آهن چیست

آهن چیست

تاریخچه

اولین آهن شکل گرفته که توسط بشر در دوره پیش از تاریخ مصرف شد از شهاب سنگ‌ها آمده بود. ذوب آهن در کوره‌ها در هزاره دوم پیش از میلاد شروع شد، آثار مکشوفه از آهن ذوب شده از ۱۲۰۰-۱۸۰۰ پیش از میلاد در هند و در مشرق از حدود ۱۵۰۰ پیش از میلاد بدست آمد (که گمان می‌رود ناشی از ذوب آهن در آناتولی یا قفقاز بوده‌است). چدن برای اولین بار در حدود ۵۵۰ پیش از میلاد در چین تولید شد اما در اروپا تا سال‌های قرون وسطا تولید نشد، در طول دوران قرون وسطا ابزاری در اروپا کشف شد که از آهن شکل یافته از چدن (pig Iron) با استفاده از ریخته گری زیور آلات تولید شده بودند، برای تمام این فرآیندها از ذغال چوب به عنوان سوخت استفاده شد. فولاد (که با کربن کمتر از pig Iron است اما آهن شکل یافته بیشتری دارد) اولین بار در دوران باستان تولید شد. روش‌های تازهٔ تولید آن به وسیله میله‌های کربنیزه کردن آهن در فرآیند سیمانی کردن در قرن هفدهم بعد از میلاد ابداع شد. در انقلاب صنعتی روش‌های جدید تولید آهن بدون ذغال چوب ابداع شد و این روش‌ها بعداً در تولید فولاد مورد استفاده قرار گرفتند. در اواخر دهه ۱۸۵۰، هنری بسمر فرآیند جدیدی برای ساخت فولاد اختراع کرد که شامل دمیدن هوا از روی چدن مذاب برای تولید فولاد نرم بود. این فرآیند و دیگر فرآیندهای ابداع شده در قرن ۱۹ و بعد از آن منجر یه آن شد که دیگر آهن شکل یافته تولید نشود.

آهن چیست؟

آهن عنصر شیمیایی فلزی ایست با نماد Fe، عدد اتمی 26 و چگالی 7.87g/cm3 ، آهن در گروه 8 و دوره 4 عناصر است، بنابراین به عنوان فلز واسطه دسته ‌بندی شده است. آهن و آلیاژهای آن از رایج‌ترین فلزات و رایج‌ترین مواد فرومغناطیسی در کاربردهای روزمره هستند. آهن دارای سطوح صاف و نقره ای براق مایل به رنگ خاکستری‌ست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود به رنگ قرمز یا قهوه ای در می آید که به آنها اکسید درای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می شود. کریستال‌های خالص آهن نرمه (نرم تر از آلمینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می شود. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد می‌کند که می تواند 1000 بار سخت تر از آهن خالص باشد. آهن عنصريست چند شكلي بدين معني كه در فشار 1آتمسفر با افزايش دما شبكه بلوري آن تغيير مي كند. آلفا يا آهن فريتي از صفر مطلق تا 912درجه سانتيگراد،آهن گاما يا آهن آستنيتي –در دماي 912_1394آهن دلتا واز 1394تا نقطه ذوب آهن خالص يا 1538درجه سانتي گراد پايدار است.

 

 آهن آلفا

آهن آلفا يا آهن فريتي جزء سيستم مكعبي بوده وشبكه بلوري آن مكعب مركز دار است.

آهن گاما

واحد شبكه ي بلوري آهن گاما يا آهن آستنيتي متعلق به سيستم بلوري مكعبي است.ولي داراي شبكه بلوري مكعب با سطوح مركزي FCCاست وجمعا4اتم در واحد شبكه ي آهن گاما وجود دارد.

 آهن دلتا

آخرين فازي كه ممكن است در آهن خالص وجود داشته باشد،آهن دلتا با شبكه BCC بوده واز نظر بلور شناسي مشابه آهن آلفا است .افزايش حجم ناشي از تبديل آهن گاما به آهن دلتا درست برابر افزايش حجم ناشي از تبديل آهنگاما ب آهن آلفا است.آهن دلتا فقط در دماهاي نزديك نقطه ذوب آهن تشكيل ميشود.

آهن با نماد شیمیایی Fe، نام یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲۶ و چگالی ۷٫۸۷g/cm۳ است که در نخستین دوره فلزهای واسطه جای دارد. آهن از نظر جرمی، بزرگترین عنصر سازنده زمین است. این عنصر مهم ترین سازنده هسته بیرونی و درونی زمین و چهارمین عنصر مهم در پوسته است. فراوانی آهن در سیاره‌های زمین‌سان مانند کره زمین، به دلیل همجوشی هسته‌ای در ستاره‌های بزرگ است.

آهن خالص فلز است، اما به ندرت در این شکل روی سطح زمین یافت می‌شود زیرا در حضور اکسیژن و رطوبت یه آسانی اکسیده می‌شود. به منظور به دست آوردن فلز آهن، اکسیژن باید از سنگ معدن‌های طبیعی توسط کاهش شیمیایی حذف شود– به طور عمده از سنگ آهن از سنگFe2O۳ توسط کربن در درجه حرارت بالاست. خواص آهن را می‌توان با تولید آلیاژهایی از آن با استفاده از فلزات متنوع گوناگون (و بعضی غیر فلزها به ویژه کربن و سیلیکون) اصلاح نمود و فولادها را ایجاد کرد. هسته اتم‌های آهن تقریبا دارای بالاترین انرژی‌های اتصال در هر نکلئون است و تنها ایزوتوپNi۶۲ دارای انرژی بیشتر از آن می‌باشد. هرچند فراوان‌ترین نوکلیدهای پایدار همان Fe۵۶ می‌باشد، این آهن از طریق همجوشی هسته‌ای در ستاره‌های شکل گرفته‌است و اگرچه اندکی انرژی کمتر نیز از طریق سنتز کردن نیکل ۶۲ نیز استخراج می‌گردد. شرایط در ستارگان برای ایجاد این فرآیند مناسب نیست. توزیع عنصر آهن بر روی زمین بسیار بیشتر از نیکل است و احتمالا در تولید عنصر از طریق سوپر نوا نیز همینطور است. آهن (آهن Fe+۲، یون فروس) عنصر ردیابی لازمی‌ست که تقریبا تمام موجودات زنده از آن استفاده می‌کنند. تنها استثناهای این موضوع چندین موجود زنده‌ای هستند که در محیط‌های فقیر از نظر آهن زندگی می‌کنند و به گونه‌ای تکامل یافته‌اند که عناصر گوناگونی را در فرآیندهای متابولیکشان مورد استفاده قرار دهند مثل منگنز به جای آهن برای تجزیه و یا هموسیانین به جای هموگلوبین. آنزیم‌های حاوی آهن معمولاً دارای گروه‌های هموپروستاتیک هستند که در تجزیه واکنش‌های اکسیداسیون در زیست‌شناسی و در انتقال تعدادی از گازهای حل شدنی شرکت می‌کنند.

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی و آلیاژهای آن با استفاده از آزمون‌های گوناگون مانند آزمون برنیل و راکول یا آزمایش‌های مقاومت کششی ارزیابی می‌شود، نتایج این قسمت‌ها به گونه‌ای با یکدیگر سازگارند که قسمت‌های آهن اغلب برای مرتبط نمودن نتایج یک تست با تست دیگر به کار می‌رود. اندازه گیری‌ها نشان می‌دهد که خواص مکانیکی آهن عمدتا بستگی به خلوص دارد به گونه‌ای که خالص‌ترین کریستال‌های تک آهن که برای مقاصد تحقیقاتی تولید شده‌اند از آلومینیوم نرم ترند، افزودن تنها ۱۰ قسمت در میلیون کربن مقاومتش را دو برابر می‌کند. سختی نیز به سرعت با افزایش مقدار کربن تا ۰/۲٪ و اشباع شده تقریبا در ۰/۶٪ به سرعت افزایش می‌یابد. خالص‌ترین آهن تولید شدهٔ صنعتی (تقریبا ۹۹/۹۹٪ خلوص) دارای سختی ۲۰-۳۰ برنیل است.

آهن چیست

آهن چیست

پیدایش

آهن ششمین عنصر از لحاظ فراوانی در جهان است که در آخرین کنش نکلئوسنتز در ستاره‌های بزرگ از طریق سیلیکون فیوزینگ ایجاد می‌شود در حالی که آهن حدود ۵٪ از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، اعتقاد بر این است که هسته زمین در حد زیادی از یک آلیاژ آهن-نیکل تشکیل شده‌است که ۳۵٪ جرم کل زمین را تشکیل می‌دهد، بنابر این آهن فراوانترین عنصر روی زمین است ولی در پوسته زمین چهارمین عنصر از لحاظ فراوانی می‌باشد. بیشتر آهن پوسته به شکل ترکیبی با اکسیژن به صورت سنگ‌های معدنی اکسید آهن مثل هماتیت و مگنتیت یافت می‌شود. حدود یکی از بیست شهاب سنگ تنها از مواد معدنی آهن-نیکل تائنیت (۳۵-۸۰٪ آهن) و کاماسیت (۹۰-۹۵٪ آهن) تشکیل شده‌اند. اگر چه تعاد اندکی از شهاب سنگ‌های آهنی بیشترین شکل آهن فلزی طبیعی در سطح زمین می‌باشند. تصور بر این است که رنگ قرمز سطح مریخ ناشی از رگولیت غنی اکسید آهن است.

 

ایزوتوپ‌ها

آهن به طور طبیعی متشکل از ۴ ایزوتوپ: ۵/۸۴۸٪ رادیواکتیو Fe۵۴ (نیمه عمر بزرگتر از ۳/۱ × ۲۲ ۱۰سال)، ۹۱/۷۵۴٪ Fe۵۶ پایدار، ۲/۱۱۹٪ ازFe۵۷پایدار و ۰/۲۸۲٪ از Fe۵۸ پایدار می‌باشد. Fe۶۰ یک رادیونیوکلاید منقرض شده با نیمه عمر طولانی (۱/۵ میلیون سال) می‌باشد. بیشتر کارهای قبلی در اندازه گیری ترکیب ایزوتوپیک Fe بر تعیین انواع Fe۶۰ تولید شده از فرایندهای همراه با نکلئو سنتز (یعنی مطالعات شهاب سنگ) و تشکیل سنگ معدن متمرکز شده‌است. هرچند در دهه اخیر پیشرفت تکنولوژی طیف سنجی جرمی اجازه تشخیص و ارزیابی تغییرات طبیعی در نسبت‌های ایزوتوپ‌های پایدار آهن را داده‌است. بیشتر این کار به وسیله انجمن‌های علوم زمین و سیاره‌ای انجام شده‌است، هرچند کاربردهای آن در سیستم‌های بیولوژیک و صنعتی در حال آغاز شدن می‌باشد. فراوان‌ترین ایزوتوپ آهن Fe۵۶ مورد توجه ویژه دانشمندان هسته‌ای می‌باشد. تصور غلط رایج این است که این ایزوتوپ پایدارترین هسته ممکن است و لذا انجام شکافت یا همجوشی در Fe۵۶ و آزاد سازی انرژی از آن غیر ممکن است این مطلب درست نیست، چرا که هم Ni۶۲ و هم Fe۵۸ پایدار ترند و پایدارترین هسته می‌باشند. هرچند چون نیکل Ni۵۶ در واکنش‌های هسته‌ای سوپر نوا در فرایند α از هسته‌های سبکتر به گونه‌ای بسیار آسانتر تولید می‌شود، نیکل ۵۶ (ذرات آلفای ۱۴)آخرین نقطه زنجیره همجوشی در ستاره‌های بسیار عظیم می‌باشد، و از آنجا که افزودن یک آلفای دیگر روی-۶۰ را تولید می‌کند که نیاز به مقدار بسیار بیشتری انرژی دارد. این نیکل ۵۶، که دارای نیمه عمر حدود ۶ سال است به مقدار زیاد در این ستاره‌ها ساخته می‌شود اما به زودی توسط دو انتشار پزیترون پی در پی در درون محصولات تاخیری سوپر نوا در ابر گاز باقی مانده از سوپر نوا به اولین رادیو اکتیو کبالت ۵۶، و سپس آهن ۵۶ پایدار متلاشی می‌شود. این هسته اخیر بنابر این در همه جای دنیا در مقایسه با دیگر فلزات پایدار با وزن اتمی تقریبا مشابه دارای فراوانی بیشتریست. در فازهای شهاب سنگ‌های سمارکونا و چرونیکات ارتباطی بین غلظت Na۶۰، محصول دختر Fe۶۰، و فراوانی ایزوتوپ‌های آهن پایدار قابل مشاهده بود که نشان از وجود Fe۶۰ در زمان تشکیل منظومه شمسی دارد. احتمالا انرژی رها شده از فروپاشی آهن ۶۰ همراه با انرژی رها شده از فروپاشی رادیونیکلاید Al۲۶ در ذوب دوباره و افتراق سیارات بعد از تشکیل آن‌ها در ۴/۶ بیلیون سال پیش مشارکت داشته‌است. فراوانی Na۶۰ موجود در مواد فرا زمینی نیز ممکن است اطلاعات بیشتری نسبت به منشا منظومه شمسی و تاریخ ابتدایی آن ارائه دهد. از میان ایزوتوپ‌های پایدار، تنها Fe۵۷ یک اسپین هسته‌ای (-۱/۲) دارد.

 

شیمی و ترکیبات

آهن ترکیباتی را ایجاد می‌کند که عمدتا در حالت‌های اکسیداسیون +۲ و +۳ هستند. به طور سنتی، ترکیبات آهن II فروس نامیده می‌شوند و ترکیبات آهن (III) فریک نامیده می‌شود. ترکیبات زیادی در هر یک از حالات اکسیداسیون وجود دارد که مثال‌هایی از آن شامل سولفات آهن (II) (FeSo4) و کلرید آهن (III) (FeCl3) می‌باشد. همچنین مثال‌های بیشماری از ترکیباتی که شامل اتم‌های آهن در هر دوی این حالات اکسیداسیون وجود دارد مانند مگنتیک و آبی پروسی. آنیون منفی فریت [Fe ۲۴] شامل یک مرکز آهن، (Vi) بالاترین حالت اکسیداسیون شناخته شده آن می‌باشد و مثلا در فریت پتاسیم (کا دو اف ای اُ ۴) وجود دارد. ترکیبات اورگانومتالیک بی شماری (مثل پنتا کربنیل آهن) وجود دارند که دارای آهن زیرو ولنت (یا کمتر) هستند

فولاد چیست

فولاد چیست

فولاد فلز مقاومی است که از آهن بدست می آید، ساده ترین روش ساخت فولاد ریختن آهن گداخته و مذاب داخل کوره تبدیل و دمیدن هوای گرم و اکسیژن روی آن که بخش عمده کربن موجود در آهن با استفاده از این روش می سوزد و در نهایت آهن تبدیل به فولاد خواهد شد.

فولاد یا پولاد به آلیاژهای آهن که بین 25 0/۰ تا حدود ۲ درصد کربن دارند گفته می شود، فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

برای ساختن سیم، لوله و ورق از فولاد استفاده می‌شود.

فولاد متوسط ۲/0 تا ۶/0 درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند.

فولاد سخت  ۶/0 تا 5/1

درصد کربن دارد، و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:

  1. سوزاندن ناخالصی‌های چدن
  2. افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن .

 

فولادها از نظر آلیاژی به چهار گروه اصلی تقسیم می شوند:

1- فولادهای ساده کربنی

2- فولادهای کم آلیاژ

3- فولادهای متوسط آلیاژ

4- فولادهای پر آلیاژ

در فولادهای ساده کربنی، کربن اصلی ترین عنصر آلیاژی بوده و عناصری مانند منگنز و سیلیسیوم و آلومینیوم به مقدار جزیی و برای گاز زدایی به آن ها اضافه می شود. میزان کربن این فولادها نقش اصلی در میزان افزایش استحکام آنها پس از عملیات حرارتی دارد.

این فولادها به سه گروه کم کربن، کربن متوسط و پر کربن تقسم می شوند:

1- فولادهای کم کربن  با حداکثر 0.25 درصد کربن    Low Carbon Steel

2- فولاد کربن متوسط با 0.55-0.25 درصد کربن     Medium carbon steel

3- فولاد پر کربن با 0.5 >درصد کربن                High carbon steel

پس از فولادهای کربنی، فولادهای کم آلیاژ و متوسط آلیاژ بوده که میزان منگنز و سیلیسیوم آنها بیشتر از مقدار لازم برای اکسیژن زدایی می باشد و عناصر دیگری مثل نیکل، کرم و مولیبدن نیز به آنها اضافه شده است. عناصری مانند تیتانیوم، نیوبیوم، مس و بر نیز در صورت لزوم و به میزان جزیی ممکن است به آنها اضافه شود. افزودن این عناصر آلیاژی به فولادها جهت بهبود عملیات حرارتی پذیری آنها و افزایش برخی خواص فیزیکی و مکانیکی می باشد.

لازم به ذکر است که جهت طبقه بندی فولادهای کم آلیاژ، متوسط آلیاژ و پر آلیاژ محدودیتی وجود نداشته و عموما به فولادهای حاوی بیش از 10% عناصر آلیاژی، فولادهای پرآلیاژ می گویند.

فولاد چیست

فولاد چیست

 

دیاگرام آهن – کربن

دیاگرام فازی دوتایی آهن – کربن، دیاگرامی تعادلی از کربن در محلول جامد آهن است که نشان دهنده تغییرات ساختاری آلیاژهای آهن – کربن نسبت به درجه حرارت می باشد. این دیاگرام بر حسب درصد کربن آلیاژ، درجه حرارت، سرد کردن یا گرم کردن بسیار آهسته رسم شده و به همین علت به آن دیاگرام تعادلی آهن – کربن می گویند.

از آنجایی که آهن و کربن تشکیل یک ترکیب واسطه به نام سمنتیت Fe3C می دهد، این دیاگرام را دیاگرام آهن – سمانتیت نیز می نامند.

آهن ماده ای آلوتروپیک (چند ساختاری) بوده و در حین انجماد از حالت مذاب تا رسیدن به دمای محیط، تبدیل به ساختارهای مختلف می شود. در نمودار آهن – کربن سمانتیت، آستنیت، لدبوریت، آهن آلفا، آهن گاما و آهن بتا دیده می شود.

در نمودار آهن-کربن سه نوع فولاد با ترکیب و ریزساختار مختلف دیده می شود (یوتکتوئیدی، هیپویوتکتوئیدی، هایپریوتکتوئیدی) که توضیحات آن در لینک زیر به تفصیل آمده است.

فولادهای ساده کربنی

فولادهای ساده کربنی مهمترین گروه آلیاژهای مهندسی هستند. این فولادها به علت هزینه نسبتا کم تولید و داشتن گستره وسیعی از خواص در بین مواد مهندسی در درجه اول اهمیت قرار دارند. کاربرد فولادهای ساده کربنی نامحدود بوده و می تواند شامل ورق، نوار، میله، سیم، محصولات لوله ای، شکل های ساختمانی، آهنگری شده، ریخته گری و … باشد.

 

طبقه بندی فولادهای ساده کربنی

فولادهای ساده کربنی بسته به نوع و کاربردشان در چند سیستم مختلف دسته بندی می شوند و دسته بندی منحصر به فردی که در مورد تمامی فولادهای ساده کربنی به کار رود، وجود ندارد. دو سیستم مختلفی که در این زمینه بیشترین کاربرد را دارند عبارتند از: ASTM و AISI-SAE

 

سیستم دسته بندی AISI-SAE برای فولادهای ساده کربنی

این سیستم در مورد میلگردهای نورد سرد و نورد گرم شده، سیم ها، میله ها و لوله های بدون درز و محصولات نیمه تمام برای آهنگری به کار برده می شود. از آنجا که در فولادهای ساده کربنی، درصد کربن نقش اصلی و تعیین کننده میزان استحکام آنها می باشد، در این سیستم از درصد کربن برای شناسایی فولادهای مختلف استفاده می شود.

برای نامگذاری از چهار عدد استفاده شده که دو عدد اول 10 مشخص کننده فولاد ساده کربنی است. دو رقم بعدی مشخص کننده صدم درصد کربن است.

به عنوان مثال؛ عدد 1020 مشخص کننده فولاد ساده کربنی با 0.2% اسمی کربن است.

 

اثر عناصر آلیاژی بر فولادهای ساده کربنی

فولادهای ساده کربنی ، علاوه بر کربن حاوی عناصر زیر نیز می باشند:

منگنز تا 1%

گوگرد تا 0.05%

فسفر تا 0.04%

سیلیسیم تا 0.3%

 

منگنز

محدوده استفاده از منگنز در فولادهای ساده کربنی می تواند از حداکثر 0.35% در فولاد 1005 تا حداکثر 1% در فولادهای 1085 AISI متغیر باشد. منگنز با گوگرد موجود در فولاد ترکیب شده و سولفید منگنز را ایجاد می کند. منگنز با ریزکردن پرلیت و ایجاد محلول جامد با فریت موجب افزایش استحکام تسلیم فولادهای ساده کربنی می شود.

گوگرد

گوگرد می تواند حداکثر تا 0.05% در فولاد ساده کربنی وجود داشته باشد. معمولا با منگنز ترکیب شده و تشکیل آخال MnS می دهد. اگر گوگرد با آهن ترکیب شود، تشکیل FeS داده که معمولا در مرزدانه ها رسوب می کند. از آنجایی که FeS ترکیبی سخت بوده و دارای نقطه ذوب پایینی می باشد، لذا ممکن است در حین کارسرد و یا کارگرم فولاد ایجاد ترک کند. به همین دلیل و برای جلوگیری از تشکیل این ترکیب نامطلوب می بایست نسبت منگنز به گوگرد فولادها حدود 5 به 1 باشد.

فسفر

از آنجایی که فسفر ترکیب خیلی تردی با آهن تشکیل می دهد(Fe3P)، لذا میزان فسفر فولادهای کربنی در حد 0.04% محدود می باشد.

سیلیسیم

سیلیسیم به عنوان اکسیژن زدا، حین فولادسازی به مذاب اضافه شده و تشکیل آخال های SiO2 می دهد. میزان سیلیسیم فولاد ساده کربنی می تواند از 0.1 تا 0.3% متغیر باشد.

در مقایسه با فولادهای کم کربن عملیات حرارتی ناپذیر که کربنی بین 0.06 تا 0.1 درصد دارند، فولادهای دسته اول دارای سختی و استحکام بیشتری بوده ولی شکل پذیری سرد کمتری دارند. استحکام این دسته فولادها را می توان با عملیات حرارتی بالا برد اما این روش اقتصادی نمی باشد. جهت افزایش سختی این فولادها، آنها را کربوره کرده یا به طور سطحی سخت می کنند. برای کربوره کردن معمولا فولادهای AISI 1016,1018,1019 انتخاب شده و برای مقاطع بزرگتر، فولادهای AISI1015,1020,1022 به کار می رود.

دسته دوم، فولادهای کربن متوسط، کربن بیشتری داشته و معمولا با کوئنچ و تمپر (آب دهی و برگشت)، استحکام می یابند. اگر انتخاب محلول و دمای کوئنچ (آبدهی) مناسب باشد، می توان محدوده وسیعی از خواص مکانیکی را بدست آورد. در بین این سه گروه از فولادهای ساده کربنی سختی پذیر، دسته دوم بیشترین و وسیع ترین کاربرد را داشته و بیشتر قطعات خودرو از این فولادها ساخته می شوند.

دسته سوم فولادهای ساده کربنی که کربنی بالاتر از 0.55% دارند، نسبت به فولادهای کربن متوسط کاربرد کمتری دارند زیرا هزینه تولید و ساخت آنها گران تر بوده و قابلیت جوشکاری و شکل پذیری کمتری دارند. و چون کربن بیشتری دارند در اثر فرایند آبدهی، حداکثر سختی را به دست می آورند.

فولاد چیست

فولاد چیست

 

فولادهای آلیاژی

اگرچه تولید فولادهای ساده کربنی ارزان می باشد اما در کاربردهای مختلف مهندسی، این فولادها همیشه جوابگو نیستند. فولادهای آلیاژی اگرچه از لحاظ قیمت گران تر از فولادهای ساده کربنی هستند اما در عمل استفاده از آنها در صنعت اقتصادی تر می باشد. عناصر آلیاژی که در تولید فولادهای آلیاژی استفاده می شود عبارتند از: نیکل، کرم، مولیبدن، منگنز، سیلیسیم و وانادیم. در بعضی موارد عناصری دیگری مثل کبالت، مس و سرب نیز اضافه می شود.

عناصر آلیاژی جهت حصول خوا ص متالورژیکی مطلوب به فولادها اضافه می شود که بعضی از مهم ترین آنها عبارتند از:

1- بهبود خواص مکانیکی در دماهای مختلف

2- افزایش دمای باز پخت با حفظ استحکام و بهبود شکل پذیری

3- بهبود مقاومت به خوردگی در دماهای بالا

و سایر موارد.

 

طبقه بندی فولادهای آلیاژی

در تعریف کلی، فولادهای حاوی تا 50% عناصر آلیاژی را فولاد آلیاژی می گویند. اما از از نقطه نظر فنی، فولاد آلیاژی به فولادهای ماشین سازی و ساختمانی عملیات حرارتی پذیر که حاوی 1 تا 4 درصد عناصر آلیاژی هستند، اطلاق می شود.

این فولادها در ایالات متحده امریکا عموما با سیستم نامگذاری AISI-SAE مشخص می شوند. در این سیستم برای نامگذاری هر فولاد آلیاژی از یک عدد چهار رقمی استفاده شده که دو رقم اول مشخص کننده عنصر آلیاژی اصلی یا گروه عناصر آلیاژی و دو رقم آخر مشخص کننده تقریبی درصد اسمی کربن در آلیاژ است.

 

کاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.

 

ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:

 

سوزاندن ناخالصی‌های چدن

افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO۲) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO۲) است، بکار می‌برند:

(MnO + SiO۲ ——-> MnSiO۳(l

و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:

(MgO + SiO۲ ——-> MgSiO۲(l

(۶MgO + P۴O۱۰ ——-> ۲Mg۳(PO۴)۲(l

 

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها

معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می‌گیرد. بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.

 

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن

در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش ۳۰۰ تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند. اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO۲ رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریباً به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده، تمامی‌ این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.

 

ماهیچه سازی در قالب ریخته گری

ماهیچه گذاری

تولید قطعات ریختگی پیچیده بدون استفاده از ماهیچه ممکن نیست. اکثر ماهیچه ها برای ایجاد فضای خالی طراحی شده در قطعه، ضروری است. با ماهیچه گذاری در قالب ماسه ای فضای خالی در قطعه ریختگی به وجود می آید. به خاطر اینکه دیواره های این محفظه به طور صحیح ریخته گری شود، باید ماهیچه با اطمینان بیشتر و بدون هزینه زیاد در قالب ریخته گری قرار داده شود و ماهیچه در قالب پشت ورو نشود. به همین جهت از تکیه گاه استفاده کرده تا ماهیچه با اطمینان و دقت بیشتر در موقعیت طراحی شده قرار بگیرد.

برای اینکه تکیه گاه ماهیچه در قالب ماسه ای به وجود آید مطابق با آن باید روی مدل نیز تکیه گاه ماهیچه در نظر گرفته شود. وقتی طرح یک قطعه ریختگی توسط طراح معین می شود باید تکیه گاه بعد از مطالعات کافی از نظر اصول ریخته گری و قالب گیری توسط مدلساز معین و روی مدل نصب شود. این زایده اضافی در روی مدل و جعبه ماهیچه، تکیه گاه ماهیچه و روی قالب و ماهیچه، ریشه ماهیچه نامیده می شود.

اصول پایه ماهیچه سازی

ابعاد تکیه گاه ماهیچه روی مدل و جعبه ماهیچه پیاده می شود. اصولا ابعاد ماهیچه در جعبه ماهیچه طبق اندازه های نقشه داده شده برای سوراخها و مجراها و مداخل ثابت می ماند، ولی تکیه گاه ماهیچه روی مدل به خاطر لقی ماهیچه بزرگتر ساخته می شود. بدین وسیله ماهیچه بدون اینکه با ماسه قالب گیری درگیر شده و یا باعث فرو ریختن آن شود، بی هیچ مانعی در قالب قرار داده می شود

لقی ماهیچه و اختلاف اندازه تکیه گاه در قالب ریخته گری

لقی ماهیچه و اختلاف اندازه تکیه گاه در قالب ریخته گری

در ریخته گری، قالب گیر ماهیچه را در قالب نصب و یا آن را آویزان می کند. ماهیچه ضمنا می بایست با قالب درگیر نشود و به راحتی در تکیه گاه بنشیند. به همین جهت باید ریشه قالب از ریشه ماهیچه بزرگتر باشد. این اختلاف اندازه تکیه گاهها را لقی ماهیچه گویند. در مقابل، اختلاف اندازه بین تکیه گاهها مدل و جعبه ماهیچه را لقی تکیه گاههای ماهیچه گویند. روش به وجود آوردن لقی بدین صورت است که ریشه ماهیچه را مطابق نقشه و تکیه گاه مدل را کمی بزرگتر درست می کنند.

اختلاف بین لقی ماهیچه و لقی تکیه گاههای ماهیچه مقدار معین و مشخصی نیست. در تعیین اختلاف اندازه بین تکیه گاههای ماهیچه موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

جنس قالب و روش ساخت آن

اختلاف اندازه بین تکیه گاههای ماهیچه در قالبهای دانه درشت شاموتی بیشتر از قالبهای پوسته ای دانه ریز و قالبهای دائمی فلزی پرداخت شده و دقیق است.

در مدل مربوط به قطعات دارای دیواره های نازک که مذاب آن فلز سبکی است و نیز در قالبی که با ماسه تر ریخته گری می شود، به خاطر نشستن دقیق ماهیچه اختلاف اندازه بین تکیه گاههای ماهیچه نیز باید در نظر گرفته شود.

روش ساخت ماهیچه

در ماهیچه های سنگین وبزرگ که به طور دستی در جعبه ماهیچه قرار می گیرند و یا به وسیله شابلون درست می شوند اختلاف اندازه بین تکیه گاهها بیشتر از اختلاف اندازه بین تکیه گاههای مربوط به ماهیچه کوچکتر است که به صورت سرد یا گرم سخت شده اند. وقتی قرار است ماهیچه یا قالب با عملیاتی تکمیل شود، نظیر غوطه وری، رنگ کاری و شناور کردن که باعث می شود قشر نازکی روی آن بنشیند، باید اختلاف اندازه بین تکیه گاهها کافی باشد تا بعد از عملیات تکمیلی اندازه های ماهیچه و قالب مناسب باشند.

وضع ماهیچه در قالب ریخته گری

در ریخته گری سعی می شود که ماهیچه بدون هیچ صدمه ای در درجه بالایی لقی بیشتری داشته باشد. این روش کار به خاطر خراب نشدن قالب به هنگام گذاشتن درجه بالایی مهم است.

در جاهایی از قطعه که برطرف کردن پلیسه های ریخته گری امکانپدیر نیست باید سعی شود که تکیه گاههای ریشه ماهیچه کاملا دقیق بوده تا از به وجود آمدن پلیسه های فوق جلوگیری شود.

21

تعداد، اندازه و طرح ماهیچه

در قطعاتی مثل چرخ پلتن که کاسه های آن احتیاج به ماهیچه های زیاد و شبیه هم دارد و این ماهیچه پشت سرهم و به طور دایره ای چیده می شوند، باید اختلاف اندازه بین تکیه گاهها برای همه ماهیچه ها و ریشه ماهیچه ها یکی باشد.

کار روی ماهیچه و مونتاژ ماهیچه

اغلب در کارهای قالب گیری و نصب ماهیچه، ماهیچه را خارج از قالب به هم چسبانده و یک جا در قالب می گذارند، در غیر این صورت اجزاء ماهیچه را در قالب بر روی هم سوار می کنند. در این مورد به علت افزایش اندازه ریشه ماهیچه در نتیجه مواد چسبی، باید ضخامت آن را در اختلاف اندازه بین تکیه گاهها اثر داد.

کنترل لقی ماهیچه

در کنار کنترل اندازه های مدل و تکیه گاههای ماهیچه برای اجزاء مدلهای پیچیده و دقیق، ماهیچه و قالب فرمان از مواد رزین مصنوعی ساخته می شود. روی این قالب فرمان ( قالب کنترل) می توان ضخامت دیواره ها، لقی ماهیچه ها و ترتیب نصب ماهیچه را با اطمینان بیشتری امتحان کرد

چگونگی طراحی تکیه گاه ماهیچه

چگونگی طراحی تکیه گاه ماهیچه

الف) طراحی مدل دائم یا مدل یک بار مصرف

هرگاه در مدلهای اسفنجی احتیاج به ماهیچه باشد (که به ندرت اتفاق می افتد) روی مدل تکیه گاه طراحی نمی شود. در این مورد جعبه ماهیچه را فقط به خاطر طول ماهیچه بزرگتر درست می کنند. فضای خالی موجود در قطعه عینا در مدل وجود دارد. با نصب ماهیچه در مدل، مدل و ماهیچه، قالب گیری شده و در آن می ماند. این نوع خاص قالب گیری و نصب ماهیچه به طور مجزا در مدلهای دائم نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

ب) طرح تکیه گاه ماهیچه بسته به تعداد قطعات ریختگی

وقتی تعداد قطعات خواسته شده کم باشد، گاهی از ماهیچه صرف نظر کرده و مدل را به طور ساده قالب گیری می کنند. در صورت زیاد بودن تعداد قطعات طرحهای خاص تکیه گاه، مطابق DIN 1511 تعیین می شود.

ج) طرح تکیه گاه در ماهیچه خارجی و داخلی

اغلب ماهیچه ها برای ایجاد فضای داخلی قطعه به کار می روند. طرح این تکیه گاهها به مجراهای قطعه، سطح جدایش مدل و قرار گرفتن ماهیچه با اطمینان بیشتر در قالب بستگی دارد. در مورد ماهیچه خارجی عواملی مانند سطح جدایش قالب، محکم شدن ماهیچه در قالب، سطح ریشه ماهیچه در قالب و روش ریخته گری نیز اهمیت دارد.

د) طرح تکیه گاه بسته به موقعیت ماهیچه در درجه بالایی و پایینی و نیز وضعیت ریخته گری

در صورت امکان ماهیچه باید در درجه پایینی قرار گیرد، زیرا در این صورت قالب گیر به هنگام قرار دادن ماهیچه تسلط و دید بیشتری دارد. همچنین می تواند ضخامت دیواره ها را نیز امتحان کند. بدین جهت مدلساز سطح جدایش و تکیه گاه را طوری تعیین می کند که قالب گیر با اطمینان بیشتری کار کند. در صورتی که ماهیچه در قالب افقی گذاشته شود. باید ریخته گری آن نیز عمودی باشد و تعیین تکیه گاه بیشتر مورد توجه قرار گیرد. این نکته در مورد روشهای قالب گیری بدون درجه است.

در این موارد ماهیچه را گاهی بلندتر درست می کنند تا به هنگام ریخته گری از قالب بالاتر قرار گیرد. مطلب فوق مهم است زیرا مواد اضافی در ماهیچه نفوذ نمی کنند و جریان جابه جایی گاز در ماهیچه مختل نمی شود، ماهیچه باید با اطمینان بیشتر بدون صدمه خوردن قالب در آن قرار گیرد.

ه) ماهیچه برای قالب گیری با ماسه تر و ماسه خشک

در قالب گیری تر، وقتی اندازه های تکیه گاه و ماهیچه در قالب و مدل نزدیک باشد در آن صورت ماهیچه در ماسه فرو می رود، که نتیجتا موقعیت ماهیچه زیاد دقیق نیست و عدم یکنواختی ضخامت دیواره را به دنبال خواهد داشت. به علاوه ماسه لبه های قالب شسته شده و باعث ایجاد پلیسه در قطعه می شود. در ریخته گری با ماسه تر در مقایسه با ماسه خشک جای ماهیچه در قالب بزرگتر است.

w5

و) اندازه و شکل ماهیچه

در ماهیچه های سنگین با یک تکیه گاه که برای ایجاد مجرا در قطعه به کار می رود ابعاد تکیه گاه طوری نیست که بتوان ماهیچه را با اطمینان و بدون صدمه رساندن به قالب در آن قرار داد. بدین جهت با بزرگ گرفتن تکیه گاه می توان ماهیچه را با ثبات و اطمینان مورد نظر در قالب قرار داد.

ز) تعداد ماهیچه – تعداد تکیه گاه

طرح تکیه گاه بستگی به این دازد که ماهیچه در چند تکیه گاه قرار می گیرد. وقتی ماهیچه فقط از یک طرف در قالب می نشیند، در آن صورت باید تکیه گاه را بزرگتر طراحی کرده تا مرکز ثقل ماهیچه از تکیه گاه قالب بگذرد.

ح) نحوه شکل گیری تکیه گاهها

واضح است که در طراحی تکیه گاه باید به نحوه ایجاد تکیه گاه و به وجود آمدن فرم آن در ماسه دقت شود. بدین جهت قبلا ضمن تعیین سطح جدایش در مورد قرار دادن تکیه گاه و بیرون آوردن بعدی آن از قالب دقیقا مطالعه شود. همچنین در طرح جعبه ماهیچه مورد نظر برای تولید ماهیچه دقت و سپس تصمیم گیری شود. با یک طرح فنی بهینه در تکیه گاه و ماهیچه، بعضی از مشکلات قالب گیر کم می شود.

طَ) امکان قرار دادن ماهیچه در قالب

در درست کردن مدل نباید تنها به تمیزی و دقت در اندازه های مدل توجه داشت، زیرا گاهی ممکن است مدلی دقیق و تمیز ساخته شود ولی قرار گرفتن ماهیچه در آن امکانپذیر نباشد. برای مثال در قالبی ممکن است 20 و حتی 100 ماهیچه قرار داده شود که تعیین تکیه گاهها و تعیین شماره ترتیب هر یک برای قالب گیر و مدلساز موجب دردسر می شود.

ی) تکیه گاه با اطمینان و بدون چپ شدن ماهیچه در قالب

وقتی قالب گیر ماهیچه ای را در قالب قرار می دهد. باید بتواند با یک نگاه نحو قرار گرفتن ماهیچه را تشخیص دهد. او نباید در هیچ موردی مقایسه کند و یا حتی ابعاد ماهیچه را اندازه بگیرد تا مطمئن شود که ایا این ماهیچه مطمئنا متعلق به این قسمت از قالب است یا نه.

در چنین مواردی باید روی تکیه گاه علائمی نصب شود تا قالب گیر را به درستی راهنمایی کند. بدین وسیله از نصب غلط و پشت و رو گذاشتن ماهیچه و جابه جایی آن جلوگیری می شود. به هنگام ریختن مذاب نباید ماهیچه جابه جا و پشت و رو شود و باید در مقابل فشار مذاب مقاومت کند. موضوع فوق مخصوصا به هنگام نفوذ مذاب در ماهیچه مهم است.

ک) تکیه گاه و اضافه تراش

ماشینکاری به خاطر دارا بودن اضافه تراش در بعضی از سطوح قطعه ریختگی دارای ابعاد کوچکتری است. ابعاد تکیه گاه مربوط به یک مجرای مایل که ضمنا احتیاج به ماشینکاری دارد باید با محاسبه دقیق به دست آید. محل تلاقی ماهیچه ها را جایی قرار می دهند که بعدا باید ماشینکاری شود، زیرا به هنگام ماشینکاری پلیسه هایی که در محل تلاقی ماهیچه ها به وجود آمده از بین می رود.

ل) تکیه گاه و روش ساخت ماهیچه

روش ساخت ماهیچه در طراحی تکیه گاه موثر است. وقتی قرار است که تعداد قطعات ریختگی کم باشد از ساخت جعبه ماهیچه صرف نظر می شود و از ماهیچه استاندارد و یا به اصطلاح از ماهیچه ماشینی استفاده می شود. در این مورد باید تکیه گاه روی مدل از ماهیچه استوانه ای بزرگتر باشد.

وقتی در طراحی از ماهیچه تو خالی و پوسته ای که به وسیله گرما سخت شده است استفاده می شود، باید روی مجرای ورودی ماهیچه دقت شود، زیرا در مدخل ماهیچه تو خالی سطوح ماسه ای ناصافی به وجود می آید که جهت محکم شدن دقیق طولی ماهیچه در تکیه گاه مناسب نیست. بدین جهت مدلساز برای نصب مطمئن ماهیچه، ماهیچه را در داخل تکیه گاه قرار می دهد.

م) جای بازی تکیه گاهها روی مدل و جعبه ماهیچه (لقی ریشه ماهیچه – لقی تکیه گاهه)

خوردگی

خوردگی

تجزیه مواد فلزی طی مراحل شیمیایی یا الکترو شیمیایی را خوردگی می نامند. خوردگی شیمیایی به واسطه ارتباط فلزات با سایر عناصر (هوا، آب و غیره) منجر به پیوندهای شیمیایی مثل اکسیدها، کربناتها، سولفاتها و غیره شده که فلز را از خوردگی بیشتر حفاظت می کند (اکسید آلومینیوم، کربنات روی) و یا موجب خوردگی بیشتر می شود.

خوردگی الکتروشیمیایی اکثرا توسط سیستم گالوانیکی اتفاق می افتد که از دو فلز با اختلاف ولتاژ الکتریکی توسط یک مایع هادی (الکترولیت) مثلا نمکهای آبی، اسیدها و قلیاها به وجود می آید. این فلزات براساس مقادیر ولتاژ نسبت به هیدروژن مرتب شده اند فلزاتی که با ولتاژ منفی مشخص شده اند به واسطه از دست دادن الکترون قربانی می شوند.

جلوگیری از خوردگی

1-جلوگیری فعال از خوردگی با انتخاب صحیح آلیاژ و پرهیز از ناصافیهای سطوح صورت می گیرد.

2-جلوگیری غیر فعال از خوردگی با نصب پوششهای حفاظتی بعد از تمیز کردن، از بین بردن زنگها، سند بلاست و شستن سطوح قطعه از چربیها صورت می گیرد.

پوششهای فلزی

غوطه وری در حمام نمک فلز (مثلا مذاب نمک قلع) یا مذاب فلز (حمام مذاب) انجام می گیرد.

این روش مخصوص فلزات با دمای ذوب پایین مثل روی، سرب، قلع و آلومینیوم است.

فلز دهی عبارت است از پاشیدن فلز مذاب از یک تلمبه دستی به روی یک سطح برای تشکیل یک پوشش فلزی.

نفوذ دادن، با سرخ کردن در داخل پودر فلزات صورت می گیرد. جهت تولید انبوه به کار می رود (سوزن، پیچ).

روکش دادن، با نورد کردن یک لایه فلزی روی قطعه صورت می گیرد.

گالوانیزه کردن به وسیله جریان مستقیم و محلول آب نمک فلزات صورت می گیرد.

پوششهای غیر فلزی

پوششهای آلی از مواد مصنوعی، لاکها، رنگها

چگونگی طراحی ریشه ماهیچه در قالب ریخته گری

چگونگی طراحی ریشه ماهیچه در قالب ریخته گری

شیب ریشه ماهیچه

برای اینکه تکیه گاه مدل به خوبی از قالب ماسه ای بیرون آورده شود، باید تکیه گاه مدل شیب دار باشد.

در DIN 1511 جدول طراحی ریشه ماهیچه مقدار تقریبی شیب ریشه ماهیچه داده شده است:

 

ارتفاع ریشه ماهیچه تا 70mm بیشتر از 70mm
شیب ریشه ماهیچه 5 درجه 3درجه

 

اعداد تقریبی فوق برای تکیه گاههایی داده شده است که ماهیچه به طور مستقیم در قالب قرار داده می شود و اغلب برای تکیه گاههای بالایی از 8 درجه تا 15 درجه است. همچنین ارتفاع ریشه ماهیچه در درجه بالایی کمتر از ارتفاع تکیه گاه پایینی است تا بدین وسیله نصب درجه بالایی با اطمینان بیشتری صورت گیرد، زیرا ریشه ماهیچه بعد از گذاشتن درجه بالایی با آن تماس پیدا می کند.

به علاوه در تکیه گاههای چهارگوش یا مجراهای جنبی قسمت بالایی تکیه گاهها، اغلب تکیه گاه پایینی نیز دارای شیب بیشتری از مجرای اصلی است تا ماهیچه به راحتی نصب شود و به هنگام گذاشتن درجه بالایی قالب خراب نشود.

زوار ماسه ریز

هدف از کاربرد این زوار این است که ماسه ریخته شده را در خود جا بدهد تا ریشه ماهیچه در تکیه گاه قالب مطمئن باشد. ضمنا این زوار لبه های تکیه گاه مدل را، بخصوص اگر از فلز باشد ، از آسیب نگه می دارد. گاهی این نوع زوار در تکیه گاه بالایی نیز نصب می شود، ولی اصولا زوار ماسه ریز مخصوص تکیه گاه پایینی است.

زوار ماسه ریز بر حسب DIN 1511 برای مدلهای فلزی، پلاستیکی و چوبی با درجه کیفیت H1a و H1 تعیین شده اند. به عنوان مقادیر تقریبی، اندازه های زیر ارائه می شوند:

 

عرض تکیه گاه ماهیچهمقدار a زوار ماسه ریز
یک طرفی b یک طرفی c دو طرفی b دو طرفی c
50mm 8 4 6 3
100mm 14 7 11 5
200mm 22 10 18 7

 

زوار فشاری

بعد از قرار دادن ماهیچه در قالب ماسه تر از طرف ماهیچه، فشاری روی لبه تکیه گاه وارد می شود. اگر لبه فوق تیز باشد در این صورت شسته شده و تداخل ماسه در قطعه ریختگی به وجود می آید. به همین جهت مدلساز باید دقت کند تا از ساخت چنین لبه های تیزی پرهیز شود. برای این منظور زوار فشاری روی مدخل تکیه گاه ماهیچه طراحی می شود.

زوار فشاری اکثرا در مدلهای متوسط و بزرگ به کار می رود. شعاع یا شیبی که زوار فشاری را از مدل به تکیه گاه می رساند مهم است. در اینجا هم مثل زوار ماسه ریز، ابعاد زوار فشاری مطابق ابعاد تکیه گاه ماهیچه تعیین می شود:

 

طول تکیه گاه یا عرض تکیه گاه زوار فشاری
اندازه a b c
50mm 5 1/5
100mm 10 3
200mm 20 4

w16

 راکورد فشاری

برای جلوگیری از خراب شدن لبه های تیز تکیه گاه، ساده ترین و مطمئن ترین روش به وجود آوردن راکود (پخ) در لبه تکیه گاه است. این پخ را در محل انتقال مدل به تکیه گاه به وسیله فرزکاری، بتونه یا مواد مصنوعی به وجود می آورند. این پخ فشاری اکثرا در مدلهای کوچک تا مدلهای متوسط استفاده می شود. نوع راکود فشاری در DIN 1511  با H1 ، H1a، M1، M2، K1  و K2 معین شده است. این نوع طرح موقع تمیز کردن قطعه همراه با آسیب دیدگی است زیرا لبه تیز آن حتی می تواند منجر به جراحت دست شود.

 

عرض تکیه گاه یا طول تکیه گاه شعاع پخ
اندازه a R
50mm 4 – 3
100mm 8 – 6
200mm 15 – 10

 

 

زوار فشاری تیز

از این طرح به عنوان زوار فشاری یا پخ فشاری به ندرت استفاده می شود، زیرا لبه های تیز قطعه برای تمیزکاری خیلی خطرناک است. زوار فشاری تخت از لهیدگی لبه تکیه گاه به هنگام قرار دادن ماهیچه جلوگیری می کند. در این طرح نیز در انتقال از مدل به لبه تیز فشاری شعاع کوچکی لازم است.

 

زوار فشاری تیز عرض تکیه گاه یا طول تکیه گاه
(تقریبا 15 درجه) c b a
1/5 6 50mm
2/5 10 100mm
5 20 200mm

 

شیار آب بندی

چنانچه از اسم آن معلوم است این شیارها جهت آب بندی فضای لقی کوچک ماهیچه به کار می رود. شیار آب بندی فقط در مدلهایی که برای ریخته گری ماسه تر در نظر گرفته شده طراحی می شود.

عمق شیار به اندازه تکیه گاه و مقدار اختلاف بین اندازه تکیه گاهها بستگی دارد و اندازه آن نباید از مقدار لقی ماهیچه تجاوز کند. اصولا عمق شیار به اندازه نصف اختلاف بین اندازه تکیه گاهها انتخاب می شود

کاربرد تکیه گاه کمکی ماهیچه یا پایه (چپلت) در ریخته گری

کاربرد تکیه گاه کمکی ماهیچه یا پایه (چپلت) در ریخته گری

وقتی موقعیت ریشه ماهیچه به وسیله تکیه گاههای خود در برابر نیروی بالا بر مذاب مطمئن نباشد از تکیه گاههای کمکی (از فلز) استفاده می شود. این تکیه گاههای کمکی با طرحهای مختلف باید نیروی بالابر ماهیچه را تحمل کنند. این تکیه گاهها، ماهیچه را در مراحل مختلف در وضع معین شده نگه می دارند و از خرد شدن، شکستن و فرو نشستن ماهیچه جلوگیری می کنند. تکیه گاههای کمکی توسط قالب گیر بین ماهیچه و دیواره قالب قرار داده می شود.

در قسمت هایی از قطعه که باید بعدا فشار بخار آب یا فشار گاز را تحمل کند، به خاطر اطمینان و یکنواختی مطلوب استحکام هیچ گونه تکیه گاه کمکی به کار نمی برند. در درست کردن اجزاء مدل برای ریخته گری جدار نازک، در صورت استفاده از تکیه گاه کمکی، مدلساز باید ضخامت و اندازه تکیه گاههای کمکی روی مدل و جعبه ماهیچه را در نظر بگیرد.

انوع تکیه گاه برای ماهیچه گذاری در ریخته گری

 انوع تکیه گاه برای ماهیچه گذاری در ریخته گری

تکیه گاه سقفی

تکیه گاه سقفی اغلب به، تکیه گاه ماهیچه هایی گفته می شود که سطح ریشه ماهیچه آن از سطح مدل بزرگتر باشد. از آنجا که این نوع ماهیچه اغلب در درجه پایینی قرار می گیرد، و نه در درجه میانی یا بالایی، تکیه گاه ماهیچه آویزان نیز می گویند. به وسیله تکیه گاه سقفی می توان از درجه  بالایی کلا صرف نظر کرد.

تکیه گاه بشقابی

این نوع تکیه گاه، تکیه گاه سقفی است که فقط سطح مقطع ریشه ماهیچه آن گرد است.

تکیه گاه نشسته

در این نوع تکیه گاهها مثل تکیه گاههای سقفی سطح مقطع اصلی ماهیچه بزرگتر است. در تکیه گاه ماهیچه نشسته در درجه پایینی قرار می گیرد و نشستن آن با اطمینان بیشتری صورت می گیرد، زیرا درجه بالایی نیز بعد از نصب روی ماهیچه فشار وارد می کند. وقتی مدلساز نمی داند که ریخته گری به چه نحوی انجام خواهد گرفت، می تواند مدل را به دو طریق بسازد: تکیه گاه در درجه پایینی و یا در درجه بالایی.

تکیه گاه ماهیچه ایستاده

ماهیچه قائم باید دارای تکیه گاههای شیب دار باشند تا ماهیچه بتواند با اطمینان و به راحتی قرار داده شود. تکیه گاه ماهیچه لزوما هم اندازه دهانه قطعه ریختگی نیست و بسته به خواسته های فنی و ریخته گری ممکن است بزرگتر و یا کوچکتر طراحی شود.

w20

 

تکیه گاه ماهیچه خوابیده

ماهیچه های خوابیده که در سطح قالب تکیه گاههای متعددی دارند می توانند با اطمینان بیشتر در قسمت پایین قرار داده شوند. در این مورد تکیه گاه مدل و جعبه ماهیچه می توانند از نظر طولی، لقی بیشتری داشته باشند، زیرا به خاطر نشیمن گاههای متعدد و نیز نصب درجه بالایی روی آن امکان جابه جایی ندارد.

تکیه گاه چکمه ای

وقتی ریشه ماهیچه به خاطر قالب گیری و نصب آن تا سطح جدایش ادامه پیدا می کند از ریشه چکمه ای استفاده می شود. ریشه ماهیچه چکمه ای را می توان مستقیما روی جعبه ماهیچه اصلی درست کرد. گاهی در فضای خالی ایجاد شده، تکیه گاه ماهیچه چکمه ای، بعد از قرار دادن ماهیچه اصلی، با پر کردن و یا غالبا با قسمت فرعی ماهیچه چکمه ای تکمیل می شود.

تکیه گاه قسمت فرعی ماهیچه چکمه ای

گاهی محفظه خالی به دست آمده تکیه گاه چکمه ای بعد از نصب ماهیچه اصلی به وسیله ماسه و یا با ماهیچه پرکننده تکمیل می شود. در موارد خاصی ساخت جعبه ماهیچه اضافی برای ماهیچه پر کننده ضروری است، خاصه وقتی ساخت ماهیچه کامل با تکیه گاه چکمه ای از نظر تکنیک قالب گیری امکانپذیر نباشد و یا طراحی آن مشکل و پر هزینه باشد می توان از جعبه ماهیچه اضافی استفاده کرد.

تکیه گاه پیوسته

به خاطر دلایل فنی و ساخت اقتصادی ماهیچه، ریشه ماهیچه های منفرد به صورت تکیه گاههای پیوسته طراحی می شود. بدین وسیله روش پیوسته این مزیت را نیز خواهد داشت که ماهیچه به هنگام ریخته گری تغییر مکان نمی دهد و ضخامت تعیین شده و دیواره های ریخته گری نیز حفظ می شود. این نوع طراحی بخصوص در مدلهای خمیده که ماهیچه آن تکیه گاه درازتری لازم دارد بهتر است. بدین وسیله اگر برای دو مدل یک ماهیچه مشترک درست شود فقط یک جعبه ماهیچه لازم خواهد بود. ماهیچه های مشترک به راحتی و بدون صدمه در تکیه گاه نشسته ثبات بیشتری نیز دارند.

ماهیچه های استوانه ای که به طور منفرد ساخته می شوند به وسیله یک ماهیچه مشترک که تکیه گاههای آن نیز به هم پیوسته است جایگزین می شود. این ماهیچه به راحتی ساخته شده و با سرعت بیشتری نیز در قالب قرار داده می شود. گاهی فاصله بین دو تکیه گاه مجاور آن قدر کوچک است که هنگام خارج کرردن مدل و یا قرار دادن ماهیچه دیواره باریک فوق فرو می ریزد. برای پرهیز از چنین احتمالی از تکیه گاه پیوسته استفاده می شود.

تکیه گاه تماسی

در واقع در این حالت صحبت از نوعی تکیه گاه نیست بلکه سطح محدود شده ماهیچه به وسیله قالب است. به طور مثال در مدلها و جعبه ماهیچه هایی که راهگاهها و مجراهایی در حدود ضخامت دیواره موجود است طرح تکیه گاه ماهیچه تماسی به کار می رود. ماهیچه می تواند فقط به طور افقی و بدون تکیه گاه جنبی در قالب انجام گیرد. ضمنا اگر ارتفاع تکیه گاههای تماسی در مدل و قالب نصف و نصف باشند بهتر خواهد بود

قالب لاستیک

شرکت قالب سازی و مدل سازی صفوی از سال 1360 فعالیت خود را در زمینه طراحی و ساخت قالب لاستیک آغاز نمود.

 

 

 

 

 

مدل فومی

مدل فومی

قطعات مختلفی توسط شرکت بن قطعه طراحی و ساخته شده است که می توان به قالب فوم زیگمنت اشاره نمود.

 

قالب فوم زیگمنت

قالب فوم زیگمنت

قالب ریژه – قالب فلزی

Gravity Permanent Mold Casting

یکی از تخصص های اصلی شرکت بن قطعه طراحی و ساخت قالب های ریژه و ماشین های مرتبط با قالب ریژه می باشد . قالب ریژه قطعات مختلفی توسط شرکت بن قطعه طراحی و ساخته شده است که می توان به دسته موتور ،پایه ی دسته موتور،منیفولد انژکتور،سیلندر ترمز،قالب کنتور آب، ،دسته موتور EF7، قالب ته جک پنوماتیک و … همچنین انواع دستگاه قالب ریژه اشاره کرد.

برای تولید قطعات آلومنیومی که نیاز به استحکام و صافی سطح بالا دارند می بایست ذوب به صورت مستقیم و به آرامی درون قالب فلزی ریخته شود. بالا بودن قابلیت انتقال گرما در قالبهای فلزی (ریجه) باعث سریع سرد شدن قطعه ریختگی می شود،که در نتیجه سبب سختی قطعه می شود.