تحقیق در مورد ریخته گری ‌

بخشی از مقاله

تاريخچه: ريخته گري قديمي ترين فرايند در توليد فلزات است و آثار باستاني موزه ها نشان مي دهد که اين هنر قدمت چند هزار رساله دارد. قلع و سرب و مس و اميژان (آلياژ به فارسي) آنها مفرغ و برنج اولين فلزات است در دوران باستان کشف و مورد استفاده قرار گرفت. کاني هاي اين فلزات است در مجاورات حرارت بسادگي احياع شده و بدليل دماي ذوب پايين جريان يافته و در انتهاي اجاق يا کوره منجمد مي شدنند. به نظر مي رسد اکثر فلزات بصورت اتفاقي کشف شده اند ريخته گري نيز برحسب تصادف کشف که ديد وقتي بشر اوليه فهميد مذاب حاصل از فرايند اجساد در کف کوره و به شکل آن منجمد مي شود کف کوره را شکل داد تا محصول به شکل دلخواه منجمد شود. و به اين ترتيب صنعت ريخته گري پايه ريزي شد.

تعريف ريخته گري: ايجاد شکل مورد نظر از طريق ذوب ماده اوليه و ريختن آن به داخل قالب به منظور رسيدن به شکل نهايي قالب پس از انجماد را ريخته گري گويند.
انواع ريخته گري: شامل دو نوع مي باشد 1- شکلي ريزي Shape easting
2- شمش ريز ingot casting
شمش ريزي براساس روش توليد تکباري- نيمه پيوسته- پيوسته

شکل ريزي براساس قالب موقت- دائمي
انواع کوره هاي ريخته گري:
عناصر اصلي ذوب:

1- فلزات خالص
2- برگشتي ها (ضايعات) (مزيت اصلي ترکيب شيميايي مطابق با نياز) 15%
مانند را گاه هاي ريخته گري که بعد از ريخته گري کنده مي شود .
3- عناصر آلياژي (فسفر- گوگرد- منگنز و ...) 5%

4- قراضه ها (ضايعات ورق و غيره 70%
5- شمش هاي ثانويه (ترکيب شيميايي مطابق با نياز يا سفارش 10%
مقدار حرارت لازم براي رسيدن به دماي مشخص در حالت مذاب

1- حرارت لازم براي رسيدن از دماي محيط به دماي ذوب
2- حرارت لازم براي طي کردن مرحله نهان گداز
3- حرارت لازم براي رسيدن به دماي فوق گداز مورد نظر
تعريف کوره هاي ذوب: واحدي جهت ايجاد حرارت لازم براي ذوب وزن معيني از يک فلز يا آلياژ خاص با سرعت لازم و هزينه قابل قبول
انواع کوره ها از لحاظ روش توليد: 1- تکباري 2- مداوم
کوره تکباري يعني هر سري ظرف ريخته گري تغذيه شده سپس حرارت داده و قالب ريخته مي شود. و سپس بعد از اتمام دوباره ظرف پر شده و عمليات را انجام مي کنند.
کوره هاي مداوم: دائم از بالا تزيق شده و جهت شمش ريزي استفاده مي گردد.

انواع کوره ها از جهت متالوژيکي
1- پس سوخت و شارژ تماس مستقيم وجود دارد. (کوره کوپلاس جهت توليد سنگ آهن استفاده مي شود.)
2- بين سوخت و شارژ تماس مستقيم وجود ندارد (کوره هاي شعله هاي مانند ديگ که زير آن آتش روشن شده باشد)
3- بين سوخت و شارژ تماس غير مستقيم برقرار مي کنند (کوره انعکاس)

4- بين سوخت و شارژ هيچ گونه تماس ندارد (الکتريکي) شامل قوس الکتريکي و القايي طبقه بندي مي شود.
جلسه سوم ريخته گيري
کوره هاي القايي بدون هسته

انواع کوره ها از لحاظ ايجاد ذوب مورد نياز توليد

1- آلياژ سازي 2- نگهدارنده ها holder 3- مياني
عموما از کوره هاي آلياژسازي از بدون هسته استفاده مي شود و ظرفيت آن بين 2 الي 5 تن کوره نگهدارنده را مادرنيرس گويند و ظرفيت 40 الي 100 تن دارد کوره هاي مياني ظرفيت 1 الي 2 تن
کوره هاي القايي بدون هسته
اطراف جدار بيروني اين کوره ها سيم پيچ اوليه همراه با سيستم آبگرم قرار دارد و شارژ کوره بعنوان سيم پيچ ثانويه عمل مي کند (شارژ حتما بايد هادي باشد وبراي غير آهني مناسب نيست) در اين روش چون عمل ذوب از طريق جريانهاي چرخشي يا فوکو ايجد مي شود تلاتم مذاب زياد بوده و لذا اين کوره ها بيشتر بعنوان کوره هاي الياژسازي استفاده مي شود.
کوره هاي القايي هسته دار
در اين کوره ها سيم پيچ اوليه و ثانويه بصورت جداگانه وجود داشته و تلاتم ذوب نسبت به کوره هاي بدون هسته بسيار کمتر مي باشد.
بطور کلي کوره هاي القايي بدون هسته بدليل ايجاد جريان پيچش يا چرخش (فوکو) منجر به يکنواخت شدن ترکيب مذاب شده و در مواردي که نياز به ترکيب الياژهاي پيچيده و دقيق مي باشد جز بهترين گزينه ها مي باشد.

فصل سوم تقسيم بندي الياژهاي آهني و غيرآهني
آهني چدن (1- خارکدي 2- سفيد 3- نشکن 4- چکش خوار)
فولاد (1- ساده 2- الياژي)

غيرآهني الومينيوم 2- منيزيم
بدن خاکستري (cray cast iron)
چدن ماکتدي

اين چدن ها بدليل ظاهر سطح مقطع شکسته شان که خاکسري مي باشد و چدن خاکستري نامگذاري شده است و پرمصرف ترني و رايج ترين چدن در صنعت مي باشد از جمله رايج ترين قطعه ات که با استفاده از چدن هاي خاکستري توليد مي شود مي توان به بلوک سيلندر موتور ROA- لوله هاي فاضلاب مي توان اشاره کرد.

ساختار گرافيت در اني نوع چدن ها ورقه اي بوده و بهمين دليل قابليت ماشين کاري بسيار بالايي دارند بدليل وجود گرافيت ها با ساختار ورقه اي در زمينه پرليتي قابليت جذب صدا و ارتعاشات در اين نوه چدن ها بسيار بالا مي باشد.
ترکيب شيميايي اين نوع چدنها بطور عمد شامل آهن- کربن و سيلديم مي باشد متداول ترين تقسيم بندي چدن هاي خاکستري براساس استحکام کشي آنها بوده و بصورت زير مي باشد.

نوع چدن استحکام کششي (MPO) درصد کربن درصد سيلسيم حداقل ضخامت جهت جلوگيري ازکابيد
GG20
GG30
GG40
GG50
GG60 137
207
275
344
413 3/4-3/6
3/1-3/3
2/95-3/15

2/7-3
2/5-285 2/3-2/5
2/1-2/3

1/7-2
1/7-2
1/9-2/1 3/2
9/5
15/9
19
نامحدود
کابيد ترکيب کربن با هر آلياژ ديگر را کابيد گويند
جوانه زني
به دو روش 1- هموژن (بدون ذره خارجي) 2- هتروژن (با ذره خارجي) مي باشد در روش هتروژن ذره خارجي به عنوان جوانه الياژي si (سيلسيم) در چدن خاکستري مي شود.

کابيد
در صورت کاهش زمان سرد شدن زمان کافي از کربن براي شرکت در ترکيب چدن گرفته شده و منجر به تشکيل کربن ترکيب يا کاربيد در ساختار نهايي چدن مي شود.
روشهاي جلوگيري از تشکيل کاربيد (مي توان کاهش سرعت سرد شدن و اضافه کردن جونه زاي مناسب در زمان مقتضي اشاره کرد.)
چدن خاکستري

با توجه به اين ترکيب شيميايي و سرعت سرد شدن چدن خاکستري را بنحوي انتخاب مي کنند که در ضمن انجماد کربن بصورت گرافيت رسوب کند خواص چدن هاي خاکستري بشدت تحت تاثير مقدار توضيع و شکل گرافيت (5 مورفلوژي A تا E) مي باشد .
خواص چدن خاکستري

مهم ترين خواص چدن خاکستري که بعنوان پرمعرف ترين چدن در صنعت مي باشد 1- سياست مناسب 2- قابليت جذب ارتعاش 3- قابليت ماشين کاري عالي 4- قيمت ارزان

معايب چدن خاکستري
1. مقاومت ضربه کم 2. انحطاف پذيري پايين است (elongation پايين)
يادآوري
(براي چدن خاکستري نوع گرافيت است که بهترين نوع آن A و بدترين نوع آن E مي باشد و براساس نوع گرافيت نوع محلول را انتخاب مي کنند)
تعريف کربن معادل در چدن خاکستري:

(به دليل اينکه کربن در تشکيل فاز گرافيت مشارکت مي کند و گرافيت فاز نرمي است با افزايش درصد کربن سختي و استحکام چدن خاکستري کاهش مي يابد)

تعريف: با توجه به تاثير بسيار تعيين کننده و قوائم کربن و سيسليم بر خواص چدن هاي خاکستري لازم است تاثير مجموع اين دو عنصر را به خواص چدن هاي خاکستري بنحوي بيان نمود به همين دليل واژه کربن معادل طبق فرمول زير تعريف مي شود.

اگر اتم سيلسيم جاي اتم کربن را بگيرد چون کوچکتراز آن است کربن در هنگام انجماد راحت تر مي تواند از ترکيب خارج شد و تشکيل گرافيت دهد بنابراين با وجود عناصري با قطر کوچکتر از آهن مي توان گرافيت هاي بيشتري با همان درصد کربن به وجود آورد.
چدن هاي سفيد :

در صورتي که چدن خاکستري را بصورت غيرتعالي و بسيار سريع سرو کنند چدن سفيد تشکيل مي شود که داراي سطح مقطع تقريبا نقره اي رنگ مي باشد.
در اين چدن ها هيچ کربن آزادي (گرافيت) وجود نداشته و تمامي کربن بصورت (Fe3c سمانتيت) درمي آيد به همين دليل براي دست يابي به اين چدن ها معمولا از قالب هاي فلزي استفاده مي کنند.

ساختار اين چدن بسيار ترد و شکننده بودن ولي سختي آن از چدن هاي خاکستري بالاتر است و همچنين مقاومت به سايش بالايي داشته و براي همين در قطعاتي که در معرض سايش زيادي دارند مورد استفاده قرار مي گيرد.
داراي گرافيت ميله اي باريکتر و کوچکتر مي باشد.

چون ماليبل يا چکش خوار: (Malleable)
(در اثر عمليات حرارتي روي چدن سفيد و داراي ساختار برفکي مي باشد و داراي ضمينه پرليتي مي باشد)

ساختار گرايفيت اين چدن ها به صورت برفکي است و در ايران به چدن چکشخوار يا قيچي نيز نامبرده مي شود.
اين چدن از عمليات حرارتي چدن سفيد با ترکيب مناسب بدست مي آيد بدين صورت که در اثر عمليات حرارتي سمانتيت تجزيه شده و کربن بصورت کره هاي متلاشي شده و نامنظم گرافيت رسوب مي کند بدليل توضيح خاص گرافيت و موروفلوژي آن مقاومت به ضربه و انعطاف پذيري آن اين چدن ها بسيار بالا مي باشد.
چدن نشکن يا چدن با گرافيت کروي : (داکتيل)

ساختار گرافيت اين چدن ها بصورت که روي مي باشد و ترکيب شيميايي آنها شبيه چدن خاکستري است ولي با درصد گوگرد و فسفر کمتر فرايند کروي کردن توسط اضافه کردن مقدار بسيار کم ولي محاسبه و کنترلي شده از عناصر نظير منيزيم، سديم، ... درست قبل از ريخته شدن مذاب به قالب انجام مي شود.
اگرچه مکانيزم و نحوي دقيق که وي شدن گرافيت هنوز از مباحث تحقيقاتي مي باشد ولي تقريبا مشخص شده است که علت اصلي کروي شدن حذف گوگرد و اکسيژن از مذاب است در غياب عناصر فوق سينتيک رشد گرافيت در جهات A و C يکسان مي شود.

در حالي که در حضور عناصر فوق رشد گرافيت در ابتدا به محور A بيشتر از C است
MnS MnO
از نظر خواص مکانيک از نظر انعطاف پذيري و مقاومت بهر به اين نوع چدن شبيه چدن ماليبل مي باشد.
بطور کلي مي توان گفت براي ساخت يک قطعه انتخاب بين چدن ماليبل و يا چدن داکتيلب بيشتر به قيمت تمام شده دارد تا خواص نهايي
فولادها: 23/1/88
تقسيم بندي از نظر ترکيب شيميايي
1- ساده کربن 2- آلياژي
فولادها براساس ترکيب شيميايي کربني کم يا پر الياژ و يا ساختار آنها (فرينيتي ها و تنزيت (نظري فريتي- ماتنزيتي- آوستنيت) و يا شکل محصول (نظير ورق تسمه يا لوله) تقسيم بندي مي شونند.
فولادهاي ساده کربني:
فولادهايي هستند که مجموعه عناصر آلياژ آنجا معمولا کمتر از 1/ درصد بوده و بيشتر در مصارف عمومي مانند ساختمان ها (ارماتورها) که نياز به خواص مکانيک پيچيده اي ندارنند استفاده مي شود.
فولادهاي الياژي:
اين فولادها براساس عناصر آلياژي تقسيم بندي مي شود مثلا فولادهاي نيکل دار کرم دارد و يا کرم و اتاديم)
آلياژهاي غير آهني:
سري سري
1) آلومينيوم 1) آلياژهاي ريخته گي 2) آلياژهاي شکل دهي
استفاده از آلياژهاي غير آهني با کشف پديده رسوب سختي و افزايش استحکام ناشي از آن به سرعت توسعه پيدا کرد.
ويژگي هاي خاص آلومينيوم:
1) نقطه ذوب کم 2) قابليت سياست بالا عکس (ويسکوزيته) 3) خواص مکانيکي مناسب 4) قابليت ريخته گري در قالب هاي دائم و موقت مي باشد .
گروه هاي آلياژي آلومينيوم ريخته شده گروه هاي آلياژي آلومينيوم کار شده
آلومينيوم 99% و بيشتر آلومينيوم حداقل 99% و بيشتر
مس مس
سيلسيم يا جزئي مسي يا منيزيم منگنز
سيلسيم سيلسيم

آلياژهاي ريخته گي آلومينيوم:
محتوي عناصر آلياژي متنوع تر و بيشتر نسبت به آلياژهاي کار شده (شکل دهي) هستند (به ويدژه سيلسيم) و در قطعات ريخته شده ماشين ها و دستگاه ها تا 5/13% و در تهيه پيستون اتومبيل حتي 26% سلسيم نيز دارنند.
فرايندهاي ريخته گري:
1) شکل ريزي براساس قالب 1) موقت (Expanable) 2) دائمي (Permanent)
موقت براساس مدل 1) موقت (ريخته گري دقيق) 2) دائمي (ماسه اي) داي کس Die Cost جز قالب هاي دائمي است.
دائمي 1) Die cost 1) محفظه گرم Hot chomper 2) محفظه سرد cold champer
2) ريخته گري ثقلي 3) گريز از مرکز 4) Squeez casting
فرايند ريخته گري:
براي ايجاد قطعه اي با شکل مورد نظر به روش ريخته گري نياز به قالب داريم که قالبها به دو صورت دائمي (فلزي)- موقت (ماسه اي) هستند.
براي ايجاد قالب نيز به مدل احتياج داريم که مدل ها دائمي (چندين قالب را با استفاده از آن ايجاد کرد) موقت (تنها يک قالب مي توان گرفت)
اگر مدل دائمي باشد جنس آن چوبي- فلزي و يا برخي مواد پلي مري خواهد بود.
اگر مدل موقت باشد جنس آن مومي- پلي استيل و يا فرمي خواهد بود.
مزاياي قالب موقت نسبت به دائمي:
1) قابليت توليد اشکال پيچيده 2) صرفه اقتصادي
مزاياي قالب دائمي نسبت به موقت:
1) دقت ابعادي بيشتر 2) عمر بيشتر 3) کيفيت سطح بيشتر
اجزاي قالبهاي موقت:
1) جزء نسوز (ماسه)
2) جزء چسب (بنتوئيت)
3) جزء فعال کننده (پودر زغال) يا گاز CO2
4) جزء آب
شرايط عمومي قالبها 1) نقطه ذوب قالب از نقطه ذوب مذاب بالاتر باشد 2) قابليت توليد تعداد معين قطعه با شکل و اندازه معين داشته باشد
3) استحکام کافي براي عدم تغيير شکل در اثر ريختن مذاب را داشته باشد
4) قابليت انتقال حرارت به ميزان مورد نظر را داشته باشد
5) صرفه اقتصادي

6)‌ قابليت خروج گاز مناسب داشته باشد
مراحل تهيه قالبهاي موقت:
1) مخلوط کردن مواد قالب گيري با يکديگر

2) ريختن به اطراف مدل
3) کوبيدن به اطراف مدل

4) خروج مدل از قالب
5) مونتاژ قسمتهاي مختلف قالب با يکديگر

ماسه هاي متداول در ريخته گري (براساس ترکيب شيميايي)
1- ماسه سيليسي: (Sio2 سيليس)(99%)- (1%)- ارزانترين ماسه و در الياژهاي غير آهني
2- ماسه کروميتي: به خاطر نقطه ذوب بالا براي آلياژهاي فولادي استفاده مي گردد.
3- ماسه زيرکني: بيشتر براي ماهيچه ها استفاده مي شود.
4- ماسه اوليويني: بيشتر براي ماهيچه ها استفاده مي شود