تحقیق در مورد ریخته گری چدن

بخشی از مقاله

صنعت ريخته گري
ريخته‌گري جزء يكي از روشهاي توليد مي‌باشد. اصولاً تكنولوژي توليد ريخته‌گري به دو قسمت تقسيم مي‌شود: 1- استفاده از قالبهاي موقت: دراين روش قطعات توليد شده از ريختن مذاب قالب(كه براساس كوبيدن مواد نسوز در اطراف مدل معين به وجود آمده است) به دست مي‌آيد. قالبهاي موقت خود به سه دسته ماسه‌اي ـ پوسته‌اي و سراميكي تقسيم مي‌شود. در روش ماسه‌اي مدل كه ممكن است از جنس چوب و يا فلز باشد در محفظه قالب قرار مي‌گيرد.

درون قالب را از ماسه پر مي‌كنند و سپس مي‌كوبند كه اين ممكن است به صورت دستي و يا توسط ماشين انجام شود. در جريان قالبگيري دستي اصولاً كوبيدن ماسه و خارج كردن مدل، ايجاد سيستم با مهارت كارگر انجام مي‌گيرد و معمولاً سرعت اصلي و اوليه كار بدين صورت است كه توليد قالبهايي با ديواره‌هاي تقريباً نازك صورت مي‌گيرد به طوري كه قسمتهاي خارجي قالب تحت‌تأثير شكل داخلي و محفظه قالب قرار مي‌گيرند. اين قالبها نسبتاً سبك وزن بوده و به راحتي قابل حمل و نقل مي‌باشد. مواد قالب عبارتند از ماسه‌هاي ريز و خشك، ذرات سيلس يا زير كشت كه معمولاً حاوي %7 -2 چسب و زرين است كه

در حرارت سخت مي‌شود.روش كار بدين صورت است كه اين ماسه‌ها را روي مدل مي‌ريزند و سپس با شعله،‌ اين ماسه‌ها و قالب را حرارت مي‌دهند، استحكام سريع و كامل قالب را مي‌توان با افزايش درجه حرارت تأمين نمود و در چنين مواردي درجه حرارت 300-450˚C است. قالبهاي سراميكي به نوعي از قالب اطلاق مي‌گردد كه از مواد نسوز مايع حاصل گرديده باشد و بالطبع از مواد بسيار نرم كه سطوح يكنواخت و صاف ايجاد مي‌كنند تشكيل گرديده‌اند. دقت زياد ابعاد،

سطوح صاف قطعه ريختگي و قابليت استفاده در مورد تمام آلياژها از مزايايي است كه به گسترش و استفاده از قالبهاي سراميكي كمك مي‌نمايد. براي تهيه مدل در مرحله اول به جاي ساختن مدل بايستي قالب فلزي ساخته شود و از روي چنين قالبي مدل را از مواد اوليه قابل گداز (موم) توليد مي‌نمايند. جنس مدل معمولاً از موم مي‌باشد. در تهيه قالب، معمولاً مدل را در يك محلول، كه حاوي ذرات نسوز ريز است، فرو برده و چنين محلولي ديواره‌هاي اوليه محفظه قالب را

ايجاد مي‌نمايد و سپس اين پوشش در جريان هوا خشك مي‌شود. 2- استفاده از قالبهاي دائمي: اصول كلي چنين روشي بر استفاده از قالبهاي دائمي فلزي قرار دارد كه فلز مذاب به طرق مختلف و يا مستقيماً و يا با اعمال فشار و نيروي خارجي به محفظه تزريق مي‌گردد. قابهاي دامني نيز خود به دسته‌هاي مختلف تقسيم مي‌شوند كه چند مورد آن توضيح داده مي‌شود. در روشي قالبهاي دامني ساده (تحت سنگيني مذاب) عمل مذاب رساني مشابه ريخته‌گري در ماده

است. به طوري كه محل ريختن مذاب نسبت به قطعه بالاتر مي‌باشد تا نيروي حاصل از اختلاف ارتفاع و ايجاد انرژي پتانسيل قادر به تبديل به انرژي جنبشي بوده و باعث پرشدن قالب گردد. اين سيستم مختص آلياژهايي كه بسيار سيال(روان) مي‌باشند،‌ است و با توجه به سرعت انجماد امكان پرشدن قاب تضمين مي‌گردد. براي توليد بيشتر و بهتر معمولاً قالبها را از نوع چدن مرغوب و يا فولاد انتخاب مي‌كنند و سطوح محفظه قالب را از يك لايه مواد نسوز پوشش مي‌دهند حرارت اوليه براي قالبها الزامي است. نوع ديگر ريخته‌گري قالبهاي دائمي،‌ ريخته‌گري تحت فشار در قالبهاي فلزي مي‌باشد كه به ريخته‌گري دايكاست مرسوم

است. دايكاست يا ريخته‌گري تحت فشار عبارتست از روش توليد قطعه از طريق تزريق مذاب تحت فشار به درون قالب. روش دايكاست از اين نظر كه در آن فلز مذاب به درون حوزه‌اي به شكل قطعه موردنظر رفته و پس از سرد شدن قطعه مورد نظر بدست مي‌آيد، بسيار شبيه ريخته‌گري مي‌باشد. تنها اختلاف بين اين دو روش در نحوه پركردن حفره قالب است. در قالب دايكاست فلز مذاب تحت فشار با سرعت بيشتري به درون قالب مي‌رود و به همين دليل با دايكاست قطعات با اشكال پيچيد‌تري را مي‌توان توليد كرد.

چدن چيست؟
چدن (Cast iron)، آلیاژی از آهن- کربن- سیلیسیم (Fe-C-Si) است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 1/0 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 1/0 درصد) بوده و به صورت حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود.
چدن ها در ريخته گري

با وجود کاهش قابل توجه در تولید چدن‌ها در طول دهه گذشته، چدن‌ها به عنوان مهمترین آلیاژهای ریختگی مورد توجه بوده‌اند. محبوبیت ریشه ای چدن‌ها در ریخته گری اشکال پیچیده با هزینه‌های پایین تولید، قیمت تمام شده نسبتا پایین و محدوده وسیع خصوصیاتی که قابل دسترسی توسط کنترل دقیق ترکیب و سرعت خنک کردن بدون تغییرات بنیانی و اساسی در روش‌های تولید، است.
چدن خام

آهن، اغلب از کانه های اکسید یا کربنات که گوگرد، آرسنیک و غیره از آنها زدوده شده باشد با برشته کردن در هوا، و کاهش با کربن تهیه می‌شود. کانه آهن با کک و کربنات کلسیم آمیخته شده و در یک کوره بلند که دمای بیشینه آن 1300 درجه سانتیگراد است. گرم می‌شود ناخالصیهای عمده اسیدی به کمک سرباره (کلسیم سیلیکات، آلومینات و غیره) خنثی می‌شود و توده فلزات مذاب به صورت چدن خام به بیرون جریان می‌یابد چدن خام شامل 2 الی 4 درصد کربن و اندکی گوگرد، فسفر و سیلسیم است. چدن مذاب را به صورت خام یا پس از افزودن فلزهای آلیاژ دهنده، برای بهبود خواص چدن، در قالبهایی از ماسه یا فلز و بر حسب نوع مصرف، آنها را به صورت اشکال مختلف در می‌آورند.

آلیاژهای چدن
فلزهای آلیاژ دهنده برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شوند. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند و حتی ممکن است در مواردی نیز، مثلا ساخت میل لنگ، جانشین فولاد شوند. در هر حال، با دارا بودن مزایایی از قبیل از قیمت تمام شده تولید پایین توام با قابلیت ریخته گری، استحکام، قابلیت ماشین کاری، سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاوم در برابر خوردگی، انتقال حرارت و جذب ارتعاش در این آلیاژ آن را از سایر آلیاژهای ریختگی آهنی متمایز ساخته است.

انواع ساختارهای زمینه چدن
اساس خواص مکانیکی چدن به زمینه آن بستگی دارد. به همین دلیل است چدن ها را با عبارت ساختار زمینه آنها برای مثال انواع پرلیتی یا فریتی توصیف می‌کنند. مهمترین ساختار زمینه چدن عبارتند از:

فریت
فریت محلول جامد Fe-C است که به طور قابل ملاحظه‌ای Si و مقادیر کمتری Ni ,Cu ,Mn در آن حل شده‌اند. فریت نسبتا نرم، چکش خوار، استحکام کم، مقاومت به سایش ضعیف، شکست خوب، ضریب هدایت گرمایی نسبتا خوب و قابلیت ماشینکاری خوبی است. یک زمینه فریتی را می‌توان به طور ریختگی تولید کرد اما اغلب با عملیات حرارتی باز پخت (تابکاری) می‌توان به آن دست یافت.

پرلیت
مخلوطی از فریت و سمانتیت Fe₃C است که توسط واکنش یوتکتیک از استینیت تشکیل شده و نام پرلیت از ظاهر صدف گونه‌اش مشتق شده است. پرلیت نسبتا سخت و از چقرمگی کمتری برخوردار بوده و ضریب هدایت گرمایی کم و در ضمن از ماشینکاری خوبی برخوردار است. وقتی فاصله بین دانه‌های پرلیت در زمینه کم می‌شود خواص مکانیکی افزایش می‌یابد مقدار کربن پرلیت در فولادهای غیر آلیاژی 0.8 % است در حالی که در چدنها بسته به ترکیب چدن و سرعت خنک شدن متغیر بوده و حتی می تواند کمتر از 0.5% در چدن های پرسیلسیم باشد.

فریت- پرلیت
ساختار مخلوطی است که غالبا برای رسیدن به خصوصیاتی بینابینی از آنچه که در فوق شرح داده شده به کار گرفته می‌شود.
بینیت
این ساختار می‌تواند به صورت ریختگی با افزودن عناصر آلیاژی Mo و Ni به مقادیر معین تولید شد. در ضمن جهت اطمینان بیشتر می‌توان توسط عملیات حرارتی آستمپر نیز به این ساختار رسید. این آلیاژ، با توجه به صرفه اقتصادی اخیرا توانسته‌اند نقش موثری بویژه در مهندسی خودرو، قطعات دنده ها، قطعات انتقال نیرو داشته باشند. مزایای چدن های گرافیت کروی آسمتپر عبارتند از: استحکام کششی بالا توام با چقرمگی، انعطاف پذیری و استحکام خوب، مقاومت به سایش و خراش، ظرفیت بالای جذب صدا و کارکرد، خواص ریخته کری خوب، فرم پذیری نزدیک به شکل نهایی حتی در شکل های خیلی پیچیده، قابلیت ماشینکاری خوب در حالت ریخته و حدود 10% صرفه جویی در وزن در مقایسه با فولاد.

آستنیت
برای پایدار نگاه داشتن این فاز در طول عمل خنک شدن یک عنصر آلیاژی با مقدار زیاد و معینی لازمست. چدن گرافیت ورقه ای و گرفیت کروی آلیاژی (نیکل- سخت) چدن هایی با زمینه آستنیتی و دارای خواص عالی حرارتی مقاومت به خوردگی و نیز غیر مغناطیسی هستند. این زمینه می‌تواند خصوصیات چقرمگی خوب، مقاومت به خزش، تنش پارگی تا دمای 800 درجه سانتیگراد و یک محدوده گسترده ای از انبساط حرارتی که تابع از Si موجود در چدن است را نشان دهد.

انواع چدن هاي ريخته گري
چدن ها به دو گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدن های سفید و آلیاژهای که برای مقاومت در برابر سایش، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چدن های عمومی (معمولی):

این چدن ها جزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و بر اساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم بندی می‌شوند:
o چدن گرافیت لایه ای یا چدن خاکستری ورقه‌ای
o چدن گرافیت مالیبل یا چدن چکش‌خوار
o چدن گرافیت کروی یا چدن نشکن
o چدن گرافیت فشرده یا کرمی شکل
چدن های سفید و آلیاژی مخصوص:

این چدن ها با آلیاژهای چدنی معمولی فرق می‌کنند. میزان عنصر آلیاژی در آنها بیش از 3% بوده و لذا آن را نمی‌توان توسط مواد افزودنی به پاتیل اضافه کرده و به یک ترکیب پایه استانداردی رسید. این چدن های آلیاژهای به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم بندی می‌شوند و به صورت های مقاوم به خوردگی، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.