يؤدي حجم الحبيبات الأصغر إلى تحسين سلامة المصبوب من خلال تقليل الانكماش والتشقق الساخن والمسامية الهيدروجينية إلى أدنى حد. وفي ظل ظروف التصلب العادية التي تشمل النطاق الكامل لعمليات الصب التجارية، تظهر سبائك الألومنيوم التي لم تخضع لعملية تنقية الحبيبات هياكل عمودية خشنة و/أو هياكل متساوية المحاور خشنة.
كما أن البنية الحبيبية الدقيقة تقلل إلى أدنى حد من التأثيرات على قابلية الصب والخصائص المرتبطة بحجم وتوزيع المركبات الفلزية المشتركة التي تتشكل بشكل طبيعي. فالجزيئات الفلزية المشتركة الكبيرة غير القابلة للذوبان، التي تكون موجودة أو تتشكل في النطاق الحراري بين درجة الانصهار ودرجة التجميد، تقلل من معدل التغذية. ويعزز حجم الحبيبات الناعم تكوين جسيمات معدنية مشتركة أدق وأكثر توزيعًا بشكل متساوٍ، مع ما يرافق ذلك من تحسينات في خصائص التغذية. ونظرًا لأن معظم هذه المراحل الأكثر هشاشة تترسب في مرحلة متأخرة من عملية التصلب، فإن تكوينها التفضيلي عند حدود الحبيبات يؤثر أيضًا تأثيرًا عميقًا على مقاومة التمزق والخصائص الميكانيكية في الهياكل ذات الحبيبات الخشنة.
بالإضافة إلى الأكاسيد، يمكن اعتبار عدد من المركبات الأخرى شوائب في الهياكل المصبوبة. يحتوي كل الألومنيوم على كربيد الألومنيوم (Al₄C₃) الذي يتشكل أثناء عملية الاختزال. وقد توجد أيضًا مركبات البوريد. ومن خلال التكتل، يمكن أن تصل مركبات البوريد إلى حجم كافٍ لتشكل عاملاً مهمًا في بنية المعدن، مع آثار سلبية بشكل خاص على عملية التصنيع الآلي.
آثار الشوائب
في جميع الظروف، تُضر الشوائب — سواء كانت على شكل طبقة رقيقة أو جسيمات — بالخصائص الميكانيكية. ويتمثل التأثير الإجمالي للشوائب في تقليل المقطع العرضي الفعال للمعدن تحت الحمل. أما التأثير الأكثر تدميراً على الخصائص فهو تركيز الإجهاد الذي يحدث عندما تظهر الشوائب على سطح الأجزاء أو العينات أو بالقرب منه. وتنخفض مقاومة التعب في الحالة الأخيرة بسبب تأثير الشق. وعادةً ما تكون قوة الانكسار وقوة الخضوع أقل، وقد تنخفض الليونة بشكل كبير عند وجود الشوائب.
غالبًا ما توجد شوائب جسيمية صلبة مصحوبة بأكاسيد ذات طبيعة غشائية. حيث يتم إزالة البوريدات والكربيدات والأكاسيد والجسيمات غير المعدنية الموجودة في المادة المنصهرة، ثم تتركز في مناطق محددة داخل بنية القطعة المصبوبة.
بنية الحبوب
عادةً ما يُفضل أن تتميز مصبوبات الألومنيوم ببنية حبيبية دقيقة ومتساوية المحاور. ويتحدد نوع وحجم الحبيبات المتكونة بناءً على تركيبة السبيكة، ومعدل التصلب، وإضافة السبائك الرئيسية (مُحسِّنات الحبيبات) التي تحتوي على جزيئات الطور الفلزي المشترك، والتي توفر مواقع لتكوين نوى الحبيبات غير المتجانسة.
تتسم المسامية، إن وجدت، بوجود فراغات منفصلة أصغر حجمًا في الأجزاء ذات الحبيبات الدقيقة. ويتأثر حجم فراغات الانكماش بين التشعبات بشكل مباشر بحجم الحبيبات.
يؤدي التوزيع الأكثر دقة للمركبات المعدنية القابلة للذوبان في جميع أنحاء المصبوبات ذات الحبيبات الدقيقة إلى استجابة أسرع وأكثر اكتمالاً للمعالجة الحرارية. ويمكن توقع الحصول على خصائص ميكانيكية أكثر اتساقًا بعد المعالجة الحرارية.
تحسين ناعمة الحبيبات
يمكن جعل جميع سبائك الألومنيوم تتصلب مع تحسين بنية الحبيبات الدقيقة ذات المحاور المتساوية تمامًا من خلال استخدام المضافات المُحسِّنة للحبوب. أكثر أنواع مصافي الحبوب استخدامًا هي السبائك الرئيسية المكونة من مضافات التيتانيوم, ، أو من التيتانيوم والبورون، في الألومنيوم. تحتوي مُحسّنات الألومنيوم-التيتانيوم عمومًا على ما يتراوح بين 3 و10% من التيتانيوم. ويُستخدم نفس نطاق تركيزات التيتانيوم في مُحسّنات Al-Ti-B التي تحتوي على البورون بنسبة تتراوح بين 0.2 و1% ونسب التيتانيوم إلى البورون التي تتراوح بين حوالي 5 و50. وعلى الرغم من أن مصافي الحبيبات من هذه الأنواع يمكن اعتبارها مواد تقسية تقليدية أو سبائك رئيسية، فإنها تختلف عن السبائك الرئيسية التي تُضاف إلى المادة المنصهرة لأغراض صناعة السبائك وحدها.
ولكي تكون عملية صقل الحبيبات فعالة، يجب على مصافي الحبيبات إدخال كميات محكومة ومتوقعة وعملية من الألومينيدات (والبوريدات) بالشكل والحجم والتوزيع الصحيحين لتكوين نوى الحبيبات. وتتوفر مصافي الحبيبات المُشكَّلة على شكل قضبان — والتي تم تطويرها للمعالجة المستمرة للألومنيوم في العمليات الأولية — بأطوال مقطوعة للاستخدام في أعمال الصب.
