مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
ریختهگری از قدیمیترین روشهای شکلدهی فلزات است. این فرایند از طریق ذوب فلزات و آلیاژها در قالب، انجماد یا سرد کردن و در نتیجه شکل دادن آنها انجام میگیرد. ریختهگری معمولاً برای اشکال پیچیده استفاده میشود.
کورههای اولیه از جنس خاک رس بوده و در آن از لایههای مس و چوب استفاده میکردند. بازهی وزنی قطعات ریختهگری از وزنهای کم در حدود چند گرم تا وزنهای زیاد چند تنی میباشد. همچنین قطعات در ریختهگری میتوانند از ابعاد کوچک چند میلیمتری تا دهها متر باشند.
در ریختهگری برای شکل دادن به فلز از قالب استفاده میشود. ریختهگری میتواند داخل قالبهای دائمی و یا یکبار مصرف انجام شود. قالبهای یکبار مصرف شامل قالب موم، پلاستیک، پلی استایرن وماسهای میباشد و قالبها با الگوهای چند بار مصرف شامل چوب، پلاستیک و فلز است. با این حال که اصطلاح یکبار مصرف برای قالبهای یکبار مصرف به کار برده میشود اما گاهی میتوان ماسه که متداولترین قالب ریختهگری است را بازیافت و مجدد از آن استفاده کرد.
تاریخچه ریختهگری
تاریخچه ریختهگری به گذشتههای دور برمیگردد و نمیتوان زمان دقیقی برای آن تعریف کرد اما میتوان آن را به دوره کالکولیتیک نسبت داد که تقریباً ۳۰۰۰ تا ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد است.
ریختهگری گریز از مرکز اولین ریختهگری در انگلستان بود و اولین بار در بالتیمور مورد استفاده قرار گرفت. بعد از توسعه اولیه روش گریز از مرکز، ریختهگری با قالب دائمی به نام ریختهگری توخالی شناخته شد. یکی دیگر از تکنیک های قدیمی ریختهگری نیز ریختهگری دقیق یا موم فدا شونده میباشد.
تحولات ریختهگری ادامه یافت تا قرن بیستم که ابتدا دستگاه تست سختی برنیل اختراع شد. در آن زمان برای ریختهگری از آلیاژهای آلومینیوم و برنز استفاده میشد. سپس فرایند ریختهگری قالب دائمی کم فشار اختراع شد و پس از آن چرخهای قطار به روش ریختهگری گریز از مرکز و بلوکهای آلومینیومی ریختهگری و میل لنگ برادران رایت ساخته شد.
بعد از اینها اولین کوره قوس الکتریکی و اولین کوره القایی ایجاد شد و پیشرفتها و استفاده از ریختهگری روز به روز بیشتر و گستردهتر شد و در اکثر صنایع پا گذاشت.
انواع ریختهگری
روشهای ریختهگری شامل انواع فرایندها میباشد. یکی از این فرایندها روش سنتی ریختهگری است که شامل ریختهگری ماسه تر، ریختهگری ماسه خشک و ریختهگری اتوماتیک میباشد.
روش دیگر ریخته گری با قالب دائم شامل دایکست تحت فشار، دایکست گرانشی میباشد.
از انواع دیگر ریختهگری ماسه شیمیایی شامل ریختهگری پوستهای، ریختهگری سدیم سیلیکات و ریختهگری بدون پخت میباشد.
به جز این روشها که گفته شد ریختهگری در روشهای خاصی نظیر ریختهگری دقیق، ریختهگری پیوسته، ریختهگری در خلاء، ریختهگری چلاندنی، ریختهگری گریز از مرکز، ریختهگری در گچ، ریختهگری الگوی تبخیر شونده، ریختهگری پوسته سرامیکی، ریختهگری دوغابی و ریختهگری با همزن نیز انجام میشود.
قالبهای یکبار مصرف ریختهگری
انواع قالبهای ریختهگری یکبار مصرف عبارتند از:
ریختهگری ماسهای
ریختهگری قالب ماسه هیچ محدودیتی از نظر نوع فلز و ابعاد ندارد و این روش کم هزینه است اما دقت بالایی ندارد. قالب ماسه خود شامل زیر گروههای قالب ماسه تر، قالبهای بدون پخت، هوا خشک و قالبهای پوستهای میباشند.
قالب ماسه تر Green Sand Molds
قالب ماسه تر مخلوطی از آب، خاک رس و ماسه سیلیسی است. روش پرکاربرد است اما این روش برای قطعات دیوار نازک و سطوح خیلی صاف مناسب نیست.
قالبهای بدون پخت یا هوا خشک No-bake molds
قالبهای بدون پخت از مخلوط ماسه و یک چسب رزینی ساخته میشود. این قالب ها در دمای اتاق خشک میشوند. این قالبها محکم بوده و سطوح خوبی ایجاد میکنند. در این روش شکستن قالب راحت و ماسه آن قابل بازیابی است.
قالبهای پوستهای Shell Molds
قالبهای پوستهای با ماسه سیلیسی رزیندار ساخته میشوند. این قالبها به سرعت آماده شده و قابلیت نگهداری طولانی مدت را دارند. کیفیت سطح این قالبها بهتر از دو قالب بدون پخت و ماسهتر است و روشی شبه دقیق است. وزن قطعات ریختهگری در این قالب ها باید زیر۴۵ کیلو باشد.
قالب گچی Plaster mold casting
از دیگر قالبهای یکبار مصرف میتوان قالب گچی برای آلیاژهای آلومینیوم، مس، سرب و آلیاژهای روی را نام برد. این قالب ها تحمل دمای بالا ندارند و ازکلسیم سولفات و یا گچ و آب تشکیل میشوند. در این روش میتوان قطعات پیچیده و جدار نازک با وزن زیر ۴۵ کیلو تولید کرد.
ریختهگری دقیق Investment Casting
قالب ریختهگری دقیق یا ریختهگری موجی از قالب سرامیکی ساخته میشود و از مزایای این روش ساخت قطعاتی با دقت بالا، با ظرافت، پیچیده و جداری نازک است.
ریختهگری فوم تبخیری Evaporative-foam casting
ریختهگری فوم تبخیری از فوم برای قالبهای خشک غیر چسبدار استفاده میشود. فوم تبخیری مزیتهایی نظیر عدم نیاز به ماهیچه، استفاده از یک درجه به جای دو درجه، سبک بودن فوم پلی استایرن، عدم خط جدایش، صافی قطعه و ریختهگری قطعات پیچیده را دارد.
قالبهای دائمی ریختهگری
قالبهای دائمی معمولاً از فلز یا گرافیت میباشند و از آن میتوان برای تولید بسیاری از قطعات استفاده کرد. این روش خواص مکانیکی بهتری در قطعه ایجاد میکند و سطوح صافتر و تلورانس دقیقتری به ما میدهند. جنس این قالب فولاد کربنی، فولاد ابزاری کار-گرم، گرافیت و چدن خاکستری است. از این قالبها برای ریختهگری فلزات غیر آهنی نظیر مس، منیزیم، سرب و روی استفاده میشود.
ریختهگری دایکستینگ
روش دیگر ریختهگری دایکستینگ یا ریختهگری تحت فشار است. این روش برای بیشتر قطعات، از قطعات ساده تا پیچیده و قطعات جدار نازک استفاده میشود. اما ابعاد در این ریختهگری نمیتواند بزرگ باشد. این روش مربوط به قطعات غیر آهنی است.
ریختهگری گریز از مرکز
این ریختهگری میتواند با قالب دوار دائم و قالب یکبار مصرف انجام شود. با این قالب میتوان قطعات سنگینتر نسبت به قالبهای ثابت را تولید کرد.
ریختهگری گریز از مرکز خود شامل دو گروه اصلی ریختهگری نیمه گریز از مرکز و ریختهگری گریز مرکز کامل میباشد. این نوع ریخته گری را میتوان برای لولههای قطور و لولههای دو فلزه با هر نوع ضخامتی استفاده کرد.
از دیگر روشها میتوان به ریختهگری قالب رو خشک، ریختهگری روباز در ماسه، ریختهگری نیمه جامد که حالتی خمیری دارد، ریختهگری پیوسته که طی فرایندی پیوسته به جامد تبدیل میشود، ریختهگری کوبشی که به صورت ترکیبی از ریختهگری تحت فشار و آهنگری میباشد و در صنایع دفاعی و صنایع ساختمانی استفاده میشود اشاره کرد. فلز حاصل از روش کوبشی در برابر سایش و گرما مقاومت دارد.
فرایند ریختهگری
ریختهگری در واقع یک فرایند انجمادی است که در آن ماده مذاب داخل قالب ریخته شده و طی زمان مشخص منجمد شده و خواص آن شکل میگیرد. علاوه بر خواص مفید در مرحله انجماد، عیوبی نظیر تخلخل گازی و انقباض انجمادی نیز به وجود میآید که با کنترل میتوان از آنها جلوگیری یا آنها را کاهش داد. فرایند انجماد شامل هسته زایی و رشد میباشد، هستهزایی ذرات جامد پایدار درون مایع ذوب است و رشد خارج شدن گرمای همجوشی از ماده مذاب است. سرعت، جهت و نوع رشد را میتوان با روش های حذف گرما کنترل کرد.
اگر خنکسازی سریعتر باشد، اندازه دانهها ریزتر و خواص مکانیکی بهتر میشود.
مدلهای ریختهگری
مدلهای ریختهگری همانطور که قبلاً هم گفته شد شامل مدلهای یکبار مصرف و چند بار مصرف میباشد همچنین سایر اجزای ریختهگری شامل خط جدایش، گلویی و تغذیهها، تکیهگاه ماهیچه و نقاط موقعیت یاب است.
مشکلات مواد مذاب انجماد ریختهگری شامل موارد زیر است:
- واکنشهای شیمیایی فلز با محیط اطراف مثل اکسایش یا ایجاد ذره ناخالصی روی سطوح.
- تخلخل گازی به علت وجود گازهای مواد مذاب زمانی که منجمد میشوند.
- اگر مواد مذاب قبل خروج کامل از مسیر منجمد شوند منجر به عیوبی نظیر سردجوشی cold shut یا نیامد misrun میشوند.
- احتمال حضور ناخالصی که برای رفع آن از چاهک یا راه گاههایی استفاده میشود که میتواند از ورود ناخالصی جلوگیری کند.
معایب ریختهگری
عیوب ریختهگری از جریان سیال شامل نیامد، جوش سرد، حبس هوا، حفرات گازی، رود آخال، سرباره و فیلمهای اکسیدی به داخل جریان سیال بوده و عیوب ناشی از انجماد شامل حفرههای ریز و درشت، تنشهای باقیمانده و ترک میباشد که خود ترک شامل گسیختگی گرم، ترک وابسته به محدود شدن، ترکهای سرد، انقباض و جدایش میباشد. از دیگر معایب میتوان به تخلخل گازی، حبس هوا، پوست زخم، سرد جوشی، رگه مذاب، ناپیوستگی در ریخته گری اشاره کرد.
انقباض انجمادی
اکثر فلزات بعد از انجماد منقبض میشوند این انقباض مایع بستگی به ضریب انقباض حرارتی و میزان سوپر هیت دارد و شامل سه مرحله است.
- انقباض مایع وقتی که تا دمای شروع انجماد خنک میشود.
- انقباض انجماد زمانی که مایع تبدیل به جامد میشود.
- انقباض جامد زمانی که قطعه جامد به دمای اتاق میرسد.
فرایندهای تکمیلی
پس از انجام مراحل اصلی باید روی قطعه عملیات پرداخت و تکمیلی انجام شود که این به نوع فرایند ریختهگری و نوع فلز بستگی دارد. در قطعات ریختهگری بعد از جدا شدن از قالب برای حذف رگه در خط جدایش و بهبود سطح از فرایندهای شات بلاست، سنگ زنی، ترمیم قطعه، ماشین کاری و کنترل کیفیت استفاده میشود. البته با توجه به وضعیت قطعه ممکن است عملیات حرارتی و تعمیر یا پرسکاری هم مورد نیاز باشد.
نتیجهگیری
توجه به آنچه گفته شد ریختهگری از قدیمیترین روشهای شکلدهی فلزات است. در فرایند ریختهگری فلز ذوب شده در قالب منجمد میشود و شکل قالب را به خود میگیرد. در ریختهگری از قالبهای مختلف یکبار مصرف و چند بارمصرف استفاده میشود.
ریختهگری به ما کمک میکند تا بتوانیم قطعات پیچیده ایجاد کنیم. ریختهگری هم مانند دیگر فرایندها مشکلاتی دارد. از جمله مشکلات ریختهگری تخلخل در فلز، ترک و پوستههایی روی سطح آن، رگههای مذاب داخل آن و در نتیجه ناپیوستگی میباشد.
البته با انتخاب قالبهای مناسب میتوان معایب ریختهگری را به حداقل رساند و برای بهبود نهایی میتوان از فرایندهای تکمیلی روی آن استفاده کرد.
