُعد الشقوق الجانبية والشقوق السفلية والانشقاقات في الغالب من أنواع التشقق البارد.
آلية تكوّن الشقوق الناتجة عن الصب
غالبًا ما يحدث التصدع البارد في الأجزاء الممتدة من القطع المصبوبة. وتكون القطع المصبوبة التي تتميز بفروق كبيرة في سماكة الجدران وأشكال معقدة، ولا سيما القطع الكبيرة والرقيقة، عرضة للتصدع البارد. وجميع العوامل التي من شأنها زيادة الإجهاد في القطعة المصبوبة، أو تقليل قوتها ومرونتها، ستسهم في ظهور الشقوق الباردة.
يُعد التصدع الحراري عيبًا شائعًا في عمليات الصب يصعب القضاء عليه تمامًا. وباستثناء سبيكة الألومنيوم-السيليكون (Al-Si)، يمكن ملاحظته في جميع سبائك الألومنيوم الصناعية المشوهة تقريبًا. وتشمل آلية تكوّن الشقوق الحرارية بشكل أساسي نظرية القوة، ونظرية الغشاء السائل، ونظرية تكوّن الشقوق. ومن بينها، تعتبر نظرية القوة هي النظرية العامة. استنادًا إلى نتائج الأبحاث المتعلقة بالخصائص الميكانيكية للسبائك عند درجات الحرارة العالية، يُعتقد أن جميع السبائك لها “نطاق درجة حرارة هشاشة” تتسم فيه بالقوة المنخفضة للغاية والاستطالة المنخفضة للغاية في منطقة الصلب-السائل فوق درجة حرارة الصلابة. وعندما تبرد السبيكة في هذا النطاق، فإن الإجهاد الناتج عن الانكماش يتجاوز قوة المعدن في ذلك الوقت، أو يتجاوز التشوه الناتج عن الإجهاد مرونة المعدن، مما يؤدي إلى تكوّن الشقوق الحرارية.
في عملية الإنتاج، لا توجد عمومًا شقوق ساخنة أو شقوق باردة بحتة. فمعظمها يبدأ بتكوين شقوق ساخنة، ثم تتطور هذه الشقوق الساخنة إلى شقوق باردة خلال عملية التبريد.
إصلاح الألومنيوم المصبوب
ترتبط العوامل المؤثرة في حدوث تشققات الصب بشكل أساسي بجودة المادة المنصهرة، ومعدات الصب، وظروف عملية الصب، وبنية الحبيبات. ولذلك، يمكننا اتخاذ التدابير المناسبة من هذه الجوانب الأربعة، بهدف منع حدوث تشققات الصب.
تقليل محتوى الشوائب
يمكن أن يؤدي تحسين التركيب الكيميائي إلى تحسين قابلية السبائك للتشكيل، والحد من تشقق السبائك. فعندما يكون محتوى الشوائب مرتفعًا، يزداد تشوه الشبكة البلورية في بنية السبائك، وتزداد الإجهادات الداخلية، وتقل بشكل كبير القدرة على مقاومة التشوه البلاستيكي، مما يجعل السبائك عرضة للتشقق.
تقليل محتوى الغاز ومحتوى الشوائب
عند صهر الألومنيوم وسبائكه، يتفاعل غاز الفرن والهواء مع الألومنيوم المنصهر عند السطح الفاصل بينهما، مما يؤدي إلى حدوث عمليات مثل الترابط والتحلل والذوبان والانتشار. ويتأكسد الألومنيوم ويمتص الغاز.
نظرًا لأن نسبة الهيدروجين (H₂) في الغاز الذي تمتصه المادة المنصهرة تمثل أكثر من 85%، كما أن قابلية ذوبان الهيدروجين في المادة المنصهرة تنخفض مع انخفاض درجة الحرارة. تترسب كمية كبيرة من الغاز عند تبلور المادة المنصهرة وتصلبها، مما يؤدي إلى تكوين مسام في السبيكة. يمكن أن تضعف الشوائب والمسام الارتباط بين الحبيبات، مما يتسبب في تركيز الإجهاد، ويقلل من ليونة السبيكة وقوتها، ويؤدي إلى حدوث تشققات في الصب.
إصلاح الألومنيوم المصبوب
يمكن لتقنية AdTech معالجة مشكلة تشققات سبائك الألومنيوم. إن وحدة إزالة الغازات عبر الإنترنت و وحدة الترشيح CFF تم تطويرها بواسطة شركة AdTech لمساعدة في إصلاح الألومنيوم المصبوب، وهي قادرة على تقليل المسامية والشقوق في سبائك الألومنيوم.
