اسم الباحث:سامي محمد غسان شربك

اسم المشرف :الدكتور المهندس فؤاد ضحيّة + الدكتور المهندس المهند مكي

العنوان :زيادة العمر الاستثماري لقالب بثق الألمنيوم بتحليل تأثير سبيكة الألمنيوم غير المجانسة وتعزيز دور النتردة

العنوان باللغة الإنكليزية :Increasing the Service Life of Aluminum Extrusion Die By Analysing the Non-Homogenized Billet Effect and Enhancing the Nitriding Role

العام :2023

القسم : هندسة التصميم والإنتاج

الملخص:تستخدم عادةً عملية المجانسة الحرارية لبيليت الألمنيوم AA-6063 بعد الصب لتحسين قابلية التشكيل على الساخن له بعملية البثق, إذ إن للمجانسة دوراً أساسياً في انحلال الطور الخشن Mg₂Si وتحول الطور β-AlFeSi الإبري إلى الطور α-AlFeSi الكروي, لتجنب التأثير الضار لهذه الأطوار المترسبة من ضغوط بثق عالية وأثرٍ حاكٍ قاسٍ في قالب البثق.مرّ البحث الحالي بثلاث مراحل مختلفة, لكن يجمع بينها رابط أساسي يكمن في الحفاظ أو زيادة العمر الاستثماري لقالب تشكيل الألمنيوم على الساخن بالبثق في ظل غياب عملية المجانسة الحرارية لبيليت الألمنيوم.ففي المرحلة الأولى, استعرضت نتائج تأثير غياب عملية المجانسة الحرارية في العمر الاستثماري للفولاذ AISI H13  المستخدم في صناعة قوالب البثق وذلك بناءً على دراسة إحصائية. وقيّم تأثير البيليت على أداء قوالب البثق بناءً على تحليل كامل لبيانات جمعت من 74 قالب من مصنع محلي. وصُنّفت عيوب القوالب الناشئة إلى ثلاثة أنواع رئيسة: عيوب التصدع والكسر, وعيوب الاهتراء, وعيوب التشوه اللدن. وقد أظهرت الدراسة التحليلية أن القوالب التي يتم البثق عليها بالاعتماد على البيليت غير المجانس أكثر تأثراً بالفشل المبكر خاصةً القوالب ذات نسب التعقيد والبثق العالية, إذ يتناقص العمر الاستثماري الوسطي لها إضافةً إلى انخفاض معدلات الإنتاج عليها.أما المرحلة الثانية, فتناولت جودة بيليت الألمنيوم الخام 6063 المصنّع بطريقة الصب المستمر والتبريد المباشر بالماء Direct Chill Casting إذ فُحصت عينات البيليت بالاعتماد على أجهزة اختبار عدّة كالمجهر الضوئي، وجهاز فحص قساوة فيكرز HV، وجهاز تحليل انعراج الأشعة السينية XRD وجهاز التحليل الطيفي. في الخطوة الأولى, أُضيف المنعّم Grain Refiner (GR) Al5Ti1B من أجل تحسين البنية المجهرية حيث تم الحصول على حبيبات أكثر انتظاماً وتناسقاً سواء في حافة أو مركز البيليت. كما جرى تطبيق درجات حرارة وسرعات صب مختلفة حيث لوحظ أنه باعتماد درجات حرارة صب منخفضة وسرعات صب عالية تم الحصول على بنية حبيبية ناعمة متناسقة. تسهم تلك البنية في تحطيم الطور β-AlFeSi المتشكل على حدود البلورات, والذي يسبب عادةً ضغوط بثق عالية وتأثير حاك في سطح الضبط لقالب البثق. وقد دُرس مخطط الانحلال الطوري Al-Mg₂Si ولوحظ أنه لدرجة حرارة تسخين البيليت قبل البثق مع الحفاظ على زمن إبقاء أثر إيجابي في انحلال قسم جيد من رواسب الطور Mg₂Si , إضافةً إلى التخلص من ظاهرة العزل المجهري Micro Segregation مع الانتباه إلى ضبط نسب السليكون والمغنزيوم ودرجة حرارة تسخين البيليت تبعاً لارتفاع نسب الحديد. وفي نهاية هذه المرحلة قورنت الخواص الميكانيكية لقضبان الألمنيوم المبثوقة من بيليت مجانس وغير مجانس قبل التحسين وبعده.أما المرحلة الثالثة, فتناولت أثر المعالجة الحرارية بالنتردة في عمر قالب البثق, إذ تعد التقسية السطحية بعملية النتردة الغازية واحداً من أهم العوامل المؤثرة في تعزيز العمر الاستثماري لقوالب الفولاذ      AISI H13 المستخدمة في بثق سبائك الألمنيوم على الساخن, وتستخدم هذه المعالجة بشكل متكرر بعد دورات بثق عدة من أجل إعادة تقسية سطح ضبط القالب الذي يتعرض لدرجات حرارة عالية, وللاحتكاك لدى بثق سبائك الألمنيوم, وينتج عن ذلك اهتراء طبقة النتردة الموجودة. ودُرس تأثير إعادة النتردة في عينات الفولاذ AISI H13 مرة واحدة ثم مرتين وثلاثة مرات, إذ عولجت حرارياً بالنتردة على مرحلتين لمراقبة نمو طبقة النتردة وتركيبها، و درجة قساوتها وعمقها وجودتها. ووُصّفت طبقات النتردة باستخدام تقنيات مختلفة تشمل مجهراً ضوئياً، وتحليل انعراج الأشعة السينية، وتحليل القساوة السطحية. وقد أظهرت النتائج التجريبية أن ضبط معالجة النتردة على الفولاذ H13 له تأثير مهم في ثخانة الطبقة البيضاء وعلى الأطوار المشكلة فيها وعمق طبقة الانتشار والبنية المجهرية, ووُجد أيضاً أنه بدراسة أثر التأكسد بتطبيق درجات حرارة مختلفة مقابلة لدرجات حرارة البثق العالية ولأزمنة مختلفة وذلك لمراقبة أثر زوال طبقة النتردة, أنه أدى إلى تراجع الطبقة البيضاء وتلاشيها. وأخيراً وُضعت جدولة لضبط تكرارية النتردة تبعاً لإنتاجية القالب

الكلمات المفتاحية :مجانسة بيليت الألمنيوم, فشل قوالب التشكيل بالبثق, عيوب البثق على الساخن, التقسية السطحية, النتردة الغازية.

تحميل البحث: