آهن چیست؟

به طور کلی آهن خام از سنگ معدن اکسیدی در کوره های بلند بوجود می آید.می بایستی به صورت متناوب کک، سنگ معدن و مواد کمک ذوب را به کوره مورد نظر اضافه کنیم  تا اینکه کک و مواد فوق ذوب بسوزد و سنگ معدن احیاء شود به عبارت دیگر پیوندی که بین آهن و اکسیژن وجود دارد شکسته می شود و در نهایت آهن آزاد می شود. در بعضی از مواقع ممکن است اکسیژن سنگ معدن با کربن حاصل از گاز سوختی و یا بطور مستقیم با کربن کک ترکیب شود.

نکته: عنصرهای سیلیسیم و منگنز خصوصیات استفاده بعدی از آهن خام را به عنوان آهن خام سفید و یا آهن خام خاکستری تعیین می کنند.

عملیات حرارتی مواد آهن – کربن

از آنجایی که در روشهای مختلف ساخت همچون نورد، آهنگری، ریخته گری، براده برداری، جوشکاری و … این امکان وجود دارد که در قطعه تنشهایی بوجود بیاید که می بایستی این تنشها را از طریق عملیات حرارتی برطرف نمود.

عملیات حرارتی را می توان به آنیل کردن و سخت گردانی تقسیم نمود بدین وسیله قطعه های ساخته شده در کوره قرار گرفته و دمای آن تغییر داده می شود. لازم به ذکر است که دادن گرما تابعی از مقدار کربن و عناصر آلیاژی می باشد.

نکته: جهت کاهش سختی و افزایش میزان قابلیت شکل دادن(تغییر فرم پلاستیکی ) باید آنیل کردن در دمای پایینی انجام شود که در نهایت این امر باعث می شود عملیات ماشینکاری آسانتر شود.

تفاوت آهن خام سفید و آهن خام خاکستری

آهن خام سفید جهت فولاد سازی و چدن چکش خوار به کار می رود به این علت که منگنز موجود در آهن خام سفید زیاد است و کربن آن بصورت سمنتیت قرار می گیرد ولی از آنجایی که در آهن خام خاکستری مقدار سیلیسیم بالا هست و کربن ممکن است بصورت گرافیت آزاد در ساختار آن قرار گیرد موجب می شود که از این نوع آهن در تولید چدن استفاده به عمل بیاید.

در جدول ذیل تاثیر عناصر آلیاژی روی خواص فولاد، چدن و سایر مواد آهنی را مورد بررسی قرار می دهیم.

کاهش	افزایش	عناصر آلیاژی
دمای ذوب (خط مایع) قابلیت جوشکاری و آهنگری، تغییر طول نسبی	استحکام، سختی، قابلیت سخت کردن	کربن
قابلیت جوشکاری و آهنگری	تشکیل گرافیت، قابلیت سخت کاری مغزی، الاستیسیته (فولادهای فنر)، استحکام، مقاومت به خوردگی (مقاومت به اسید)	سیلیسیم
تشکیل گرافیت در چدن خاکستری، قابلیت براده برداری، قابلیت جذب انرژی(چقرمگی)	تشکیل سمنتیت، سختی، استحکام، سایش،گوگردگیری	منگنز
استحکام ضربه ای (شکنندگی سرد با بیش از 0.03%)تغییر طول نسبی	روان شدن چدن خاکستری، سختی، مقاومت به حرارت	فسفر
استحکام، استحکام ضربه ای	روان شدن مذاب چدن خاکستری، شکنندگی براده	گوگرد
تغییر طول نسبی، قابلیت جوشکاری و آهنگری	استحکام، سختی، دمای سخت کردن مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی	کرم تنگستن
تغییر طول نسبی گرم	استحکام، سختی، مقاومت به حرارت، مقاومت خوردگی	نیکل
حساسیت به دمای بالا	سختی، چقرمگی، مقاومت به حرارت	وانادیوم
تغییر طول نسبی، قابلیت آهنگری	سختی، مقاومت به حرارت	مولیبدن
حساسیت به دمای بالا	سختی	کبالت

به طور کلی مواد ریخته گری را می توان به سه دسته کلی از جمله مواد ریخته گری فلزات سنگین، مواد ریخته گری فلزات سبک و مواد ریخته گری آهنی تقسیم بندی نمود که در ذیل به شرح آن می پردازیم.

مواد ریخته گری فلزات سنگین: 1-آلیاژهای مس 2-آلیاژهای روی 3- آلیاژهای قلع  4- آلیاژهای سرب

مواد ریخته گری فلزات سبک: 1-آلیاژهای آلومینیوم  2- آلیاژهای منیزیم  3- آلیاژهای تیتانیوم

مواد ریخته گری آهنی: 1-چدن با گرافیت ورقه ای  2- چد با گرافیت کروی  3- چدن آستنیتی  4- چدن چکش خوار مغز سفید  5- چدن چکش خوار مغز سیاه  6- فولاد ریختگی

فلزات و آلیاژها

فلزات خالص عناصر شیمیایی (Au ، Cu، Fe و …) است که خیلی کم از آن به عنوان مواد فنی استفاده می شود، به این دلیل که فلزات و آلیاژها از ویژگی هایی که اصولا از مواد فنی همچون استحکام، جرم مخصوص، قابلیت ریخته گری و قابلیت جوشکاری انتظار می رود را دارا نیستند هرچند فلزات و آلیاژها از هدایت الکتریکی خوب و قابلیت شکل پذیری ارتجاعی برخودار هستند.

ذوب فلزات

مذاب لازم جهت ریخته گری را از طریق ذوب کردن فلزات خام بوسیله کوره های تصفیه فلزات تهیه می کنند. براده های فلزی و ضایعات به آلیاژهای مورد نیاز تبدیل می شود

 Die casting

از روش ریخته گری تحت فشار زمانی استفاده می کنیم که سه هدف کلی را مد نظر داشته باشیم که در ذیل به شرح آن می پردازیم

1- هنگامی که بخواهیم تعداد بسیار زیادی از قطعات که از کیفیت سطحی خوب  برخوردار باشند را تولید کنیم

2- دقت بالا در اندازه

3- دیواره ها و پله های نازک از جنس فلزات سبک در قالبهای فلزی دائم

در روش ریخته گری تحت فشار فلز مذاب را با فشار زیاد و سرعتی در حدود 50 تا 300 متر بر ثانیه به درون قالب هدایت می کنند و تا زمانیکه قطعه خنک شود و به انجماد برسد این فشار همچنان اعمال می شود تا در نهایت قطعه ریختگی متراکم شود.

مزیت استفاده از روش ریخته گری تحت فشار

1- از آنجایی که در این روش سرعت عمل بسیار بالا است می توانیم به راحتی قطعات زیادی را تولید کنیم

2- امکان ساخت قطعاتی که اجزا بسیار نازکی دارند و همچنین صرفه جویی در مواد

3- صاف و صیقلی بودن سطوح

4- کمتر بودن تلرانس اندازه ها

5- امکان ساختن قطعاتی که حاشیه های بسیار ظریف، سوراخها و یا بریدگی های کوچکی که دارند به راحتی با استفاده از این روش و جود دارد

6- کمتر بودن اضافه تراش و اغلب بدون اضافه تراش بودن

7- هزینه مونتاژ کردن و همچنین عملیات پرداخت پایین بوده که در نهایت موجب صرفه جویی در هزینه ها می شود

ماشینهای ریخته گری تحت فشار

به طور کلی قالب ریخته گری بر روی ماشین ریخته گری تحت فشار محکم بسته می شود و نصفه قالب روی صفحه ثابت و نصفه دیگر روی صفحه متحرک گیره قالب محکم می شود.

نکته: هنگام ریخته گری قالبها بصورت هیدرولیکی و یا توسط روش های مکانیکی ( اهرم زانویی ) با اطمینان بیشتری نگه داشته می شوند. لازم به توضیح است که مقدار نیرویی که بر مذاب وارد می شود بوسیله اندازه ماشین تعیین می شود. ماشینهایی وجود دارند که می توانند نیرویی معادل 500 تا 50000 کیلو نیوتون را بر فلز مذاب اعمال کنند.

ماشینهای ریخته گری تحت فشار به دو دسته کلی تقسیم می شوند

الف) ماشينهاي با محفظه تزريق سردcold chamber

ب)  ماشينهاي با محفظه تزريق گرمHot chamber

ذوب ریزی در قالب فلزی ( ریژه )

به طور کلی ذوب ریزی در قالب فلزی و یا قالب ریژه بدین صورت است که قطعات ریختگی که عموما از جنس فلزات سنگین و یا فلزات سبک هستند را در قالبهای فلزی دائم تهیه می کنند و اکثر زمانها، مواد مذاب را بوسیله  دست در قالبها می ریزند. پس از اینکه مواد مذاب منجمد شد قطعه ریختگی را از قالب باز می کنند و به بیرون می اندازند.

لازم به توضیح است که مراحل و ترتیب حرکتهای قالب و قطعه در ماشینهای جدید به صورت تماما خودکار انجام می شود که در نهایت این امر موجب می شود که بتوانیم تولید انبوهی از قطعات متوسط و کوچک را به طور مقرون به صرفه تری داشته باشیم.

رفتار و عملکرد قالبهای فلزی ( ریژه )

از آنجایی که در قالبهای فلزی قابلیت انتقال گرما خیلی زیاد است این امر موجب سریع تر خنک شدن قطعه ریختگی می شود، که در نهایت باعث سختی قطعه و همچنین سطح آن  دارای دانه های بلوری ریزتری می شود.

برای اینکه بتوانیم از سرعت سرد شد مذاب بکاهیم می بایستی قالبها را با مواد عایق دار بپوشانیم (  این پوشش حفاضتی می تواند از به هم چسبیدن قطعه و دیواره قالب جلوگیری کند ) در غیر این صورت منجر به ریخته گری سرد و یا جوش سرد می شود.

پر شدن قالب را می توان بدون اینکه فشاری بر آن وارد کنیم و تنها با استفاده از نیروی وزن مذاب انجام بدهیم. به دلیل خنک شدن سریع مذاب در قالب ریجه در مقاسه با قالبهای ماسه ای تلاش می شود که قالب با سرعت بیشتری پر شود این امر با توجه  به ابعاد کانالها و اندازه ارتفاع راهبارها برآورده شود.

نکته: در کلیه مرحله های ریخته گری نیمی از قالب محکم به یکدیگر قفل می شوند تا ماهیچه های فلزی و یا ماسه ای در موقعیت مناسبی نگهداشته شوند

Investment casting

به طور کلی در فرآیند ریخته گری دقیق مدلهایی که استفاده می شوند یک بار مصرف هستند و بر اساس این فرآیند قبل از ریختن مذاب به درون محفظه قالب، ذوب کردن مدل مومی صورت می پذیرد.

یکی از قدیمی ترین روش ساخت قطعه ریختگی توسط مدل، روش ریخته گری دقیق است.چندین قرن قبل از میلاد و پیش از تمدنهای آسیا و دریای مدیترانه از فرآیند ریخته گری دقیق در ساخت پیکره و مجسمه ها استفاده می شد.آثار تاریخی زیادی در دنیا وجود دارد که به عنوان نمونه می توان به در طلایی بهشت در فلورانس، پیکره اسب سوران دروازه برلین و… اشاره نمود.

روش ریخته گری دقیق علی رقم جنبه های هنری در دوران جنگ جهانی دوم در سال 1940 میلادی کاربرد و اهمیت صنعتی پیدا کرد.

کاربرد ریخته گری دقیق

از این فرآیند درجواهر سازی و همچنین در ساخت قطعات ماشین نساجی، قطعات ظریف و پیچیده، وسایل نظامی، قطعات ماشینهای اداری، صنعت پمپ، توربین، راکتور و صنعت هواپیمایی استفاده می شود.

وزن قطعات ریختگی

به طور کلی در این فرآیند وزن قطعات ریخته گری شده از 0.5 تا 30 کیلوگرم متغیر است و لازم به توضیح است که در کارهای هنری قطعاتی به وزن 100 کیلوگرم را بوسیله این روش می توان تولید کرد.در صنعت ماشینهای دقیق و ظریف حداکثر قطعات ریختگی که می توان تولید کرد تا وزن 100 گرم می باشد.

نحوه کار فرآیند ریخته گری دقیق

در این روش ابتدا مدل را بوسیله ذوب کردن از قالب بیرون می ریزند. از موم مصنوعی، اوره و یا جیوه به عنوان جنس مدل استفاده می شود.از آنجاییکه مدل را قبل از اینکه مذاب را بریزیم از قالب بیرون ریخته می شود بایستی برای هرکدام از قطعه های تولیدی یک مدل تهیه شود.اصولا مدلهای مومی را بوسیله ماشینهای تزریق که می توانند تمام خودکار و یا نیمه خودکار باشند که به صورت پنوماتیکی یا هیدرولیکی عمل می کنند و یا توسط پرسهای مومی با فشار تقریبا 60- 80 بار ساخته می شود.

ساخت قالب مومی برای تولید مدل مومی

برای تولید مدل مومی از یک ابزار برای تزریق کردن موم استفاده می شود که آن قالب فلزی و یا قالب مادر می باشد، اغلب اوقات با ریختن مذاب هایی همچون فولاد، آلومینیوم یا یک آلیاژ ریخته گری مثل آلیاژ قلع و بیسموت بر روی مدل اولیه که از جنس فولاد و یا مس می باشد صورت می پذیرد.

مزیت های روش ریخته گری دقیق 

1-      برای تولید قطعات بسیار کوچک و پیچیده از این روش استفاده می شود.

2-      با انتخاب کردن سطوح جدایش پیچیده می توان از تعداد سطوح جدایش کاسته و در نهایت این امر پلیسه های روی مدل و قطعه را کمتر می کتند.

3-      در تولید ابزارهای دقیق می توان تغییرات و تعمیرات را به راحتی بوسیله مدل اویه اعمال کرد.

4-      خطاهای ریخته گری و اشتباهات در روش ریخته گری دقیق نسبت به سایر روش های دیگر کمتر است.

5-      قطعاتی که ضخامت mm1 دارند ریخته گری آنها با این روش امکانپذیر است.

6-      صرفه جویی در مدت زمان و ظرفیت ماشینکاری

7-      آزادی در انتخاب جنس قطعه ریختگی و همچنین در طراحی قطعات و جود دارد.

نکته : خوشه موم در اصطلاح همان مدل و راهگاه بارریز است که با همدیگر خوشه نامیده می شوند.

قالب گیری ماشینی

روشهای قالب گیری ماشینی را می توان بر مبنای ساختمان قالب به دو دسته تقسیم بندی نمود

الف- قالب گیری بدون درجه

 1- قالب گیری بدون درجه با سطح جدایش عمودی

در این نوع قالب گیری، قالبها بدون درجه پشت سر هم قرار می گیرند که در نهایت رشته قالب بوجود می آید.در اینجا دو قالب ماسه ای که از قبل تمامی سطح های آن تمیز شده است پشت سر هم قرار می گیرد که تشکیل قالب کامل را می دهد.

مهمترین و حساسترین بخش در این روش، ساختن قالبهای محفظه قالب گیری است.در یک محفظه صفحه مدلهای پس و پیش قرار دارند  که پس از اینکه عمل مکش انجام شد و ماسه در این محفظه قالب گیری ریخته شد صفحه مدل عقبی با صفحه پرس، به صورت هیدرولیکی در جهت صفحه جلویی فشار داده می شود.صفحه مدل جلویی توسط ارتعاشات و تکانهایی از قالب جدا می شود و سپس به طرف بالا کشیده می شود که از این طریق مسیر برای قالب های ماسه ای که پشت سر هم قرار گرفتند آزاد می شود صفحه پرس با صفحه مدل عقبی می تواند قالب را از محفظه قالب گیری بیرون بکشد در این مرحله بایستی لرزاندن جهت لق کردن انجام گیرد.

مزیت قالب گیری بدون درجه با سطح جدایش عمودی

هر قالبی دو طرف برجسته جهت قالب گیری دارد که این امر برخلاف سطح جدایش افقی است. از این جهت می توان رشته قالبهای پشت سرهم را تشکیل داد که در نهایت امکان تولید و ساخت تقریبا 360 قالب و قطعه در هر ساعت فراهم می شود.

 2- قالب گیری بدون درجه با سطح جدایش افقی

در این نوع قالب گیری، بلوکه های قالب در محفظه ای با تراکم ماسه ساخته می شود.به طور کلی در این نوع روش قالب گیری خودکار کلیه مراحل از جمله پر کردن درجه بالایی، پایینی و روی هم قرار دادن درجه ها به صورت خودکار انجام می شود و قالب کامل تهیه می شود.

مزیت قالب گیری بدون درجه با سطح جدایش افقی

1-در این روش به علت آنکه از درجه ها استفاده نمی شود در نتیجه صرفه جویی در قیمت حاصل می شود.

2-ماهیچه ها به آسانی در قالب قرار داده می شود بدون اینکه مشکلی رخ دهد.

3-نصب سیستم راهگاه و تغذیه باعث هیچ تغییری در تکنیک قالب گیری معمولی نمی شود.

قالب گیری بدون درجه یا خودکار با سطح جدایش افقی را بر اساس دو موضوع مختلف می توان تقسیم بندی نمود

 

1-برحسب سیستم تهیه قالب

عمل متراکم کردن در محفظه قالب گیری را می توان توسط یکی از این روش ها از جمله پرس کردن، تکان دادن، لرزاندن، پرتاب کردن، سقوط آزاد یا ترکیبی از این روش ها انجام داد.

2-برحسب سیستم صفحه مدل

در این موارد اصولا بین ماشینهایی که از صفحه مدلهای جداگانه برای قسمت بالایی و پایینی و یا از صفحه مدلهای دو طرفه استفاده می شود تفاوت وجود دارد.

ب- قالب گیری با درجه

1- ماسه خشک

 2- ماسه تر

 

کاربرد روش قالب گیری ماشینی به شرح ذیل می باشد 

1- این روش برای قطعات کوچک و متوسط بسیار مناسب است.

2-زمانیکه تعداد قطعات تولیدی زیاد باشد و بخواهیم قطعات با کیفیت خوب و یکسان تولید کنیم.

مزیت های روش قالب گیری ماشینی

1-بر خلاف روش قالب گیری دستی، به علت آنکه کار دستی وقت گیر بر روی هر قطعه انجام نمی شود در نهایت زمانی که برای هر قطعه صرف می شود بسیار پایین تر بوده که این امر منجر به ارزان شدن قیمت قطعه می شود.

2-تمامی کارهای سنگین به عنوان مثال کوبش، بلند کردن، برگرداندن قطعه توسط ماشین انجام می شود.

3-عدم نیاز به کارگران فنی

4-از آنجایی که قالبها توسط دست لق نمی شود این امر موجب دقت بیشتری در اندازه قطعات می شود.

5-در این روش چون مدل توسط ماشین از قالب بیرون کشیده می شود سطوح بهتری به جهت عدم وصله کاری روی قالب وجود خواهد داشت.

6-استحکام ماسه در اثر تراکم یکنواخت. ماسه قابلیت عبور گاز از ماسه را بهتر می کند.

7-بهتر امکانپذیر بودن خودکار کردن ماشینکاری بر روی قطعه و کنترل اندازه ها به دلیل دقت بالا که در اندازه ها و سطوح و همچنین به علت یکنواخت بودن سطوح قالب از نفوذ مذاب به خارج نیز جلوگیری می شود.

8-در نهایت هزینه ماشینکاری به علت آنکه اضافه تراش کمتری وجودارد، کاهش خواهد یافت