ریخته‌گری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از ریخته گری)
پرش به: ناوبری، جستجو
ریخته‌گری آهن در قالب ماسه‌ای

ریخته‌گری (به انگلیسی: Casting) فن شکل دادن 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 قدیمی‌ترین فرایند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد.

ریخته گری در حوزه‌های متفاوت علم، هنر و فناوری مطرح است. به هر میزان که ریخته‌گری از حیث علمی پیشرفت می‌کند، ولی در عمل هنوز تجربه، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته‌گر است که تضمین کننده تهیه قطعه‌ای سالم و بدون عیب است. این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید است. به دلیل اینکه بیشتر از ۵۰ درصد از قطعات انواع ماشین آلات به این طریق تهیه می‌شوند. فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند با قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده می‌شوند.

روش‌های ریخته‌گری از دیدگاه نوع قالب به دو دسته تقسیم می‌شوند: ریخته‌گری در قالبهای یکبار مصرف (Expendable Molds) و در قالبهای دایمی (Permanent Molds).

اما ریخته‌گری با توجه به تکنولوژی و مجموعه تجهیزاتی که در قالب گیری دخیل هستند شامل موارد زیر می‌شود: ریخته گری در قالب ماسه‌ای، ریخته گری به روش ریژه (قالب‌های فلزی)، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار کم، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار بالا، دیزاماتیک، ریخته گری دقیق، ریخته گری در قالب‌های کوبشی و غیره. هر یک از موارد فوق دارای کاربردی است، که با توجه به میزان تولید قطعه، کیفیت مورد نظر آن، ابعاد و جنس قالب، از هر یک از این روشها استفاده می‌شود.

ریخته‌گری در قالب‌های بی بار(Expendable)[ویرایش]

در این دسته روش‌های از قالب‌های موقت استفاده می‌شود. این قالبها پس از یک بار ذوب ریزی برای بیرون کشیدن قطعه از بین می روند. پرکاربردترین نوع این قالب‌ها، قالبهای ماسه‌ای است که به تبع به این نوع ریخته گری، ریخته گری در قالب ماسه‌ای (Sand casting)، گفته می‌شود. ماسه‌ها انواع گوناگونی دارند، مانند ماسه‌های سیلیسی، ماسه چراغی، ماسه زیرکونیایی و غیره... در ادامه می توان گفت برای ساخت برخی از قالب از سیلیکات سدیم (آب شیشه) به عنوان چسب استفاده می شود که از گاز co2 برای سفت کردن آن استفاده می شود. همچنین شایان ذکر است در دو روش ریخته گری در قالب گچی (Plaster mold casting) و روش ریخته گری دقیق (Investment Casting) نیز قالب های ریخته گری که به ترتیب از جنس گچ و سرامیک هستند نیز از این فرایند پیروی می کنند.

ریخته‌گری در قالب‌های دائمی (Permanent)[ویرایش]

این نوع ریخته گری در قالبهای فلزی انجام می‌گیرد. منظور از ریخته گری غیر انبساطی ریخته گری در قالبی است که قابلیت انبساط ندارد. این قالب‌ها را قالب‌های دایمی (Permanent Mold) نیز می‌نامند. از ویژگیهای این قالب‌ها می‌توان به بازگرداندن فشار مذاب به خود آن اشاره کرد، که این امر باعث کاهش درصد انقباض و عیوب ناشی از آن می‌شود. همچنین در قالبهای فلزی به دلیل بالا بودن سرعت انتقال حرارت نسبت به قالب‌های ماسه‌ای ساختارهای ریخته گری ریز تر و خواص مکانیکی اغلب بالاتر است. از روشهای ویژه و پر کاربرد این نوع ریخته گری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ریخته‌گری با فشار کم(Low Pressure Die Casting): ریخته‌گری با فشار کم مذاب در قالب فلزی. در این روش مذاب بدون تلاطم و از پایین وارد فضای قالب می‌شود. این روش یکی از پر کاربردترین روشها در تولید قطعات آلومینیومی با خواص مکانیکی بالا است.
  • ریخته‌گری با فشار بالا(High Pressure Die Casting): ریخته‌گری با فشار بالای مذاب در قالب فلزی. در این روش مذاب با فشار بالا وارد محفظه قالب می‌شود. در اینجا خواص مکانیکی اهمیت کمتری دارد ولی تعداد تولید بالا بسیار مهم است.

دیگر روشهای ریخته گری[ویرایش]

شامل روش‌های زیر:

ریخته گری با قالب ماسه ای: اغلب تولید قطعات ریختگی در ماسه انجام می شود. ریخته گری ماسه (Sand casting)، فرآیندی است که در آن از ماسه برای قالب گیری استفاده می شود. ماسه لازم برای یک تن ریخته گری حدود ۴ تا ۵ تن است. نسبت مصرف ماسه به فلز، بسته به نوع، اندازه قطعه ریختگی و روش قالب گیری، متغیر است. ماسه مورد استفاده در ریخته گری انواع مختلفی دارد كه تحت دو دسته كلی ماسه طبیعی و ماسه ترکیبی ( ماسه دریاچه) می توان آنها را طبقه بندی نمود. این ماسه ها دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا (SiO2) می باشند. دانه های شن باید بقدر کافی کوچک باشند تا بتوان آن ها را متراکم کرد، و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته گری از بین منافذ آنها خارج شوند. در قالب های بزرگ تر، از ماسه سبز استفاده می کنند(ترکیبی از ماسه، خاک رس و مقداری آب). در شکل زیر نمایی از روند ریخته گری با قالب ماسه ای در شکل زیر آمده است. [۱]

  • ریخته گری در ماسه تر (Green sand casting): ریخته گری در قالب ماسه‌ای خشک نشده.
  • ریخته گری در ماسه خشک (Dry sand casting): ریخته گری در قالب ماسه‌ای خشک شده. در این روش، قالب ماسه‌ای در گرمخانه‌ای بادمای حدود ۳۰۰ درجهٔ سانتیگراد به مدت مناسبی قرار داده شده و خشک می‌گردد.
  • ریخته گری در قالب رو خشک (Skin-dried mold casting): ریخته گری در آن دسته از قالب‌های ماسه‌ای که سطوح آن ها-اغلب با یک مشعل- تا عمق معینی خشک شده است.
  • ریخته گری روباز در ماسه (Open sand casting): ریخته گری در قالب‌های ماسه‌ای بدون لنگهٔ رویی. از این روش در تولید قطعات نا دقیقی که یک سطح تخت دارند استفاده می‌شود.
  • ریخته گری در حالت نیمه جامد (Semi-solid casting): ریخته گری در حالت خمیری.
  • ریخته‌گری در گچ
  • ریخته گری در قالب گچی (Plaster mold casting): روش ریخته گری با استفاده از قالب‌های ساخته شده از گچ فرنگی و افزودنی‌های دیگر. در تولید قطعاتی با دقت ابعادی کار می‌رود.
  • ریخته گری دقیق (Investment Casting): ريخته گري دقيق به نام "ريخته گري با مدلهاي مومي" یا "ريخته گري ظريف" نيز شناخته مي شود. قرون متمادي است كه این نوع ریخته گری برای تهيه قطعات با كيفيت عالی بكار مي رود. در این روش ریخته گری، می توان با استفاده از قالب ها ساخته شده از جنس سرامیک و مواد دیر گداز دیگر، قطعاتی پیچیده با دقت ابعادی بالا و سطوحی صافتر در مقایسه با روش های دیگر تولید کرد.
  • ریخته گری پیوسته (continues casting):ریخته‌گری پیوسته، فلز مذاب را بر اساس یک فرایند پیوسته، به جامد تبدیل می‌کند.

عیوب ریخته‌گری[ویرایش]

با توجه به دو فرآیند اصلی در ریخته گری شامل جریان سیال و انجماد، عیوب ریخته گری در آن شامل موارد زیر می‌شوند:

عیوب ناشی از جریان سیال: نیامد، جوش سرد، حبس هوا، حفرات گازی و رود آخال و سرباره و فیلم های اکسیدی به داخل جریان سیال

عیوب ناشی از انجماد: حفرات درشت، حفرات ریز، تنش باقی‌مانده، ترک گرم و ترک سرد

1. گسیختگی گرم: ترک هایی هستند که معمولا در ناحیه تغییرات در بخش یا کانتوری که لزوما ناگهانی نیست رخ می دهد. آنها زمانی اتفاق می افتند که برخوردی بین دانه های رشد یافته ی ستونی هنگام انجماد رخ دهد. هات تیر ها یک پوسته ی اکسید شده روی سطح ترک خورده داشته و معمولا بر روی سطح یا کمی پایین تر از سطح یافت می شوند. آنها معمولا در گروههایی که یا در یک خط یا در چند خط مختلف هستند یافت می شوند. هات تیر ها اغلب به واسطه هندلینگ سخت پس از جامد شدن بطوریکه قبل از سرد شدن تا دمای محیط محدود به انبساط توسط سیستم قالب/هسته یا دمای خیلی بالا حین جدایش مذاب از قالب ایجاد می شوند. [۲]

2. ترک وابسته به محدود شدن: این نوع عیوب به واسطه خنک کاری غیر یکنواخت که باعث افزایش تنش های محلی می شوند بوجود می آیند. محور اصلی آنها در امتداد جهت تنش اعمال شده و معمولا خطوط ناصافی هستند با نقاط متعدد که با فاصله از محور اصلی قرار گرفته اند.

3. ترک های سرد: این عیوب زمانیکه مذاب از قالب جدا شده و تا دمای محیط خنک می شود رخ می دهند. این نوع ترک نشانی از اکسید شدن به همراه ندارد. این عیوب به اندازه تار مو نازک بوده و شناسایی آنها بشدت دشوار است. این ترک ها معمولا زمانیکه مقدار زیادی تنش پسماند در قطعه وجود دارد رخ می دهد. تنش بالا ممکن است در اثر خنک کاری ناموزون در قالب و یا محدودیت در برابر انقباض فلز و تنش هایی که از استحکام ماده بیشتر است رخ دهد.


4. انقباض: زمانیکه فلزات تحت حرارت قرار می گیرند، منبسط می شوند، و وقتی که خنک می شوند منقبض. بیشتر آهن ها، ضریب 0.000011 بر درجه سانتیگراد را دارند. در سیستم متریک این به معنای آن است که یک میله ی فلزی آزاد با طول یک متر، به اندازه یازده میلیونیوم در متر یا یازده هزارم میلیمتر به ازای یک درجه سانتیگراد افزایش دما، افزایش طول می یابد. افزایش دما به اندازه ی 1000 درجه موجب افزایش طول میله به اندازه 11 میلیمتر خواهد شد.


در حین فرایند انجماد، بیشتر فلزات کاهش حجمی بین 3 تا 7 درصد را تجربه می کنند. زمانیکه فلزات منجمد می شوند، منقبض شده و در مورد یک شمش، انقباض در کاهش سطح مقطع ان رخ می دهد. به دلیل الگو های انتقال حرارت، آخرین ناحیه ای که منجمد می شود در مرکز و به سمت بالای شمش است. در ابتدا مقدار درجه مایع با فرایند انجماد، کاهش می یابد. به تدریج، فلز در سطح خود منجمد می شود. فرایند انجماد از لبه ها شروع و به سمت داخل شروع می شود و باعث ایجاد فرو رفتگی v شکل روی سطح می شود. پس از مدتی حفره ی اولیه در تماس با سطح باز و سپس حفره ی ثانویه تشکیل می شود.

5. جدایش: جدایش عبارت است از یک تفاوت محلی در ترکیب شیمیایی ماده. به هنگام انجماد فلز مذاب، عناصر متعددی در یک ناحیه ی محدود متمرکز شده و باعث توزیع نامتقارن عناصر آلیاژی در آهن می شود. اگر این عیب شناسایی نشود، می تواند بر ویژگی های مقاومت سایشی، آهنگری، جوشکاری، خواص مکانیکی، مکانیک شکست و مقاومت در برابر خستگی اثر بگذارد.

6. گاز به دام افتاده، تخلخل گازی: این عیب را می توان به سه دلیل تقسیم بندی کرد

1. دسته ی اول، گاز هایی که در مذاب وجود دارند می توانند همزمان با انجماد قطعه، سخت شوند و به دلیل انجماد حلالیت آنها در قطعه کاهش یافته و گیر می افتند.

2. دسته ی دوم، اگر قالب در شرایط خیلی بدی پر شده باشد، هوا می تواند وارد جریان فلز شده و سپس همزمان با منجمد شدن قطعه به دام بیفتد.

3. دسته ی سوم چسب شن وماسه که از آنها برای شکستن قالب زمانیکه در تماس با مذاب و محصولات گازی قرار می گیرند و آنها را مجبور به انجماد می کند که باعث ایجاد چنین عیبی می شود.

7. حبس هوا: این عیب زمانی رخ می دهد که هوا در داخل مذاب به دام افتاده و نمی تواند فرار کند. بنابراین مذاب نیز نمی تواند حفره ی ایجاد شده را پر کند. لبه های مجاور به این قسمت ها معمولا" گرد بوده و براق هستند.

8. پوست زخم: یک لایه ی نازک و نامنظم از فلز مذاب که روی سطح قالب یا بوسیله ی یک نقطه یا چند نقطه که توسط یک لایه نازک ماسه از هم جداشده اند، چسبیده شده است. این عیب معمولا" در مقاطع فرورفته و یا شیار دار و روی سطح ریخته گری شده مشاهده می شود. این عیب معمولا" قبل از اینکه فلز مذاب، قالب را به طور مساوی پر کند بوجود آمده و حرارت نامساوی باعث منحرف شدن لایه ای از ماسه و نهایتا" جداشدن آن از روی سطح شده و به فلز مذاب اجازه ی جاری شدن در پشت ماسه را می دهد.

9. انجماد سطح: عیبی که بواسطه ی ذوب ناقص بین جریان های مذاب به دلیل هندسه ی قالب که باعث می شود دو یا چند جبهه ی جریان مذاب با یکدیگر ملاقات کنند. اگر دمای فلز مذاب خیلی پایین باشد،باعث ایجاد اختلال در فرایند جاری شدن می شود. فلز ذوب نشده و اگر عیب بر روی سطح باشد، همچون یک شیار باریک با لبه های گرد مشاهده می شود.

10. فلاش: این دسته از عیوب، تصاویری به شکل ویفر با ضخامت های متفاوت که در مفاصل قالب، به دور هسته و یا بین هسته و مفاصل رخ می دهند. این عیب به دلیل عدم دقت بین قالب و سطوح هسته که باعث باز شدن سوراخ و ورود مذاب به آن می شود.

11. ناپیوستگی در ریخته گری: زمانیکه فلز پروسه ی تولید را طی می کند، مذاب به تدریج به شکل شمش در می آید. در حین فرایند انجماد، مواد خارجی وحباب ها ممکن است در داخل شمش به دام افتاده و آنچه که تحت عنوان ناپیوستگی ذاتی است را تشکیل دهند. چنین ناپیوستگی هایی را در نهایت می توان نورد، آهنگری و به قطعات مختلف به همراه سایر مواد در ادامه مراحل ساخت انجام داد. تعداد متعددی از ناپیوستگی ها معمولا" در فلزات رخ می دهند.



[۳] [۴] [۵] [۶]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. پرتال جامع انرژی
  2. Nondestructive Testing Handbook, Third Edition: Volume 9, Visual Testing, Chapter 8: Visual Testing of Metals
  3. 1.Nondestructive Testing Handbook, Third Edition: Volume 9, Visual Testing, Chapter 8: Visual Testing of Metals
  4. 2.Product Technology, Training course, Chapter 4: Casting
  5. Nondestructive Testing, Magnetic Particle, Second Edition
  6. Magnetic Particle And Liquid Penetrant Testing

پرتال جامع انرژی

  • داود دستپاک. «فصل اول». در فرهنگ لغات و اصطلاحات ریخته گری. چاپ اول. تهران، ۱۳۸۵. صفحه ۳۵. ISBN 978-964-06-8579-2.