شمش (ماده)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
شمش آلومینیوم

شمش (به انگلیسی: Ingot) یک قطعه تقریبا خالص است که با توجه به فرآیند های دیگر به شکل های مختلف ریخته گری می شود. به قالب‌های کوچکتر فلزات باطول کمتر از ۲ متر گفته می‌شود که برای طلا و مس و آلومینیوم و نمونه‌های آزمایشگاهی کاربرد زیادی دارد. سطح مقطع آن ذوزنقه‌ای است. در ریخته‌گری به قطعه ریختگی فلزی با شکل مناسب برای عملیات نوردکاری یا آهنگری شِمش می‌گویند.در واقع شمش‌ها محصولات نیم ساخته‌ای هستند که در مراحل بعد تحت فرایندهای دیگر به قطعات مورد نیاز در می‌آیند.

ریختن طلای مذاب در قالب در معدنی در نیکاراگوئه در سال 1959

در نورد فولاد به فراورده‌هایی با سطح مقطع بزرگ‌تر از ۲۲۵ سانتیمتر مربع شمش و به فراورده‌هایی با سطح مقطع کوچک‌تر از آن شمشال گفته می‌شود.

انواع[ویرایش]

فلز (خالص یا آلیاژ) ذوب شده با روش ریخته گری به شمش تبدیل میشود.

شمش طلا

یک مورد مشخص ساخت تک کریستال است.

تک کریستال[ویرایش]

شمش های تک کریستال فلزات با فرآیند چکرالسکی یا تکنیک های بریجمن بوجود می آیند.

تک کریستال ها به عنوان نیمه‌هادی ها (مثل قرص سیلیسیم،سلول خورشیدی) یا مواد معدنی عایق برای صنایع یا زیورآلات استفاده شوند.

شمش تک بلور فلزی مشابه روش شمش های نیمه هادی با خلوص بالا، تولید می شود.[۱] شمش های تک کریستال به علت استحکام بالا (به دلیل نبود مرز دانه) مورد توجه مهندسین مواد هستند.تولید تک کریستال به روش دندریت تک کرستال است و با ریخته گری تولید نمی شود.برای مثال می توان به پره توربین اشاره کرد.

انواع دیگری از شمش ها مثل شمش طلا و شمش آلومینیوم و بقیه فلزات نیز وجود دارد.

روش تولید[ویرایش]

شمش ها با انجماد فلز مذاب در قالب تولید می شوند. تولید شمش چندین هدف دارد:

  1. قالب به گونه ای ساخته می شود که مذاب کاملا منجمد شود و ساختار کریستالیت مناسب تشکیل شود. این ساختار خواص فیزیکی ماده را تعیین می کند.
  2. شکل و اندازه شمش برای مراحل بعدی مهم است.
  3. در نهایت قالب به گونه ای طراحی می شود که دور ریخت مذاب به حداقل برسد و شمش به راحتی از مذاب خارج شود.به دلیل اینکه دور ریخت مذاب افزایش قیمت نهایی شمش را در پی دارد.
ساختار کریستالی در قالب

شکل های مختلفی برای طراحی قالب برای رسیدن به خاصیت مختلف وجود دارد. قالب ممکن است از بالا، افقی، از پایین یا شیاردار با مذاب پر شود. طراحی شیاردار با افزایش سطح تماس انتقال حرارت را افزایش می دهد.قالب ها ممکن است با روش ریخته‌گری ماسه‌ (مثل چدنی ها) یا روش های دیگر بسته به میزان انتقال حرارت مورد نیاز ساخته شوند. بعضی قالب ها برای جلوگیری از ترک در شمش مخروطی هستند. ترک و حفره در شمش ها به علت تغییر حجم هنگام انجماد جرم ثابتی از ماده ایجاد می شود. وجود این نقص در شمش باعث بی استفاده شدن یا دوباره ذوب کردن یا بازیافت کردن می شود.

ساختار کریستالی مواد به طور عمده به انحماد و رسوب در مواد مذاب بستگی دارد. در طی فرآیند پر کردن قالب فلز مذاب در دیواره سریع تر منجمد می شوند و باعث بوجود آمدن ساختار ستونی(به انگلیسی:columnar zone) از دانه ها می شود که به سرعت سرد شدن مذاب و نرخ سرد شدن قالب بستگی دارد.

با سرد شدن ماده مذاب چندین ناحیه بوجود می آید.یکی ناحیه جامد نزدیک دیواره قالب است که حرارت را از مذاب در حال انجماد انتقال می دهد.برای آلیاژها ممکن است ناحیه احساساتی (به انگلیسی:mushy zone) و ناحیه مایع وجود داشته باشد.ناحیه احساساتی (به انگلیسی:mushy zone) به دلیل ناحیه تعادل جامد-مایع در نمودار فازی بوجود می آید. نرخ انجماد سطح بالایی زمان تشکیل شدن دندریت ها و دانه در ناحیه جامد را کنترل می کند. پهنای ناحیه احساساتی (به انگلیسی:mushy zone)با تنظیم خواص حرارتی قالب یا ترکیب آلیاژ مذاب کنترل می شود.

با ریخته گری پیوسته هم شمش ها را می توان تولید کرد.

حدود 70 درصد شمش های آلومینیوم در آمریکا به روش ریخته‌گری سرمایش مستقیم تولید می شود.این روش باعث کاهش ترک در شمش می شود.

عیوب[ویرایش]

در شمش هایی که به روش پر شدن از بالا ایجاد می شوند،وقتی مذاب درون قالب سرد می شود تغییر حجم در بالای مذاب باعث ایجاد فرورفتگی در بالای آن می شود(به انگلیسی:shrinkage).که با ماشین کاری از شمش جدا می شود.

یکی دیگر از عیوب شمش های فولادی ترک هایی است که در طول و سطح ایجاد می شود.[۲]

نگارخانه[ویرایش]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. “Products | Less Common Metals”. Retrieved 2017-04-17. 
  2. «گروه صنعتی پارس بوتیل یزد». بازبینی‌شده در 2017-04-17. 
  • افضلی، محمدرضا، فرهنگ مهندسی مکانیک انگلیسی-فارسی، تهران: فرهنگ معاصر ۱۳۸۶.
  • Schey, J. A., Introduction to Manufacturing Processes, Mcgraw-Hill (1999).
  • ویکی پدیا انگلیسی