كيف تفسر ظاهرة اللحام في قوالب الصب تحت الضغط من سبائك الألومنيوم؟
من بين جميع الأسباب الرئيسية لفشل قوالب صب الألومنيوم تحت الضغط ، أصبحت مشكلة التلاحم على سطح القالب موضع اهتمام متزايد. "التلاحم" هو مصطلح يستخدم في صناعة صب المعادن تحت الضغط ويشير إلى التفاعل بين القالب ومعدن الصب.
بمجرد حدوث لحام على سطح القالب، يتم تشكيل طور مركب بين المعادن Fe-Al معقد، مما يؤدي إلى عيوب على سطح المصبوب في دورة الصب التالية. كما تتراكم مركبات المعادن الصلبة على سطح القالب، وبالتالي يجب إيقاف الإنتاج وإزالة منتجات اللحام بواسطة عملية التلميع، مما يؤدي إلى إطالة وقت الإنتاج، وإهدار القوى العاملة، فضلاً عن تقليل عمر القالب.
عادةً ، يتم تقسيم "اللحام" إلى نوعين وفقًا لطريقة اللحام.
يُعرف أول شكل من أشكال التلاحم باسم "التلاحم بالصدمة"، حيث يحدث التلاحم عند سطح القالب باتجاه مدخل التجويف أو القناة الداخلية. تُتعرض هذه المناطق عادةً لضربة قوية من تدفق المعدن المنصهر عند التعبئة، وتكون درجة حرارتها السطحية أعلى، وتتعرض لضغط أكبر، مما يؤدي إلى سهولة تلف طبقة الحماية. مع الاستمرار في تدفق سبيكة الصب، تفشل طبقة الحماية للقالب وتكشف عن جسم المعدن، وتتفاعل السبكة مع مادة الجسم المعدني لتكوين طور مُركب بين المعادن مُعقد. تُعد المركبات بين المعادن أكثر صلابة من حيث صعوبة تشكيلها، وانسلاخها وكسرها أثناء عملية الصب يؤدي إلى عيوب في جودة القطعة المصبوبة، بالإضافة إلى إزالة مادة الجسم المعدني، وفضح سطح جديد. تُستمر هذه العملية بشكل متكرر، مما يؤدي إلى تفاقم ظاهرة التلاحم، وصولاً إلى حدّ التسبب في تآكل سطح القالب، وذوبان مادة القالب. لذلك، من الضروري إزالة السطح التالف وإصلاحه في وقت مبكر عند حدوث التلاحم.
يشير النوع الثاني من التماسك إلى "التماسك الترسيبي"، حيث يتم تطبيق التماسك على الجانب الخلفي من المدخل أو بعيدًا عن القناة. عادةً ما تكون هذه المناطق بعيدة عن وصول معالجة السطح أو مواد التشحيم. لذلك، تختلف حالة سطحها وتوزيع درجة حرارتها وضغطها عن المناطق الأخرى.
عادة ما تكون درجة حرارة سبائك الصب تحت الضغط أقل عند وصولها إلى هذه المناطق، كما تنخفض سيولتها، مما يجعلها عرضة للتصلب أولاً، وتطول مدة اتصال السبائك شبه الصلبة الساخنة بسطح القالب، بالإضافة إلى أن حالة سطح القالب نفسه ليست مثالية في هذه المنطقة، لذلك من السهل تشكيل مركبات FeAl بين المعادن، وخلال العديد من دورات الصب، تتراكم مركبات المعادن تدريجياً في هذه المناطق ذات السيولة المنخفضة، مما يؤدي في النهاية إلى التلاحم الشديد الذي يؤثر على إنتاج الصب تحت الضغط.
على الرغم من أن أشكال اللحام قد تختلف في مناطق مختلفة من قوالب الصب تحت الضغط من سبائك الألومنيوم، إلا أن هناك بعض الخصائص المشتركة التي تحدث بشكل عام - وهي أن منطقة اللحام على سطح القالب تظهر عادةً بلون فضي لامع.
يتكون طبقة اللحام في الغالب من مركبات بين معدنية Fe-Al معقدة، ونظرًا لكون هذه المركبات رقيقة للغاية، فإن تحليلها يواجه صعوبات معينة.
ومع ذلك ، فقد قام الباحثون الأجانب مثل Z.W.Chen و D.T.Fraser باستخدام حيود الأشعة السينية لتحليل بنية المركبات بين الفلزات التي تم إنشاؤها في سبيكة الألومنيوم المصبوبة تحت الضغط Al-11Si-3Cu من خلال غمسها في الفولاذ H13. وخلصوا إلى أن طبقة اللحام تتكون من طبقة مركبة من المركبات بين الفلزات αbcc-(FeSiAlCrMnCu) ، وطبقة ضيقة خارجية من المركبات بين الفلزات αH-(Fe2SiAl8) سداسية الأضلاع ، وطبقة ضيقة داخلية من المركبات بين الفلزات η-Fe2Al5 أحادية الميل. وتشبه التركيبة المجهرية لواجهة Fe-Al التي تم التقاطها بواسطة صورهم تلك التي تم الحصول عليها في تجربة "غمس الفولاذ H13 في سبيكة الألومنيوم المصبوبة تحت الضغط ADC12" التي أجريناها.
بسبب قلة كمية المركبات بين الفلزات بشكل كبير ورقة طبقة اللحام، بالإضافة إلى القيود المفروضة على أساليب التحليل، في المرحلة الحالية، لا يمكن للباحثين في الداخل والخارج سوى إجراء تحليل نوعي تقريبي لها. أما بالنسبة لقانون تكوين وتطور طبقة اللحام، فإن التحليل الكمي للمركبات بين الفلزات سيكون محور تركيز الباحثين في المستقبل.