آزمون‌هايي كه احتمالاً روي مواد يكسان در شرايط يكسان انجام مي‌گيرند، به‌طور معمول به نتايج يكساني ختم نمي‌شوند. دليل اين امر، وجود خطاهاي ذاتي اتفاقي در هر رويه است، عواملي كه بر نتايج يك آزمون تأثير گذاشته و قابل كنترل نخواهد بود. در تفسير عملي داده‌هاي يك آزمون، اين متغيرهاي ذاتي بايد محاسبه شوند، به عبارتي، اختلاف بين نتايج آزمون و مقدار واقعي، ناشي از مقادير خطاهاي اتفاقي است كه سبب انحراف نتايج آزمون از مقادير واقعي است.
در كاربرد يك رويه آزمون، پارامترهاي مختلفي در تغييرات نتايج آن شركت دارند:
- اپراتور
- دستگاه مورد استفاده
- كاليبراسيون دستگاه
- شرايط (شامل دما، رطوبت، فشار هوا)
با تغيير آزمايشگاه، تمامي عوامل فوق نيز تغيير خواهند كرد. تغييرات حاصله در نتايج آزمون ناشي از اپراتورهاي متفاوت يا تجهيزات متفاوت، به مراتب بيش از تغييرات ناشي از يك اپراتور با يك دستگاه است. تغييرات حاصله در نتايج آزمون ناشي از فاصله زماني زياد به مراتب بيش از تغييرات ناشي از يك فاصله زماني كم است و علت اين امر، افزايش احتمال تغيير در عوامل فوق و به‌خصوص شرايط محيطي است.
عبارت عمومي، براي بيان نزديكي نتايج اندازه‌گيري به مقدار واقعي يا مقدار مرجع «درستي» است. در موارد عملي، به روش‌هاي استاندارد معيني براي تعيين دقت روش آزمون نياز است.
دراين استاندارد، يك رويه استاندارد براي تعيين دقت روش آزمون مهيا مي‌شود. با ارزيابي روش‌هاي آزمون، دقت با دو مفهوم اندازه‌گيري تكرارپذيري و تكثيرپذيري بازگو مي‌شود. در شرايط تكرارپذيري، عوامل فوق ثابت نگه داشته شده و تغييرات به حداقل مي‌رسند. در شرايط تكثيرپذيري، عوامل فوق متفاوت خواهند بود (يعني از يك آزمايشگاه به آزمايشگاه ديگر، تغيير مي‌كنند) بنابراين، ارزيابي عوامل تأثيرگذار بر نتايج آزمون به‌گونه‌اي ديگر خواهد بود.
سؤالاتي شامل تعداد آزمايشگاه‌هاي مورد نياز جهت دستيابي به نتيجه‌اي موفق و همچنين تعداد نتايج آزمون هر آزمايشگاه، بر اطمينان از نتايج حاصله اثر مي‌گذارد. مواردي ديگر، شامل: تعداد، رنج و نوع مواد انتخاب شده، براي نيل به رويه‌اي دقيق، مؤثر است.
براي ارزيابي سازگاري اطلاعات حاصل از آزمايشگاه‌ها، دو عامل به‌كار مي‌رود:
مقدار h: نشان مي‌دهد كه چگونه ميانگين سلول يك آزمايشگاه براي يك ماده خاص با ميانگين ساير آزمايشگاه‌ها مقايسه مي‌شود.
مقدار k: نشان مي‌دهد كه چگونه تغييرات درون آزمايشگاهي يك آزمايشگاه، تحت شرايط تكرارپذير براي يك ماده خاص، با ساير آزمايشگاه‌ها مقايسه مي‌شود. مقاديري از k كه بيش از يك باشد، بيانگر تغيير زياد درون آزمايشگاهي نسبت به ميانگين كل آزمايشگاه‌هاست. چون انتظار مي‌رود كه براي هر آزمايشگاه تغييرات وجود داشته باشد، مقادير بحراني k محاسبه مي‌گردد تا معين شود آيا انحراف استاندارد سلول يك آزمايشگاه به حد كافي با ديگر آزمايشگاه‌ها تفاوت دارد يا خير، تا در اقدامي اصلاحي، بررسي و اصلاح شود.

ديدگاه
اين روش به تشريح تكنيك‌هايي براي برنامه‌ريزي، هدايت، آناليز و رفتار نتايج حاصل از مطالعات بين آزمايشگاهي مي‌پردازد. تكنيك‌هاي آماري اين روش، اطلاعات كافي براي دسته‌بندي عبارات دقيق روش‌هاي آزمون را مهيا مي‌كند.

كاربرد
اين روش شامل روش‌هاي آزموني است كه حاوي كميت عددي به عنوان نتيجه آزمون است. البته اين كميت مي‌تواند حاصل محاسبه مجموعه‌اي از چند اندازه‌گيري باشد.

مشاهدات، مقادير مياني آزمون و نتايج آزمون
يك روش آزمون، به طور معمول شامل سه مرحله است:
- مشاهده مستقيم ابعاد يا استعداد
- تركيب رياضي مقادير مشاهدات براي دستيابي به مقادير مياني آزمون
- تركيب رياضي تعدادي از مقادير مياني آزمون براي دستيابي به نتايج آزمون
در يك روش ساده آزمون مشاهده‌اي مستقيم شامل هر دو مرحله مقادير مياني و نتايج آزمون مي‌شود. مثلاً، در يك روش آزمون، به اندازه‌گيري جرم نمونه بر طبق رويه‌اي مشخص نياز است و در روشي ديگر، به اندازه‌گيري سطح نمونه نياز داريم. سپس، با تقسيم جرم بر سطح، دستيابي به جرم بر واحد سطح نمونه ميسر مي‌شود.
در تمامي رويه‌هاي فوق، اندازه‌گيري جرم، سطح و در انتها محاسبه جرم بر واحد سطح، مقدار مياني آزمون است. اگر در يك روش آزمون، فقط مقدار مياني آزمون به دست آيد، اين مقدار همان نتيجه آزمون خواهد بود. در يك سري از روش‌هاي آزمون كه در آنها چندين مقادير مياني به دست مي‌آيد، با محاسبه ميانگين يا ساير تركيب‌هاي مقادير مياني، نتيجه آزمون حاصل مي‌شود. ميانگين چندين مقدار مياني، اغلب براي كاهش اثر تغييرات موضعي يا مكاني موجود ناشي از خاصيت مواد، به‌كار مي‌رود. تعداد مقادير مياني لازم مورد نياز هر نتيجه آزمون مي‌بايست در هر روش آزمون تعيين شود.

تكرارپذيري و تكثيرپذيري
اين دو عبارت، به تغييرات نتايج به دست آمده آزمون در شرايط آزمايشگاهي معين مرتبط هستند. تكرارپذيري، شامل تغييرات بين نتايج به دست آمده آزمون مستقل در يك آزمايشگاه، در مدت زماني كوتاه توسط يك اپراتور و مجموعه‌اي مشخص از تجهيزات آزمون بر روي نمونه‌هاي اتفاقي همگن است كه براي استفاده در آزمايشگاه تهيه شده است. تكثيرپذيري، به تغييرات بين نتيجه آزمون به دست آمده در آزمايشگاه‌هاي مختلف اشاره مي‌كند.

شرايط تكرارپذيري
همان‌طور كه گفته شد، يك اپراتور و يك مجموعه از تجهيزات، به اين معني است كه در هر مرحله خاص از رويه اندازه‌گيري، از يك اپراتور و تجهيزاتي معين استفاده مي‌شود.

طراحي اوليه
جهت دستيابي به تخميني خوب از تغييرپذيري درون آزمايشگاهي و يا بين آزمايشگاهي، طراحي اوليه توسط جدولي دو راهه نمايش داده مي‌شود كه در آن، سطرها نمايانگر آزمايشگاه‌ها و ستون‌ها، بيانگر مواد يا نمونه‌ها بوده و هر سلول (تقاطع سطر با ستون) شامل نتايج آزموني است كه توسط آزمايشگاهي خاص روي موادي خاص انجام شده است (جدول يك).

روش آزمون
به عنوان يك مورد اوليه مهم، وجود روش آزمون تأييد شده و صحيح كه توسط يك يا چند آزمايشگاه شايسته، نوشته و صحه‌گذاري شده و اثرات ناشي از تغييرات در شرايط محيطي يا ديگر شرايط آزمون، آشكارا در روش آزمون درج شده باشد، ضروري است. مثلاً، دماي آزمايشگاه يا تجهيزات گرم‌كننده به‌كار رفته در آزمون، در نتايج مؤثر بوده و نبايد از اثرات آن صرف نظر كرد. البته، اين آثار در مواردي نيز بسيار كم هستند.
شرايط آزموني كه به‌طور محسوس بر نتايج آزمون تأثير مي‌گذارد، بايد مشخص شود و درجه مناسبي از كنترل شرايط آزمون در رويه، معين گردد . روش آزمون، بايد تعداد ارقام هر مشاهده اندازه‌گيري را نيز تعيين كند.

آزمايشگاه ها
يك گروه مطالعات بين آزمايشگاهي، بايد شامل 30 آزمايشگاه يا بيشتر باشد. در عمل، تحقق اين امر ممكن است عملي نباشد و بعضي از اين گروه‌ها، با تعداد كمتري آزمايشگاه فعاليت كنند. وجود تعداد كافي آزمايشگاه در يك گروه مطالعات بين آزمايشگاهي، مهم بوده است، زيرا تعداد جامعه آزمايشگاهي بايد به حدي برسد كه تخمين خوبي از تكثيرپذيري حاصل شود. تحت هيچ شرايطي صحه‌گذاري روش آزمون نبايد با كمتر از شش آزمايشگاه انجام گيرد. در اين رويه، از مثالي شامل هشت آزمايشگاه استفاده شده است. شايسته است تا آزمايشگاه‌هاي داراي امكانات مناسب و تجهيزات آزمون كافي، اپراتورهاي لايق و آشنا با روش آزمون، خوشنام در انجام آزمون و صرف وقت كافي و علاقه براي انجام اين رويه، انتخاب شود. اگر آزمايشگاهي ساير نيازمندي‌ها را برآورده كند، اما از تجربه كافي برخوردار نباشد، ابتدا بايد با روش آزمون آشنا شود. براي نيل به تضميني صحيح در اندازه‌گيري تكرارپذيري، تعدادي كافي از نتايج آزمون بايد حاصل شود.

مواد يا نمونه‌ها
مواد اختصاص يافته، با هر خواصي، بايد قابل اندازه‌گيري باشند. مواد مختلف كه خواصي يكسان دارند، ممكن است داراي سطوح متفاوتي باشند. يعني بايد خصوصياتي با مقادير بالاتر يا پايين‌تر باشند و به اين ترتيب با انتخاب مواد داراي خصوصيت يكسان و سطوح مختلف، محدوده‌اي خاص از مواد را خواهيم داشت. تعداد و نوع مواد به كار رفته در هر گروه مطالعات بين آزمايشگاهي، به گستره خاصيت مواد مورد آزمون، تنوع مواد به كار رفته در آزمون، دشواري و مخارج موجود، پردازش، توزيع مواد و نمونه‌ها، مشكلات ناشي از زمان مورد نياز و هزينه‌هاي انجام آزمون، نيازهاي تجاري يا حقوقي براي نيل به تخميني با دقت بسيط و جامع و در انتها به عدم قطعيت تمامي موارد فوق بستگي خواهد داشت: مثلاً، اگر قبلاً مشخص شده باشد كه دقت ثابت بوده و يا در كل گسترده مقادير، نسبتي از مقدار ميانگين است، به تعداد كمتري از مواد نياز است تا بيان شود دقت در سطوح متفاوت، مختلف خواهد بود. در يك آزمون، بايد سه ماده در سطوح مختلف وجود داشته باشد و براي بهبود كامل دقت و درستي نتايج، بايد شش ماده يا بيشتر مورد مطالعه قرار گيرند. مواد انتخاب شده بايد تا حد ممكن، همگن باشند.

تعداد نتايج آزمون به ازاي هر ماده يا نمونه
در طراحي يك گروه مطالعات بين آزمايشگاهي، بايد تعدادي كافي از نتايج آزمون هر ماده تعيين شود تا تخميني خوب از تكرارپذيري و نيز انحراف استاندارد تكرارپذيري، حاصل شود. در حالتي كه انحراف استاندارد تابعي از سطوح اندازه‌گيري است، انحراف براي هر سطح يا گستره بايد به‌طور مجزا محاسبه شود. يعني، تعداد نتايج آزمون هر ماده در هر آزمايشگاه، به تعداد كمتري مانند سه يا چهار اندازه‌گيري محدود مي‌شود. حداقل تعداد نتايج آزمون در هر آزمايشگاه، به‌طور معمول سه نتيجه براي آزمون‌هاي شيميايي و سه يا چهار اندازه‌گيري براي كميات فيزيكي است. در صورت تخريب نمونه‌ها يا سؤال برانگيز بودن نتايج آزمون‌ها، تعداد آزمون‌ها به دو آزمون كاهش مي‌يابد و در صورت نوسان در نتايج، اين تعداد به 10 آزمون نيز افزايش خواهد يافت. به‌طور معمول، بهتر است آزمون‌هاي زيادي بر روي مواد بيشتر در آزمايشگاه‌هاي زيادتري انجام شود.
مواردي چون انديس روش آزمون، نحوه كاليبراسيون و دوره كاليبراسيون، مدت زمان بين نتايج اندازه‌گيري، شرايط نگهداري مواد و نمونه‌ها، نحوه كددهي به مواد يا نمونه‌ها، تهيه و توزيع مدارك و جداول خام و همچنين اعلام تعداد ارقام معني‌دار قابل ثبت بايد در روش آزمون معين شود.
قبل از اجراي رويه آزمون توسط آزمايشگاه‌ها، ابتدا بايد روش آزمون توسط يك يا دو آزمايشگاه بررسي و اجرا شود تا به اين ترتيب، نواقص رويه حذف و روش آزمون به‌طور كامل روشن و واضح شود. در ادامه بايد تمامي موارد روش آزمون به آزمايشگاه‌ها، بخصوص آزمايشگاه‌هاي ضعيف‌تر، آموزش داده شود.

آماده‌سازي و توزيع مواد يا نمونه‌ها
ابتدا بايد به تعداد كافي نمونه تهيه كرده، همه را برچسب زده و پس از شماره‌گذاري، تفكيك كرد. سپس بايد آنها را به‌طور اتفاقي بين آزمايشگاه‌ها تقسيم كرد. هنگام ارسال، دقت كنيد تا نمونه‌ها از بسته‌بندي لازم و مفيد برخوردار باشند. در انتها، آزمايشگاه گيرنده پس از دريافت نمونه‌ها و اطمينان از صحت آنها اعلام وصول خواهد كرد.

محاسبات آماري
محاسبات با بررسي نتايج آزمون ميزان گلوكز موجود در سرم (جدول 1) كه در پنج گستره توسط هشت آزمايشگاه اندازه‌گيري شده، روشن مي‌شود. در اين جدول، هر آزمايشگاه سه نتيجه آزمون براي هر گستره به دست آورده است. براي انجام محاسبات گسترده، لازم است ارقام زيادي در نظر گرفته شوند تا اطمينان يابند كه با گرد كردن اعداد، از اطلاعات مهم و معني‌دار در محاسبات صرف‌نظر نمي‌شود. به عنوان قانوني عمومي، بايد مقدار ميانگين حداقل دو رقم بيش از نتايج آزمون ثبت شده باشد و انحراف استاندارد حداقل سه رقم معني‌دار باشد.

نتايج آزمون دريافتي از هر آزمايشگاه، در جدولي مطابق با جدول يك، مرتب مي‌شود. هر ستون شامل نتايج حاصل از تمامي آزمايشگاه‌ها بر روي يك ماده و هر سطر، شامل نتايج حاصل از يك آزمايشگاه بر روي تمامي مواد است. بنابراين، هر سلول، شامل نتايج آزمون يك آزمايشگاه بر روي يك نمونه است. مثلاً، سلول C2 شامل نتايج آزمايشگاه دوم بر روي نمونه C است.
مطابق جدول 2، نتايج آزمون ماده A حاصل از تمامي آزمايشگاه‌ها در يك جا ارائه شده و مي‌توان اين جدول را براي تمامي مواد ترسيم كرد.
ميانگين سلول  : ميانگين سلول هر آزمايشگاه توسط معادله زير محاسبه مي‌شود:

: مقدار ميانگين هر سلول
x: مقدار انحصاري نتايج آزمون هر سلول
n: تعداد نتايج آزمون در هر سلول
بنابراين، براي ماده نوع A، مقدار ميانگين سلول عبارت است از:

انحراف استاندارد سلول  S: با توجه به معادله زير انحراف استاندارد نتايج آزمون هر سلول محاسبه مي‌شود:

بنابراين براي سلول A1 داريم:

ميانگين ميانگين سلول‌ها : مطابق معادله زير ميانگين  محاسبه مي‌شود:

: ميانگين ميانگين سلول‌ها

: ميانگين هر سلول

p: تعداد آزمايشگاه‌ها
بنابراين براي ماده A ميانگين ميانگين سلول‌ها عبارتست از:

انحراف سلول (d): براي هر يك آزمايشگاه‌ها، انحراف سلول با كسر ميانگين هر سلول ميانگين ميانگين سلول‌ها محاسبه مي‌شود:

بنابراين براي ماده نوع A داريم:

انحراف استاندارد ميانگين سلول‌ها (S): با استفاده از معادله زير محاسبه مي‌شود:

بنابراين براي ماده A داريم:

انحراف استاندارد تكرارپذيري (Sr­): با توجه به معادله زير محاسبه مي‌شود:

Sr: انحراف استاندارد تكرارپذيري
S: انحراف استاندارد هر سلول
بنابراين براي ماده A داريم:

انحراف استاندارد تكثيرپذيري (SR): با توجه به معادله زير محاسبه مي‌شود:

بنابراين براي ماده A داريم:

مقدار نهايي SR بيشترين مقدار بين دو مقدار (1.0588) SR و (1.0632) Sr است.

SR=1.0632

سازگاري آماري h و k:
براي هر سلول مقادير h مطابق معادله زير محاسبه مي‌شود:

h: سازگاري آماري بين آزمايشگاهي
d: انحراف سلول (انحراف ميانگين سلول از ميانگين سلول‌ها)
: انحراف استاندارد ميانگين سلول‌ها
براي سلول A1 داريم:

براي هر سلول مقادير k مطابق معادله زير محاسبه مي‌شود:

K: سازگاري آماري درون آزمايشگاهي
S: انحراف استاندارد هر سلول براي يك آزمايشگاه
Sr: انحراف استاندارد تكرارپذيري مواد
بنابراين براي سلول A1 داريم.
K=0.2230/1.0632=0.21

نمايش جدولي و نموداري محاسبات آماري
اگر اطلاعات آماري به شكلي مطرح شوند كه بررسي و نتيجه‌گيري از آنها به سهولت انجام شود، مفيد خواهد بود. با استفاده از نتايج جدول 2، اطلاعات h و k هر آزمايشگاه مطابق جدول 3 و 4 ارائه شده است. اطلاعات نمودار ميله‌اي براي مقادير h و k به دو روش قابل ترسيم است.
1.گروه مواد بر حسب آزمايشگاه مطابق شكل‌هاي (1و2)
2.گروه آزمايشگاه‌ها بر حسب مواد مطابق شكل‌هاي (3و4)
سازگاري اطلاعات
مقادير بحراني: با مراجعه به جدول T Student در استاندارد ASTM E691 مقادير بحراني براي h و k به ازاي سطح اطمينان نيم درصد به ترتيب 15/2 و 06/2 است. سطح نيم درصد براساس تجربه انتخاب شده، در صورتي كه براي سلول‌هاي زياد از سطح يك درصد و براي سلول‌هاي كم از سطح يك دهم درصد استفاده مي‌شود. بنابراين، مقاديري از جدول 3 و 4 را كه از مقادير بحراني فوق بيشتر بوده، با دايره و مقاديري كه به اين حدود نزديك شده‌اند را با خط در زير آنها علامت مي‌زنيم. همچنين در نمودارهاي 1 تا 4، مقادير بحراني را با خط رسم مي‌كنيم. نمودارهاي h و k و جداول علامت زده شده تصويري از شاخص كلي در تنوع روش آزمون را نشان مي‌دهد تا به اين وسيله آزمايشگاه‌ها و يا سلول‌هاي خاص براحتي مورد بررسي قرار گيرد.
نمودار بر حسب آزمايشگاه: به منظور ارزيابي اختلاف بين آزمايشگاه‌ها به ترتيب زير عمل مي‌كنيم:
نمودار h: به‌طور معمول 3 حالت براي نمودارها وجود دارد:
1. كليه آزمايشگاه‌ها براي كليه مواد داراي مقادير مثبت و منفي h باشند.
2. تعدادي از آزمايشگاه‌ها، تمايل داشته تا براي مواد، مقاديري مثبت يا منفي داشته باشند و اينكه تعداد آزمايشگاه‌هاي با نتيجه منفي، معادل تعداد آزمايشگاه‌هاي با نتيجه مثبت يا بيشتر يا كمتر است.
هيچ يك از حالات فوق غيرواقعي نبوده و نياز به تحقيق ندارد، هر چند كه ممكن است چيزهايي درباره طبيعت تغييرپذيري روش آزمون، بازگو كنند.
3. آزمايشگاهي با كليه مقادير مثبت h (يا منفي) مخالف ساير آزمايشگاه‌ها با مقادير منفي (يا مثبت) است. يك چنين نموداري بيانگر نياز به بررسي آن آزمايشگاه?است.
نمودار ديگري كه امكان وقوع در يك آزمايشگاه دارد، اين است كه مقادير h براي سطوح پايين يا يك محدوده با يك علامت (مثبت يا منفي) و براي سطوح بالاتر، علامتي مخالف داشته باشد. در اين صورت نيز بايد اين رفتار مورد بررسي قرار گيرد.

نمودار k : در صورتي كه يك آزمايشگاه داراي مقادير زياد k (يا مقادير بسيار كم k) براي همه يا تعدادي از مواد داشته باشد، مقادير زياد k بيانگر عدم دقت درون آزمايشگاهي است و مقادير بسيار كم k ممكن است بيانگر استفاده از رنج اندازه‌گيري غيرحساس و يا وجود ساير مشكلات در اندازه‌گيري باشد.
نمودار بر حسب مواد: وقتي نموداري برحسب آزمايشگاه مقادير h و k را نزديك به خط كرانه‌اي نشان مي‌دهد، با نگاه به نمودار برحسب مواد، مي‌توان به اختلاف آن آزمايشگاه با ساير آزمايشگاه‌ها در مورد ماده مورد نظر، پي برد.

تحقيق و بررسي
خطاهاي نمونه‌برداري و ثبتي: براي هر سلول، گزارش تك‌تك آزمايشگاه‌ها را بررسي كنيد. سلولي را كه عامل انحراف از ساير سلول‌هاست، بيابيد.
-آيا اين سلول جزو مشاهدات اوليه و اصلي است؟
-آيا اطلاعات و داده‌ها صحيح گرد شده است؟
-آيا محاسبات صحيح است؟
سپس، به بررسي علامات بر چسب‌زني مواد يا نمونه‌ها بپردازيد تا مطمئن شويد كه نتايج آزمون يك ماده به ماده‌اي ديگر، نسبت داده نشده باشد.

خطاهاي روش: گزارش نتايج آزمايشگاه‌ها را از لحاظ انحرافات ناشي از روش آزمون، مجدداً تحت بررسي قرار دهيد. مثلاً، تفاوت در تعداد ارقام معني‌دار نتايج آزمون گزارش شده، ممكن است نشان گرد كردن غير صحيح و يا متفاوت بودن تجهيزات آزمايشگاه در مقايسه با ديگران باشد.

اقدامات گروه تحقيق
با بررسي مدارك، خطاهاي نمونه و روش و نيز اطلاعات غيرواقعي، ثبت شده و بايد نتايج آماري ناشي از آن منتشر شود. به بياني ديگر، گروه تحقيق با ملاحظه عواملي كه در نتيجه تحقيق و بررسي ديده مي‌شوند، چند انتخاب خواهد داشت. اگر آزمايشگاهي به وضوح از روش آزمون انحراف داشته باشد، نتايج آزمون آن بايد از ساير نتايج برداشته شود. با توجه به اينكه از آزمايشگاه فوق، سابقه خوبي وجود ندارد، مناسب است تا از آزمايشگاه مذكور خواسته شود كه طبق روش صحيح، يك يا چند ماده را مورد آزمون قرار دهد. نتايج حاصله را با نتايج ساير آزمايشگاه‌ها مورد محاسبه قرار دهيد. در صورت اصلاح نتايج آزمون ارسالي، بايد h و k جديد را محاسبه كرده و صحت نتايج را تحليل كنيد.

مثالي از مطالعات بين آزمايشگاهي
گلوكز موجود در سرم
بررسي آماري h : در صفحات قبل، اطلاعاتي درباره اين مثال داده شد. اطلاعات آماري h در شكل‌هاي 1 و 3 و نيز جدول 3 يكي از دلايل سازگاري تغييرات آزمايشگاهي است. فقط آزمايشگاه چهارم مواد B و C را با مقادير زياد گزارش كرده است. در شكل 3، نمودار ماده C نشان مي‌دهد كه آزمايشگاه چهارم به‌طور متمايزي با ساير آزمايشگاه‌ها متفاوت است. البته نمودار ماده B، آزمايشگاه چهارم را آنچنان متمايز نمي‌كند.
بررسي آماري k : مطابق شكل 2 و جدول 4 آزمايشگاه‌هاي دوم و چهارم از سايرين متمايزند. در شكل 2، آزمايشگاه چهارم، 3 مقدار زياد دارد، ولي با نگاه به نمودار مواد در شكل 4، نتايج آزمايشگاه چهارم براي مواد A و B خارج از خط نيست. به بياني ديگر، نمودار ماده C نشان مي‌دهد كه آزمايشگاه چهارم نتيجه‌اي متفاوت داشته است. نمودار ماده E نشان مي‌دهد كه آزمايشگاه دوم نيز نتيجه‌اي متفاوت دارد.
سلول‌ها و نتايج آزمون: سلول‌هاي C4 و E2 بايد مورد بررسي قرار گيرند. با نگاه به جدول 1 معلوم مي‌شود كه نتيجه آزمون دوم، 30/148 در C4 و 40/309 در E2، مقاديري خاص هستند كه بايد مورد بررسي قرار گيرد.
راه كار: اگر اطلاعات آزمايشگاه چهارم تايپي است، امكان خطاي تايپي وجود دارد. به اين منظور، بايد از طريق تماس، از صحت عدد گزارش شده مطمئن شد. اين امر در مورد سلول E2 نيز بايد اجرا شود. جدول‌هاي 5 و 6 پس از اصلاح سلول C4، دوباره محاسبه شده‌اند.

تكرارپذيري و تكثيرپذيري
پس از تحقيق بررسي بر روي سلول‌ها و اصلاح سلول‌هاي متناقض، محاسبات مجدداً صورت خواهد گرفت. با استفاده از نتايج آماري صحيح، براي هر ماده 95درصد حدود تكرارپذيري و تكثيرپذيري مطابق ذيل محاسبه مي‌شود:

r=2.8Sr
R=2.8SR

توجه: به علت محدوديت حجم آپ لود تصاوير مقالات سايت، امكان آپ لود كردن جداول و تصاوير ادامه مقاله وجود نداشت. لطفاً به فايل PDF مراجعه شود.

به اين ترتيب، جدول 7 را خواهيم داشت. اغلب مقادير Sr و SR به ازاي ميانگين خواص هر سطح متغير خواهند بود كه مي‌توان آن را براي مثال گذشته، در شكل 5 براساس جدول 7 ملاحظه كرد. بنابراين بايد در روش آزمون، رويه تغيير موارد آماري براساس خواص سطوح در نظر گرفته شود.

نتيجه‌گيري
بررسي و نتايج آماري حاصله از يك مجموعه آزمايشگاهي، الزاماً نبايد مطابق كميات رياضي دقيق باشد. تعداد كم آزمايشگاه‌ها و مواد موجود در يك گروه مطالعات بين آزمايشگاهي، نشان مي‌دهد كه در مواقعي نيز اختلافات بيش از انتظار بوده و در حالاتي نيز كم يا بيش از حدود احتمال 95 درصد است. حد تكرارپذيري و تكثيرپذيري به عنوان راهنمايي عمومي با احتمال 95 درصد، شرايطي دشوار براي پذيرش و انتظار است. در صورت نياز، به اطلاعات دقيق‌تر براي احراز شرايط لازم، آزمايشگاه‌هايي كه به‌طور مستقيم درگير مقايسه مواد هستند، بايد گروه مطالعات بين آزمايشگاهي را به استفاده از مواد مورد علاقه ترغيب كنند.

اصطلاحات
روش آزمون (Test Method): عبارت «روش آزمون» براي رويه اندازه‌گيري واقعي و مستندات شرح رويه، به كار مي‌رود.

منبع:
استانداردهاي ASTM شامل: E177, E456, E1169, E691

يكي از مهم‌ترين مشكلات صنايع چدن‌ريزي بويژه در زمينه قطعاتي كه پس از ريخته‌گري بايد تراشكاري شوند، وجود كاربيد در سطوح مختلف قطعه است كه تراشكاري آنها را مشكل ساخته و به علت سختي بسيار زياد، به تيغه‌هاي تراش صدمه مي‌زند. تاكنون روشي علمي براي جداسازي كاربيد از اين‌گونه قطعات، وجود نداشت. در اين مقاله، سعي شده روشي علمي، سريع، ارزان، غيرمخرب و عملي، ارائه شود. اميد كه راهكاري مؤثر در رفع اين مشكل باشد.
به منظور ريخته‌گري قطعات سالم چدني بويژه قطعات نازك، كوچك و عاري از هرگونه كاربيد سطحي، لازم است عوامل بسيار زيادي از جمله: آناليز شيميايي، طراحي قالب، تعيين نوع قالب، طراحي مناسب سيستم راهگاهي، رعايت سرعت و دماي مناسب بارريزي، استفاده از جوانه‌زاي مناسب و بسياري موارد ديگر رعايت شود. از آنجا كه كنترل مداوم اين عوامل، كاري دشوار است، بويژه در كارگاه‌هاي كوچك، تشكيل كاربيد در تعداد معدودي از قطعات توليدي يك محموله، امري اجتناب‌ناپذير، است. با توجه به امتيازات فراوان آزمون‌هاي غيرمخرب تصميم گرفتم جداسازي اين‌گونه قطعات را با استفاده از روش آزمون ادي كارنت بررسي نمايم كه خوشبختانه به نتايج مثبت دست يافتم، در اين مقاله، پس از توضيح مختصر روش ياد شده، به مشخصات قطعات و اختلاف هدايت الكتريكي و مغناطيسي ناشي از ساختار متالوگرافي آن اشاره شده است.

آزمون ادي كارنت
اساس كار اين آزمون، به طور خلاصه بر مبناي القاي ميدان مغناطيسي و پردازش آن با توجه به خصوصيات متفاوت متالورژيكي و فيزيكي مواد فلزي استوار است. در دستگاه ادي كارنت، يك ميدان مغناطيسي توسط جريان الكتريكي در يك پروب ايجاد مي‌شود. وقتي اين پروب را به نزديك ماده‌اي فلزي، هادي مي‌كنيم، جريان ادي كارنت به آن ماده منتقل مي‌شود. اين جريان القايي در ماده موردنظر، ميدان مغناطيسي متضادي با پروب ايجاد مي‌كند (شكل 1).

شكل 1

دستگاه به‌طور اتوماتيك، امپدانس را تنظيم مي‌كند و در واقع با اين ماده خاص، كاليبره مي‌شود. هرگونه تغيير در ماده، باعث ايجاد تغييرات آمپدانس مي‌شود و دستگاه، اين تغييرات را چند برابر كرده و به صورت گراف نمايش مي‌دهد. نكته مهم اين است كه براي انجام آزمون، نيازي نيست كه پروب حتماً با ماده مورد آزمايش تماس كامل داشته باشد. حتي مي‌توان به منظور صدمه نديدن پروب، از ورقه‌اي غيرفلزي (مثلاً پلاستيكي) استفاده كرد. در فلزات مختلف، عوامل: قابليت نفوذ مغناطيسي، مقاومت مغناطيسي، پسماند مغناطيسي، پايداري مغناطيسي و نيروي ضد پسماند مغناطيسي از فلزي به فلز ديگر متفاوت است. بر مبناي همين تفاوت‌ها، مي‌توان جهت دسته‌بندي فلزات از آن استفاده كرد. از طرفي، وجود ترك، خوردگي شيميايي، خوردگي سايشي و هرگونه غيريكنواختي از نظر ضخامت قطعه و تغيير ضخامت پوشش، باعث تغيير در عوامل ياد شده مي‌شود و توسط دستگاه ادي كارنت قابل رديابي است. از سوي ديگر، به علت حساسيت بالاي دستگاه، نياز است قبل از شروع به آزمون، آن را با قطعه مورد آزمايش، كاليبره كرد. در اين روش، با افزايش فركانس، افزايش هدايت الكتريكي و يا افزايش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت كاهش و برعكس با كاهش فركانس، كاهش هدايت الكتريكي و يا كاهش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت افزايش مي‌يابد (شكل 2).

شكل 2

مزايا
1.سرعت بسيار بالا. به محض نزديك كردن پروب به قطعه، وضعيت آن مشخص مي‌شود.
2.دقت زياد. حساس بودن به كوچكترين تغييرات متالورژيكي و فيزيكي.
3.آسيب نديدن قطعات مورد آزمايش. تنها اتصال موجود بين قطعه و دستگاه، ميدان مغناطيسي است.
4.سهولت انتقال. به علت سبك بودن تجهيزات، براحتي قابل انتقال است.
5.بي‌خطر بودن براي اپراتور

معايب
1.نياز اپراتور به مهارت كافي (حداقل سطح?2).
2.انحصار آزمون به مواد هادي فلزي
3.عمق نفوذ كم (حداكثر حدود 8 ميلي‌متر) كه بستگي به جنس ماده دارد (شكل2).
4.دشواري آزمون مواد مغناطيسي با اين روش.

كاربردها
1.ترك‌يابي. تشخيص و اندازه‌گيري عمق، اندازه و جهت ترك. مثلاً در شكل 3، عمق ترك‌هاي c, b, a به ترتيب برابر 0.04، 0.02،0.008 اينچ است.
2.اندازه‌گيري ضخامت پوشش‌هاي غيرفلزي و فلزي بر روي فلزات (شكل3).

شكل 3

3.طبقه‌بندي مواد براساس جنس آنها (شكل 4 و 15).
4.تشخيص قطعات فلزي عمليات حرارتي شده از قطعات عمليات حرارتي نشده. مثلاً، هدايت الكتريكي آلومينيم T861ا-2024 برابر IACSا38% و O-ا2024 برابر IACSا50% و T4ا-2024 برابر IACSا29% است (شكل 4).
5.تشخيص ميزان خوردگي، ساييدگي و كوچكترين تغييرات ضخامت.

شكل 4

طرح مشكل موجود
يك شركت ريخته‌گري قطعات خودرو با يك شركت خارجي، قراردادي مبني‌بر توليد قطعه‌اي مشابه شكل 5 منعقد كرد. از آنجا كه شركت خارجي اين قطعات را با CNC تراشكاري مي‌كرد، با توجه به مفاد قرارداد، از تحويل‌گيري قطعاتي كه داراي كاربيد سطحي بودند، امتناع مي‌كرد. زيرا اين نوع قطعات داراي كاربيد، به تيغه‌هاي دستگاه‌هاي تراش صدمه مي‌زد. در محموله‌اي هزار عددي، به‌طور تصادفي چند قطعه داراي كاربيد سطحي مشاهده شد. لذا، شركت خارجي كل محموله را تحويل نگرفت. شركت توليدكننده در پي‌يافتن راه‌حلي غيرمخرب و عملي بود تا ابتدا قطعات معيوب را جداسازي كرده و شركت خارجي را متقاعد سازد كه روش جداسازي آن كاملاً مطمئن است. به مشخصات متالورژيكي قطعات توجه كنيد.

شكل 5

1. آناليز شيميايي
عمل آناليز، پس از تهيه پولكي، با دستگاه كوانتومتر انجام شد. نتايج آناليز دو قطعه بر حسب درصد عناصر موجود، عبارت بود از:

2. سختي‌سنجي
از قطعه كاربيددار و سالم، به روش برينل از سطح (با ساچمه 1 ميلي‌متر و نيروي 30كيلوگرم) و مغز (با ساچمه 10 ميلي‌متر و نيروي 3000 كيلوگرم) سختي‌سنجي به عمل آمد كه نتايج آن به شرح ذيل است:

3. ساختار ميكروسكوپي
هر دو نمونه، پس از برش و آماده‌سازي، مورد بررسي متالوگرافي قرار گرفت. نتايج و عكس‌هاي مربوطه در ذيل ارائه شده است:
نمونه كاربيددار (نمونه 1) داراي گرافيت‌هاي نوع A, D, E به‌طور پراكنده در سطح و مغز و نمونه سالم (نمونه 2) شامل گرافيت‌هاي نوع B و A در مغز و كمي نوع E و D در سطح بود (شكل‌هاي 6 و 7). پس از اَچ با محلول نايتال 2 درصد، مشخص شد كه در سطح (نمونه 1) حدود 80 درصد و در مغز حدود 25 درصد و در (نمونه 2) حدود كمتر از 2 درصد كاربيد وجود دارد (شكل‌هاي 8 تا 11).

روش آزمون با دستگاه ادي كارنت
به منظور آزمون، از دستگاه NORTEC 3000 و آزمون بلوك (0ا-Ferrite to 7075) و پروب KHZا1~50 استفاده شد (شكل‌12).
پس از كاليبره كردن دستگاه با شش عدد آزمون بلوك موجود و قرار دادن بر روي دو نمونه چدني كاربيددار (نمونه 1) و سالم (نمونه 2)، منحني هدايت الكتريكي بر طبق نمودار ذيل به دست آمد.

سپس با تغيير زاويه، فركانس و شدت، دقت دستگاه به حدي افزايش يافت كه اختلاف نمودار دو نمونه چدني، زياد و قابل تشخيص باشد. پس از تنظيمات فوق و قرار دادن پروب روي دو نمونه چدني، منحني هدايت الكتريكي آنها مطابق با نمودار ذيل حاصل شد. نقطه شروع (10,10) در واقع هدايت الكتريكي هوا دستگاه است.
پس از به دست آمدن عوامل و كاليبره كردن دستگاه بر روي نمونه‌هاي چدني، با قرار دادن پروب روي قطعات، قطعات كاربيددار براحتي از قطعات سالم قابل تشخيص بوده و هر چه ميزان كاربيد بيشتر مي‌شد، نمودار پايين‌تر از خط آبي (كاربيددار Sample 1) و هر چه كاربيد كمتري داشت، گراف بالاتر از خط صورتي (سالم Sample 2) قرار مي‌گرفت.

نتيجه‌گيري
با توجه به نتايج به دست آمده، مي‌توان به آساني و در زماني بسيار كوتاه (حدود 5 تا 10 ثانيه) و نيز بدون تخريب قطعه و انجام عمليات طولاني و پرهزينه متالوگرافي، به وجود كاربيد و حتي ميزان آن در قطعه ريختگي، پي برد. اين آزمون را مي‌توان به تعداد بيشتري از قطعات و در مواقع لزوم به كل توليد، تعميم داد. لزوم بازنگري در روش‌هاي كنترلي كنوني و جايگزيني روش‌هاي غيرمخرب كارامد، بيش از پيش احساس مي‌شود.

منابع:
1. ASM Handbook Vol. 17 Nondestructive Evaluation and Quality Control
2. ASM Specialty Handbook Cast Irons J.R. Davis
3. NDT Resource Center www.ndt-ed.org
4. EDDY CURRENT INSPECTION (The Welding Institute)

بازده نظري موتور به دليل افزايش تراكم آن، به‌طوري نامحدود بهبود يافته اما از لحاظ عملي براي تحقق آن دو محدوديت عمده وجود دارد.
1.فشار حداكثر چرخه احتراق با افزايش تراكم به شدت افزايش مي‌يابد. لذا براي تحمل اين فشار، به موتوري با بدنه قوي‌تر و وزن زيادتر نياز است. اين امر، مزاياي افزايش بازده را از بين مي‌برد.
2.در نسبت تراكم بالا، فرايند احتراق به طرزي غيرعادي انجام مي‌شود. اين امر موجب صداي اضافي و آسيب ديدگي سريع برخي قسمت‌هاي موتور خواهد شد. اين نوع احتراق غيرعادي، خودسوزي ناميده مي‌شود.
بعد از اشتعال مخلوط سوخت و هوا در نزديكي نقطه مرگ بالا، جبهه شعله به صورتي پيش دونده و مشابه گسترش شعله در علف‌زاري خشك گسترش مي‌يابد، لذا فشار سيلندر بالا رفته و مقدار بيشتري سوخت مي‌سوزد. بيشترين فشار معمولاً هنگامي ايجاد مي‌شود كه شعله به دورترين نقطه سيلندر رسيده و از آخرين قسمت بار مي‌گذارد. آخرين قسمت سوخت كه قبلاً تحت تأثير فشار ناشي از مرحله تراكم بوده، اكنون بر اثر فشار ناشي از فرايند سوختن اولين قسمت بار، به‌طور آديا باتيك به شدت متراكم شده و دماي آن به حدي بالا مي‌رود كه از دماي خود اشتعالي مخلوط سوخت و هوا تجاوز مي‌كند. اگر نسبت سوخت به هوا در قسمت نسوخته سوخت يكسان باشد، اشتعال ناگهاني و همزمان تمامي قسمت‌هاي بار رخ مي‌دهد. اين حالت را خودسوزي مي‌نامند. در حالت خودسوزي، فشاري سريع از ناحيه خودسوزي به فضاي احتراق رسيده و سپس به ديوارهاي سيلندر برخورد مي‌كند. اين فشار به‌طور متوالي توسط ديوارهاي سيلندر به جلو و عقب منعكس شده و باعث ايجاد صدا و خرابي در سيلندر مي‌شود. به اين صدا كوبيدن گفته مي‌شود.
در پاره‌اي موارد، مخلوط سوخت و هوا بر اثر سطوح داغ داخل فضاي احتراق، به‌طور ناگهاني و قبل از زدن جرقه، مشتعل مي‌شود. اين عمل را پيش اشتعالي مي‌نامند كه مي‌تواند باعث خودسوزي شود. البته خودسوزي نيز مي‌تواند باعث پيش اشتعالي شود.

تأثير متغيرهاي موتور بر خودسوزي
نسبت تراكم: افزايش نسبت تراكم منجر به فشارهاي بالاي سيلندر در زمان تراكم مي‌شود. از آنجا كه آخرين قسمت بار قبل از رسيدن شعله، تحت تأثير اين فشار است، زمان تأخير كاهش يافته و تمايل به خودسوزي افزايش مي‌يابد.
آوانس جرقه: آوانس جرقه، فشار نوك چرخه احتراق را افزايش مي‌دهد. اين امر باعث افزايش فشار و دماي آخرين قسمت بار شده و تمايل به خودسوزي را افزايش مي‌دهد.
فشار هواي ورودي: افزايش فشار هواي ورودي، سرعت شعله را افزايش داده و تمايل به خودسوزي را كاهش مي‌دهد. فشارهاي زياد (پرخوران كردن موتور) از دوره تناوب تأخير مي‌كاهند و تمايل به خودسوزي را افزايش مي‌دهند.
افزايش دماي هواي ورودي: افزايش دماي هواي ورودي، سرعت شعله را تا حدودي كاهش داده و دماي آخرين قسمت بار را كه مي‌خواهد بسوزد، افزايش مي‌دهد. در نتيجه تمايل به خودسوزي افزايش مي‌يابد.
نسبت سوخت به هوا: در فشارهاي ثابت، حداكثر تمايل به خودسوزي در نسبت سوخت به هواي بيشترين توان، رخ مي‌دهد. در اين حالت، با تغيير نسبت سوخت به هوا (كم يا زياد) تمايل به خودسوزي افزايش مي‌يابد.
دور موتور: افزايش دور موتور، تلاطم داخل سيلندر را زياد كرده و به افزايش سرعت شعله مي‌انجامد. بنابراين، در اكثر سوخت‌ها، تمايل به خودسوزي را كاهش مي‌دهد.
اندازه سيلندر: به ازاي دماها و فشارهاي ثابت، زمان لازم براي عبور شعله از عرض فضاي احتراق در سيلندر بزرگ‌تر، بيشتر شده و تمايل به خودسوزي را افزايش مي‌دهد.
طرح محفظه احتراق: اگر در طراحي مناسب محفظه احتراق، طول مسير شعله كاهش يابد، ميزان خودسوزي نيز كاهش مي‌يابد.
نوع سوخت: تمايل يك سوخت به خودسوزي، به دماي خوداشتعالي، طول مرحله تأخير، شرايط معين و اين امر بستگي دارد كه آخرين قسمت بار تا چه اندازه مي‌تواند سريع بسوزد. تمايل سوخت به خودسوزي را عدد اكتان مي‌نامند.

زمان جرقه‌زني
از آنجا كه اشتعال تمام مخلوط سوخت به هوا و ايجاد حداكثر قدرت، تنها چند ميلي ثانيه طول مي‌كشد، پيستون در همين زمان اندك، بسته مانده و مقداري جابه‌جايي سريع دارد. از آنجا كه معلوم شده بيشترين توان و گشتاور، زماني حاصل مي‌شود كه بيشترين فشار توليدي در سيلندر، حدود 16 درجه بعد از نقطه مرگ بالا حاصل مي‌شود، زمان مناسب حدوث جرقه بايد قبل از نقطه مرگ بالا به هنگام تراكم در نظر گرفته شود. زمان حدوث جرقه را آوانس جرقه مي‌نامند. زمان دقيق جرقه‌زني، به سرعت انتقال شعله بستگي دارد كه اين نيز به عوامل زيادي نظير: نوع سوخت، نسبت تراكم، شكل فضاي احتراق و... بستگي دارد.
به علت افت‌هاي ناشي از كنترل خودسوزي، موتورها بسيار نزديك به اين نقطه كار مي‌كنند. به دليل وجود كنترل مرزي، تغييراتي كوچك در شرايط عملكرد موتور و حتي وجود اشكالي كوچك مي‌تواند موجب بروز حالت خودسوزي خطرناكي شود. در موتورهاي امروزي كه به دليل افزايش بازده، از تراكم بالاتري بهره مي‌برند، خودسوزي مي‌تواند در دورهاي پايين موتور و فشارهاي بالاي منيفولد مشاهده شود. كوبيدن موقت موتور به هنگام شتاب گرفتن خودرو، امري غيرعادي نيست و به ندرت به موتور آسيب مي‌رساند. كوبيدن طولاني مدت بويژه در سرعت‌هاي بالا مي‌تواند صدمات زيادي به موتور وارد آورد. ضربات فشاري تا 150 بار در دامنه نوساني 6 تا 2 كيلوهرتز مي‌تواند واشر سرسيلندر را خراب كرده، پيستون را سوراخ يا رينگ پيستون را بشكند. بنابراين، لازم است كه وجود خودسوزي را تشخيص داده و كنترل‌هاي لازم قبل از بروز آسيب، انجام شوند.
روش‌هاي متعددي براي كنترل خودسوزي وجود دارد. استفاده از سوخت مناسب براي كنترل خودسوزي، يكي از روش‌هاي مفيد است. موتوري كه از بنزين با اكتان بالاتر استفاده مي‌كند، در نسبت تراكم بالاتري عمل كرده و لذا مي‌تواند بدون خودسوزي به بازده بالايي برسد. موتورها با پرخوران كردن آنها، بدون خودسوزي به تواني بالاتر دسترسي مي‌يابند. حتي مي‌توان از بهترين آوانس جرقه استفاده كرد كه منجر به افزايش توان و بازده مي‌شود. در برخي موتورهاي با توان بالا، براي كنترل خودسوزي در فشارهاي بالاي منيفولد از نسبت سوخت به هواي غني استفاده مي‌كنند كه تأثير آن بر توان موتور اندك بوده ولي بازده آن را به مقدار زيادي كاهش مي‌دهد. پاشيدن آب بر روي منيفولد ورودي يا سيلندر نيز يكي از روش‌هاي كنترل خودسوزي است كه در بعضي موتورهاي هواپيما به كار مي‌رود. معمول‌ترين روش خودسوزي، كنترل دقيق آوانس جرقه است. به دليل افزايش بازده موتور، آوانس جرقه به حدي مي‌رسد كه سبب كوبش مي‌شود (حتي گاهي بيشتر از اين مقدار). دستگاه كنترل موتور به وسيله حساسه‌هاي الكترونيكي، خودسوزي را تشخيص داده و جرقه را بلافاصله ريتارد مي‌كند تا كوبش متوقف شود. پس از آن، آوانس كامل را برقرار ساخته تا زماني كه كوبش دوباره ظاهر شود و دوباره سيستم جرقه را ريتارد مي‌كند. اين حالات به‌گونه‌اي است كه موتور هميشه نزديك به مرحله خودسوزي كار مي‌كند، بدون اينكه خطري از اين بابت آن را تهديد كند.
كوبيدن را مي‌توان از راه‌هايي گوناگون تشخيص داد. اندازه‌گيري فشار تراكم سيلندر و شدت جريان يونيزه كردن شمع درست بعد از جرقه، دو نمونه از اين راه‌هاست. معمولي‌ترين روش تشخيص كوبيدن، اندازه‌گيري ارتعاش ساختار سيلندر به وسيله حساسه‌اي پيزو الكترونيك است. حسگر را طوري ماشينكاري مي‌كنند كه در فركانس‌هاي كوبيدن موتور، به ارتعاش درآيد. اين حسگر به بدنه سيلندر يا سرسيلندر بسته شده و به محض لرزش موتور، جسم پيزو الكترونيك داخل حسگر از سوي صفحه ارتعاشي آن، تحت تنش چرخه‌اي قرار مي‌گيرد كه اين عمل به توليد ولتاژي بين دو سطح منجر مي‌شود. پردازنده مركزي سيستم، از ولتاژها نمونه‌برداري مي‌كند تا وضعيت كوبيدن را ارزيابي كرده و در صورت تجاوز ولتاژهاي ارسالي، براي بهبود وضعيت ريتارد از ولتاژهاي مرجع جرقه استفاده مي‌شود.

منابع:
1. الكترونيك خودرو
2. موتورهاي احتراق داخلي، ترجمه مهندس امير اصلاني

در بيشتر طراحي‌هاي صنعتي، گاهي طراح با محدوديت‌هايي نظير وزن قطعه طراحي شده و يا برخورداري قطعه از مجموعه‌اي از خواص فيزيكي و مكانيكي مواجه خواهد بود. به همين دليل، طراح مي‌بايست با تغيير جنس قطعه براي كاهش وزن و به‌كارگيري فنون ديگر، طرحي مناسب با هدف حصول به بهترين نتيجه، به وجود آورد.
فلز آلومينيم يكي از فلزات سبك با خواص مناسب فيزيكي و مكانيكي است كه هميشه مورد توجه قرار داشته است. يكي از فرايندهاي مناسب براي شكل‌دهي آلومينيم با هدف بهبود خواص مكانيكي و فيزيكي، فرايند فورج است.
فورج آلومينيم در بيشتر مواردي كه با محدوديت وزني مواجه هستيم و همچنين خواص مختلف تحت شرايط واقعي، نظير: مقاومت خوب در برابر خوردگي، خواص سطحي مناسب، قابليت ماشينكاري عالي و مقاومت در برابر عوامل محيطي، به‌كار مي‌رود. امروزه، اكثر قطعات ايمني از قطعات فولادي فورج شده ساخته مي‌شوند و خودروها، بيشترين مصرف قطعات فورج شده را دارند.
عوامل ذكر شده و محدوديت‌هاي طراحي، باعث شده‌اند تا قطعه‌سازان خودرو، بيشتر به فرايند فورج آلومينيم توجه كنند و اين فلز رفته رفته جايگزين قطعات فولادي شود. آلومينيم به دليل پوشش دادن بخش عمده‌اي از انتظارات طراحان در بيشتر صنايع، دوچرخه و موتور سيكلت‌سازي و صنايع راه‌آهن، مورد توجه قرار گرفته است. قطعه‌سازان خودرو، در سال‌هاي اخير، يكي از مصرف‌كننده‌هاي عمده اين تكنولوژي بوده‌اند.
خطوط فورج آلومينيم زماني طراحي و نصب مي‌شوند كه سفارشات با تيراژ بالا، توأم با دقت و تلرانس‌هاي ابعادي دقيق، مدنظر باشد. امروزه، تمامي قطعه‌سازان خودرو و صنايع دوچرخه و موتور سيكلت‌سازي، مصرف قطعات فورج شده آلومينيم را با تخميني حدود بالاي 300 درصد پيش‌بيني مي‌كنند.
جدول شماره 1، نشان مي‌دهد كه در 1996، حدود 9902 تن قطعات آلومينيمي در آلمان، فورج و مصرف شده است (شامل چرخ‌ها و موارد مشابه) و در همين سال، انجمن فورج آلمان حدود يك ميليون و 200 هزار تن قطعات فولادي فورج شده را گزارش كرده است. در سال‌هاي بعد، رشد چشمگيري از قطعات آلومينيمي فورج شده ملاحظه مي‌شود كه حاكي از رشد سفارشات، متناسب با خواص مورد انتظار و تأسيس سازندگان داراي خطوط تمام اتوماتيك است.

جدول 1

نگراني اكثر قطعه‌سازان اروپايي در زمينه جايگزيني آلومينيم با فولاد، باعث شد تا فورج كارهاي فولادي از طريق تجهيز خطوط توليد خود با خط تمام اتوماتيك فورج آلومينيم و افزايش ظرفيت توليد، ميزان سفارشات خود را متنوع ساخته و افزايش دهند.
در مجموع، عوامل روي‌آوري اكثر صنايع داراي فورج فولاد به سوي فورج آلومينيم، عبارتند از:
1. كاهش PPM برگشتي
2. فورج آلومينيم در مقايسه با فورج فولاد، به كمترين تجهيزات نياز دارد و بهترين دقت و كيفيت را حاصل مي‌كند.
3. كاهش هزينه تمام شده بويژه در خودرو (در آلمان، اغلب كمتر
از Eu/kgا5-4 است).
در آينده‌اي نزديك، سيستمي موفق خواهد بود كه حجم سفارشات خود را با PPM كمتر و هزينه‌اي پايين‌تر افزايش دهد. پيش‌بيني مي‌شود كه با جايگزيني قطعات فورج شده آلومينيمي مي‌توان به نتيجه رسيد.

خواص آلياژهاي آلومينيم كار شده
اساساً، قطعات فورج شده آلومينيمي از آلياژهاي كار شده پير سختي شده بوده و مهمترين آنها كه مورد بررسي قرار مي‌گيرند، عبارتند از:
EN AW 6060 EN AW ALMgSI (ALMg0.5 F22)
داراي جوش‌پذيري مناسب، بدون از دست دادن استحكام در منطقه حرارتي، اين آلياژ براحتي جهت اهداف زينتي آندايز مي‌شود. در شرايط T6، براي شكل‌دهي در حالت سرد، محدوديت دارد- آلياژ مناسبي براي اكسترود است و در بيشتر درب و پنجره‌ها و نماهاي خارجي كاربرد دارد.

EN AW 6082 EN AW ALSIMgMn (ALMgSI F20) (ALMgSI F31) Alutex
EN AW 6061 EN AW ALMgSICU (ALMgSICU F28)
خواص بسيار خوب تركيبات، مقاومت در برابر آب دريا، بهترين مقاومت در برابر خوردگي در مقايسه با آلياژهاي ديگر پيرسختي شده آلومينيم است. اين آلياژها براحتي آندايز مي‌شوند، جوش‌پذيري عالي دارند، فرم‌پذيري آنها در حالت پيرسختي شده، محدود است. آنها به‌طور وسيعي در صنايع حمل و نقل مورد استفاده قرار مي‌گيرند. Alutex، آلياژي منحصر بفرد و ويژه با استحكام مناسب بوده و در واقع مشابه گروه 2024/2017 است.
EN AW 2017 A EN AW ALCU4MgSI (ALCUMg1 F38)
EN AW 2024 EN AW ALCU4Mg1 (ALCUMg2 F22)
از اين آلياژها منحصراً در شرايط طبيعي پير شده استفاده مي‌شود. مشابه 6082، اما استحكام كششي و ازدياد طول بيشتري دارند. فاقد قابليت جوش‌هاي تركيبي هستند. در هنگام استفاده در شرايط و محيط‌هاي خورنده، بايد از پوشش‌هاي محافظ برخوردار باشند. از آنها براي قطعاتي استفاده مي‌شود كه تحت نيروهاي زياد بوده و يا نيازمند استحكام خستگي زياد هستند.
EN AW 2014 EN AW ALCU4SIMg (ALCUSIMn F44) Rp 0.2 RM
در شرايط پيرسختي گرم، مقادير Rp0.2 و Rm از آلياژهاي 2017-2024-6082 بيشتر است. استحكام خوبي دارد، اما فاقد قابليت جوش‌هاي تركيبي است. مقاومت در برابر خوردگي آن فقط همراه با پوشش‌هاي محافظ، خوب است. در صنايع هوا و فضا و ابزاري كه بايد نيروهاي سنگين استاتيكي و ديناميكي را تحمل كند، استفاده مي‌شود.

2EN AW 7020 EN AW ALZn4.5 Mg1 (ALZn4.5 Mg F35)
استحكام اين سري آلياژها در حد متوسط بوده و در محيط‌هاي خورنده، مقاومت متوسطي در برابر خوردگي دارند. براحتي جوش مي‌گيرند و بعد از جوشكاري، تقريباً به استحكام اوليه خود باز مي‌گردند. پس از عمليات اصلي، پيرسختي نيز پيشنهاد مي‌شود. يكي از ويژگي‌هاي اين سري آلياژها، تحمل آنها در برابر نيروهاي سنگين است.
EN AW 7075 EN ALZn5.5 MgCU (ALZnMgCU 1.5 E50)
اين سري آلياژها، داراي بيشترين استحكام بوده و چند مرحله‌اي كردن پيرسختي، الزامي است. آنها بهترين تركيب مقاومتي استاتيكي، ديناميكي و مكانيك شكست را از خود نشان مي‌دهند. مقاومت آنها در برابر خوردگي از سري 2024، 2014 بهتر بوده اما بخوبي 6082 نيست. در مواردي كه تنش‌هاي تركيبي وجود دارد بويژه در صنايع هوايي، كاربرد دارند.
آلياژهاي آلومينيم استحكام بالا از لحاظ كاربرد، شباهت زيادي با فولادهاي استحكام متوسط نظير CK45-ST52 دارند و به همين علت، در محدوده وسيعي كه بيشترين شرايط را پوشش مي‌دهند، كاربرد دارند. فلزات سبك به دليل كوچك بودن مدول الاستيسيته در مقايسه با فولادها، استحكام كمتري دارند، ولي در انتخاب يك آلياژ مناسب، اختلاف فاكتورهاي بيشتري نقش بازي مي‌كنند.
مثال كاربردي از مصرف اين نوع آلياژها را مي‌توان در قطعات منفصله سيستم تعليق خودروها (شكل 1) و قطعات جانبي (شكل 2) كه از آلياژ 6082 F38 و يا Alutex ساخته مي‌شوند، ارائه داد. در اين‌گونه قطعات، اغلب از قطعات فورج شده فولادي استفاده مي‌شود، ولي با محاسبات دقيق‌تر مي‌توان از آلياژهاي فورج شده آلومينيم با وزن كمتر استفاده كرد.

شكل 1

آلياژ بسيار مهم در توليد اين گروه از قطعات، آلياژهاي Alutex با پايه (ALMgSI (EN AW 6082 است. Alutex تركيبي از خواص آلياژهاي استحكام بالاي ALCUMgا(2024, 2027) با مقاومت خوب در برابر خوردگي و جوش‌پذيري و فرم‌پذيري عالي و گروه آلياژهاي ALMgSI است. مقادير مكانيكي اين آلياژ در شكل 3 مقايسه شده و با نقطه تسليم در حدود Rp0.2=320Mpa و درصد ازدياد طول در حدود A5=9%، به صورت نرمال در نظر گرفته مي‌شود. آزمون‌هاي اولتراسونيك، ماكروسكوپي و ميكروساختار انجام شده نشان مي‌دهد كه قطعات ساخته شده، فاقد عيب هستند.

شكل 2

شكل 3

شكل 4

Alutex آلياژي در محدوده تلرانس آلياژ 6082 بوده است و براي توليد قطعات خودرويي بسيار مناسب است (تأييد شده از سوي كارخانه‌هاي خودروسازي آلمان) در Alutex، بايد از افزايش بيش از حد CU به‌طور جدي پرهيز كرد. افزايش استحكام پيرسختي قطعات در توليد انبوه زماني حاصل مي‌شود كه عناصر آلياژي فعال، محدود شوند. در واقع اين عناصر مي‌توانند بر عمر ترمومكانيكال تركيبات تأثير بگذارند.
جلوگيري از افزايش CU محتوي در آلياژ، باعث مي‌شود بخوبي خواص مقاومت در برابر خوردگي را از خود نشان دهد از سوي ديگر، كاهش P b محتوي (0.01>) مزيتي براي رفتار خوب خزش در دماهاي بالاست. اين امر به‌طور همزمان، به پايداري و بهبود دانه‌هاي ريزساختار فورج شده مي‌انجامد. اين پايداري، خواص ماشينكاري قطعه را بهبود مي‌بخشد.
شكل 4، مغايرت نقاط تسليم و درصد ازدياد طول شكست را براي آلياژهاي كار شده و ريخته‌گري شده آلومينيم، نشان مي‌دهد. كاملاً مشخص است كه مجموع خواص تركيبي آلومينيم براي آلياژهاي كار شده، به مراتب از آلياژهاي ريخته‌گري شده بهتر است. ديگر مزاياي عمده اين روش، تركيب استحكام داكتيلي، وزن و خواص مهم طراحي، نظير پوشش خوب، قابليت انبساط حرارتي و همين‌طور خواص شيميايي نظير رفتار خوردگي مناسب نيز وجود دارد.

مدول الاستيسته؛ مهم ترين ويژگي
مدول الاستيسته با موقعيت‌هاي نيروهايي نظير: خم، بشكه‌اي شدن، كمانش و ضربه ارتباط دارد. مي‌دانيم كه خواص مواد با تغييرات ناچيز عناصر آلياژي مي‌تواند تغيير كند كه اين مقدار براي آلياژهاي كار شده در حدود 70KN/mm2ا- 60 و در شرايط عمل، حدود 70KN/mm2 است.
مدول E توسط خط مستقيم هوك تعريف شده و از نمودار

محاسبه مي‌شود. در آزمون تيرآهن (يك سر درگير) با نيروهاي خمشي، انحراف پيچشي W بستگي به مقدار E و مقدار اينرسي J دارد. بنابراين، در مواد مختلف اگر همان خم و انحنا مدنظر است، بايد مقدار E*J مقدار اصلي در آزمون خمش باشد.
محاسبات نشان مي‌دهند براي همان انحناي در تيرهاي آلومينيمي ضرورت دارد كه 44/1 برابر بيشتر از تيرهاي آهني، قوي‌تر باشد. بنابراين، ابتدا بايد فكر كرد چگونه مي‌توان مقدار اينرسي طراحي آلومينيم را افزايش داد و ديگر اينكه، مدول طراحي آلومينيم بايد با مدول طراحي فولاد متفاوت باشد.

فورج آلومينيم
در فرايندهاي فورج، سقوط آزاد مواد، در شرايط گرم داخل حفره‌هاي قالب، با تغيير شكل پلاستيك شكل مي‌گيرند. شروع تغيير شكل، اغلب مشابه اكسترود است. بنابراين، طي فرايند ساخت قطعه توسط فرايند فورج، ساختار به صورت هموژن كامل مي‌شود و از هرگونه عيب و خلل و فرج عاري است.

شكل 5

درصد ازدياد طول شكست- تافنس- و استحكام خستگي در مسير جريان مواد افزايش مي‌يابد (در مسير grain flow). آلياژهاي مناسب براي فورج آلومينيم آلياژ ALMgSI است.
با انجام فرايند مناسب فورج و عمليات حرارتي دقيق، مي‌توان به تمامي خواص مورد نظر استاندارد DIN 1749 دست يافت. مواد با استحكام كششي بالا، مطابق DIN 1749 با نيروي بالاتر از N/mm2ا420 با حداقل 6 درصد ازدياد طول شكست A5 به ازدياد طول ثابت و پايداري خواهند رسيد.
با فورج قطعات آلومينيمي مي‌توان به كيفيتي بهينه رسيد. با يك خط توليد كنترل شده مي‌توان منحني برگشتي‌ها را تا كمتر از16 PPM كاهش داد. فرايند فورج آلومينيم از لحاظ وزني قابليت انعطاف داشته و از حدود چند گرم تا يك تن را مي‌توان فورج كرد. قطعات سنگين، منحصر به صنايع هوا و فضا و صنايع راه‌آهن است.
پرس‌هاي مناسب براي توليد قطعات سنگين، پرس‌هايي هيدروليكي هستند. در اين‌گونه موارد، مواد طي فرايند شكل‌گيري براي چند دقيقه درون قالب، ايزوترمال مي‌شوند.
در صنايع خودروسازي، وزن قطعات به ندرت بالاتر مي‌رود، حتي اكسل‌ها و سيستم‌هاي تعليق را مي‌توان سبكتر طراحي كرد.
براي فورج قطعاتي در محدوده وزني چند گرم تا 35 كيلوگرم از پرس‌هاي لنگ و يا پرس‌هاي پيچي استفاده مي‌شود. با اين پرس‌ها مي‌توان نيرويي بين 5 تا 32 كيلوگرم اعمال كرد. نرخ توليد قطعات در خطوط تمام اتوماتيك، به نوع اتوماسيون خط بستگي تام دارد. به نحوي كه در خطوط تمام اتوماتيك مي‌توان سالانه چند ميليون قطعه را به صورت اقتصادي توليد كرد. در صنايع حمل و نقل به دليل بالا بودن ميزان سفارشات خطوط توليد بايد به صورت اتوماتيك طراحي شوند. همراه با تيراژ قطعه، مي‌توان كيفيت را نيز بالا برد.
شكل 6، خط تمام اتوماتيك فورج آلومينيم را كه صرفاً براي قطعات خودرو طراحي شده است، نشان مي‌دهد.

شكل 6

در اين خط، مواد خام ورودي به صورت تمام اتوماتيك، اكسترود مي‌شوند. سپس به عنوان ورودي اوليه، وارد خط فورج شده و در نهايت داخل قالب، فورج و تكميل مي‌شوند. در خط تمام اتوماتيك، با يك پرس پيچي 10 هزار كيلو نيوتني، به ازاي هر 5 ثانيه، يك قطعه فورج و تكميل مي‌شود. بيشتر قطعات كوچك، از يك مواد اكسترود شده به عنوان ورودي استفاده خواهند كرد. در كنار اين فرايند، همزمان با يك كورس ضربه پرس، مراحل سوراخكاي، سايزينگ و مارك‌زني انجام مي‌شوند. سپس، قطعات فورج شده وارد خط عمليات حرارتي مي‌شوند. قطعات طي 3 مرحله: 1. انحلال‌سازي 2. كوئنچ 3. پيرسختي، عمليات حرارتي و سخت مي‌شوند. هموژن كردن ساختار، توسط مرحله انحلال‌سازي انجام مي‌شود. در اين مرحله، كنترل دما بسيار مهم و دقيق، است. به‌طور كلي بايد با دقت ±3K انجام گيرد. در اين مرحله، ساختار رشد پيدا مي‌كند و خواص استحكام و Elongation قطعه، تعيين و مشخص مي‌گردد. در نهايت از دماي انحلال‌سازي با كنترل زمان، قطعه تا دماي اتاق، كوئنچ مي‌شود.
براي كاهش تاب و اعوجاج قطعه و جلوگيري از تنش‌هاي زياد باقيمانده در قطعه به هنگام كوئنچ، آن را در محلولي ملايم (آب+ افزودني‌ها مثل پليمر، خنك كرده و سپس در يك يا چند مرحله، در دمايي بين 100 تا 180 درجه سانتي‌گراد، پير مي‌شود. لذا سختي تا حد ماكزيمم افزايش مي‌يابد. در نهايت، متناسب با انتخاب سختي نهايي و دماي مناسب، مي‌توان به سختي مورد نظر دست يافت.
به‌طور كلي، قطعات فورج شده آلومينيمي حتماً بايد در دما و زمان انحلال‌سازي و پيرسختي مشخص و تعريف شده و ثابت در طول فرايند، عمليات حرارتي شوند. زمان بين انحلال‌سازي و كوئنچ و ميزان تأثير محيط كوئنچ و زمان كوئنچ و پيرسختي (تك مرحله يا چند مرحله‌اي) بايد كاملاً، مشخص باشد. عوامل عمليات حرارتي براي هر تركيبي، مشخص و معين بوده و چون در كنار آلياژ و عمر معين مواد، خواص ويژه فورج نيز بر خواص استاتيكي و ديناميكي، قطعه تأثير دارد، عمليات حرارتي قطعات آلومينيمي را حتماً بايد با تأمل و دقتي خاص انجام داد.
پس از عمليات حرارتي قطعات، به دليل تغييرات دمايي اعمال شده بر آنها، بايد توسط عمليات سطحي، تمييز شوند. روش‌هاي استاندارد عمليات سطحي، عبارتند از: اچ‌هاي شيميايي، شات بلاست توسط گلوله‌هاي فولادي يا شيشه‌اي و يا استفاده از نوارهاي سنباده. با استفاده از كاستيك سودا و اسيد نيتريك مي‌توان سطح قطعه را شست‌وشو داد، تا حالت نقره‌اي روشن پيدا كند. در اين حالت، پس از شست‌وشو مي‌توان قطعات را توسط بازديد چشمي و يا استفاده از مايعات نافذ، مورد بررسي قرار داد و در صورت معيوب بودن، جداسازي كرد.

مزاياي قطعات آلومينيمي فورج شده
يكي از اقتصادي‌ترين راه‌حل‌ها توليد قطعات سبك با استحكام مناسب و قابليت بازيافت، فورج آلومينيم است. توليد قطعات خودرويي با فرايند فورج، در بردارنده مجموعه‌اي از مزاياست. مثلاً، كاهش وزن و قابليت بازيافت قطعات، يكي از مهم‌ترين مزايايي است كه در صنايع به آن توجه مي‌شود. رسيدن به تلرانس‌هاي ابعادي دقيق با كمترين تجهيزات در مقايسه با قطعات فولادي، قابليت جوشكاري عالي و قابليت طراحي را افزايش مي‌دهد. مثالي كاربردي در اين مورد، محور تعليق چرخ‌هاست (شكل زير). در اين مثال، يك ورق آلومينيمي در قالب، كشش عميق مي‌شود كه با يك قطعه فورج شده توسط فرايند جوشكاري MIC، به هم متصل شده‌اند. طي فرايند جوشكاري، از گازهاي محافظ آرگون و يا مخلوطي از آرگون و هليم استفاده مي‌شود.
قابليت ماشينكاري عالي و يكنواختي براده برداري در تمام مسير ابزار، باعث كاهش چرخه زماني براده‌برداري را در مقايسه با فولادها مي‌شود.
برگشتي قطعات آلومينيمي فورج شده در مقايسه با ريخته‌گري تحت فشار به دليل نبود هيچ‌گونه خلل و فرج و هموژن بودن كامل قطعه، به مراتب كمتر بوده و نيازي به آزمون‌هاي پرهزينه ندارد.

شكل 7

به چند مثال كاربردي در زمينه تنوع توليدات فورج آلومينيم توجه فرماييد.

شكل 8

بر روي قطعات آلومينيمي فورج شده، مي‌توان انواع عمليات سطحي زير را انجام داد:
- اسيدشويي
- آندايزينگ (تزئيني)
- آندايزينگ (پوشش‌هاي محافظ و پوشش‌هاي سخت)
- KTL
- EPS (پوشش‌هاي پودري)
- شات بلاست با گلوله‌هاي فولادي
- انواع رنگ
- آبكاري كرم و آبكاري نيكل

شكل 9

دو قطعه فولادي جوشكاري شده توسط يك قطعه آلومينيمي فورج شده، جايگزين شده‌اند. 60 درصد از وزن كاهش مي‌يابد. ابعاد قطعه: 278*53*21.5 وزن: gr300 gr
ركاب موتور سيكلت، اهرم ترمز آندايز شده و با آلياژ آلومينيم فورج شده ساخته شده است.
ابعاد قطعه: 210*240*160 وزن مجموعه: 200gr

شكل 10

انواع پوشش هاي پليمري
در اروپا و گاهي در امريكا، براي پوشش‌دهي رينگ‌هاي آلومينيمي، از پوشش‌هاي پليمري به جاي پوشش‌هاي كرومي يا نيكلي استفاده مي‌شود. اصولاً ايجاد پوشش‌هاي پليمري بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي، به يكي از طرق ذيل انجام مي‌پذيرد:
 - تراشكاري چرخ => ايجاد پوشش شفاف بر روي كل چرخ
- تراشكاري چرخ => رنگ كاري سطوح مورد نظر با رنگ‌هاي زيبا و مهيج => ايجاد پوشش شفاف بر روي كل چرخ
- تراشكاري چرخ => ايجاد رنگ آستري بر روي كل چرخ (معمولاً نقره‌اي رنگ) =>
 ايجاد پوشش شفاف رويه
در هر يك از حالت‌هاي بالا، پس از تراشكاري، امكان آماده‌سازي چرخ توسط يكي از دو روش كروماته كردن يا آندايز وجود دارد. پوشش‌هاي آندايز، چسبندگي بيشتري به قطعه آلومينيمي دارند و لذا مقاومت بهتري را در برابر خوردگي تأمين مي‌كنند. در مقابل، پوشش‌هاي كروماته بويژه در شرايطي كه بي‌رنگ باشند، درخشندگي بهتري را تأمين مي‌كنند.
انتخاب پوشش‌هاي پليمري با توجه به دماي بالاي محيط سرويس، چرخه تغييرات دمايي زياد، رطوبت، نمك محيط، شن و خاك جاده و ارتعاش و شوك مكانيكي، از اهميت خاصي برخوردار است.
شركت امريكايي مورتن، پوشش پليمري ذيل را بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي كروماته شده پيشنهاد كرده است:
الف- رزين ترموست (حداقل 70 درصد وزني) نظير رزين پلي‌استر يا رزين اكريليك، همراه با عوامل پخت
از رزين‌هاي پلي‌استر، به يكي از دو شكل ذيل استفاده مي‌شود:
- پلي‌استرهاي با عامل هيدروكسي (ترجيحاً بيش از 80 درصد وزني مجموعه رزين) به همراه ايزوسيانات بلوكه شده (حدوداً 20 درصد وزني) به عنوان عامل پيوند عرضي
- پلي‌استرهاي با عامل كربوكسيل (80 تا 100 درصد وزني و ترجيحاً 93 درصد) به همراه ماده ايجادكننده پيوند عرضي به صورت عامل اپوكسي 1 تا 20 درصد وزني، ترجيحاً 20 درصد وزني)
رزين‌هاي پلي‌اكريليك مورد استفاده نيز به يكي از اشكال ذيل استفاده مي‌شوند:
1.كوپليمرهاي پلي‌متا اكريلات به همراه مقداري عامل پيوند عرضي
2.رزين اكريليك با عامل كربوكسيل به همراه ماده ايجاد كننده پيوند عرضي به صورت عامل اپوكسي
3.رزين اكريليك با عامل هيدروكسي به همراه ماده ايجاد كننده پيوند عرضي به صورت ايزوسيانات بلوكه شده
4.رزين اكريليك با عامل گليسيديل به همراه ماده ايجادكننده پيوند عرضي به صورت اسيد دي كربوكسيل به ميزان 1 تا 5 درصد (ترجيحاً 17 درصد).
ب- جذب‌كننده UV به مقدار كم
جذب‌كننده‌هاي UV معروف و قابل استفاده عبارتند از:
Diphenyl cyanoacrylate, Oxanilide, 2hyrox benzophenone, benzotriazole، مخلوطي از مواد معرفي شده، "O-hyoxypheny 1-2H- benzotriazol"
پ- پايداركننده نور به صورت آمينه پنهان نظير Polymeric polyalkylpiperidine به ميزان 1/0 تا 5 درصد (ترجيحاً 1 درصد)
ت- ضداكسيد براي پيشگيري از زرد شدن پوشش در حين پخت، نظير فنل پنهان يا ضداكسيد فسفيتي نظير triphenyl phosphate به ميزان 01/0 تا 2/0 درصد (ترجيحاً 1/0 درصد)
ث- عامل كنترل سيال به منظور كاهش مك‌هاي سوزني در پوشش پخته شده
ج- عوامل افزايش دهنده چسبندگي پوشش، نظير رزين‌هاي اپوكسي پايه اروماتيكي كه از Bisphenol A يا Bisphenol F توليد مي‌شوند. ديگر مواد پيشنهادي عبارتند از:
?رزين‌هاي اپوكسي توليد شده از اترهاي گليسيديل گليسرول
?رزين‌هاي اپوكسي توليد شده از واكنش رزين نوالاك اپوكسي شده با فنل پلي هيدريك ديور اين مواد ترجيحاً در مقادير 3 تا 5 درصد استفاده مي‌شوند.
اين پوشش، از طريق روش پوشش دادن پودري و اعمال ولتاژ 60 كيلووات بر روي قطعه آلومينيمي نشانده مي‌شود. سپس، پوشش با توجه به نوع رزين مصرفي در دماي 135 تا 218 درجه سانتي‌گراد به مدت 3 تا 15 دقيقه تحت عمليات پخت قرار مي‌گيرد.
شركت ژاپني kansai paint Co Ltd، پوشش دو لايه ذيل را بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي كروماته شده اعمال كرده است:
الف- پوشش زير رنگ حاوي رزين ترموست يا ترموپلاست به همراه ذرات ترانسپارنت
رزين‌هاي ترموست مصرفي عبارتند از: رزين اكريليك، پلي‌استر، اوره‌تان، فلوئوروكربن، بوتادين، رزين پلي‌استر اصلاح شده با اوره‌تان. رزين اكريليك به دليل مقاومت بالا نسبت به تغييرات آب و هوايي و نيز شفافيت آن ترجيح داده مي‌شود. عامل پخت مصرفي براي اين رزين‌ها عبارتند از: رزين ملامين، رزين اوره، تركيبات پلي ايزوسيانات و رزين اپوكسي.
رزين‌هاي ترموپلاست مصرفي عبارتند از: كوپليمر و ينيل استات اتيلن، رزين پلي‌استر اشباع شده خطي، الاستومر پلي اوره‌تان ترموپلاست، كوپليمر استايرن- بوتادين، كوپليمر اكريلونيتريل- بوتادين، لاستيك بوتيل، پلي الفين اصلاح شده.
در مورد ذرات ترانسپارنت، سيليكا به صورت اسيد سيليسيك يا كربن سفيد و آلومينا به صورت Al2O3 استفاده مي‌شوند. مقدار مصرف اين ذرات 5?تا 35 درصد وزني پوشش و ترجيحاً 15 تا 25 درصد و اندازه آنها 005/0 تا 05/0 ميكرون مي‌باشد.
مواد معرفي شده فوق، از طريق روش اسپري كردن بر روي چرخ آلومينيمي نشانده مي‌شوند. لازم است كه اين مواد نخست در يك حلال، حل يا توزيع شوند. در شرايط مطلوب، از مخلوط دو حلال آلي قطبي و حلال آلي غيرقطبي استفاده مي‌شود. حلال قطبي، سياليت پوشش را افزايش داده، صافي سطح را تأمين مي‌كند، اما حلال غيرقطبي، باعث خاصيت تيكزوتروپي پوشش شده و از سياليت بيش از حد پوشش در حين پخت، جلوگيري مي‌كند. همچنين پوشش را بويژه در لبه‌هاي تيز چرخ حفظ مي‌نمايد. معمولاً حلال‌هاي قطبي به ميزان 30 تا 70 درصد و حلال‌هاي غيرقطبي به ميزان 70 تا 30 درصد مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
حلال‌هاي آلي قطبي مصرفي، عبارتند از: كتون‌ها نظير: استون، متيل اتيل كتون، متيل ايزو بوتيل كتون، استرهاي دي‌اتيل كتون نظير: اتيل استات، ايزوبوتيل استات، الكل‌ها نظير: بوتانل n و ايزوبوتانل.
حلال‌هاي آلي غيرقطبي مصرفي عبارتند از: هيدروكربن‌هاي آروماتيك نظير تولوئن و زايلين و نفتا. پس از اسپري كردن مواد به يكي از سه روش افشانه هوا، افشانه بدون هوا و افشانه الكترواستاتيك، پوشش در دماي محيط يا تا دماي 170 درجه سانتي‌گراد تحت عمليات پخت قرار مي‌گيرد و ضخامت آن به 10 تا50 ميكرون مي‌رسد.
از مزاياي پوشش زير رنگ آن است كه به علت حضور ذرات ريز توزيع شده، پوشش قطعه حالت تيكزوتروپي داشته و قابليت سيلان آن اندك است، اما با به هم زدن مواد پوشش، ويسكوزيته آن كاهش يافته، سياليت افزايش مي‌يابد. لذا عمليات پوشش بعد از به هم زدن، براحتي انجام مي‌پذيرد و به دليل خاصيت تيكزوتروپي سيال در حين پخت، پوشش در لبه‌هاي چرخ، باقي مانده و حركت نخواهد كرد.
شركت تويوتا موتور، اين پوشش‌هاي كامپوزيتي را با استفاده از پيگمنت سيليكا بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي اعمال كرده و يكي از عيوب عمده در بازار اين نوع چرخ‌ها را كه «پوسيدگي ريسماني» را با افزايش چسبندگي پوشش، برطرف كرده است.
ب- پوشش رويه
براي پوشش‌دهي رويه، معمولاً از رزين اكريليك ترموست كه ظاهري عالي از نظر صافي و شفافيت، مقاومت خوب شيميايي، مقاومت مناسب به آب، مقاومت خوب به تغييرات آب و هوايي و قابليت مناسب پخت دارد، استفاده مي‌شود. براي پخت، از عوامل پخت نظير: رزين‌هاي آمينه، رزين اوره، تركيبات پلي ايزوسيانات و تركيبات پلي ايزوسيانات بلوكه شده استفاده مي‌شود. ضخامت اين پوشش شفاف، پس از پخت در دماي محيط يا تا دماي 170 درجه سانتي‌گراد ترجيحاً 25 تا 60 ميكرون است.
نكته حائز اهميت اين است كه در اين پوشش دولايه‌اي، امكان حذف پخت لايه اول و سپس پخت نهايي دو لايه، وجود دارد. اين فرايند به سيستم رنگ تر روي رنگ تر معروف است و نتيجه آن چسبندگي بيشتر اين دو لايه به يكديگر است.
شركت Nippon light Metal Co، در فرايند توليد چرخ‌هاي آلومينيمي ريختگي، پس از ماشينكاري و آندايز چرخ و ايجاد لايه اكسيدي به ضخامت 2/0 تا 3 ميكرون، رنگ پليمري شفافي را بر روي فيلم اكسيد آندايز شده، نشانده است.
شركت A-Mold Corporation يكي از بزرگترين توليدكنندگان چرخ آلومينيمي امريكا، فرايند پخت پوشش‌هاي پليمري را با اتخاذ سيستم پخت مادون قرمز، سرعت بخشيده و بهاي قطعه، ميزان مراقبت و فضاي كارگاهي مورد نياز را كاهش داده است. در اين سيستم، دماي پخت چرخ در عرض 4 دقيقه به 182 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد. چرخ به مدت 15 دقيقه در اين دما باقي مانده و سپس خارج مي‌شود.

شيوه‌هاي ايجاد پوشش‌هاي پليمري بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي
شيوه‌هاي ايجاد پوشش‌هاي پليمري عبارتند از:

الف- اسپري كردن (افشانه‌اي)
اسپري كردن، فرايندي است كه در آن، مايع حاوي رزين‌هاي پوشش، اتميزه شده و به صورت ذراتي بسيار ريز بر روي سطح قطعه رسوب مي‌كنند. سه روش اساسي براي اتميزه كردن مايع پوشش، عبارتند از:
1. اتميزه كردن با استفاده از هوا
بر اثر عبور هوا و ايجاد مكش در محفظه نگهدارنده مايع، مايع به صورت اتميزه وارد مسير عبور هوا شده و از طريق تفنگ اسپري، به سطح قطعه پاشيده مي‌شود.
2. اتميزه كردن هيدروليكي يا بدون هوا
در اين فرايند، مايع مورد نظر با فشاري بالا (500 تا 4500) به ابزار پاشش پمپ مي‌شود و بر اثر عبور از روزنه‌اي كوچك، اتميزه شده و ذرات اتميزه شده با شتاب به طرف قطعه حركت مي‌كنند.
3. اتميزه كردن چرخشي يا سانتريفوژ
اعمال شارژ الكترواستاتيكي بر روي قطعه و قطرات حاصل از عمليات اتميزه كردن، بازدهي انتقال قطره به قطعه را افزايش مي‌دهد. اين متد به «افشانه الكترواستاتيكي» معروف است.
روش اسپري، يكي از روش‌هاي متداول ايجاد پوشش بر روي چرخ‌هاي آلومينيمي در بسياري از شركت‌ها، از جمله شركت ژاپني "Kansai Paint Co Ltd" است.

ب- پوشش دادن پودري
در اين فرايند، ذرات خشك پودر بدون استفاده از حلال يا آب و با استفاده از باردار كردن قطعه و ذرات پودر، به طرف قطعه مورد نظر، شتاب گرفته و روي آن رسوب مي‌كنند. اين متد به افشانه پودري الكترواستاتيك معروف است.

منابع:
1. A. Graves: "clear powder coating complements high quality wheels", www.afonline.com/articles/99sum02.html.
2. Y. Koichi: "Method for coating aluminum wheel with paint to prevent corrosion", JP61157694 (1956).
3. S. Toru, A. Kishiro: "Film on aluminum wheel and method for coating the same", JP10157401 (1956).
4. F. Akio: "Strcture of coating film for aluminum wheel", JP1030749 (1989).
5. T. Tadayoshi, M. Komaharu: "Method of coating on aluminum wheel", US4911954 (1990).
6. O. K. William, S. R. Neil: "Aluminum wheel clearcoat with UV additive to retard filiform corrosion", WO93 13875 (1993).