ریخته گری چیست ؟
ریخته گری یکی از روش های شکل دادن قطعات فلزی است که شامل تهیه مذاب از فلز مورد نظر و ریختن آن در محفظه ای به نام قالب است به گونه ای که پس از انجماد مذاب، شکل، اندازه و خواص مورد نظر تأمین شود.
ریخته‌گری، فن شکل‌دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آن‌گاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب است.
این روش کهن‌ترین فرایند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است.
اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک‌رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد.
درصد بسیار بالایی از کالاهای تولید شده حاوی حداقل یک قطعه ریخته‌گری هستند. اندازه قطعات ریخته شده می‌تواند از چند گرم و چند میلیمتر (مانند دندانه‌های منفرد یک زیپ) تا بیش از ۱۰ متر و چندین تن باشد (مانند چرخ پروانه‌های بزرگ یا قاب‌های عقب کشتی‌های اقیانوس پیما).
فرآیندهای ریخته‌گری بیشتر زمانی استفاده می‌شود که تولید شامل اشکال پیچیده بوده، یا قطعاتی با مقاطع توخالی یا حفره‌های داخلی باشد.
همچنین قطعاتی که دارای سطوح منحنی نامنظم هستند (به جز مواردی که می‌توانند از ورق فلز نازک ساخته شوند)، قطعات بسیار بزرگ یا قطعات ساخته شده از فلزاتی که ماشین کاری آنها دشوار است، را نیز بیشتر به روش ریخته‌گری می‌سازند.
تاریخچه ریخته گری
بنا برتحقیقات باستان شناسان، ریخته گری فلزات ، یک تکنولوژی ماقبل تاریخ بوده و قدمتی شش هزار ساله دارد.
بر اساس حفاری های باستان شناسی در کوه های مرکزی کرمان (بخشی از کویرهای کشورمان) نشان می دهد که کارگاه های خاص مس ریزی مربوط به بیش از ۴۰۰۰ سال پیش از میلاد در این نواحی وجود داشته است.
دورۀ برنز (مس و مفرغ) :
دوره برنز در خاور نزدیک و در حدود ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح آغاز شد. اولین اشیای برنزی کشف شده، به صورت آلیاژی از مس و آرسنیک (حدود ۴ درصد) بوده است.
این آلیاژ که مصرف عمومی داشت، همزمان با خاور نزدیک در اروپا به خصوص انگلستان نیز مورد استفاده قرار گرفت.
موضوع مهم در این دوره ، پی بردن به تأثیر قلع بر خواص مس است که باعث افزایش استحکام و سختی آن می شود.
دوره آهن: اگر چه بر اساس کاوش باستان شناسان در چین قطعاتی چدنی مربوط به ۶۰۰ سال قبل از میلاد به دست آمده است، اما پیدایش آهن به عنوان یک دوره، به دو هزار سال قبل از میلاد مسیح می رسد.
نام آهن در زبان پهلوی به عنوان « آلیسن » در آلمانی «آیزن» و در انگلیسی «آیرن» نامیده شده است.
دوره تاریک صنعتی
در سده های سوم و چهارم بعد از میلاد تا قرن چهاردهم میلادی یک دوره رکود در صنایع و از جمله ریخته گری به وجود آمد. البته با توجه به حاکمیت کلیسا و تزیینات آن نظیر ناقوس، شمعدانی و … روش های جدیدی در ریخته گری ایجاد شد. (قالبگیری با فرمان )
ساخت ناقوس ها در این دوره اهمیت خاصی پیدا کرد و رقابت برای ساخت آنها زیاد شد. در «سنت پل» ناقوسی به وزن ۱۷ تن به نام پل کبیر ساخته شد.
در روسیه ناقوس هایی به وزن ۱۷۱ تن در «نرونسکی» و ۱۱۰ تن در مسکو ریخته شده است.
دوره رنسانس صنعتی: این دوره از سال ۱۵۰۰ تا ۱۷۰۰ میلادی به طول انجامید. در این دوره صنعت توپ ریزی بنا نهاده شد. در ابتدا لوله های توپ از برنز و سپس از چدن ساخته شد و در این رابطه دولت عثمانی نقش زیادی داشت.
دوره انقلاب صنعتی : یکی از تعاریف انقلاب صنعتی این است که حداقل ۵۰ درصد از تولید هر ماده از خانه یا کارگاه های کوچک به کارخانه منتقل شود. در انگلستان سال ۱۷۵۰ را آغاز انقلاب صنعتی می دانند و علت آن را استفاده از کک به جای ذغال چوب بیان می کنند.
مشخصات ریخته گری و ذوب آلومینیوم
آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب کم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مکانیکی و فیزیکی در اثر آلیاژ سازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مکانیکی ، در صنایع امروز از اهمیت زیادی برخوردارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژها توسعه می یابد. عناصر مختلف مانند سیلیسیم، منیزیم و مس در خواص ریخته گری و مکانیکی این عنصر شدیدا تأثیر می گذارند و یک رشته آلیاژهای صنعتی را پدید می آورند که از مقاومت مکانیکی ، مقاومت به خوردگی و قابلیت ماشین کاری بسیار مطلوب برخوردارند. قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است که در ذوب و ریخته گری آلومینیم مورد بحث قرار می گیرد.
تقسیم بندی آلیاژهای آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیم در اولین مرحله به دو دسته تقسیم می گردند:
الف) آلیاژهای نوردی (Wrought Alloys) که قابلیت پذیرش انواع و اقسام کارهای مکانیکی (نورد، اکستروژن و فلزگری ) را دارند.
ب) آلیاژهای ریختگی (Casting Alloys) که در شکل ریزی و ریخته گری های آلومینیم با گسترش بسیار مورد استفاده اند. آلیاژهای نوردی که در مباحث شکل دادن فلزات مورد مطالعه قرار میگیرند از طریق یکی از روش های شمش ریزی (مداوم ، نیمه مداوم ، منفرد) تهیه می گردند و پس از قبول عملیات حرارتی لازم، تحت تأثیر یکی از روش های عملیات مکانیکی به شکل نهایی در می آیند.
آلیاژهای ریختگی آلومینیم که بیشترمورد بحث می باشند از طرق مختلف ریخته گری (ماسه ای ، پوسته ای، فلزی و تحت فشار) شکل می گیرند و مستقیما و یا بعد از عملیات حرارتی (در صورت لزوم) در صنعت استفاده می شوند.
در مورد آلومینیم و سایر آلیاژها کشورهای مختلف استانداردهای متفاوتی بکار می برند که مشخصه درجه خلوص و یا میزان ناخالصی ها و سایر ترکیبات آلیاژ می باشد.
استاندارد آلیاژهای آلومینیم علاوه بر مشخصه های ارقامی به کمک رنگ های اصلی نیز انجام می گیرد.
نمونه رنگ هایی در استاندارد انگلیسی عبارت است از:
آلومینیم خالص رنگ سفید
آلومینیم – مس رنگ سبز
آلومینیم – منیزیم رنگ سیاه
آلومینیم – مس – نیکل رنگ قهوه ای
آلومینیم – روی – مس رنگ آبی
آلومینیم – سیلیسیم (منیزیم) رنگ زرد
آلومینیم – سیلیسیم (مس) رنگ قرمز
در ایران متأسفانه هنوز استانداردی برای صنایع آلومینیم بکار نمی رود و به رابطه کارخانه با کشورهای مختلف سیستم های متفاوت انگلیسی، آمریکائی ، بلژیکی و … بستگی دارد.
انواع روشهای ریخته گری
روشهای ریخته‌گری از دیدگاه نوع قالب به دو دسته تقسیم می‌شوند:
ریخته‌گری در قالب‌های یکبار مصرف و ریخته‌گری در قالب‌های دائمی.
ریخته‌گری با توجه به فناوری و مجموعه تجهیزاتی که در قالبگیری دخیل هستند شامل موارد زیر می‌شود:
ریخته‌گری با قالب ماسه ای:
اغلب تولید قطعات ریختگی در ماسه انجام می‌شود. ریخته‌گری ماسه ای (Sand casting)، فرایندی است که در آن از ماسه برای قالبگیری استفاده می‌شود. ماسه لازم برای یک تن ریخته‌گری حدود ۴ تا ۵ تن است.
نسبت مصرف ماسه به فلز، بسته به نوع، اندازه قطعه ریختگی و روش قالبگیری، متغیر است.
ماسه مورد استفاده در ریخته‌گری انواع مختلفی دارد که تحت دو دسته کلی ماسه طبیعی و ماسه ترکیبی (ماسه دریاچه) می‌توان آنها را طبقه‌بندی نمود.
این ماسه‌ها دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا (SiO2) می‌باشند. دانه‌های ماسه باید بقدر کافی کوچک باشند تا بتوان آنها را متراکم کرد، و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته‌گری از بین منافذ آنها خارج شوند. در قالب‌های بزرگ‌تر، از “ماسه سبز” استفاده می‌کنند (ترکیبی از ماسه، خاک رس و مقداری آب).
ریخته‌گری در ماسه تر (Green sand casting): ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای خشک نشده.
ریخته‌گری در ماسه خشک (Dry sand casting): ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای خشک شده. در این روش، قالب ماسه‌ای در گرم‌خانه‌ای با دمای حدود ۳۰۰ درجهٔ سانتیگراد به مدت مناسبی قرار داده شده و خشک می‌گردد.
ریخته‌گری در قالب رو خشک (Skin-dried mold casting): ریخته‌گری در آن دسته از قالب‌های ماسه‌ای که سطوح آن ها-اغلب با یک مشعل- تا عمق معینی خشک شده‌است.
ریخته‌گری روباز در ماسه (Open sand casting): ریخته‌گری در قالب‌های ماسه‌ای بدون لنگهٔ رویی. از این روش در تولید قطعات نا دقیقی که یک سطح تخت دارند استفاده می‌شود.
ریخته‌گری در حالت نیمه جامد (Semi-solid casting): ریخته‌گری در حالت خمیری.
ریخته‌گری در قالب گچی (Plaster mold casting): روش ریخته‌گری با استفاده از قالب‌های ساخته شده از گچ فرنگی و افزودنی‌های دیگر. در تولید قطعاتی با دقت ابعادی کار می‌رود.
ریخته‌گری دقیق (Investment Casting): ریخته‌گری دقیق به نام «ریخته‌گری با مدل‌های مومی» یا «ریخته‌گری ظریف» نیز شناخته می‌شود. قرون متمادی است که این نوع ریخته‌گری برای تهیه قطعات با کیفیت عالی بکار می‌رود. در این روش ریخته‌گری، می‌توان با استفاده از قالب‌ها ساخته شده از جنس سرامیک و مواد دیر گداز دیگر، قطعاتی پیچیده با دقت ابعادی بالا و سطوحی صافتر در مقایسه با روشهای دیگر تولید کرد.
ریخته‌گری پیوسته (continues casting): ریخته‌گری پیوسته، فلز مذاب را بر اساس یک فرایند پیوسته، به جامد تبدیل می‌کند.
کوره های ذوب
کوره های ذوب در صنایع آلومینیم و به طور کلی در صنایع ریخته گری آلیاژهای غیرآهنی به سه دسته اصلی طبقه بندی می گردند:
1- کوره های ذوب با حرارت غیرمستقیم (سوخت گازی و یا مایع)
2- کوره های ذوب با حرارت مستقیم (سوخت گازی و یا مایع)
3- کوره های الکتریکی
کوره های ذوب با سوخت جامد (معمولا کک) در صنایع ذوب فلزات غیرآهنی اهمیت خود را از دست داده است و فقط در بعضی از کارگاه های سنتی و در بعضی از کارخانجات که از کوره های بوته ای استفاده می کنند ، سیستم سوخت جامد هنوز برقرار می باشد.
فعل و انفعالات شیمیایی در مذاب (ترکیب و گازها)
فعل و انفعالات عمومی
در درجه حرارت ذوب آلومینیم، فعل و انفعالات شیمیایی مختلف بین مواد اکسیدی و ترکیبات مختلف و آلومینیم و مواد آلیاژی آن انجام میگیرد که حاصل آن به صورت مواد جامد غیر فلزی (اکسیدی) و یا حباب های گازی در قطعه باقی می ماند.
فعل و انفعالات با هوا
اکسیژن هوا و همچنین ازت موجود در آن مهمترین منشأ وجود ترکیبات غیرفلزی در مذاب آلومینیم هستند.
تمام عناصر حاصل از فعل و انفعال در حالت مذاب بوده و تحت تأثیر قوانین استوک در مذاب شناور می شوند و به صورت مواد ناخواسته غیرفلزی در قطعه معیابی را ایجاد می کنند.
فعل و انفعالات با محصولات سوخت
سوخت های فسیلی در تحت درجه حرارت اشتعال از صورت فرمولی زیر به ، CO و CO2 , H2O تجزیه می شوند.
سایر ترکیبات سوخت مانند CH4 , H2 , N2 می توانند تا حدودی از شدت اکسیداسیون بکاهند ولی اغلب آنان به صورت دیگری گازهای محلول در مذاب را افزایش می دهند.
بایستی توجه داشت که کلیه گازها مانند ، CO ، CO2 و CH4 در مذاب آلومینیم نامحلول می باشند و فقط هیدروژن در آن حل می گردد و CH4 نیز در اثر تجزیه به هیدروژن و کربن تبدیل می شود.
کربن حاصل از فعل و انفعالات فوق در صورت وجود تیتان در مذاب با آن ترکیب شده و به صورت Tic در ریز کردن دانه های آلومینیم (grain refiner) تأثیر شدید دارد.
فعل و انفعالات با بخار آب (هوا ، قالب)
بخار آب از هر منبعی که حاصل شود با آلومینیم مذاب و مواد آلیاژی آن ترکیب می شود که نتیجه آن علاوه بر ترکیبات اکسیدی، وجود هیدروژن به صورت اتمی می باشد که در مذاب حل می گردد.
فعل و انفعالات با مواد نسوز مواد نسوز مورد استفاده در صنایع آلومینیم بیشتر از انواع گرافیت و ترکیبات سیلیسی می باشد تا امکان ترکیبات مختلف را کاهش دهد.
مواد نسوز ، اغلب از طریق مکانیکی شکسته و به مذاب آلومینیم افزوده می شوند ولی در درجه حرارت های ذوب نیز وجود فعل و انفعالات زیر امکان پذیر می باشد.
به استثناء فعل و انفعال با سیلیس که هنوز مورد تایید کامل قرار نگرفته است فعل و انفعالات دیگر در شرایط ذوب حاصل می گردند.
فعل و انفعال با هیدروژن
هیدروژن تنها گاز قابل حل در آلومینیم مذاب می باشد و به دلیل آنکه حلالیت آن در حالت جامد بسیار کم است، گازهای خارج شده از حلالیت به صورت حباب و تخلخل در قطعه ریخته شده خواص مکانیکی را به شدت تقلیل می دهند.
هیدروژن از طریق بخار آب
و یا بصورت هیدروژن موجود در هوا
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.