ریخته‌گری آلومینیوم و عیبی به نام مک

مک‌، عمومی‌ترین عیب در ریخته‌گری آلومینیوم:

مک عمومی‌ترین عیبی است که در قطعات ریخته‌گری یافت می‌شود و عامل اصلی برگشت قطعات است.

ریخته‌گران اغلب مک‌ها و تخلخل‌ها را به دو دسته‌ی گازی و انقباضی تقسیم می‌کنند. این گونه تقسیم‌بندی همیشه معتبر نیست. زیرا اکثر مک‌ها از ترکیب گازی و انقباضی حاصل شده است.

1. مک‌های انقباضی

حفره‌های ماکروسکوپی که در قطعات ریختگی یافت می‌شوند اکثرا ناشی از انقباض به واسطه عمل تغذیه ضعیف (poor feeding) هستند. بزرگ‌ترین حفره‌ی انقباضی معمولا به صورت لوله‌ای (pipe) در تغذیه (riser) شکل می‌گیرد.

مک انقباضی ممکن است در سطح قطعه نیز اتفاق بیافتد. در طی انجماد آلیاژهای با دامنه انجماد زیاد (long freezing range) کانال‌های بین دندریتی ممکن است در سطح قطعه راه یابد. هنگامی که این کانال‌ها منجمد می‌شوند؛ مذاب مربوطه منقبض شده و از سطح فاصله گرفته و مک سوزنی (pinhole pore) در سطح ایجاد می‌کند.

2. مک‌های گازی

مک‌هایی که فقط ناشی از گاز هستند؛ به واسطه محبوس شدن حباب گازی در حین انجماد پس از ریخته‌گری آلومینیوم به وجود می‌آیند. جوانه‌زنی حباب‌های هیدروژن در مذاب آلومینیوم فرآیند بسیار مشکلی است و نیاز به میزان بسیار زیادی هیدروژن حل شده دارد. بنابراین مک‌های ناشی از هیدروژن به ندرت در شرایط طبیعی اتفاق می‌افتد.

3. مک‌های ناشی از گاز و انقباض

اکثر مک‌های میکروسکوپی (ریز) در قطعات ریختگی به واسطه تلفیقی از گاز و انقباض حاصل شده‌اند. این‌گونه مک‌ها عموما در مناطق بین‌دندریتی که آخرین قسمت‌های ساختار در حین انجماد هستند؛ تشکیل می‌شوند.

دلیل این‌که چرا اغلب مک‌ها در آخرین مراحل فرایند انجماد شکل می‌گیرند و چرا این‌گونه مک‌ها ناشی از گاز و انقباض هستند با ملاحظه رابطه ساده ذیل که شرایط پایدار بودن مک را نشان می‌دهد؛ مشخص می‌گردد.

برای این‌که یک مک وجود داشته باشد (پایدار باشد)؛ فشار داخلی‌اش (p_i) بایستی کافی بوده تا بر تمام نیروهای خارجی که می‌تواند آن را متلاشی نماید، غلبه کند.

این نیروها عبارتند از:

1. فشار اتمسفر که بر سطح مذاب اعمال می‌شود (p_atm)
2. فشار متالواستاتیکی سر (head) (P_H)
3. نیروهای ناشی از کشش سطحی فازهای مایع یا جامد که در تماس با مک هستند. این نیروها معادل /rɤ۲ بوده که در آن ɤ کشش سطحی و r شعاع اصلی انحنای مک است. (radii of curvature) بنابراین:

P_i > P_atm + P_H + 2ɤ/r

در حالی که P_atm  و P_H در بیشتر عملیات ریخته‌گری، زیاد نیستند. کشش‌های سطحی فلزات خیلی زیاد بوده و مسلما هنگامی که یک مک (pore) شروع به تشکیل می‌نماید؛ شعاع انحنا r بسیار کوچک است.

بنابراین عبارت ۲ɤ/r بسیار بزرگ بوده و مقادیر زیاد فشار داخلی برای تشکیل یک مک (pore) مورد نیاز است. این فشار داخلی از دو مولفه تشکیل شده است:

1. فشار گازی داخلی، (P_G (Gas pressure:

این عامل فقط در مراحل نهایی (انتهایی) انجماد حائز اهمیت است، یعنی هنگامی که مقادیر زیاد هیدروژن در فضاهای مذاب بین دندریتی به دلیل کاهش حلالیت در حالت جامد تجمع می‌یابد.

2. فشار انقباضی، (P_s (shrinkage pressure:

که می‌توان آن را به صورت تنش کششی در فضاهای مذاب بین دندریتی به واسطه انقباض مذاب ناشی از انجماد و عدم مذاب رسانی به این فضای انقباضی از طریق شبکه‌ی دندریتی منجمد شده ملاحظه نمود.

برای این که یک مک پایدار شود و رشد نماید؛ شرایط ذیل بایستی حاکم باشد:

P_G + P_S > P_atm + P_H + 2ɤ/r

 و چون این امر فقط در مراحل نهایی فرآیند انجماد اتفاق می‌افتد؛ بنابراین اکثر مک‌ها به صورت مک‌های ریز بین دندریتی هستند.

چون معمولا مجموع فشار گازی (P_G) و فشار انقباضی (P_s) برای جوانه‌زنی مک و حفره کافی نیست؛ در نتیجه ذرات جامد دیگری لازم است تا به جوانه‌زنی هتروژن مک کمک نماید. بنابراین آخال‌ها به تشکیل مک و تخلخل کمک می‌کنند.

مذاب‌های کثیف‌تر، تمایل بیشتری به ایجاد قطعات ریختگی متخلخل و مک‌دار نسبت به مذاب‌های تمیزتر که از طریف فیلتر کردن حاصل می‌شوند؛ دارند.

مک‌های گازی (ناشی از هیدروژن) بر خواص مکانیکی تاثیر منفی میگذارد.