مقالات
در حال خواندن
ریخته گری فلزات قسمت۱
0

ریخته گری فلزات قسمت۱

توسط mostafa bohluli۳۱ اردیبهشت, ۱۳۹۶

اصولا ً قطعات فلزی را می توان به روش های مختلفی تهیه کرد یا آنها را تغییر شکل داد ، ولی ریخته گری عبارت است از هر گونه تغییر شکل دادن فلزات و آلیاژها از راه ذوب فلز ( آلیاژها ) و ریختن آنها در محفظه ای به نام قالب . این محفظه مطابق با شکل مورد نیاز،  طراحی  و ساخته شده است.

بنابراین در عملیات ریخته گری یک قالب مناسب به شکل قطعه ای که باید تولید شود ، تهیه  می گردد . فلز یا آلیاژی که قطعه باید از آن تهیه شود ، ذوب می گردد و مذاب تحت شرایط کنترل شده و لازم به داخل قالب ریخته شده و فرصت کافی جهت انجماد به مذاب داده می شود تا قطعه مطلوب تولید گردد.
قطعه تولید شده به روش ریخته گری ممکن است پس از تمیزکاری مستقیما ً مورد استفاده قرار گیرد ، اگر چه اغلب پس از ریخته گری قطعات ، آنها را تحت عملیات حرارتی – تراشکاری و پرداخت قرار می دهند تا برای استفاده یا مونتاژ  اماده شوند.
تاریخچه ریخته گری

احساس عمومی آن است که ریخته گری تا اواسط قرن حاضر به صورت یک هنر تجربی تلقی می گردید .تنها در نیم قرن اخیر است که زیربنای علمی برای این فرآیند تولید اساسی مهیا گردیده است . واقعیت این است که بسیاری از تکنیک های مدرن و ابداعی امروزی در زمینه های متالوژیکی ، هنگامی که به گذشته برمی گردیم ، راه حل های علمی مسائل آن در زمان های دور دانسته شده بود . پیدایش و تولید چدن با گرافیت کروی در اواسط قرن حاضر در اروپا و امریکا که به عنوان مهم ترین پدیده ریخته گری قرن حاضر معرفی شده ، در حقیقت در حدود دو هزار سال پیش از آن در چین تولید می گردیده است . کشف اخیر کوره های بلند احیا سنگ های معدنی در افریقا ، متعلق به سه هزار سال پیش نمایانگر توجه گذشتگان ما به جنبه های متالوژیکی تولید قطعات صنعتی می باشد.

 پنج هزار سال پیش ،همان زمانی که تازه عصر نوسنگی در بریتانیا ، آلمان و سپس در استرالیا پی گرفته بود ، مصر و بین النهرین هزار سال بود که سفالگری می کردند و در عصر مفرغ ( آلیاژ مس و قلع ) بودند . میل به جمع آوری طلا ، جواهرات ، مرمر سبز ، فیروزه ، فسفات آلومینیوم آمیخته با مس و شهاب سنگ ها به علت این که رنگی شفاف داشته اند و به دلیل خواص جادویی که گمان می رفت در آنها نهفته باشد ، انسان اولیه را به نواحی فلزدار کشانید و اولین حرفه تخصصی را بعد از جادوگری که پدیده صنعت می باشد برای بشر اولیه به وجود آورد.
اشیا کوچک مسی ، سنجاق ، نیزه و قطعات آهن حاصل از شهاب سنگ ها مربوط به بیش از سه هزار سال قبل از میلاد که در گور مصریان یافت شده است ، بیانگر این مطلب است که فلزگری پس از چهار هزار سال قبل از میلاد در خاور باستان به خوبی شناخته شده بود . ولی در حدود سال سه هزار قبل از میلاد تمدن مفرغکاری در قفقاز ، فلسطین ، سوریه ، بلوچستان و ایران با ویژگی های خاص خود به وجود آمد. مردم سومر و دره سند پیش از سال سه هزار قبل از میلاد قلع را می شناختند و به منظور تسهیل کار ریخته گری به عنوان آلیاژ مس به کار می بردند.

تصویری از کارگاه ریخته گری در اوایل پیدایش ریخته گری

تصویری از کارگاه ریخته گری در اوایل پیدایش ریخته گری

شروع ذوب چدن حدود دو هزار سال قبل از میلاد بوده و قطعات تولیدی عموما ً به مصرف اشیا تزئینی می رسیده است . متالوژی فولادهای ریختگی به حدود پانصد سال قبل از میلاد نسبت داده می شود.

شاید اولین خصوصیت یک فلزکه مورد توجه بشر قرار گرفت ، خاصیت کار پذیری مکانیکی بدون از دست دادن قابلیت چسبندگی ذرات آن بوده است . شاهد این مدعا تغییر شکل تکه ای فلز به ورقه ای پر نقش و نگار است که از آسیای شرقی به دست آمده است و متعلق به حدود سه هزار سال پیش است . مهم تر از آن استفاده از اشیا کار شده طلا توسط انسان های اولیه در حدود هشت هزار سال پیش از میلاد مسیح می باشد . تمام شواهد به دست آمده نشان می دهد که اولین فلزی که ذوب گردید ، مس بوده است . زمان معینی را نمی توان برای آغاز عصر مس بیان داشت.
برنز که در حالت ریختگی سیاه تاب دارای استحکام بیشتری از مس است در حدود سه هزار سال قبل از میلاد جایگزین بعضی از اشیا مسی گردید . این ایام که تا ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد به طول انجامید، عصر برنز نامیده می شود و بعد از عصر برنز عصر آهن آغاز می شود.

در حدود سه هزار سال قبل از میلاد روش ابداعی قالبسازی با موم در بین النهرین به کار می رفت ولی قالب های اولیه از نوعی ماسه بود و بعدا ً با تعبیه شکل قالب در سنگ به یک نوع قالب نیمه دائمی دسترسی پیدا شد. مردمان چین با ابداع تکنیک قالب های دو تکه و روش مدل های مومی پیشرفت وسیعی را در این صنعت پدید آورند.
به هر حال شواهد موجود نشان می دهد چینی ها در حدود هفتصد سال قبل از میلاد به ریخته گری آهن مبادرت ورزیدند و ایران نیز یکی از کشورهایی است که فن ریخته گری و گداختن فلز را از زمان های قدیم شروع کرده است . چنانکه در شهر حسن لو که در آذربایجان شرقی فعلی بوده است در حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد ذوب آهن انجام می گرفته و قطعات ریخته شده از آهن در خرابه های آن کشف شده است.
برای گداختن ، قالبگیری و ریخته گری نوعی دستگاه دم ضروری است زیرا فقط سنگ های مس مستقیما ً به کمک حرارت ذغال به مس خالص تبدیل می شوند . سنگ های دیگر عموما ً سولفید بوده و باید قبل از گداختن ابتدا در مجاورت دمش هوا سوخته و اکسید شوند . این عوامل باعث در تنگنا قرار دادن ریخته گران آنروز گردید تا جایی که باعث اختراع تکمیل ابتدایی فن ریخته گری که تا سال هزار و سیصد قبل از میلاد کشانیده شد ، گردید.
در حدود سال پانصد میلادی اولین کوره ریخته گری آهن در هندوستان به وجود آمد که روش تهیه و نوع ریخته گری آن تقریبا ً نا مشخص است.
در اروپا ریخته گری آهن تا قرن چهاردهم میلادی مرسوم نگردید . در این قرن اولین ناقوس کلیسا از برنز در سال ۱۳۱۳ ریخته شد و بیشتر در زمینه های هنری مثل ساختن مجسمه هایی از برنز یا طلا از مقدسین مسیحی ادامه یافت که منجر به پیشرفت قابل ملاحظه صنعت ریخته گری گردید.
اولین شخصی که به تالیف و تدوین مطالب ریخته گری مبادرت ورزید انریکو برینکوگر (۱۵۳۹-۱۴۸۰ م  ) است . این شخص که اروپاییان پدر صنعت ریخته گری می نامند به تحریر جزئیات حرفه ای ریخته گری در آن زمان با ذکر تجربیات خود و سایرین همت گماشت . سه اصل عمده ای که مطرح نمود و هنوز هم به قوت خود باقی است عبارتند از : قالب خوب ، ذوب خوب ، آلیاژ و ترکیب مناسب که هر ریخته گری ملزم به رعایت این سه اصل می باشد.
در قرن هجدهم رامور ( میلادی۱۷۵۸  – ۱۶۸۳ )ضمن فعالیت های خود به ریخته گری چدن توجه خاص نمود و موفق به ساختن چدن مالیبل گردید و تاثیر عوامل گوناگون بر روی ساختمان چدن ها و تهیه چدن های سفید ، خاکستری و خالدار را نشان داد که نتیجتا ً چدن به عنوان یک فلز صنعتی مورد قبول قرار گرفته و ازدیاد مصرف آن ، تولید وسیع آن را به دنبال داشت.
اولین کوره ذوب با سوخت کک ( که موسوم به کوره بلند است ) در سال ۱۷۳۰ میلادی توسط آبراهام داربی به کار افتاد . این کوره قادر به تولید چدن مذاب به مقدار زیاد بود و همین عامل به تدریج یکی از عوامل انقلاب صنعتی در اروپا گردید . اولین کوره کوپل نیز در سال ۱۷۹۴ میلادی توسط جان ویل کینسون ساخته شد و کمک زیادی به کارگاه های ریخته گری چدن نمود.
موقعیت چدن در صنعت با پیدا شدن روش تولید فولاد ارزان از طریق بسمر ( میلادی ۱۸۵۶‌) کمی تنزل پیدا کرد و بعدا ً با ساخته شدن انواع کنورتورها ، کوره های نفت سوز و شعله ای ، مشکل ذوب فلزات با درجه حرارت بالا اهمیت خود را تا حدودی از دست داد و انواع فولادها و آلیاژهای امروزه ریخته گری پیشرفت شایانی نموده است که به خصوص پیشرفت سریع و اساسی تکنولوژیکی این رشته در قرون اخیر مشهود است.
امروزه بدون تردید ریخته گری در تهیه حدود %۹۰ از قطعات صنعتی به طور مستقیم یا غیرمستقیم نقش دارد . ماشین ، موتور ، هواپیما ، قطعات کشاورزی ، قطعات صنعتی و حمل و نقل فقط قسمت کوچکی از اجسامی اند که از طریق روش ریخته گری ، شکل می گیرند . اینک در جهان هزاران کارخانه ریخته گری وجود دارند که در خدمت صنایع سنگین مثل ماشین سازی ، صنایع متوسط و صنایع سبک قرار دارند.
پیشرفت سریع و وسیع این صنعت و ابداع روش های جدید ، مصرف روزافزون تولیدات و تقاضا برای ساخت هر چه بیشتر قطعات ، کارخانجات و صنایع ریخته گری را به تولید انبوه وادار ساخت و در جوار آن ، تقسیم بندی روشها و بالنتیجه تخصص ها انجام گردید به طوری که کلیه کارهایی که در سابق توسط یک کارگاه و احتمالا ً یک گروه از افراد انجام می گرفت ، امروزه توسط گروه ها و متخصصین مشخص و مجزا انجام  می شود.
فرآیندهای ریخته گری سریع و بسیار دقیقی توسعه یافته اند که به وسیله آنها می توان قطعات را با تلرانس های بسیار دقیقی تولید نمود.
روش ها و تکنیک های متفاوتی در صنعت ریخته گری به منظور تهیه قطعات به کار می رود که از آن جمله ریخته گری سنتی یا ریخته گری در ماسه می باشد ولی امروزه تکنولوژی پیشرفته و پیچیده تری حاصل شده است که منجر به تدوین و تکوین روش های مختلف و متکامل تری گردیده است.

از جمله این روشها می توان به ریخته گری در قالب دائمی، ریخته گری تحت فشار، ریخته گری گریز از مرکز، ریخته گری دقیق و از نظر ذوب و قالبگیری ، به ذوب و ریخته گری در خلاء ، روش قالبگیری به کمک خلاء ، روش قالبگیری بدون درجه ( نظیر روش دیزاماتیک) اشاره کرد.

مقدمه

چدن ها ترکیبی سه تایی از اهن، کربن وسیلسیم هستندکه در انها عناصری نظیر منگنز، فسفر و گوگرد نیز وجود دارد. علاوه بر ان فلزاتی مانند کروم، مولیبدن، مس، سریم، لانتانیم و وانادیم در مقادیر کم یا زیاد هم می توانند در چدن ها موجود باشند.چدن ها دسته بزرگی از الیاژهای گروه فلزات اهنی را تشکیل می دهند.این دسته از الیاژها دارای قابلیت ریخته گری عالی بوده و به سهولت ذوب می شوند ودر حالت مذاب از سیالیت بالایی برخودارند وبه سبب خصوصیات خوب ودر بعضی از موارد مشخصات منحصر به فرد،برای تولید انواع مختلف قطعات و محصولات مورد استفاده قرار می گیرند. از نظر میزان مصرف این خانواده از الیاژهای اهنی بعد از فولاد های ساده کارپذیر که در ساخت ورق نبشی و… مصرف دارند مهمترین گروه از فلزات و الیاژهای ریخته گری را شامل می شوند.

تقسیم بندی چدن ها بر اساس نوع ساختار میکروسکوپی انها صورت می پذیرد. در حقیقت شکل کربن مبنای تقسیم بندی چدن ها قرار گرفته است.

براین اساس پنج نوع چدن وجود دارد که عبارتند از:

چدن سفید،چدن مالبیل(چدن چکش خوار)،چدن خاکستری، چدن با گرافیت فشرده، چدن با گرافیت کروی(چدن نشکن)

خواص گروه های مختلف را می توان توسط افزودن عناصر الیاژی ویا عملیات حرارتی بدون تغییر در طبقه بندی انها بهسازی نمود. چدن هایی که بیشتر از ۳درصد عناصر الیاژی دارند تحت عنوان چدن های مخصوص نظیر چدن سفید الیاژی، چدن خاکستری الیاژی یا چدن با گرافیت کروی الیاژی نام برده می شوند. اما چدن هایی که دارای مقادیر بسیار بالایی از عناصر الیاژی هستند در خانواده جداگانه ای از چدن ها قرار می گیرند.

همانطور که گفته شد یکی از انواع چدن های ریخته گری چدن داکتیل است که در دهه ۵۰میلادی کشف گردید. این نوع چدن را چدن با گرافیت کروی یا چدن نادولار(Nodular) یا چدنS.G  می نامند.تولید چدن با گرافیت کروی در جهان دادای سرعت رشد بسیار زیادی بوده ودر میان فلزات ریختگی بعد از چدن خاکستری بیشترین مقدار تولید (حدود۱۰تن در سال)را به خود مبنای افزودن منیزیم خالصیا الیاژهای حاوی منیزیم در پاتیل(ظرف مخصوص حمل مواد مذاب) محتوی مذاب ویا ریختن الیاژمنیزیم دار در ته پاتیل وبارریزیبر روی ان است. ازان جا که گرافیت در چدن داکتیل به شکل کروی ظاهرمی شود امیخته ای غیر عادی از خواص مختلف در این چدن به وجود می اید.نوع بخصوص انجماد که باعث پدید امدن گرافیت کروی می شود با اضافه کردن مقدار بسیار کم ولی معیین از عنصر منیزیم به چدن مذاب حاصل می شود.مذاب چدنی که مورد استفاده قرار می گیرد دارای ترکیبی مشابه به چدن خاکستری می باشد.فقط میزان عناصر اضافی موجود در ان به اندازه لازم محدود شده است.

متالوژی افزایش منیزیم به مذاب واقعاپیچیده و بغرنج است زیرا منیزیم فلزی بسیار فعالی است ودر ان درجه حرارت که چدن بصورت مذاب است، تبخیر می شود.با توجه به موارد فوق به منظور کنترول دقیق فرایند تولید چدن داکتیل روش های ابداع و توسعه یافته است. بالا بودن میزان کربن و سیلسیمدر چدن داکتیل باعث می شود که مزایای فرایند ریخته گری و قابلیت ماشین کاری چدن خاکستری حفظ شود.اما کره های گرافیت تاثیر مختصری برروی خواص فلزی اطراف خود دارند.

چدن داکتیل مدول الاستیسیته بالایی داشته واستحکام تسلیم ان در محدوده خیلی خوب (حدود۳۰)است وهمانطور که از نام ان برمی اید از قابلیت انعطاف خوبی (حدود ۱۸درصد)برخورداراست.قطعات ریختگی مختلف در محدوده وسیعی از نظر اندازه و طرح (قطعات بسیار ظریف و جدار نازک تا قطعاتی با ضخامت خیلی زیاد) از چدن داکتیل ریخته گری می شوند. یکی از مسائل مهم در متالوژی فلزات بهبود ساختار ودر نتیجه خواص مکانیکی انها است.در ارتباط با چدن داکتیل این عمل توسط تلقیح(Inoculation)  صورت می پذیرد.هدف از تلقیح کنترول ساختار وخواص چدن توسط جوانه زنی ناهمگن گرافیت، کاهش تحت تبرید، افزایش تعداد کره های گرافیت و کاهش اندازه سلول های یوتکتیک در حین انجماد می باشد.

مواد جوانه زا موادی است که به مذاب چدن بدین منظور اضافه می شوند. مواد جوانه زای معمول در صنعت بر پایه گرافیت یا فروسیلسیم یا کلسیم سیلیساید می باشد. هم اکنون بیشترین مواد جوانه زای مصرفی در جهان فروسیلسیم های حاوی مقادیر کم و کنترول شده کلسیم، الومینیوم، زیرکونیوم، استرانسیم در مراجع استنباط می شود که در کنار فروسیلسیم این ماده نیز بتواند به عنوان جوانه زا با خواص خوبی درخانواده چدن های داکتیل به کار رود.هدف از این تحقیق اولا بررسی دقیق مبانی تئوری جوانه زایی گرافیت توسط مواد جوانه زا وثانیا تعیین روش های عملی استفاده از کاربید سیلسیم به عنوان جوانه زای اصلی مذاب و تعیین تاثیر ان روی ریز ساختار و خواص مکانیکی چدن های داکتیل می باشد.

در قسمت بعدی این مقاله با ما همراه باشید…

واکنش شما چیست؟
I like it
60%
interested
40%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
mostafa bohluli
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید