مهندسی مواد(ریخته گری در متالورژی)

[ghasem motamedi]

اصول ریخته گری فلزات
روش های ریخته گری:
فرآیند ریخته گری با تولید قالب آغاز می شود که شکل قالب، قرینه و معکوس قطعه ای است که ما نیاز داریم. قالب از مواد نسوز مانند ماسه تهیه می شود. فلز بر روی یک اجاق حرارت داده می شود تا ذوب شود. سپس فلز مذاب در گودی قالب که شکل قطعه مورد نظر است ریخته می شود. و تا زمان جامد شدن خنک می گردد. نهایتا قطعه فلزی شکل گرفته از قالب جدا می شود.
تعداد زیادی از سازه های فلزی که هر روز با آنها سرو کار داریم به روش ریخته گری تولید شده اند. علل این (گستردگی کاربرد ریخته گری) عبارتند از :
1- به روش ریخته گری می توان قطعاتی را تولید کرد که هندسه بسیار پیچیده ای دارند و یا دارای حفره های درونی می باشند.
2- برای تولید قطعات بسیار کوچک و همچنین قطعات بسیار بزرگ از چندصد گرم تا چندین هزار کیلو گرم می توان از این روش استفاده کرد.
3- این روش از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است . و هدر رفت کمی دارد. فلزات اضافی در هر بار ریخته گری دوبار ذوب شده و استفاده می شوند.
4- فلز ریخته گری شده ایزو تروپیک است یعنی در تمام جهات دارای خواص فیزیکی و مکانیکی یکسانی است.
مثال های پرکاربرد:
دستگیره های در ، قفل ها ،پوشش یا بدنه موتور ها، پمپ ها و غیره، چرخ بسیاری از اتوموبیل ها.
از روش ریخته گری بطور گسترده ای در صنایع اسباب بازی استفاده می گردد . به عنوان مثال در تولید قطعات ماشین ها، هواپیما ها و غیره.
جدول 1:
خلاصه ای از انواع روش های ریخته گری ، به همراه مزایا و معایب آنها و مثالهایی در این زمینه.


فرآیند
مزایا
معایب
نمونه ها
ماسه
هزینه پایین، گستره وسیعی از فلزات ،اندازه ها و شکل ها
تلرانس زیاد، کیفیت سطح نامطلوب
سر سیلندر ها ، بدنه موتور ها
قالب پوسته ای
دقت بالا، نرخ تولید بیشتر و کیفیت سطح بهتر
محدودیت در اندازه قطعات
میله های اتصال ، جعبه دنده ها
الگوی مصرف شدنی
Expendable
گستره وسیعی از فلزات ،اندازه ها و شکل ها
الگو ها استحکام پایینی دارند
سر سیلندر ها، اجزای ترمز
قالب گچی
اشکال پیچیده ، کیفیت سطح عالی
فقط برای فلزات غیر آهنی ،نرخ تولید پایین
نمونه های اولیه قطعات مکانیکی
قالب سرامیکی
اشکال پیچیده ، دقت بالا وکیفیت سطح خوب
فقط اندازه های کوچک
پروانه ها، تجهیزات قالب هاب تزریق
investment
اشکال پیچیده و کیفیت سطح عالی
قطعات کوچک و گران قیمت
جواهرات
قالب دائمی
کیفیت سطح خوب، نرخ تولید بیشتر وتخلخل کم
اشکال ساده، گرانی قالب
چرخ دنده های و جعبه دنده ها
تحت فشار
دقت ابعادی عای ، نرخ تولید بالا
گرانی قالب ،قطعات کوچک، فلزات غیر آهنی
چرخ های اتوموبیل، بدنه دوربین و چرخ دنده های دقیق
گریز از مرکز
احجام سیلندری شکل بزرگ، کیفیت خوب
محدودیت در شکل ، هزینه بالا
لوله ها ، بویلر ها و چرخ طیار ها

ریخته گری با ماسه:
شکل 1: جریان کاری در یک کارخانه ریخته گری ماسه ای
در ریخته گری ماسه ای از ماسه طبیعی یا ماسه ترکیبی( ماسه دریاچه) استفاده میشود، که دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا(sio2) می باشد. 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).
ماسه را می توان مجددا مورد استفاده قرار داد. همچنین زائده ها و فلزات اضافی بریده شده و مجددا استفاده می گردند.
قالب های ماسه ای دارای قسمت های زیر می باشند:
· قالب از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. درجه بالایی cope و درجه پایینی drag نامیده می شوند.
· مذاب در فضای بین دو درجه که حفره قالب نام دارد ،جاری می گردد. هندسه طرح توسط یک قطعهء چوبی که الگو نام دارد، ایجاد می شود. شکل طرح ، تقریبا شبیه به قطعه ای که ما نیاز داریم می باشد.
· حفره قیفی شکل: بالای این قیف ظرف مذاب ریزی قرار دارد. و به قسمت لوله مانند قیف sprue گفته می شود. فلز مذاب در داخل ظرف مذاب ریزی ریخته شده و از طریق spure به سمت پایین جاری می شود.
· راهگاه ها ، کانل هایی عمودی و توخالی هستند که حفره قالب را به سطح آن متصل می کنند. منطقه ای که این راهگاه ها به حفره ء قالب می رسند ، دروازه (gate) نام دارد.
· چندین حفره دیگر نیز درون قالب تعبیه می شوند که با سطح آن در تماسند. اضافه مذابی که درون قالب ریخته می شود ، به داخل این حفره ها که "لوله های تغذیه" نام دارند جاری می گردد. این لوله ها مانند مخازن ذخیره مذاب عمل می کنند. همینطور که مذاب در داخل حفره قالب در حال جامد شده است حجم آن کم می شود. برای جلوگیری از ایجاد حفره در داخل قطعه ، مذاب جبران کننده از داخل این لوله ها به قالب وارد می شود.
· منافذ هوا : لوله های باریکی هستند که حفره قالب را به فضای بیرون متصل می کنند و به گاز ها و هوای داخل قالب اجازه می دهند که از قالب خارج شوند.
· ماهیچه ها: بسیاری از قطعات ریخته گری دارای سوراخ های داخلی هستند(فضا های خالی).یا برخی حفره های موجود در ساختار آنها از هیچ کجای قالب قابل دسترسی نیستند. این سطوح درونی به وسیله ماهیچه ها ایجاد می گردند. ماهیچه ها ازطریق آمیختن ماسه با یک سری چسب های خاص تهیه می شوند . این چسب باعث می شود که وقتی ماهیچه را در دست می گیریم شکل خود را حفظ کند. قالب از طریق قرار دادن ماهیچه در داخل حفره درجهء پایینی و قرار دادن درجه بالایی روی آن و قفل کردن دو درجه به هم، ساخته می شود. بعد از انجام عملیات ریخته گری ، ماسه ها کنار زدن می شوند و ماهیچه بیرون کشیده شده و معمولا شکسته میشود.
ملاحظات مهم ریخته گری:
1- طرح الگو چگونه روی ماسه ساخته می شود؟
صنعت گران شکل مورد نظر را با دست یا به وسیله ماشین روی ماسه حک می کنند.
2- چرا طرح ایجاد شده دقیقا شبیه قطعه نیست؟
به وسیله طرح ما تنها سطح خارجی قطعه را می سازیم . سطوح داخلی توسط ماهیچه ها ایجاد می شوند.
باید مقدار فضای لازم را برای انقباض قطعه ریخته گری شده بعد از انجماد پیشبینی کرد.
3- وقتی دو درجه تشکیل دهنده قالب را از هم جدا کنیم و طرح ایجاد شده توسط درجه پایینی و بالایی را به دو نیم تقسیم کنیم به یک برشی عرضی از قطعه می رسیم .سطح خارجی ای برش عرضی را " خط جدا کننده" می نامند. اولین گام در طراحی قالب تشخیص این خط است .(چرا)
4- برای جلوگیری از صدمه دیدن سطح قالب هنگام خارج کردن الگو، قطعات چوبی مربوط به لوله های هوا، راه گاه ها و غیره ، باید سطوح عمودی قطعه را کمی مایل طراحی کنیم. به این شیب ملایم taper گفته می شود. اگر می دانیم که قطعه ما توسط ریخته گری ساخته خواهد شد، باید هنگام طراحی در طرح اولیه به سطوح عمودی شیب ملایمی بدهیم.
5- ماهیچه ها توسط اجزایی به نام برجسته گی های ماهیچه(core print) در جای خود نگه داشته می شوند.اگر طراحی طوری باشد که ساپورت کافی برای نگه داشتن ماهیچه در جای خود وجود نداشته باشد، از نگه دارنده های فلزی به نام چپلت استفاده میشود.چپلت ها در داخل قطعه نهایی جاسازی می شوند.
6- بعد از به دست آمدن قطعه ریخته گری شده باید آن را با فشار هوا تمیز کرد.
7- نهایتا ، فلزات اضافی کنار دروازه ها ، لوله های تغذیه و منافذ هوا باید بریده شوند. سطوح مهم باید ماشین کاری شوند تا سطحی پرداخت شده و دقیق حاصل گردد.
ریخته گری دوغابی نزدیک 150 سال است که تکنیک شکل دهی قطعات سرامیکی از طریق ریختن دوغاب در یک قالب متخلخل انجام میشود.
در ابتدا هنوز نقش روان کنندگی املاح سدیم مشخص نشده بود و لذا دوغابهایی که مورد استفاده قرار می گرفتند نزدیک 40 تا 60 درصد آب داشتند. در اوایل قرن نوزدهم استفاده از کربنات سدیم به منظور ساخت دوغابی با حداقل آب مورد توجه قرارگرفت.با کاهش میزان آب در دوغاب ریخته گری:معایبی از قبیل انقباض زیاد قطعات:ترکهای ناشی از فرایند خشک شدن و زمان زیاد برای تولید قطعه از بین خواهد رفت.
ریخته گری دوغابی اساسا" به دو روش انجام میشود:
1) ریخته گری باز
2) ریخته گری بسته
در روش ریخته گری باز که ضمنا" رایج ترین روش ریخته گری نیز هست : سوسپانسیون غلیظ به خوبی روان شده و داخل یک قالب گچی ریخته شده و شکل مورد نظر را به خود میگیرد.به دلیل جذب آب قالب گچی یک لایه تقریبا" متراکم از دوغاب مورد نظرتشکیل شده و مابقی دوغاب اضافی از قالب خارج میگردد و قطعه خام به دلیل انقباض جزیی که در آن به وجود می آید از قالب خارج میشود.
در روش ریخته گری بسته:دوغاب آنقدر در داخل قالب گچی میماند تا تمام قسمت های داخلی آن اصطلاحا" ((میبندد)) و قطعه ای توپر به وجود می آید.
عمده ترین امتیاز روش ریخته گری دوغابی نسبت به سایر روش های دیگر امکان شکل دهی قطعات بزرگ و پیچیده است در حالیکه شکل دهی چنین قطعاتی با روش های دیگر تولید تقریبا" غیر ممکن است.
اما معایب روش ریخته گری مجموعا" بیشتر از مزایای آن است.از جمله معایب آن میتوان به زمان زیاد برای تولید:کیفیت کم در قطعه تولید شده: تلرانس ابعادی زیاد در قطعه تولید شده و ... را نام برد.
در گام اول از توضیحات بالا میتوان فهمید که عوامل مختلفی در شکل گیری لایه ریخته گری شده نقش دارند.عواملی چون : دانسیته دوغاب، میزان آب موجود در دوغاب، میزان تخلخل در قالب گچی، زمان، فشار سیستم، آنالیز بدنه، دانه بندی دوغاب و ... ؛ حتی عوامل جزیی دیگری نظیر دمای سیستم، میزان رطوبت در قالب گچی، توزیع تخلخل در قالب گچی و... نیز در ضخامت لایه ریخته گری شده موثر هستند.

برای فهم اساسی شکل گیری یک دوغاب سرامیکی ابتدا باید به تعامل بین ذرات رسی و آب اشاره کرد.به عبارت دیگر ابتا باید سیستم رس-آب مورد بررسی قرار گیرد.
ذرات رسی به هنگام معلق شدن در آب ممکن است دو رفتار کاملا" متمایز از خود نشان دهند. با توجه به بار الکترو استاتیکی سطحشان: رس ها یا جذب یکدیگر شده و یا یکدیگر را دفع میکنند.
به بیان واضح تر ذرات رس در محیط اسیدی یکدیگر را به صورت لبه به سطح جذب کرده که اصطلاحا" حالت ((فلکولاسیون)) در دوغاب به وجود می آید. یا اینکه در محیط قلیایی به صورت سطح به سطح یکدیگر را دفع میکنند و اصطلاحا"حالت ((دفلکولاسیون)) به وجود می آورند.
در حالت فلکوله جاذبه لبه به سطح در ذرات باعث بالا رفتن ویسکوزیته دوغاب میشود و در حالت دفلکوله دافعه سطح به سطح ذرات باعث کاهش ویسکوزیته و روانی دوغاب رسی می شود.
تئوری لایه مضاعف و پتانسیل زتا
طبق این تئوری سطح رس از دو لایه بار دار تشکیل شده است.لایه داخلی دارای بار منفی بوده لایه خارجی بار مثبت دارد. بارهای منفی لایه داخلی همان بارهای خنثی نشده سطح رس هستند. بارهای مثبت لایه خارجی ناشی از کاتیون هایی است که سطح رس جذب می کند. در حالت معلق شدن ذرات رسی در آب: ملکول های قطبی آب نیز توسط لایه داخلی جذب می شوند.
باید توجه داشت که ملکول های قطبی آب به صورت منظم جذب سطح رس می شوند یعنی سر مثبت آنها در طرف لایه داخلی بوده و سر منفی آنها به سمت خارج است.
در فاصله x از سطح رس، میزان بار منفی سطح، توسط بارهای مثبت خنثی می شود.میزان بار الکتریکی در مرز x با عنوان جنبش الکتریکی یا همان ((پتانسیل زتا)) معرفی می شود.
میزان پتانسیل زتا عملا" مشخص کننده روانی یا انعقاد دوغاب است.روانی یا انعقاد دوغاب نیز تاثیر مستقیم بر ضخامت لایه ریخته گری شده دارد.
در همینجا اهمیت میزان آب موجود در دوغاب و دانسیته دوغاب در ضخامت لایه ریخته گری شده مشخص میشود.
قالب گچی
قالب گچی به عنوان یکی از عوامل مهم درضخامت لایه ریخته گری شده میباشد. میزان تخلخل قالب گچی، توزیع این تخلخل، قطر تخلخل های موجود و حتی میزان رطوبت قالب گچی تاثیر مهمی در ضخامت لایه ریخته گری شده دارند.
در شکل زیر رابطه بین سرعت ریخته گری(نسبت ضخامت لایه ریخته گری شده به زمان) و نسبت میزان آب به گچ(میزان تخلخل قالب گچی) دیده می شود.میتوان دید که در نسبت های حدود 80% درصد، بهترین سرعت ریخته گری حاصل میشود.علت افت شدید سرعت ریخته گری درتخلخل های بالاتر مربوط به پیوستن تخلخل ها به هم و بزرگ شدن قطر آنها می شود.با بزرگ شدن قطر تخلخل ها پدیده اسمز و جذب آب قالب گچی کاهش می یابد.
میزان رطوبت قالب گچی به عنوان لایه مقاومت کننده ای در مقابل جذب آب مطرح است.همچنین باید به میزان مقاومت خود ضخامت x نیز در مقابل جذب آب توجه شود.
مکانیزم های ریخته گری دوغابی
در ریخته گری دوغابی نیروی فشاری پیش برنده فرآیند مجموع میزان فشار کاپیلاری هایی که بخاطر فشار مکش قالب و یا هر گونه فشار اضافی که به سیستم وارد میشود و یا خلاء که به قالب اعمال می شود می باشد. اندازه فشار کاپیلاریها از طریق اندازه گیری میزان اندازه تخلخلهای داخل قالب، میزان نیروی کششی سطح مایع پخش شده و زاویه تماس با تخلخلهای جداره می باشد. گزارش شده است که قالبهای گچ پاریس فشار مکشش در حدود 0.1-0.2 MPa می باشد. در عین حال، مقاومتی بخاطر حرکت مایع جذب شده در طول ساختمان تخلخل در حین تشکیل جداره ریخته گری ایجاد می شود. شکل زیر بطور شماتیک نشان دهنده این موقعیتها است.
برای آنالیزه کردن سینتیک ریخته گری دوغابی محققین زیادی مطالعه کرده اند. آقای Mcdowall و همکارانش از اثر قالب گچی و مقدار کنترل آن بروی فشار مکشش صرفنظر کردند و محاسبه کردند که فشاری که بر شکل گیری لایه ریخته گری شده وارد می شود برابر با فشار مکش می باشد. از طرف دیگر دیگر دانشمندان فشار اعمال شده قالب تر را وارد فرمول کردند.

Lm میزان عمق ترشده قالب، Lc هم متناسب با میزان مایعی است که توسط قالب جذب شده است و هم میزان سینتیک پرابولیک ایجاد شده می باشد. بنابراین محاسبه اینکه مقدار تخلخل قالب نزدیک لایه ریخته گری شده بطور اشباع از مایع پر شده است برابر خواهدبود با:
بطوریکه PT-Pl افت فشار در حین انجام فرآیند و Pl-P0 افت فشار در قسمت تر شده قالب گچی است ، و Xm مقاومت مخصوص تخلخلهای قالب ε0 می باشد. مقدار فشار مکش قالب برابر با PT-P0 است. بنابراین خواهیم داشت.
از طرف دیگری در بعضی از منابع آمده است که :
فشار در مرز قالب گچی تقریبا برابر با فشار مکش تخلخل، P، است و تقریبا برابر است با مقدار فشار از رابطه ، است و تقریبا برابر است با مقدار فشار از رابطه Laplac که :
P=Sσcosγ
که در آن S طیح ویژه گچ، σ کشش سطحی آب و γ زاویه تماس است. ( cosγ=1 چراکه گچ کاملا با آب تر می شود) بنابراین فشار مکشش آب در کاپیلار گچ بین 0.03 تا 0.1MPa متغییر می باشد.
ریخته گری دوغابی بیشتر در تولید لایه های نازک در حدود 15mm مورد استفاده می شود چرا که سرعت ریخته گری بطور تحمیل شونده‌ای تابع مقاومت هیدرولیک می باشد.
تاثیر پرامترهای فرایند ریخته گری دوغابی بروی سرعت ریخته گری از طریق یک مدل *****اسیون سینتیکی که بر پایه شکل شماتیک زیر می باشد مشخص شد.
مدل پیش بینی می کند که سرعت افزایش ضخامت با گذشت زمان برابر خواهد بود بود با:
که در آن :
mc ξ ضخامت لایه ریخته گری، t زمان ، P فشار نهایی موثر در *****اسیون و sξ چگونگی فصل مشترک سوسپانسیون-هوا در زمان *****اسیون ξm چگونگی فصل مشترک کیک-هوا در قالب گچی و η ویسکوزیته سوسپانسیون، c کسر حجمی ذرات جامد سوسپانسیون و n فاکتور توازن جرمی است
ريخته گري تحت فشار ريخته گري تحت فشار نوعي ريخته گري مي باشد كه مواد مذاب تحت فشار بداخل قالب تزريق مي شود . اين سيستم بر خلاف سيستم ريژه كه مذاب تحت نيروي وزن خود بداخل قالب مي رود امكانات توليد قطعات محكم وبدون مك مي باشد. دايكاست كوتاهترين راه توليد يك محصول از فلز مي باشد .
مزاياي ريخته گري تحت فشار:
1-توليد انبوه و با صرفه
2-توليد قطعه مرغوب باسطح مقطع نازك
3-توليد قطعات پيچيده
4-قطعات توليد شده در اين سيستم از پرداخت خوبي بر خوردار است.
5-قطعه توليد شده استحكام خوبي دارد.
6-در زمان كوتاه توليد زيادي را امكان مي دهد.
معايب ريخته گري تحت فشار :
1-هزينه بالا
2-وزن قطعات در اين سيستم محدويت دارد حداكثر 3 8 K g
3-از فلزاتي كه نقطه ذوب آنها در حدود آلياژ مس مي باشد مي توان استفاده نمود.
آزمايشهاي ماسه قالبگيري -ماسه قالب و ماهيچه ها همواره در معرض نيروهاي مختلف قرار دارند ، واگر نتوانند در برابر اين نيروها مقاومت كنند خرابي قالب حتمي خواهد بود ، لذا آزمايشهايي طراحي شده كه مقاومت آنها را در برابر نيروهاي خارجي مشخص ميكند، به اين نحو كه ابتدا نمونه را با ماسه ماهيچه يا ماسه قالبگيري ميسازند و سپس توسط دستگاه به نمونه ها تنش كششي ، فشاري ، خمشي و يابرشي وارد شده و مقاومت آن اندازه گيري ميشود.
تعيين درصد رطوبت ماسه
-براي تعيين رطوبت ماسه ، 50g ماسه مخلوط را تا حدود 110 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت حرارت ميدهند و پس از آن ، ماسه را مجددا وزن ميكنند ، وكاهش وزن معادل وزن آبي است كه در مخلوط ماسه وجود داشته است ، آنگاه درصد رطوبت ماسه محاسبه مي شود.
آزمايش درصد نفوذ گاز در ماسه
-سرعت خروج گاز از ماسه بر حسب سانتيمتر مكعب بر دقيقه را قابليت نفوذ مي نامند به اين ترتيب توسط دستگاه حجم هوايي كه در مدت معيني (يك دقيقه)از نمونه اي به اندازه يك سانتيمتر مكعب عبور مي كند ( در تحت فشار10كيلوگرم بر سانتيمتر مربع)را اندازه مي گيرندآنگاه توسط فرمول و ياخود دستگاه بطور اتومات عدد قابليت نفوذ گاز ماسه را مشخص مي كند.
دستگاه مقاومت سنج ماسه
-دستگاه مقاومت سنج ماسه تشكيل شده از يك قسمت نيم كره فولادي، كه به فنر و از آنجا به عقربه متصل است و با فشردن آرام آن به ماسه فنر جمع مي شود و عقربه سختي آن را نشان مي دهد ، سختي ماسه رابطه مسنتقيم با فشردگي ماسه دارد.
الك الكتريكي ماسه
-براي تعيين اندازه و پخش ذرات ماسه از اين دستگاه استفاده مي شود ، اين دستگاه داراي غربال ها با شماره هاي مختلف است كه ريز به درشت روي هم قرار مي گيرند آنگاه مقداري ماسه را روي غربال اولي كه درشت تر است ميريزند و دستگاه را به مدت 15 دقيقه روشن مي كنند و سپس مقدار ماسه باقيمانده در هر الك را وزن كرده و نمودار پخش ذرات ماسه رسم ميشود و همچنين بوسيله اعداد بدست آمده عدد ريزي ماسه محاسبه ميشود.
استحكام تر و خشك ماسه
-ماسه قالبگيري بايد پس از مخلوط شدن با چسب و آب شكل پذير شده و بعد از قالب گيري استحكام خوبي داشته باشد تا هنگام جابجايي و بارريزي،شكل اوليه خود را حفظ كند كه به آن استحكام تر گفته مي شود،همچنين ماسه بايد بعد از بارريزي كه رطوبت خود را از دست مي دهد نيز استحكام داشته باشد تا مذاب كاملامنجمد گردد كه به آن استحكام خشك مي گويند.
-استحكام كششي ماسه در حالت تر و خشك توسط دستگاهي اندازه گيري مي شود ، به اين ترتيب كه نمونه ماسه اي به شكل خاصي ساخته ميشود كه بتوان توسط دو فك دستگاه گرفته و سپس كشيده شود مقاوت نمونه در برابر نيروي كشش توسط دستگاه اندازه گيري و ثبت ميگردد.

دستگاه نمونه ساز ماسه
-اين دستگاه نمونه هاي استوانه اي به قطر2اينچ و ارتفاع 2 اينچ ميسازد براي ساختن نمونه مقدار معيني ماسه را در سيلندر مخصوص مي ريزند و سپس در محل خود در دستگاه نمونه ساز گذاشته و به وسيله آن ضربه هايي به ماسه زده
مي شود تا نمونه ساخته شود و سپس نمونه در دستگاه ديگر تحت آزمايش گوناگون قرار ميگيرد.
اصول كار كوره :(1) در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) , كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين جا كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .

اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :

1) كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces

2) كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces

3) كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces

4) كوره هاي برقي Electric Furnaces

5) كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces

6) كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)

1)كوره هاي بوته اي :

همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .

حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي

جنس بوته ها :

جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر

آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود-

آهن خالص تجاري:

چون آهن بصورت خيلي خالص بندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .

بوته هاي فولادي :

از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).

بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .

بوته هاي گرافيتي :

همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .

بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .

طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :

به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .

بوته هاي سيليكون كاربايد :

اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .

بوته هاي شاموتي :

اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).

موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .
اصول كار كوره :(2) انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces

الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوته اي ثابت (زميني) ) 1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.

2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.

از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.

كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :

از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.

در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد.

كوره هاي دوار :

كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.

Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.

جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .

ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .

به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .

در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .

اولين كوره كه در ايران در تسليحات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بوده و قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .

تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)

طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.
چدن داکتيل آستمپر شده
چدن داکتيل آستمپر شده: انتخابي قابلرقابت با ميل لنگ‌هاي فولادي فورج و سخت کاري القايي شده


نکات قابل توجه در زمينه توليد انبوه بمنطور جايگزيني ميل لنگ‌هايفورج و سخت کاري القايي شده با چدنهاي داکتيل آستمپر شدهء (ADI) براي موتورهايبنزيني 4 سيلندر با 120 h.p. و موتور ديزلي تک سيلندر تشريح شده است . ريز ساختار وخواص مکانيکي، سيستم ريخته‌گري، عمليات حرارتي و مشکلات ماشينکاري در قطعات ريختگيکه از روش‌هاي ساندويچي و درون قالب استفاده شده‌اند، تست گرديده است . تجزيه وتحليل نتايج نشان مي‌دهند که ميل لنگ‌هاي فولادي مي‌توانند بدون تغيير در طراحيبوسيله ترکيبات ADI با 10 درصد صرفه جويي در وزن و 30 درصد کاهش هزينه توليدجايگيزين شوند، همچنين نتايج نشان مي‌دهند که توليد موفقيت آميز ترکيبات ADI با دقتبالا، نياز به کنترل دقيق تمام مراحل توليد دارد.
عیوب ناشی از ماسه داغ عیوب ناشی از ماسه داغ در خطوط قالبگیری با ماسه تر
ماسه داغ یکی از مشکلات اساسی در سیستمهای ماسه تر بوده و از ‏علل عمده ایجاد ضایعات است. هر ماسه ای با درجه حرارت بالا که ‏باعث بروز مشکلاتی در فرایند آماده سازی، قالبگیری، بارریزی و ‏‏... بشود، ماسه داغ نامیده میشود. مشکلات عمده ناشی از ماسه داغ ‏عبارتند از:‏
‏• نیاز به رطوبت و چسب بیشتر در ماسه
‏• عدم یکنواختی در خواص فیزیکی مخلوط ماسه‏
‏• سست شدن ماهیچه و یا مجاری گاز در حین عملیات بارریزی به ‏علت میعان رطوبت برروی ماهیچه سرد جاسازی شده در قالبهائی با ‏ماسه داغ
‏• عیوب سطحی ناشی از فرسایش ماسه‏
‏• کاهش استحکام فشاری تر به میزان 5 الی 15 درصد و کاهش ‏استحکام فشاری خشک به میزان 20 الی 45 درصد و بروز عیوبی از ‏قبیل طبله، رگه، کیس و .....‏
‏• افزایش فشردگی ماسه نسبت به مقدار معمول به علت ناپایداری ماسه ‏و خواص فیزیکی متغیر آن ‏
‏• میعان رطوبت بر روی دیواره سیلوها و چسبیدن ماسه به آنها که ‏علاوه بر کاهش حجم باعث گردش سریعتر ماسه داغ میگردد.‏
با توجه به موارد بالا، اهمیت دمای ماسه مصرفی، مشخص میگردد. ‏مقدار گرمای باقی مانده در هر سیکل، به مقدار ماسه بازگشتی به خط ‏فالبگیری، نسبت وزن ماسه به مذاب، دمای بارریزی مذاب، زمان ‏نگهداری ماسه در قالب قبل از خروج قطعه و روش حمل و نقل و ‏انبار کردن ماسه بستگی دارد. اگر زمان نگهداری ماسه در قالب قبل ‏از خروج قطعه، کم باشد و ماسه سریعا به خط آماده سازی ماسه ‏بازگشت داده شود، نیاز به تجهیزات خنک کننده، بیشتر میشود. ‏سیکلهای متداول مخلوط آسیاب کردن نمی تواند زمان لازم برای ‏خنک شدن ماسه را فراهم کند. تجهیزات مکملی برای مخلوط کن ها و ‏آسیابها، برای سرد کردن ماسه تعبیه شده است اما اثر بخشی آنها ‏محدود به زمان مخلوط آسیاب شدن است. استفاده از ماسه سرد یا سرد ‏شده مزایای فراوانی دارد. به آب و چسب کمتری برای رسیدن به ‏خواص مورد نظر نیاز داشته و ماسه یکنواخت تری بدست میآید
جوانه زاها در ریخته گری Al جوانه زاها در ریخته گری آلیاژهای آلومینیم، سیلیسیوم‏ ‏‏‏‏‏
در سالهای اخیر روشهای متعدد ریزکردن دانه ها در آلیاژهای ‏ریختگی، آلومینیم- سیلیسیوم ارائه گردیده که براساس کاربرد ‏آلیاژسازهایی با نسبت استوکیومتری تیتانیوم- بر یا تیتانیوم- کربن بوده ‏است این مقاله ساختار و عملکرد این جوانه زاهای جدید و سایر جوانه ‏زاهای متداول را در آلیاژ معروف ‏LM‏25 با هم مقایسه کرده است. ‏این تحقیقات نشان می دهد که در انوع آلیاژهای با نسبت ‏Ti/B , ‎‏5/1، ‏اختلاف اندازه دانه های قطعه ریختگی ناچیز بوده که این اختلاف ‏ناچیز میتواند به روش تولید آلیاژسازها ارتباط داده شود. روش تولید ‏این آلیاژسازها بنحوی است که اختلاف بین اندازه ذرات آلومینا و ‏توزیع را به حداقل میرساند. آلیاژسازهای با نسبت مساوی بر- تیتانیوم ‏Ti/B , ‎‏1/1 در ریزکردن دانه ها، نتایج یکسانی بدست نداده و زمان ‏میراثی آنها پایین است. ریزشدن زیاد دانه های ناشی از مقدار زیاد بر ‏است که با تیتانیوم واکنش داده و نقش جوانه زائی خود را دست ‏میدهند. در این تحقیقات مشخص شد که آلیاژساز تیتانیوم – کربن ‏تاثیری در ریزکردن دانه ها در آلیاژ ‏LM‏25 ندارد.
آشنایی با چدن ها چدن خاكستري
در این مقاله به توضیح و شرحی جهت آشنایی بیشتر با چدن های خاکستری و توضیح خواص عمومی این چدن ها می پردازیم چدن خاکستری:
در این نوع چدن کربن به صورت گرافیتورقه ای رسوب می کندکه سه پارامتر:
1.شکل گرافیت
2.نحوه توزیع
3.اندازه گرافیتها، بر خواص چدن تاثیر می گذارد. و سه عامل
* ترکیب شیمیایی
* سرعتسرد کردن
* تلقیح چدن( جوانه زایی) تعیین کننده سه پارامتر قبل می باشد.
* ویژگیهای چدن خاکستری:
این نوع چدن سختی و استحکام بالایی دارد و دارای قابلیت ماشین کاری خوب است و همچنین خاصیت الاستیک و جذب ارتعاش بالایی دارد.
معمولا استحکام و سختی این نوع آلیاژها بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد. معمولا چدن هایهیپو دارای استحکام و سختی پایین تری هستند و از مقاومت به ضربه بالاتریبرخوردارهستند اما چدن های هیپردارای گرافیتهای درشت و غیر یکنواخت و دارای سختی بیشتری هستند.

* انواع فازهای موجود در چدن خاکستری:
1.فاز فریت:
این فاز وقتی به وجود می آید که سرعت سردکردن آهسته باشد و درصد si بالا باشد و عموما در چدن های هیپر به دلیل آنکه کربن گرافیت زا بوده و باعث تجزیه سمنتیت به کربن و گرافیت می شود به وجود می آید.
2.فاز پرلیت :
این فاز هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشدو درصد si کم باشد و عموما در چدن های هیپو به وجود می آید.
3. کاربید آهن(سمنتیت)
این فاز وقتی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشد به نحوی که سمنتیت فرصت تجزیه شدن را پیدا نکند این فاز باعث کاهش خاصیت ماشین کاری شده و مقاومت به ضربه را نیز کاهش می دهد اما مقاوت به سایش و سختی را افزایش میدهد.
4. فاز استدیت:
این فاز در چدن ها هنگامی به وجود می آید که درصد فسفر زیاد باشد در واقع فاز استدیت، یوتکتیک سه تایی آهن - فسفر - فسفید آهنمی باشد که تشکیل یک یوتکتیک سه تایی را داده که به آن فسفید استدیت گفته میشود.
این فاز دارای نقطه ذوب پایینی در حدود 940 تا 980 درجه سانتی گراد است ولذا جزء آخرین اجزایی است که در مذاب منجمد می شود.
به همین دلیل است که اینفاز همیشه در مرز دانه ها تجمع می کند و باعث کاهش خواص مکانیکی می شود لذا هرچه توزیع استدیت یکنواخت تر شود خواص مکانیکی بهتر می شود که معمولا توزیع استدیت ویکنواخت سازی آن از طریق عملیلت حرارتی انجام می شود که این عملیات باعث افزایش قابلیت ماشین کاری قطعه می شود.
* گرافیت:
گرافیت بر اساس استاندار ASTMبه 5نوع A - B - C - D - E تقسیم می شود:
1.گرافیت نوع A :
گرافیتهای نوع A گرافیتهای رشته ای و کشیده ای هستند که در متالوگرافی قبل از اچ کاری دیده می شود وهنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن پایین و عملیات تلقیح به خوبی انجام شده باشد
این گرافیت بهترین نوع گرافیت در چدن خاکستری بوده و در میان گرافیت ها بیشترین قابلیت جذب ارتعاش رو دارد
2.گرافیت نوع B (گرافیت گل رزی)
در مرکزاین گرافیت گرافیت های ریزی وجود دارد که به صورت دایره ای شکل رشد کرده اند و هرچه به سمت بیرون حرکت کرده اند کشیده گی این گرافیت بیشتر می شود تا در نهایت بهگرافیت نوع Aختم می شود .
این گرافیت هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشد و عملیات تلقیح به خوبی انجام نشده باشد . این گرافیت باعث ایجاد خواص نامطلوب و کاهش خواص مکانیکی می گردد .
3.گرافیت نوع C(گرافیت نوع کیش)
این نوع گرافیت در چدن های هیپر به وجود می آید . و در واقع گرافیت کیش کربنی است که از مذاب جدا شده و بر اثر تجزیه سمنتیت به وجود می آید . و مقاطع درشت به صورت درشت و مقاطع نازک به صورت ستاره ای شکل دیده می شود این نوع گرافیت باعث کاهش خواص مکانیکی شده و کمترین خواص مکانیکی را در بین گرافیت ها دارد امادارای بیشترین خواص فیزیکی در بین گرافیت ها می باشد . مانند خواص حرارتی و رسانایی خوب
4.گرافیت نوع D
شکل وابعاد این نوع گرافیت ریز می باشد و خواص چدن را تضعیف می کند و هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن زیاد باشد و تلقیح مناسب نباشد و میزان گوگرد کم باشد .
5.گرافیت نوع E
این نوع گرافیت به شکل دندریت می باشد و در لابه لای شبکه های دندریتی رشد می کند و مشابه گرافیت نوع D بوده امادارای ابعاد درشت تری نسبت به نوع D است.
معمولا در شبکه های استنیتی رسوب میکند و هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا بوده و تلقیح به خوبی صورت نگیرد.
چدن نشکن چدن نشكن
اين چدن بعد از جنگ جهاني دوم وارد صنعت شد و با توجه به خواص خوب مكانيكي كه داشت كاربرد هاي مهمي در صنعت پيدا كرد و به علت كاربرد بالاي آن و استحكام خوب آن رفته رفته جاي فولاد را گرفت .
دلايل جايگزيني چدن نشكن به جاي فولاد :
1- در اين چدن ها عمدتا گرافيت به صورت كروي و با ضمينه پرليتي بوده و برخلاف چدن ماليبل اين نوع چدن ها قابليت چكشخواري و انعطاف پذيري بالايي دارند .
2- در مقايسه با چدن هاي ماليبل اين نوع چدن ها نياز به سيكل عمليات حرارتي ندارند لذا از لحاظ اقتصادي مقرورن به صرفه تر مي باشند همچنين با اضافه كردن عناصر آلياژي در ضمن ذوب ريزي گرافيت هاي ورقه اي به گرافيت هاي كروي تبديل مي شود . در تركيب شيميايي اين چدن ها حدود 0.03 درصد تا 0.05 درصد منيزيم وجود داشته و مقدار گوگرد موجود در اين چدن ها كمتر از 0.01 درصد مي باشد
طرز تهيه و ريخته گري اين نوع چدن ها مشابه چدنها خاكستري مي باشد با اين تفاوت كه در فرآيند ذوب ريزي با استفاده از عناصر آلياژي نظير منيزيم ، گرافيت ورقه اي تبديل به گرافيت كروي مي شود .
نكته : مقدار انبساط مذاب چدن نشكن از چدن خاكستري بيشتر بوده و به همين دليل در ريخته گري آن تغذيه هاي كوچكتري به كار مي رود و همچنين در بعضي موارد بدون تغذيه نيز مي توان ريخته گري را انجام داد .
انواع كوره هاي جهت توليد چدن داكتيل (نشكن ):
كوره كوپل و كوره هاي شعله اي و كوره هاي الكتريكي را مي توان جهت توليد چدن نشكن استفاده كرد :
1- كوره كوپل : در روش كوره كوپل چون نياز است كه مقدار گوگرد را كاهش دهيم و ديگر اين كه كوره كوپل يكي از روش هايي مي باشد كه به علت استفاده از زغال سنگ بيشترين گوگرد را در مذاب ايجاد مي نمايد لذا بايد گوگرد زدايي را قبل از كروي كردن گرافيت ها انجام داد.
مزاياي كوره كوپل :
الف:كاهش قيمت تمام شده ذوب و عمليات ذوب :دوبله كردن كوره كوپل : در اين روش ابتدا مذاب تهيه شده در كوره هاي كوپل مقرون به صرفه مي باشد اما به علت بالا بودن ميزان گوگرد يك مرحله گوگرد زدايي و يك مرحله اضافه كردن كربن در صورت كم بودن ميزان كربن انجام مي شود سپس مذاب را داخل كوره القايي ريخته و مذاب را از نظر تركيبات شيميايي كنترل مي كنند
مواد شارژ براي تهيه چدن نشكن در كوره هاي القايي
معمولا موادي مانند شمش چدن – قراضه فولاد – فرو آلياژ ها – آهن اسفنجي – برگشتي هاي چدن نشكن – در كوره هاي القايي به عنوان شارژ استفاده مي كنند .
شمش چدن : اين شمش معمولا تفاوت هاي با شمش چدن خاكستري داشته . معمولا در تهيه چدن خاكستري از شمش كوره بلند استفاده مي شود كه معمولا داراي گوگرد تقريبا زيادي مي باشد . شمش چدن جهت تهيه چدن داكتيل معمولا داراي درصد گوگرد پايين تري نسبت به شمش چدن هاي خاكستري مي باشد كه اين درصد معمولا كمتر از 0.02 درصد مي باشد اين شمش معمولا به شكل سوزن برزيلي و سوري كانادايي ريخته مي شود در اين شمش هاي معمولا منيزيم به عنوان عنصر تلقيحي استفاده مي شود و درصد گوگرد را پايين در نظر مي گيرند تا از تلفات منيزيم جلوگيري شود .
قراضه فولاد : به علت وجود گوگرد كم در توليد چدن هاي داكتيل كاربرد اين نوع چدن ها در صنعت بين 40 تا 50 درصد مي باشد و عيب آن بالا بودن نقطه ذوب و كربن آن مي باشد كه جهت صرفه جويي درانرژي قراضه ها را قبل از ريخته گري پيش گرم مي كنند
آهن اسفنجي : محصول كوره هاي غير مستقيم بوده كه از آن در صنعت بين 10 الي 15 درصد استفاده مي كنند و علت استفاده آن كاهش قيمت تمام شده آن مي باشد . و عيب كلي آن افزايش درجه حرارت و افزايش مصرف مواد نسوز مي باشد
برگشتي ها : اين نوع مواد در صنعت در حدود 30 درصد در شارژ كوره استفاده مي شود
فرو آلياژ ها : عموما اين نوع مواد شامل فرو سيليكوم منيزيم و فرو سيليس مي باشندكه در اين مواد فروسليكوم منيزيم به عنوان ماده كروي كننده استفاده مي شود و فرو سيليسيم به عنوان ماده جوانه زا استفاده مي شود .
مزايا فرو آلياژ ها :
1- عموما از تلفات عناصر آلياژي جلوگيري مي كنند .
2- فرو سيليس باعث افزايش سياليت مذاب مي شود .و جلوگيري از تشكيل كاربيد مي شود .
3- باعث افزايش جوانه زايي مي شود .
تهيه و اماده نمودن مذاب كه شامل سه مرحله مي باشد .
1- كنترل درجه حرارت
2- كنترل تركيب شيميايي
3- اضافه نمودن مواد كروي كننده
1- كنترل درجه حرارت : درجه حرارت بالاي مذاب باعث حذف مواد پايدار كننده گرافيت مي شود وتاثير تلقيح را كاهش مي دهد از طرفي درجه حرارت پايين باعث كاهش سياليت مذاب مي شود . درجه حرارت معمولا براي تهيه مذاب در چدن هاي نشكن در حدود دامنه دمايي 1450 تا 1560 مي باشد كه انتخاب درجه حرارت بستگي به حجم مذاب و روش كروي سازي و مقدار مواد كروي كننده دارد .
2- كنترل تركيب شيميايي : گوگرد باعث تلفات مواد كروي كننده مي شود و از طرفي باعث پايداري فاز كاربيد مي باشد اگر درصد گوگرد بالا باشد قبل از اضافه كردن مواد كروي كننده گوگرد زدايي انجام مي شود در اين حالت گوگرد زدا بايد در پاتيل بازي و توسط مواد گوگرد زدا (كاربيد كلسيم CaO2 سياناميد كلسيم CaN2O2 –NaCH – Na2Ca5- CaO-CaCO3)مي باشد .
براي انجام بهتر عمليات گوگرد زدايي دو مورد را بايد رعايت كرد .
1- تماس مواد گوگرد زدا با مذاب بايد حداكثر ممكن باشد .
2- زمان فعل و انفعال : اگر زمان گوگرد زدايي طولاني باشد باعث ورود مجدد گوگرد از سرباره به مذاب مي شود لذا پس از گوگرد زدايي بايد سريعا عمليات سرباره گيري و پاتيل به پاتيل انجام شود .
عناصر كروي كننده : كه اين مواد شامل منيزيم، سريم و منيزيم تزريق شده به كك مي باشد . منيزيم داراي نقطه ذوب 620 درجه سانتيگراد مي باشد كه اين عنصر در درجه حرارت 1100 درجه تبخير مي شود كه در اين درجه فشار داخلي منيزيم به بيشترين حد خود مي رسد . كه پس از اضافه كردن به مذاب باعث پاشش مذاب مي شود لذا براي اضافه كردن منزيم از آلياژ ها و آميژن هاي منيزيم استفاده مي شود قابل توجه است كه منيزيم مي تواند به دو شكل استفاده مي شود.
1- منيزيم فلزي : در مواقعي استفاده مي شود كه در مواقعي استفاده مي شود كه حجم مذاب كم باشد .
اين مواد را مي توان به اشكال پودر منيزيم – شمش منيزيم و قراضه منيزيم به همراه آهن و بريكتهاي منيزيم فشرده استفاده كرد .
2- آلياژ هاي منيزيم :كه عمدتا به دو گروه تقسيم مي شوند .
الف : الياژ هاي نيكل منيزيم : نيكل به علت خاصيت پرليت زايي باعث افزايش خواص مكانيكي چدن مي شود كه تنها محدوديت استفاد ه ان در صنعت قيمت تمام شده بالاي آن مي باشد آلياژ هاي مختلف نيكل منيزيم عبارتند از آلياژ 50 درصد نيكل 30 درصد سيليسيم و 20 درصد منيزيم – 85 درصد نيكل 15 منيزيم – 70 درصد نيكل 30 منيزيم -95 نيكل 5درصد منيزيم بايد توجه داشت كه به علت آن كه نيكل داراي قيمت بالايي مي باشد معمولا به جاي نيكل از عناصر مشابه آن ( مس ) براي آلياژ سازي استفاده مي كنند .
نكته : معمولا از آلياژ نيكل منيزيم در روش هاي ساندويچي و پاتيل سرباز استفاده مي كنند .
ب- آلياژ هاي منيزيم سيلسيم آهن ( فروسيليكم منزيم ):
اين نوع آلياژ هاي در مقايسه با آلياژ هاي نيكل ارزان تر بوده همچنين سيليس موجود در اين آلياژ ها مي تواند به عنوان عنصر تلقيح در مذ اب عمل كند علاوه بر آن اين آلياژ تاثير كروي سازي شديد دارد لذا اين عنصر در صنعت بيشتر به كار مي رود و تركيب شيميايي آن 5 درصد منيزيم و 45 درصد سيلسيم و 50 درصد آهن مي باشد .
2- روش منيزيم تزريق شده در كك : اين روش كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد و علت آن گوگرد زياد موجود در كك مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ميزان مصرف منيزيم در اين روش افزايش پيدا كند .
3- سريم : درجه حرارت تبخير اين عنصر 3000 درجه سانتيگراد بنابراين مشكلات منيزمي را در كروي سازي ندارد اما به علت آن كه عنصري كمياب مي باشد د ر صنعت كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد و عموما از آن در مواردي خاص همراه منيزيم استفاده مي كنند .
روش افزايش مو اد كروي كنند ه :
روش پاتيل سرباز : در اين روش مواد كروي كننده در كف پاتيل قرار گرفته و مذاب روي اين مواد ريخته مي شود . در اين روش چون مذاب روي منيزيم ريخته مي شود و تماس مستقيم مذاب با منيزيم برقرار مي شود لذا ميزان بازيابي منيزيم در مذاب پايين مي باشد كه ميزان بازيابي را در اين روش مي توان بين 20 تا 25 درصد تخمين زد.
نكته : در كليه روش هاي تلقيح در پاتيل بايد نسبت ارتفاع پاتيل به قطر را رعايت كرد كه اين نسبت 3 به 1 مي باشد . (H<3D)
2- روش ساندويچي : در اين روش ارتفاع 3 برابر قطر مي باشد با اين تفاوت كه در قسمت كف پاتيل محفظه اي را تعبيه كرده اند كه مواد كروي كننده در اين محفظه قرار مي گيرند سپس به وسيله پوششي از ماسه ( فروسليس- ماسه – ورق فولادي ) پوشش داده مي شود . سپس مذاب را به داخل پاتيل ريخته و در صورتي كه از پوشش ماسه اي استفاده شود ماسه را شكانده و مواد با مذاب واكنش ايجاد مي كند اما در صورتي كه از ورقه اي فولادي استفاده شود ورقه ذوب مي شود و مواد منيزيم با مذاب واكنش ايجاد مي كند و همچنين اگر با فر وسيليس انجام شود بازدهي بالا رفته و مزيت هايي در بردارد كه علاوه بر فروسيليسيم منيزيم عمل جوانه زايي نيز انجام مي شود كه ميزان بازيابي در اين روش را مي توان بين 45 تا 40 درصد تخمين زد مزيت ديگري كه اين روش به همراه دارد اين مي باشد كه به علت ريختن مذاب بر روي فروسيليس منيزيم و همچنين به علت خروج كامل اكسيژن تلفات منيزيم به شدت كاهش پيدا مي كند . همچنين به علت دانسيته پايين منيزيم و حضور آن در كف پاتيل پس از ريختن مذاب ، منيزيم به طرف بالا حركت كرده و تلقيح به طور كامل انجام مي شود .
3- روش قوطه وري :
در اين روش مواد كروي كننده داخل محفظه از جنس گرافيت جاسازي شده و هنگامي كه پاتيل از مذاب پر شده محفظه داخل پاتيل مي شو د كه ميزان بازيابي منيزيم در اين روش 50 تا 55 درصد مي باشد . كه معمولا درجه حرارت ريخته گري را در اين روش 1560 درجه در نظر گرفته همچينن افت درجه حرارت در اين روش 50 درجه سانتيگراد مي باشد .

4- روش كنورتر گردان :
در اين روش بعد از جاسازي مواد كروي كننده در داخل كنورتر، كنورتر تا حدود 90 درجه چرخانده شده تا مواد كروي كننده با مذاب تماس برقرار كنند كه ميزان بازيابي در اين روش را مي توان تا حدود 60 در صد تخمين زد .
5- روش پودر منيزيم :
در روش پودر منيزيم در داخل محفظه اي همراه با گاز خنثي از كف در داخل پاتيل تزريق مي شود
6- درون قالبي (اينمولت ):
بازيابي منيزيم در اين روش در حدود 100 درصد مي باشد كه مدت زمان بين تلقيح مذاب و تخليه مذاب در حداقل ممكن مي باشد كه هر چه اين زمان كمتر باشد كروي سازي بيشتر و يكنواخت تر مي شود در اين روش مواد كروي كننده در داخل سيستم راهگاهي قرار گرفته و ضمن عبور مذاب از داخل سيستم راهگاهي عمل كروي سازي انجام مي شود .
مزاياي روش اينمولت :
1- بالا بودن ميزان بازيابي منيزيم تا حدود 100 درصد
2- توليد قطعات با سطح مقطع نازك
3- برطرف شدن خطرات زيست محيطي
4- كاهش مراحل توليد
5- افزايش خواص مكانيكي قطعه
6- تسهيل در شرايط اتوماسيون
معايب روش اينمولت :
1- امكان ورود ناخالصي ها به محفظه قالب در صورت طراحي غلط سيستم راهگاهي
2- نياز به طراحي دقيق و درست سيستم راهگاهي كه منجر به افزايش روش توليد مي شود .
3- نياز به استفاده از آلياژ مناسب
پديده ميرايي :
هر چه فاصله زماني بين اضافه كردن مواد كروي كننده و ذوب ريزي افزايش پيدا كند ميزان تاثير اين مواد كاهش پيدا مي كند همچنين ميزان بازيابي اين مواد كاهش مي يابد .
طراحي سيستم راهگاهي :
طراحي سيستم راهگاهي براي چدن نشكن شامل دو مرحله مي باشد .
1- طراحي محفظه فعل و انفعالات . 2- طراحي راهگاه
1- طراحي محفظه فعل و انفعالات كه شامل ويژگي هايي به شرح زير مي باشد .
الف : جريان مذاب بايد به صورت يكنواخت با سطح مواد كروي كننده در تماس باشد .
ب: از حمل مواد كروي كننده به داخل محفظه قالب جلوگيري كند.

محاسبات سيستم راهگاهي :
------------------------------------------------------------------------------
A= سطح محفظه فعل و انفعالات -----------------------------------------------------
t= زمان ذوب ريزي
w= وزن يك قطعه + وزن سيستم راهگاهي به ازاي يك قطعه + وزن تغذيه به ازاي يك قطعه
T= حداقل ضخامت يك قطعه -------------------------------------------------------
m= وزن مذاب
=دانسيته مواد كروي كننده v= حجم مواد كروي كننده ------------------------------
H= ارتفاع محفظه قالب ------------------------------------------------------------
h =ارتفاع مواد كروي كننده -------------------------------------------------------
t= زمان باريزي
H= ارتفاع موثر -----------------------------------------------------------------
P= ارتفاع قطعه در درجه بالا
ZC= ارتفاع كل قطعه -------------------------------------------------------------

فاكتورهاي موثر در انتخاب روش كروي كننده:
1- اگر حجم طولي زياد باشد از روش مخصوص براي كروي كردن استفاده مي شود .
2- درجه حرارت توليد اگر زياد باشد از روشهايي استفاده مي شود كه داراي حداقل دما باشد.
3- قيمت تمام شده
4- شرايط زيست محيطي: روش هايي مانند اينمول حداقل آسيب هاي زيست محيطي را دارد
5- مواد شارژ : اگر مواد شارژ داراي ميزان گوگرد بيشتري باشند بايد از روش هايي استفاده شود كه كروي سازي راحت تر انجام شود.
6- محدوديتهاي فيزيكي
7- مدت زمان ريخته گري
تلقيح مذاب چدن داكتيل:
مواد تلقيحي در چدن داكتيل باعث افزايش تعداد هسته ها در واحد سطح شده و لذا توزيع گرافيت كروي را بيشتر و يكنواخت تر مي كند كه نسبتا خواص مكانيكي افزايش پيدا مي كند.
مواد تلقيحي در چدن داكتيل:
اين مواد شامل فروسليس – گرافيت- آلومينيوم- زيركنيم مي باشد.
نكته: در روش اينمولت كمتر عمليات تلقيح انجام مي شود.
به طور كلي تلقيح در چدن داكتيل مهم تر از چدن خاكستري است زيرا در چدن داكتيل گرافيت كروي بوده اما گرافيت در چدن خاكستري گرافيت ورقه اي مي باشد به همين دليل سرعت ورود مواد تلقيحي در چدن داكتيل كمتر از چدن خاكستري است به همين دليل نياز به هسته هاي بيشتري در تلقيح داكتيل است.
روش هاي تلقيح:
1- تلقيح در جريان ذوب ريزي
2- قرار دادن مواد تلقيحي روي سطح قالب و انجام سيستم ارتعاشي
كنترل خط توليد چدن نشكن:
1- كنترل مواد شارژ كوره
2- كنترل عمليات افزايش منيزيم و كنترل تلقيح و كروي سازي و جوانه زايي
3- كنترل تاثير گذشت زمان
4- كنترل ساختار متالوگرافي
5- كنترل خواص متالوگرافي
1- كنترل مواد شارژ كوره :
شامل :
1) حذف مواد غير آهني از مواد شارژ
2) حذف قطعات ياتاقان كه اين قطعات به دليل به همراه داشتن سرب باعث پوك شدن گرافيتها در چدن داكتيل مي شود.
3) حذف قطعات سربي و يا سرب اندود شده و يا گالوانيزه شده
4) كنترل خشك بودن مواد شارژ و چرب نبودن اين مواد ( اين امر به دليل جلوگيري از ايجاد تلاطم در مذاب و كاهش تلفات آن مي باشد)
5) خشك بودن پوشش كوره
6) جدا كردن قطعات زنگ زده يا اكسيد شده كه باعث افزايش انحلال اكسيژن شده و اين امر باعث افزايش تلفات منيزيم مي شود كه براي رفع اكسيد ها و چربي ها مواد شارژ را قبل از ذوب 300 تا 400درجه پيشگرم مي كنند
2- كنترل عمليات افزايش منيزيم و عمليات جوانه زايي
1) كنترل تركيب شيميايي گوگرد و عناصر مضر (در اين مرحله بايد حداقل باشد معمولا براي كنترل تركيب شيميايي از دستگاه هايي نظير كوانتومتر –اكسترومتري – اكستروفوتومتري و اتميك ابزوروشين و اشترلاين استفاده مي شود كه امروزه عموما از كوانتومتر در صنعت استفاده مي شود
2) كنترل درجه حرارت : درجه حرارت افزايش منيزيم 1380 تا 1450 درجه است براي كنترل درجه حرارت نيز مي توان از انواع ترموكوپل ها و پيرومتر ها استفاده كرد
نكته: پيرومتر:دستگاهي است كه با استفاده از آن اشعه مي تواند بدون تماس با مذاب اعلام دما كند . كه از طريق رنگ آلياژ درجه حرارت را تعيين مي كند
3) بازيابي مواد منيزيم دار :
منيزيمي كه به مذاب اضافه مي شود عموما به چهار طريق استفاده مي شود
1- اكسيد مي شود
2- بخار مي شود
3- سولفيد مي شود
4- و باقي مانده منيزيم (ريوان شده ) باعث كروي شدن گرافيت ها مي شود كه مقدار منيزيمي كه توسط مذاب مصرف شده را منيزيم ريوان شده يا سولفيد شده مي نامند
Mg rc : درصد منيزيم ريوان شده
S a: ميزان گوگرد بعد از اضافه كردن منيزيم
S r: مقدار گوگرد قبل از اضافه كردن منيزيم
معمولا در چدن هاي نشكن چون ميزان گوگرد زير 0.2% ميباشد Mg s در صورت انجام گوگرد زدايي صفر منظور مي شود
4) انتخاب روش افزايش مواد منيزيم دار
5) كنترل شكل هندسي پاتيل كه ارتفاع پاتيل بايد 3 برابر قطر آن باشد تا از تلفات منيزيم جلوگيري شود .
4- كنترل ساختار متالوگرافي :
كه در انتهاي خط توليد نمونه اي جهت عمليات پوليش و متالوگرافي ريخته مي شود و تحت ميكروسكوپ نوري عمليات ريز ساختار انجام مي شود
5-كنترل خواص مكانيكي :
به اين جهت از آزمايشگاهي نظير سختي سنجي تست كرنش . ... استفاده مي شود كه تست كشش براي واحد هاي كوچك استفاده مي شود ولي در آزمايشگاههاي بزرگ تست سختي سنج تست براده برداري و زنگ دار بودن قطعه نيز استفاده مي شود
نكته :تست براده برداري : در چدن هاي نشكن هر چه طول براده بيشتر باشد خاصيت نشكن شدن قطعه بيشتر مي شود .
تست زنگدار بودن : كه هر چه صدا خفه تر باشد چدن نشكن تر است
مباني طراحي سيستم هاي راهگاهي درچدن نشكن :
وظايف سيستم راهگاهي :
1- انتقال مذاب از بوته به داخل محفظه قالب با حداكثرسرعت ممكن
2- حركت مذاب در داخل سيستم راهگاهي با حداقل اختشاش و تلاطم
3- ورود مذاب به داخل محفظه قالب بايد به گونه اي باشد كه سرد ترين قسمت مذاب در دورترين منطقه قالب از نظر ورود مذاب قرار بگيرد و نيز گرم ترين قسمت مذاب در داخل سيستم راهگاهي باشد
4- ابعاد سيستم راهگاهي بايد به گونه اي طراحي شود كه ضمن اين كه مذاب محفظه قالب را به صورت كامل پر مي كند حداقل ميزان برگشتي را در سيستم راهگاهي داشته باشد
عيوب ايجاد شده در طراحي غلط سيستم راهگاهي
1- وارد شدن ماسه شلاكه و ناخالصي ها به داخل محفظه قالب
2- كاهش كيفيت سطحي قطعه توليدي
3- جذب گاز در مذاب و ايجاد مك هاي گازي
4- اكسيد شدن بيش از حد مذاب
5- ايجاد حفرات انقباضي در قطعات توليدي
6- پرنشدن كامل قالب( نيامد كردن )
7- وارد شدن ذرات از پيش جامد شده به داخل محفظه قالب
براي طراحي سيستم راهگاهي از دو قانون در علم فيزيك استفاده مي شود
1- قانون بقاي انرژي(قانون برنولي) :كه رابطه برنولي از آن استخراج شده است كه بيان مي كند كه مقدار انرژي در يك سيستم بسته همواره ثابت مي باشد كه انرژي هاي موجود در اين سيستم را مي توان به طريق زير معرفي كرد
Ep=انرژي وزن مذاب مايع (انرژي پتانسيل)(mgh) انرژي وزن مايعي كه در ارتفاع از كف قرار دارد)
EK = انرژي جنبشي
h=ارتفاع بر حسب متر
P= نيروي اعمالي اتمسفر
E= انرژي جنبشي
V= سرعت حركت مذاب
V 2= سرعت حركت سيال از راهگاه خروجي
2- قانون تداوم :
اين قانون بيان مي كند كه مقدار حجم مايع در حال جريان از هر مقطع در واحد زمان ثابت است
R 1= دبي
در اين حالت اگر دبي خروجي مذاب را R2 نشان دهيم و همچنين R2را جريان ورودي مذاب به اخل قالب ناميم
A 2 سطح مقطع راهگاه بارريز
R1 دبي خروجي مذاب
R2: جريان ورودي مذاب به داخل قالب
h1: ارتفاع راهگاه بارريز
h2: ارتفاع كل سيستم راهگاهي
h3: ارتفاع ريختن مذاب تا حوضچه پاي راهگاه
A2 سطح مقطع ريختن مذاب
محاسبات سيستم راهگاهي
1- تعيين نسبت سيستم راهگاهي :
كه شامل الف : سيستم راهگاهي فشاري ب: سيستم راهگاهي غير فشاري ‍ج: سيستم راهگاهي تركيبي مي باشد .
الف : سيستم راهگاهي فشاري : در اين سيستم بايد سطح مقطع از طرف راهگاه بارريز به سمت قطعه كاهش مي يابد و مذاب با فشار وارد محفظه قالب مي گردد .
مزايا :
1- راهگاه بلافاصله از مذاب پر مي شود
2- حجم مذاب جامد شده در سيستم راهگاهي حداقل است و باعث بالارفتن راندمان سيستم راهگاهي مي شود
3- جريان مذاب به داخل محفظه قالب يكنواخت تر وارد مي شود
معايب :
1- اين سيستم باعث ايجاد تلاطم و اختشاش در داخل سيستم راهگاهي مي شود كه اين امر موجب ايجاد مك و حفرات گازي و نيز ماسه شويي در داخل سيستم مي شود
ب:سيستم راهگاهي غير فشاري : مزيت اين نوع سيستم ايجاد حداقل تلاطم و اختشاش در مذاب است و معايب آن عبارت است از 1- غير يكنواخت بودن ورود مذاب از راهگاه هاي فرعي 2- افزايش وزن سيستم راهگاهي كه در اين نوع سيستم بايد هميشه داخل راهگاه پر از مذاب باشد
نكته : در آلياژ هاي آهني از فشاري و غير آهني از غير فشاري استفاده مي شود
اجزاي سيستم راهگاهي :
1- حوضچه بار ريز
2- راهگاه بارريز
3- حوضچه پاي راهگاه
4- كانال هاي اصلي و فرعي
5- منافض هوا دهي
1- حوضچه بارريز : براي كنترل سرعت بارريزي و كاهش فشار ورودي به داخل محفظه قالب و سيستم راهگاهي استفاده مي شود معمولا در چدن ريزي و فولاد ريزي به شكل ذوزنقه اي شكل مي باشد.
علت استفاده از اين نوع جمع آوري سرباره در سطح مذاب مي باشد و كنترل سرعت بارريزي
2- راهگاه بارريز : كه هدايت مذاب از قيف بارريز به راهگاه اصلي به عهده دارد اگر قطعه ابعاد بزرگي داشته باشد ممكن از دو يا چند راهگاه بارريز نيز به شكل همزمان استفاده مي شود و سطح مقطع اين نوع راهگاه ها معمولا مستطيل شكل مي باشد اما در بعضي موارد از سطح مقطع دايره اي نيز استفاده مي شود براي محاسبه ي نسبت راهگاه بارريز بايد قطر راهگاه ورودي و خروجي داشته باشيم .
تغذيه گذاري فشاري : اساس اين روش تغذيه گذاري بر مبناي استفاده از فشار مذاب در مرحله ي انبساط مذاب به علت رسوب گرافيت مي باشد
فاكتور هاي موثر در تغذيه گذاري فشاري:
1- مواد قالب گيري : كه بايد استحكام كافي داشته باشند تا هنگام انبساط مذاب تغيير ابعادي در محفظه قالب به وجود نيايد .
2- تغذيه گذاري فشاري براي قطعاتي استفاده مي شود كه مدول حجمي 0.4 تا 2.5 داشته باشند
موارد عملي براي طراحي تغذيه فشاري :
1- مدول بزرگترين قسمت قطعات را به دست بياوريم اگر بين 0.4تا 2.5 باشد از اين روش استفاده مي كنيم
2- تعيين مدول تغذيه قطعه :
3- به دست آوردن مدول گردن تغذيه
4- به دست آوردن حجم موثر تغديه
5- به دست آوردن ارتفاع درجه با توجه به حجم تغذيه و ارتفاع بين 1 تا 1.5 به دست مي آيد
با استفاده از نمودار ضخامتي از تغذيه كه در مجاورت مواد قالب گيري منجمد شده را به دست مي آوريم
قطر تغذيه در مرحله 5 معادله دو برابر ضخامت منجمد شده اضافه مي كنيم
تغذيه به قسمت ضخيم تر تغذيه گرم و اگر بزرگ باشد از تغذيه گرم استفاده مي كنيم .
اگر از تغذيه كور استفاده مي شود بايد تغذيه حتما با اتمسفر محيط در تماس باشد
درجه حرارت ريختن مذاب بايد مقداري باشد كه در محاسبات در نظر گرفته شده است
تغذيه گذاري با استفاده از تحليل فشار :
در اين روش باتوجه به اينكه در روش فشاري نياز به مواد قالبگيري با استحكام بالا مي باشد لذا استفاده از اين مواد باعث افزايش قيمت توليد مي گردد لذا از روش تقليل فشار استفاده مي شود در اين روش كاهش فشار انبساطي مانع از تغيير ابعاد محفظه قالب مي شود در اين روش فشار از يك مقدار ماكسيمم كه استحكام مواد قالبگيري مي باشد بالاتر نمي رود از طرفي فشار preimi نيز كمتر از انبساط مذاب در فاصله ي انجماد جهت انقباض استفاده مي شود به اين ترتيب كه با وارد شدن مذاب و پرشدن محفظه قالب و تغذيه و سرد شدن مذاب از حالت فوق ذوب سطح مذاب در داخل قطعه افت مي كند اين كاهش حجم توسط تغذيه جبران مي شود با سرد شدن بيشتر قطعه و شروع انجماد و رسوب گرافيت در حين انجماد مذاب منبسط مي شود كه اين عمل باعث برگشت مذاب به تغذيه مي شود از طرفي تغذيه مورد استفاده عموما از نوع كور يا بسته مي باشد فشار داخل محفظه قالب را در حد فاصل pminو pman نگه مي دارند تا ضمن جلوگيري از ايجاد مك هاي انقباضي باعث تغيير فرم محفظه قالب نشود
مراحل تغذيه گذاري به روش تقليل فشار :
تغيين مدول موثر قطعه : در اين روش مدول موثر قسمتي از قطعه مي باشد كه بيشترين مدول را دارد
تعيين استحكام محفظه قالب
تعيين و ارزيابي كيفيت متالوژيكي مذاب هر چه كيفيت متالوژيكي مذاب بيشتر رسوب مذاب بيشتر و فشار نيز بيشتر مي شود
به طور كلي عناصر گرافيت زا باعث افزايش كيفيت متالوژيكي مي شوند و عناصر كاربيد زا باعث كاهش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود استفاده از كوره هاي الكتريكي باعث افزايش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود و نگه داشتن مذاب دردرجه جرارت هاي بالا باعث افزايش تلفات عناصر آلياژي و كاهش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود مواد شارژ مورد استفاده هر چه داراي مقداري برگشتي بيشتر مي باشند افزايش كيفيت متالوژيكي مي شود
2- تلقيح چدن : تلقيح چدن نيز باعث افزايش تعداد هسته ها و جوانه ها – افزايش گرافيت زايي و لذا افزايش كيفيت متالوژيكي مي شود
3- تعيين مدول گردن تغذيه: كه مدول گردن برابر است با مدول موثر Mn=4.MS مدول تغذيه را محاسبه مي كنيم Mr=1.2Mn
محاسبه حجم تغذيه :
H=7.5Mr و كه D=5Mr
نكته : حتما قسمي از تغذيه بايد در درجه بالايي باشد و تقريبا حجم تغذيه اي كه در درجه بالا قرار مي گيرد بين 3 تا 5 برابر مي باشد .
شكل تغذيه : معمولا از تغذيه كور و بسته استفاده مي شود تا از تلفات حرارتي تا حد ممكن جلوگيري شود
شكل قسمت فوقاني نمي تواند به شكل گنبدي باشد شكل فوقاني تغذيه بايد داراي زائده اي به جهت كنترل حرارت در تغذيه باشد
روش سوم : ا ستفاده از تغذيه : در مورد قطعاتي استفاده مي شود كه مدول آن ها بيشتر از 25 باشد مدول قطعه در اين روش بالا بوده و كيفيت متالوژيكي بالا مي باشد و درجه حرارت ذوب ريزي كمتر از 1400 درجه سانتيگراد مي باشد و سرعت بارريزي بالا مي باشد
نكته:درجه حرارت مدول قطعه را كمتر از 1400 مي گيرند چون دراين روش انبساط ناشي از مذاب كار تغذيه را انجام مي دهد و چون مدول زياد مي باشد انتقال حرارت كم بوده و رسوب دهي زياد مي شود .
گلوگاه راهگاه فرعي در اين روش بدون تغذيه راهگاه فرعي و گلوگاه آن طوري طراحي مي شود كه مذاب به محض وارد شدن به سيستم راهگاهي و پركردن سيستم قالب منجمد شود تا مذاب برگشت نكند در اين حالت طول و عرض راهگاه 4 برابر ضخامت مي باشد
چدن هاي سفيد و آلياژي مخصوص :
کربن چدن سفيد به صورت بلور سمانتيت (کربيد آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سريع مذاب حاصل می‌شود و اين چدن ها به آلياژهاي عاري از گرافيت و گرافيت‌دار تقسيم می‌شوند و به صورتهاي مقاوم به خوردگي ، دماي بالا، سايش و فرسايش می‌باشند.

◄ چدن هاي بدون گرافيت:
شامل سه نوع زير مي باشد:
چدن سفيد پرليتي:
ساختار اين چدنها از کاربيدهاي يکنواخت برجسته و توپر M3C در يک زمينه پرليتي تشکيل شده است. اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولي بی‌نهايت شکننده هستند لذا توسط آلياژهاي پرطاقت ديگري از چدن هاي سفيد آلياژي جايگزين گشته‌اند.

چدن سفيد مارتنزيتي (نيکل- سخت):
نخستين چدن هاي آلياژي که توسعه يافتند آلياژهاي نيکل- سخت بودند. اين آلياژها به طور نسبي قيمت تمام شده کمتري داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهيه شده و چدن هاي سفيد مارتنزيتي داراي نيکل هستند. Ni به عنوان افزايش قابليت سختي پذيري براي اطمينان از استحاله آستنيتي به مارتنزيتي در طي مرحله عمليات حرارتي به آن افزوده می‌شود. اين چدن ها حاوي Cr نيز به دليل افزايش سختي کاربيد يوتکتيک هستند. اين چدنها داراي يک ساختار يوتکتيکي تقريبا نيمه منظمي با کاربيدهاي يکنواخت برجسته و يکپاره M3C هستند که بيشترين فاز را در يوتکتيک دارند و اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند.
چدن سفيد پرکرم:
چدن هاي سفيد با Cr زياد ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر خوردگي ، حرارت و سايش را دارا هستند اين چدنها مقاومت عالي به رشد و اکسيداسيون در دماي بالا داشته و از نظر قيمت نيز از فولادهاي ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهايي که در معرض ضربه و يا بازهاي اعمالي زيادي نيستند به کار برده می‌شوند اين چدنها در سه طبقه زير قرار می‌گيرند:

1.چدنهاي مارتنزيتي با Cr %12-28
2.چدنهاي فريتي با 34-30% Cr
3.چدنهاي آستنيتي با 30-15%Cr و 15-10% Niبراي پايداري زمينه آستنيتي در دماي پايين.

طبقه بندي اين چدنها براساس دماي کار ، عمر کارکرد در تنش هاي اعمالي و عوامل اقتصادي است. کاربرد اين چدنها در لوله‌هاي رکوپراتو ، ميله ، سيني ، جعبه در کوره‌هاي زينتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌هاي ساخت بطري شيشه و کاسه نمدهاي فلکه‌ها است.

◄ چدن هاي گرافيت دار:
چدن هاي آستنيتي:
شامل دو نوع (نيکل- مقاوم) و نيکروسيلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر حرارت و خوردگي را دارا هستند. اگرچه چدن هاي غير آلياژي به طور کلي مقاوم به خوردگي بويژه در محيط هاي قليايي هستند، اين چدنها به صورت برجسته‌اي مقاوم به خوردگي در محيط هايي مناسب و مختص خودشان هستند. چدن هاي نيکل مقاوم آستنيتي با گرافيت لايه‌اي که اخيرا عرضه شده‌اند از خواص مکانيکي برتري برخوردار بوده ولي خيلي گران هستند. غلظت نيکل و کرم در آنها بسته به طبيعت محيط خورنده شان تغيير می‌کند. مهمترين کاربردها شامل پمپهاي دنده‌اي حمل اسيد سولفوريک، پمپ خلا و شيرهايي که در آب دريا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سيستم‌هاي بخار و جابه‌جايي محلول‌هاي آمونياکي، سود و نيز براي پمپاژ و جابجايي نفت خام اسيدي در صنايع نفت هستند.

چدن هاي فريتي:
شامل دو نوع زير می‌باشد: چدن سفيد 5% سيليسيم در سيلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع ديگر چدن پرسيليسيم (15%) که از مقاومتي عالي به خوردگي در محيطهاي اسيدي مثل اسيد نيتريک و سولفوريک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن هاي نيکل- مقاوم ، عيب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زني می‌توان ماشينکاري نمود. مقاومت به خوردگي آنها در برابر اسيدهاي هيدروکلريک و هيدروفلوريک ضعيف است. جهت مقاوم سازي به خوردگي در اسيد هيدروکلريک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 يا Mo %4-3 به آلياژ پايه ، اقدام نمود.

چدن هاي سوزني:
در اين چدنها Al به طور متناسبي جانشين Si در غلظت هاي کم می‌گردد. چدن هاي آلياژهاي Alدار تجارتي در دو طبقه بندي يکي آلياژهاي تا Al %6 و ديگري Al%18-25 قرار می‌گيرند. Al پتانسيل گرافيته‌شدگي را در هر دوي محدوده‌هاي ترکيبي ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستري بدست می‌ايد. اين آلياژ به صورت چدنهاي گرافيت لايه‌اي ، فشرده و کروي توليد می‌شوند. مزاياي ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتي و تمايل به گرافيته شدن و سفيدي کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ريختگي با مقاطع نازک‌تر را توليد کرد. چدن هاي با Al کم مقاومت خوبي به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابليت ماشينکاري مناسبي را نيز دارا هستند. محل هاي پيشنهادي جهت کاربرد آنها منيفلدهاي دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهاي ديسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سيلندرها، ميل بادامکها و رينگهاي پيستون هستند. وجود Al در کنار Si در اين نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانيکي خوب توام با مقاومت به پوسته‌ شدگي در دماهاي بالا می‌شود. اين آلياژها مستعد به تخلخل‌هاي گازي هستند. آلومينيوم حل شده در مذاب مي توان با رطوبت يا هيدروکربنهاي موجود در قالب ترکيب شده و هيدروژن آزاد توليد کند. اين هيدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌هاي سوزني شکل در انجماد می‌شود.

نكته : معمولا چدن سفيد در صنعت مستقيما قابل استفاده نيست و براي بهبود خواص مكانيكي نياز به عمليات حرارتي تكميلي دارد .
نكته : يكي از محصولات چدن سفيد كه از انجام عمليات حرارتي بر روي چدن سفيد بهدست مي آيد چدن ماليبل مي باشد كه چدن مالي بل نسبت به چدن سفيد قابليتضربه پذيري و چكش خواري بهتري دارد و در عين حال داراي مقاومت به سايشبهتري است همچنين بايد در نظر داشت كه تركيب شيميايي چدن ماليبل مشابهتركيب شيميايي چدن سفيد است.
تشخيص كاربيد سطحي در قطعات چدن خاكستری به روش آزمون غيرمخرب ادي كارنت يكي از مهم‌ترين مشكلات صنايع چدن‌ريزي بويژه در زمينه قطعاتي كه پس از ريخته‌گري بايد تراشكاري شوند، وجود كاربيد در سطوح مختلف قطعه است كه تراشكاري آنها را مشكل ساخته و به علت سختي بسيار زياد، به تيغه‌هاي تراش صدمه مي‌زند. تاكنون روشي علمي براي جداسازي كاربيد از اين‌گونه قطعات، وجود نداشت. در اين مقاله، سعي شده روشي علمي، سريع، ارزان، غيرمخرب و عملي، ارائه شود. اميد كه راهكاري مؤثر در رفع اين مشكل باشد.
به منظور ريخته‌گري قطعات سالم چدني بويژه قطعات نازك، كوچك و عاري از هرگونه كاربيد سطحي، لازم است عوامل بسيار زيادي از جمله: آناليز شيميايي، طراحي قالب، تعيين نوع قالب، طراحي مناسب سيستم راهگاهي، رعايت سرعت و دماي مناسب بارريزي، استفاده از جوانه‌زاي مناسب و بسياري موارد ديگر رعايت شود. از آنجا كه كنترل مداوم اين عوامل، كاري دشوار است، بويژه در كارگاه‌هاي كوچك، تشكيل كاربيد در تعداد معدودي از قطعات توليدي يك محموله، امري اجتناب‌ناپذير، است. با توجه به امتيازات فراوان آزمون‌هاي غيرمخرب تصميم گرفتم جداسازي اين‌گونه قطعات را با استفاده از روش آزمون ادي كارنت بررسي نمايم كه خوشبختانه به نتايج مثبت دست يافتم، در اين مقاله، پس از توضيح مختصر روش ياد شده، به مشخصات قطعات و اختلاف هدايت الكتريكي و مغناطيسي ناشي از ساختار متالوگرافي آن اشاره شده است.
آزمون ادي كارنت
اساس كار اين آزمون، به طور خلاصه بر مبناي القاي ميدان مغناطيسي و پردازش آن با توجه به خصوصيات متفاوت متالورژيكي و فيزيكي مواد فلزي استوار است. در دستگاه ادي كارنت، يك ميدان مغناطيسي توسط جريان الكتريكي در يك پروب ايجاد مي‌شود. وقتي اين پروب را به نزديك ماده‌اي فلزي، هادي مي‌كنيم، جريان ادي كارنت به آن ماده منتقل مي‌شود. اين جريان القايي در ماده موردنظر، ميدان مغناطيسي متضادي با پروب ايجاد مي‌كند (شكل 1).

http://www.sanatekhodro.com/CrThumb.aspx?Pic=sanatekh\Images\31\71301780477752 7.jpg&X=250&Y=191 (http://javascript<b></b>:;)
شكل 1

دستگاه به‌طور اتوماتيك، امپدانس را تنظيم مي‌كند و در واقع با اين ماده خاص، كاليبره مي‌شود. هرگونه تغيير در ماده، باعث ايجاد تغييرات آمپدانس مي‌شود و دستگاه، اين تغييرات را چند برابر كرده و به صورت گراف نمايش مي‌دهد. نكته مهم اين است كه براي انجام آزمون، نيازي نيست كه پروب حتماً با ماده مورد آزمايش تماس كامل داشته باشد. حتي مي‌توان به منظور صدمه نديدن پروب، از ورقه‌اي غيرفلزي (مثلاً پلاستيكي) استفاده كرد. در فلزات مختلف، عوامل: قابليت نفوذ مغناطيسي، مقاومت مغناطيسي، پسماند مغناطيسي، پايداري مغناطيسي و نيروي ضد پسماند مغناطيسي از فلزي به فلز ديگر متفاوت است. بر مبناي همين تفاوت‌ها، مي‌توان جهت دسته‌بندي فلزات از آن استفاده كرد. از طرفي، وجود ترك، خوردگي شيميايي، خوردگي سايشي و هرگونه غيريكنواختي از نظر ضخامت قطعه و تغيير ضخامت پوشش، باعث تغيير در عوامل ياد شده مي‌شود و توسط دستگاه ادي كارنت قابل رديابي است. از سوي ديگر، به علت حساسيت بالاي دستگاه، نياز است قبل از شروع به آزمون، آن را با قطعه مورد آزمايش، كاليبره كرد. در اين روش، با افزايش فركانس، افزايش هدايت الكتريكي و يا افزايش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت كاهش و برعكس با كاهش فركانس، كاهش هدايت الكتريكي و يا كاهش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت افزايش مي‌يابد (شكل 2).


http://www.sanatekhodro.com/CrThumb.aspx?Pic=sanatekh\Images\31\50340898528672 4.jpg&X=341&Y=221 (http://javascript<b></b>:;)
شكل 2
مزايا
1.سرعت بسيار بالا. به محض نزديك كردن پروب به قطعه، وضعيت آن مشخص مي‌شود.
2.دقت زياد. حساس بودن به كوچكترين تغييرات متالورژيكي و فيزيكي.
3.آسيب نديدن قطعات مورد آزمايش. تنها اتصال موجود بين قطعه و دستگاه، ميدان مغناطيسي است.
4.سهولت انتقال. به علت سبك بودن تجهيزات، براحتي قابل انتقال است.
5.بي‌خطر بودن براي اپراتور
معايب
1.نياز اپراتور به مهارت كافي (حداقل سطح?2).
2.انحصار آزمون به مواد هادي فلزي
3.عمق نفوذ كم (حداكثر حدود 8 ميلي‌متر) كه بستگي به جنس ماده دارد (شكل2).
4.دشواري آزمون مواد مغناطيسي با اين روش.
كاربردها
1.ترك‌يابي. تشخيص و اندازه‌گيري عمق، اندازه و جهت ترك. مثلاً در شكل 3، عمق ترك‌هاي c, b, a به ترتيب برابر 0.04، 0.02،0.008 اينچ است.
2.اندازه‌گيري ضخامت پوشش‌هاي غيرفلزي و فلزي بر روي فلزات (شكل3).

http://www.sanatekhodro.com/CrThumb.aspx?Pic=sanatekh\Images\31\65878491028548 2.jpg&X=363&Y=132 (http://javascript<b></b>:;)
شكل 3
3.طبقه‌بندي مواد براساس جنس آنها (شكل 4 و 15).
4.تشخيص قطعات فلزي عمليات حرارتي شده از قطعات عمليات حرارتي نشده. مثلاً، هدايت الكتريكي آلومينيم T861ا-2024 برابر IACSا38% و O-ا2024 برابر IACSا50% و T4ا-2024 برابر IACSا29% است (شكل 4).
5.تشخيص ميزان خوردگي، ساييدگي و كوچكترين تغييرات ضخامت.

[/URL]

طرح مشكل موجود
يك شركت ريخته‌گري قطعات خودرو با يك شركت خارجي، قراردادي مبني‌بر توليد قطعه‌اي مشابه شكل 5 منعقد كرد. از آنجا كه شركت خارجي اين قطعات را با CNC تراشكاري مي‌كرد، با توجه به مفاد قرارداد، از تحويل‌گيري قطعاتي كه داراي كاربيد سطحي بودند، امتناع مي‌كرد. زيرا اين نوع قطعات داراي كاربيد، به تيغه‌هاي دستگاه‌هاي تراش صدمه مي‌زد. در محموله‌اي هزار عددي، به‌طور تصادفي چند قطعه داراي كاربيد سطحي مشاهده شد. لذا، شركت خارجي كل محموله را تحويل نگرفت. شركت توليدكننده در پي‌يافتن راه‌حلي غيرمخرب و عملي بود تا ابتدا قطعات معيوب را جداسازي كرده و شركت خارجي را متقاعد سازد كه روش جداسازي آن كاملاً مطمئن است. به مشخصات متالورژيكي قطعات توجه كنيد.


http://www.sanatekhodro.com/CrThumb.aspx?Pic=sanatekh\Images\31\48606953478041 3.jpg&X=250&Y=174 (http://javascript<b></b>:;)
شكل 5
1. آناليز شيميايي
عمل آناليز، پس از تهيه پولكي، با دستگاه كوانتومتر انجام شد. نتايج آناليز دو قطعه بر حسب درصد عناصر موجود، عبارت بود از:

2. سختي‌سنجي
از قطعه كاربيددار و سالم، به روش برينل از سطح (با ساچمه 1 ميلي‌متر و نيروي 30كيلوگرم) و مغز (با ساچمه 10 ميلي‌متر و نيروي 3000 كيلوگرم) سختي‌سنجي به عمل آمد كه نتايج آن به شرح ذيل است:






3. ساختار ميكروسكوپي
هر دو نمونه، پس از برش و آماده‌سازي، مورد بررسي متالوگرافي قرار گرفت. نتايج و عكس‌هاي مربوطه در ذيل ارائه شده است:
نمونه كاربيددار (نمونه 1) داراي گرافيت‌هاي نوع A, D, E به‌طور پراكنده در سطح و مغز و نمونه سالم (نمونه 2) شامل گرافيت‌هاي نوع B و A در مغز و كمي نوع E و D در سطح بود (شكل‌هاي 6 و 7). پس از اَچ با محلول نايتال 2 درصد، مشخص شد كه در سطح (نمونه 1) حدود 80 درصد و در مغز حدود 25 درصد و در (نمونه 2) حدود كمتر از 2 درصد كاربيد وجود دارد (شكل‌هاي 8 تا 11).
(http://javascript<b></b>:;)
روش آزمون با دستگاه ادي كارنت
به منظور آزمون، از دستگاه NORTEC 3000 و آزمون بلوك (0ا-Ferrite to 7075) و پروب KHZا1~50 استفاده شد (شكل‌12).
پس از كاليبره كردن دستگاه با شش عدد آزمون بلوك موجود و قرار دادن بر روي دو نمونه چدني كاربيددار (نمونه 1) و سالم (نمونه 2)، منحني هدايت الكتريكي بر طبق نمودار ذيل به دست آمد.

سپس با تغيير زاويه، فركانس و شدت، دقت دستگاه به حدي افزايش يافت كه اختلاف نمودار دو نمونه چدني، زياد و قابل تشخيص باشد. پس از تنظيمات فوق و قرار دادن پروب روي دو نمونه چدني، منحني هدايت الكتريكي آنها مطابق با نمودار ذيل حاصل شد. نقطه شروع (10,10) در واقع هدايت الكتريكي هوا دستگاه است.
پس از به دست آمدن عوامل و كاليبره كردن دستگاه بر روي نمونه‌هاي چدني، با قرار دادن پروب روي قطعات، قطعات كاربيددار براحتي از قطعات سالم قابل تشخيص بوده و هر چه ميزان كاربيد بيشتر مي‌شد، نمودار پايين‌تر از خط آبي (كاربيددار Sample 1) و هر چه كاربيد كمتري داشت، گراف بالاتر از خط صورتي (سالم Sample 2) قرار مي‌گرفت.
نتيجه‌گيري
با توجه به نتايج به دست آمده، مي‌توان به آساني و در زماني بسيار كوتاه (حدود 5 تا 10 ثانيه) و نيز بدون تخريب قطعه و انجام عمليات طولاني و پرهزينه متالوگرافي، به وجود كاربيد و حتي ميزان آن در قطعه ريختگي، پي برد. اين آزمون را مي‌توان به تعداد بيشتري از قطعات و در مواقع لزوم به كل توليد، تعميم داد. لزوم بازنگري در روش‌هاي كنترلي كنوني و جايگزيني روش‌هاي غيرمخرب كارامد، بيش از پيش احساس مي‌شود.
اثر فسفر در فولادها و چدنها فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر عنصري وجود دارد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود.

در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe3P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به دصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است.

در فولادسازي با روش شمش ريزي ، فسفر عنصر ناخواسته اي است.فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد مي دهد. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است.

در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.بهمين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد.

اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 % باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید
ثر سیلیسیم در چدن
سیلیسیم بین عناصر آلیاژی ، قویترین عامل گرافیت زا بشمار می رود که با نقطه ذوب c1410 است که با ترکیب فروسیلیسیم به چدن اضافه می گردد. حضور سیلیسیم باعث سهولت تجزیه سمنتیت شده و به گرافیت زایی در جریان عملیات حرارتی در چدن مالیبل کمک می کند با افزایش مقدار سیلیسیم در چدن طول مرحله آنیلینگ کوتاه می گردد و افزایش مقدار سیلیسیم باعث جلوگیری از سفید شدن چدن شده و بجای چدن سفید چدن خالدار و چدن خاکستری تولید میگردد بنابراین باید حد معینی از سیلیسیم استفاده کنیم محدودیت دیگر استفاده از سیلیسیم زیاد باعث فریتی کردن زمینه و در نتیجه کاهش استحکام خواهد شد . لازم به تذکر است که سیلیسیم مازاد بر مقدار فوق در فریت حل شده و استحکام و سختی را مجدداً افزایش می دهد میزان افزایش بستگی به درصد سیلیسیم حل شده در فریت دارد و می تواند با سختی 100 الی 140 برینل باشد. در عمل برای اجتناب از تشکیل کاربید در چدنهای خاکستری با استحکام بالا به جای استفاده از سیلیسیم به عنوان عنصر آلیاژی از مواد جوانه زا حاوی سیلیسیم استفاده می شود مواد فوق درست قبل از ریخته گری به مذاب اضافه میگردد و چدنهای باسیلیسیم بالا که مقاوم در برابر خوردگی می باشد حدود 14 تا 17 درصد سیلیسیم دارند. و در مقابل اسید سولفوریک،اسید نیتریک مقاوم هست.
تاثیر سیلیسیم در فولاد
این عنصر غیر فلزی به شکل فروسیلیسیم توسط فولاد سازان و به عنوان عنصر اکسیژن زدا و سخت کننده فولادهای کربن دار آلیاژی مصرف می شود.در صورتیکه حداکثر درصد سیلیسیم مصرفی فولادی بین 6% تا 2/2 درصد باشد،آنرا فولاد آلیاژی سیلیسیمی گویند.تمام فولادهای استاندارد دیگر،مقدار سیلیسمی بین2% تا35% درصد دارند.
چند اثر مختلف سیلیسیم عبارتند از :
1-سیلیسیم به همراه عناصر آلیاژهای دیگر نظیر کرم،نیکل،تنگستن،سبب افزایش مقاومت فولاد در برابر اکسیداسیون در دمای بالا می شود؛
2-در اثر افزودن سیلیسیم به فولاد قابلیت کربن زدایی و گرافیتی شدن افزایش می یابد.
3-وجود سیلیسیم در فولاد،درجه حرارت بحرانی را در عملیات حرارتی افزایش می دهد .


چدن خاكستري

Cast iron ، آلياژهاي آهن ، كربن و سيليكون هستند كه در آن ، كربن بيشتري نسبت به مورد موجود در محلول جامد آستنيت د دماي يوتكتيك ، وجود دارد . در چدن خاكستري، كربنيكه آستنيت از حل پذيري فراتر مي رود به عنوان گرافيت ورقه اي بارش مي يابد. چدن خاكستري معمولاً حاوي 2.5 تا 4 درصد C ، 1 تا 3 درصدSi و مواد اضافي منگنز برحسب ميكروساختار مربوطه ( تا 1. 0 درصد Mn در چدن خاكستري و تا 1.2 درصد در پرليت ) مي باشد. فسفر و سولفور نيز در مقادير اندكي به عنوان ناخالصي هاي مازاد، موجود هستند .
كامپوزيت چدن خاكستري را بايد به گونه اي انتخاب نمود كه سه شرط ساختاري پايه را برطرف كند :
● توزيع و شكل گرافيتي لازمه
● ساختار عاري از كاربيد ( بدون مبرد )
● ماتريكس لازمه
براي چدن متدا ول ، ا لمنت و عناصر ا صلي كامپوزيت شيميايي ، كربن و سيليكون هستند . مقدار بالاي كربن ، مقدار گرافيت يا Fe3C را بالا مي برد . كربن بالا و محتواي سيليكوني ، پتانسيل گرا فيتي كردن آ هن را و قا بليت ريختگي آ نرا ، بالا مي برد .
ا ثر تركيبي كربن و سيليكون روي ساختار را معمولاً با تساوي كربن (CE ) در نظر مي گيرند :
S % ) × 0.4 + (Mn % ) × 0.027 – (P % ) × 33. 0 + (Si % ) × 0.3 + C % = CE)
اگرچه ا فزايش كربن و سيليكون و مقدار آنها ، پتانسيل گرافيتي سازي را بالا مي برد و در نتيجه تمايل تبريد را كاهش مي دهد، ولي ا ستحكام به شكل معكوس ، تحت تاثير قرار مي گيرد . ا ين حا لت ، بدليل ارتقاء فريت و سختي پرليت است .
مقدار منگنز به عنوان تابعي از ماتريكس مطلوب ، تفاوت مي يابد ، معمولاً مي توان آنرا تا 1. 0 در صد براي چدن فريتي و تا 1.2 درصد براي چدن پرليتي ، مشاهده كرد چرا كه منگنز يك ارتقاء دهنده پرلتي قوي است . ا ثر سولفور بايد با اثر منگنز ، بالانس و تعديل شود. بدون وجود منگنز در چدن سولفيد آهن ناخواسته ( FeS ) در مرزدانه ها تشكيل خواهد شد. اگر مقدار ميزان سولفور با منگنز تعادل گرديد ، آ نگاه سولفيد منگنز ( MnS ) تشكيل مي شود كه اثر مخرب ندارد چرا كه درون دانه ها توزيع مي شود. نسبت بهينه و مطلوب بين منگنز و سولفور براي يك ساختار فاقد FeS و ماكزيمم مقدار فريت ، عبا رت ا ست ا ز :
15 . 0 + (S ) × 7 . 1 = (%Mn % )
المنت و عناصر اندك ديگري مثل آلومينيم ، آنتيموا ن ، آرسنيك ، بيسموت ، روي، منيزيم ، سريوم و كلسيم مي توانند به شكل قابل ملاحظه اي مورفولوژي ( رخت شناسي ) گرافيتي و ميكروساختا رهاي ماتريكس را تغيير دهند .
بطور كلي ، عناصر و ا لمنت هاي آ لياژي را مي توان به سه طبقه تقسيم بندي كرد: سيليكون و آ لومينيوم ، پتانسيل گرا فيتي شدن را براي تغيير و تبديل يوتكتوئيد و يوتكتيك افزايش مي دهد و تعداد ذات گرافيت را بالا مي برد . آ نها در ماتريكس يك سري محلول حاوي كلوئيد مي سازند. از آنجا كه آنها نسبت فريت / پرليت را بالا مي برند ، استحكام و سختي را كاهش مي دهند .
نيكل ، مس ، قلع ، پتانسيل گرا فيتي شدن را طي تغيير و تبديل يوتكتيك ، ا فزايش مي دهد ولي آنرا طي تبديل يوتكتوئيد كاهش مي دهد ، بنابرا ين نسبت پرليت / فريت را بالا مي برد . ا ين اثر ثانويه بدليل بازنشستگي پراكنش كربن است . اين ا لمنت ها و عناصر در ماتريكس ، محلول هاي جامد مي سازند آ ز آنجا كه آنها مقدار پرليت را بالا مي برند ،
استحكام و سختي نيز بالا مي رود .
كرم ، موليبدن ، تنگستن و وا ناديوم پتانسيل گرا فيتي سازي در هر مرحله را كاهش مي دهند . بنابرا ين مقدار كاربيد و پرليت را ا فزايش مي دهند . بطور ا صولي آ نها در كاربيد متمركز مي شوند و يك سري كاربيد هاي نوع nc (FeX ) مي سازند ولي محلول جامد aFe را هم آ لياژ مي كنند . تا زما نيكه تشكل كاربد روي ندا ده ا ست ، ا ين عناصر و ا لمنت ها ، ا ستحكام و سختي را افزايش مي دهند . در بالاتر از يك سطح خاص ، هر كدام ا ز اينها جامد شد ن يك ساختار داراي Fe3C ( ساختار مخطط ) را تعيين مي كنند كه داراي ا ستحكام كمتر ولي سختي بالاتر مي باشد .
بطور كلي مي توان اينگونه فرض كرد كه خواص زير چدن خاكستري با افزايش استحكام كششي از كلاس 20 به كلاس 60 افزايش مي يابد :
● تمام استحكام ها ، شامل استحكام در دماي بالا رفته
● قابليت ماشيني شدن تا پرداخت كاري ظريف
● مدول كش ساني
● رزيستانس سايش
از سوي ديگر ، خواص ديگر با افزايش استحكام كششي ، كاهش مي يابد به شكلي كه چدن داراي استحكام كم اغلب از چدن استحكام بالا بهتر عمل مي كند . ا لبته زمانيكه اين خواص مهم باشند :
● قابليت ماشيني شدن
● رزيستانس شوك حرارتي
● ظرفيت damping
● قابليت ريخته گري شدن در قطعات نازك
توليد موفقيت آميز يك ريخته گري چدن خاكستري به سيال بودن فلز مذاب و نرخ و ميزان خنك شوندگي بستگي دارد كه تحت تاثير حداقل ضخامت قطعه و تنوع آن ، قرار مي گيرد .
طراحي قالب ريزي و ريخته گري
اغلب برحسب حساسيت قطعه شرح مي دهند . اين امر ، تلاشي است يراي ارتباط دهي خواص در بخشهاي اصلي ريخته گري با ارات تركيبي كامپوزيت و نرخ ميزان خنك شوندگي . تمامي اين فاكتورها به يكديگر مرتبط هستند و مي توان آنها را در يك عنوان كلي مطرح نمود يعني قابليت ريخته شدن كه براي چدن خاكستري مي تواند در يك mold ، حفره داراي نسبت مشخص حجم / مكان و خواص مكانيكي مطابق با نوع آهن ريخته شونده ، توليد شود .
افت هاي حاصل ا ز جريان غلط ، بسته شدن سرد و يا گوشه هاي گرد . اغلب به فقدان سياليت فلزي نسبت مي يابد و ارتباط پيدا مي كند كه قرار ا ست ريخته شود .
شرايط قا لب ، سرعت و ميزان ريختن و ديگر متغييرهاي جرياني برا برو سيال بودن آهن خاكستري صنعتي ، عمدتاً به مقدار و ميزان سوپر حرارت بالاتر از دماي يخ زدن ( مايع ) وا بسته است . با كاهش ميزان كل كربن ، دماهاي مايع ، افزايش مي يابد . و سيال بودن در يك دماي ريختن ، با كاهش مواجه مي شود . سيال بودن را معمولاً به شكل طول جريان در يك قا لب تست سيا ل نوع كروي ، اندازه گيري مي كنند .
اهميت رابطه بين سيا ل بودن ، مقدار كربن و دماي ريختن زماني واضح مي شود كه مشخص گردد درجه بندي در ا ستحكام طبقه ASTM چدن خاكستري تا حد زيادي به تفاوت و ا ختلاف كربن ( 3.60 ~ تا 3.80 در صد براي كلا س 20 ؛ 2.70 ~ تا 2.95 درصد براي كلاس 60 ) وابسته ا ست . بنابراين سيا ل بودن اين چدن ها به معيار حد ماكزيمم دماي ريختن ، ارتباط مي يابد .
ميكروساختار معمولي چدن خاكستري ، ماتريكسي از پرليت با گرافيت فلسي پراكنش يافته كلي مي باشد. شيوه كارخانه مي تواند به گونه اي تنوع داشته باشد كه هسته اي شدن و رشد گرافيت فلسي در ا لگويي انجام گردد كه به تسريع و خواص مورد نظر، بيانجامد. مقدار، اندازه و توزيع گرافيت ها نيز حائز اهمت هستند . خنك شوندگي كه خيلي هم سريع است مي تواند آهن به اصطلاح مبرد شده بسازد كه در آن كربن مازادي به شكل كاربيدهاي بزررگ ، مشاهده مي شود . خنك شوندگي در سرعت و ميزان پايين تر مي تواند چدن خالدار ايجاد كند كه در آن ، كربن به شكل سيماني اوليه ( كاريبد آهن ) و گرافيت ، ظاهر مي شود .
گرافيت ورقه اي يكي از هفت نوع ( شكل يا فرم ) گرافيت شك گرفته در 247 A ASTM است . گرافيت ورقه اي به پنج گروه تقسيم بندي مي شود ( ا لگوها ) كه آنها را با حروف ، نشان مي دهند : از A تا E . اندازه گرافيت با مقايسه يك چارت اندازه ASTM مشخص مي شود كه ظاهرهاي عادي فلس هاي هشت اندازه مختلف را در بزرگنمايي α 100 نشان مي دهد .
گرافيت ورقه اي نوع A ( جهت گيري پراكنده ) براي اكثر مصارف و كاربردها مناسب است . در اندازه هاي حدوسط فلس ، نوع گرافيت فلسي A ، به ديگر انواع در كاربردهاي داراي سايش خاص مثل سيلندرهاي موتورهاي احتراق دروني ، عا لي تر و برتر هستند . گرا فيت ورقه ا ي نوع A ( ا لگوي روزت ) ، خاص خنك شوندگي سريع است . مثل حالت متداول قطعات نازك ( حدود mm 10 ) و در امتداد قعات قطور تر و بعضي مواقع از تلقيح ضعيف ، حاصل مي شوند .
فلس ها ي بزرگ نوع C در چدن و آهن هاي هايپر يوتكتيك فرم مي يابند . اين فلس هاي بزرگ ، رزيستانس و مقاومت به شوك حرارتي را با افزايش هدايت گرنايي و كاهش مدول الاستيك تسهيل و تسريع مي كنند . از سو يدگر ، فلس هاي بزرگ به پرداخت هاي سطحي خوب در قطعات مكانيكي يا استحكام بالا ، يا رزيستانس تماسي خوب ، جوابگويي و هدايت ( رسانايي ) ندارند .
فلس هاي كوچك و با شكل دروني دندريتي داراي جهت گيري در نوع D ، يك پرداخت ماشيني شده ظريفي را با تقليل حفره دار شدن سطح فراهم مي سازد ولي به دست آوردن يك ماتريكس پرليت با ين نوع گرافيت ، مشكل مي باشد . نوع D ممكن است نزديك سطوح خنك شده يا در قطعات نازك شكل گرفته باشد . به شكل متناوب ، اين گرافيت ها با يك ماتريكس فريت ، احاطه شده اند و در قالب ريزي و ريخته گري ، m نقطه نرم را ايجاد مي كنند .
نوع E به شكل درون دندريتي است كه به جاي جهت گيري پراكنده داراي جهت گيري ترجيحي است . نوع E ، عليرغم نوع D مي تواند با ماتريكس پرليت همراه باشد و بنابراين ، يك ريختگري را اجاد مي كند كه خواص سايشي آن به خوبي مورد يك ريختگري حاوي نوع گرافيت A در يك ماتريكس پرلو.يت مي باشد . در واقع كاربردها و مصارف متعددي وجود دارد كه در ان نوع فلس تا زمانيكه به شرايط خواص مكانيكي رسيده باشيم از اهميت بالايي برخور دار نيستند .
چدن خاكستري يكي از قديمي ترين فر آورده هاي ريخته گري فروز است . عليرغم رقابت با مواد جديد تر و ارتقاء انرژي آنها ، چدن خاكستري را هنوز براي آن كاربردها مارفي بكار مي برند كه خواص آن ، ثابت نموده است براي اين كاربرد بسيار مناسب است . چدن خاكستري پس از فولاد نوري پر مصرف ترين ماده فلزي جهت امور مهندسي است . در سال 1967 توليد چدن خاكستري بيش از 14 ميليون تن و يا دو و نيم برابر حجم و مقدار ديگر انواع قالب ريزي و ريخته گري ها تركيبي بود . دلايل متعددي براي معروفيت و كاربرد وسيع آن وجود دارد .
چدن خاكستري داراي خواص متعدد و مطلوبي است كه مواد ديگر ، آنها را ندارند و هنوز در مان ارزان ترين مواد موجود و در دسترس مهندسين مي باشد . ريختگري چدن خاكستري در كاخانه هايي صورت مي گيرد كه سرمايه گذاريهاي خوبي انجام داده اند . هدف از اين متن ، برانگيختن توجه سما به سوي خواص و شاخصه هاي چدن خاكستري ات كه اين ماده را بسيار مفيد كرده است . چدن خاكستري يك از آسانترين قالب ريزيهاي تمام فلزات را در كارخانه دارد و داراي پايين ترين دماي رختن فروس و فلزات است كه ان امر در سيال بودن بالاي آن و قابليت ريختگري به شكل هاي متنوع مشهود است . بدليل حالت خاصي طي مراحل آخر جامد شدن داراي پارگي جامد اندك و يا در بعضي موارد ، فاقد پارگي مايع يه جامد است به گونه اي كه بنظر مي رسد قالب ريزي ، سريعاً به دست مي آيد . براي اكثر مصارف و كاربردها ، چدن خاكستري را در شرايط قطعه خام آن بكار مي برند كه اين كار ، توليد را ساده مي سازد . چدن خاكستري داراي كيفيت ماشيني شدن عالي است و اين حالت سطحي با خواص سايشي عالي فراهم مي كند . رزيستانس چدن خاكستري به خط انداختن و خراشيدگي با ماتريكس مناسب و ساختار گرافيتي خوب ، از مشهوريت و معروفيت بالايي برخور دار است .
ريختگريهاي چدن خاكستري را مي توان در هر پروسه كارخانه اي معين انجام داد . جالب تر اينكه عليرغم اين واقعيت كه چدن خاكستري يك ماده قديم و با مصرف بالا در ساخت و سازهاي مهندسي است ولي متالورژي ماده را تا چند سال اخير ، درستي و دقت ، مشخص نكرده بودند . خواص مكانيكي چدن خاكستري نه تنها با كامپوزيت آن مشخص است بلكه شديداً تحت تاثير شيوه اجراء و كار كارخانه ، خصوص سرعت و ميزان خنك شوندگي در ريختگري ، مي باشد . تمام كربن در چدن خاكستري ، غير از مقدار تركيب شده با آهن براي تشكيل پرلت در ماتريكس به عنوان گرافيت و به شكل فلس هايي با اندازه و شكل متنوع مي اشد . وجود همين فلس هايي شكل گرفته در جامد شدن است كه خواص و شاخصه هاي آهن خاكستري را ايجاد مي كند . در ضمن وجود اين فلس ها خواص مطلوب را به چدن خاكستري مي دهد .
متالوژي چدن خاكستري
مك كنزي در مقاله سال 1944 خود از چدن به عنوان " فولاد به اضافه گرافيت " اشاره كرد . اگرچه تعريف ساده وي هنوز هم بكار مي رود. ولي خواص چدن خاكستري تحت تاثير مقدار گرافيت موجود ، شكل ، اندازه و توزيع گرافيت پوسته اي مي باشد . اگرچه ماتريكس به فولاد شباهت دارد ولي مقدار سيليكون بالا ، به همراه سرعت خنك شوندگي بر مقدار كربن در ماتريكس اثر مي گذارد . چدن خاكستري به دسته اي آلياژهاي سيليكوني كربن بالا متعلق است كه آهن هاي حبه اي و چكش خوار را نيز در برمي گيرد . به استناء منيزيم و ديگر المنت ها و عناصر دانه اي شونده در آهن حبه اي مي توان با وارياسيون هايي در شيوه ذوب و توليد ، هر سه ماده از يك كامپوزيت و تركيب توليد نمود . عليرغم مصرف بالاي چدن خاكستري ، متالوژي آن از سوي كاربران و مصرف كنندگان زيادي دقيقاً شناخته نشده است و حتي بعضاً توليدكنندگان نيز از آن اطلاع دقيقي ندارند . يكي از اولين و كامل ترين مباحث متالوژي چدن خاكستري را مي توان در كتب مربوطه مشاهده كرد . تازه ترين مرور و بررسي متاوژي چدن و تشكيل گرافيت از سوي ويزر و همكارانش ارائه شده است . در اينجا براي جلوگيري از دو گانه شدن اطلاعات فقط حالات ضروري ترمالوژي چدن خاكستري را به بحث مي گذاريم .
تركيبات و كامپوزيت
چدن خاكستري با دامنه وسيعي از تركيبات ، ساخته و توليد مي شود . كارخانجات داراي شراط مشابه ، ممكن است جهت بهره مندي و سود بيشتر و يا صرفه جويي در هزينه مواد خام موجود و ماهيت كلي نوع ريخته گري حاصله در كارخانه خود ، از تركيبات متنوعي استفاده كنند به همين دليل ، آخال تركيبات و مواد شيميايي در مشخصات محصول خريداري شونده جهت قالب ريزي بايد تا حد ممكن بر طرف شود چراكه اين امر نكته مهمي در توليد به شمار مي آيد . دامنه كامپوزيت هايي كه ممكن است در ريخته گري چدن خاكستري مشاهده شود مي تواند اينگونه باشد : منيزيم 2.75 تا 4.00 درصد ؛ منگنز 0.25 تا 1.50 درصد ؛ سولفور 0.02 تا 20. 0 درصد ؛ فسفر 0.02 تا 75. 0 درصد . يك يا چند مورد از عناصر آلياژي زير نيز ممكن است در مقادير مختلفي وجود داشته باشد . موليبدن ، مس ، نيكل ، واناديوم ، تيتانيوم ، قلع ، آنتيمون و كرم . نيتروژن نيزبين 20 تا ppm 92 وجود دارد .

چدن (Cast iron)، آلیاژی از آهن- کربن- سیلیسیم (Fe-C-Si) است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 1/0 درصد) و غالبا عناصرآلیاژی (بیشتر از 1/0 درصد) بوده و به صورت حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی بهکار برده می‌شود.



دید کلی


با وجود کاهش قابل توجه در تولید چدن‌ها در طول دهه گذشته، چدن‌هابه عنوان مهمترین آلیاژهای ریختگی مورد توجه بوده‌اند. محبوبیت ریشه ای چدن‌ها درریخته گری اشکال پیچیده با هزینه‌های پایین تولید، قیمت تمام شده نسبتا پایین ومحدوده وسیع خصوصیاتی که قابل دسترسی توسط کنترل دقیق ترکیب و سرعت خنک کردن بدونتغییرات بنیانی و اساسی در روش‌های تولید، است.
چدن خام


آهن (http://javascript<b></b>:;)، اغلب از کانه های اکسیدیا کربنات کهگوگرد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%AF)،آ رسنیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%B1%D8%B3%D9%86%DB%8C%DA%A 9) وغیره از آنها زدوده شده باشد با برشته کردن در هوا، و کاهش باکربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) تهیهمی‌شود. کانه آهن با کک وکربناتکلسیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A7%D8%A A+%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D9%85) آمیخته شده و در یک کوره بلند که دمای بیشینه آن 1300 درجه سانتیگراداست، گرم می‌شود و ناخالصیهای عمده اسیدی به کمک سرباره (کلسیم سیلیکات، آلومینات وغیره) خنثی می‌شود و توده فلزات مذاب به صورت چدن خام به بیرون جریان می‌یابدچدن خامشامل 2 الی 4 درصد کربن و اندکی گوگرد، فسفر و سیلسیم است. چدن مذابرا به صورت خام یا پس از افزودن فلزهای آلیاژ دهنده، برای بهبود خواص چدن، درقالبهایی از ماسه یا فلز و بر حسب نوع مصرف، آنها را به صورت اشکال مختلف درمی‌آورند.
آلیاژهای چدن


فلزهای آلیاژ دهنده برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه بهآن افزوده می‌شوند. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایداراست به کار می‌روند و حتی ممکن است در مواردی نیز، مثلا ساخت میل لنگ، جانشینفولاد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF) شوند. درهر حال، با دارا بودن مزایایی از قبیل: از قیمت تمام شده تولید پایین توام با قابلیتریخته گری، استحکام، قابلیت ماشین کاری، سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاوم دربرابر خوردگی، انتقال حرارت و جذب ارتعاش در این آلیاژ آن را از سایر آلیاژهایریختگی آهنی متمایز ساخته است.
انواع ساختارهای زمینه چدن


اساس خواص مکانیکی چدن به زمینه آن بستگی دارد. به همین دلیل است چدن ها را با عبارت ساختار زمینه آنها برای مثال انواع پرلیتی یافریتی توصیف می‌کنند. مهمترین ساختارهای زمینه چدن عبارتند از:
فریت


فریت محلول جامد Fe-C است که به طور قابل ملاحظه‌ای Si و مقادیرکمتریNi ,Cu ,Mnدر آن حل شده‌اند. فریت نسبتا نرم، چکشخوار، استحکام کم، مقاومت به سایش ضعیف، شکست خوب، ضریب هدایت گرمایی نسبتا خوب وقابلیت ماشینکاری خوبی است. یک زمینه فریتی را می‌توان به طور ریختگی تولید کرد امااغلب با عملیات حرارتی باز پخت (تابکاری) می‌توان به آن دست یافت.
پرلیت


مخلوطی از فریت و سمانتیت Fe3C است که توسطواکنش یوتکتیک از آستینیت تشکیل شده و نام پرلیت از ظاهرصدف گونه‌اشمشتقشده است. پرلیت نسبتا سخت و از چقرمگی کمتری برخوردار بوده و ضریب هدایت گرمایی کمو در ضمن از ماشینکاری خوبی برخوردار است. وقتی فاصله بین دانه‌های پرلیت در زمینهکم می‌شود خواص مکانیکی افزایش می‌یابد مقدار کربن پرلیت در فولادهای غیر آلیاژی 0.8 % است در حالی که در چدنها بسته به ترکیب چدن و سرعت خنک شدن متغیر بوده و حتیمی تواند کمتر از 0.5% در چدن های پرسیلسیم باشد.
فریت- پرلیت


ساختار مخلوطی است که غالبا برای رسیدن به خصوصیاتی بینابینیاز آنچه که در فوق شرح داده شده به کار گرفته می‌شود.
بینیت


این ساختار می‌تواند به صورت ریختگی با افزودن عناصر آلیاژیMoوNiبه مقادیرمعین تولید شود. در ضمن جهت اطمینان بیشتر می‌توان توسط عملیات حرارتی آستمپر نیز بهاین ساختار رسید. این آلیاژ، با توجه به صرفه اقتصادی اخیرا توانسته‌است نقش موثریبویژه در مهندسی خودرو، قطعات دنده ها، قطعات انتقال نیرو داشته باشند. مزایای چدنهای گرافیت کروی آستمپر عبارتند از: استحکام کششی بالا توام با چقرمگی، انعطافپذیری و استحکام خوب، مقاومت به سایش و خراش، ظرفیت بالای جذب صدا و کارکرد، خواصریخته گری خوب، فرم پذیری نزدیک به شکل نهایی حتی در شکل های خیلی پیچیده، قابلیتماشینکاری خوب در حالت ریخته گری و حدود 10% صرفه جویی در وزن در مقایسه با فولاد.
آستنیت


برای پایدار نگاه داشتن این فاز در طول عمل خنک شدن یک عنصر آلیاژیبا مقدار زیاد و معینی لازمست. چدن گرافیت ورقه ایوگرافیت کروی آلیاژی(نیکل- سخت) چدن هایی با زمینه آستنیتی و دارای خواص عالی حرارتی ، مقاومت بهخوردگی و نیز غیر مغناطیسی هستند. این زمینه می‌تواند خصوصیات چقرمگی خوب، مقاومتبه خزش، تنش پارگی تا دمای 800 درجه سانتیگراد و یک محدوده گسترده ای از انبساطحرارتی که تابع از Si موجود در چدن است را نشان دهد.
انواع چدن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9+%DA% 86%D8%AF%D9%86)


چدن ها به دو گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصدعمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور ومقاصد ویژه از جمله چدن های سفید و آلیاژهای که برای مقاومت در برابر سایش، خوردگیو مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چدن های عمومی (معمولی):


اینچدن ها جزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و بر اساس شکل گرافیت به انواع زیرتقسیم بندی می‌شوند:



چدن گرافیت لایه ای یا چدن خاکستری ورقه‌ای
چدن گرافیت مالیبل یا چدن چکش‌خوار
چدن گرافیت کروی یا چدن نشکن
چدن گرافیت فشرده یا کرمی شکل

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص:



این چدن ها با آلیاژهای چدنی معمولی فرق می‌کنند. میزان عنصر آلیاژی درآنها بیش از 3% بوده و لذا آن را نمی‌توان توسط مواد افزودنی به پاتیل اضافه کرده وبه یک ترکیب پایه استانداردی رساند. این چدن های آلیاژهای به آلیاژهای عاری ازگرافیت و گرافیت‌دار تقسیم بندی می‌شوند و به صورت های مقاوم به خوردگی، دمای بالا،سایش و فرسایش می‌باشند.




چدن های بدون گرافیت:

چدن سفید پرلیتی: مقاوم به سایش
چدن سفید مارتنزیتی (نیکل-سخت): مقاوم به سایش
چدن پر کُرُم (33-17 %Cr ): مقاوم به خوردگی، سایش و حرارت

چدن های دارای گرافیت:

چدن سوزنی: استحکام بالا و مقاوم به سایش
آستنیتی: شامل دو نوع نیکروسیلال یعنی نیکل سیلسیم بالا و نیکل مقاوم (Ni-resist) و هر دو مقاوم به حرارت و خوردگی
فریتی: شامل دو نوع چدن، پر سیلسیم (15%) مقاوم در برابر خوردگی و چدن 5%سیلسیمدر سیال مقاوم در برابر حرارت
برخی از کاربردهای چدن‌ها:




در تولید قطعات ریختگی تحت فشار از جمله شیر فلکه ها، بدنه های پمپ قطعات ماشین آلات که در معرض شوک و خستگی هستند، میل لنگ ها، چرخ دنده ها، غلتک ها، تجهیزات فرایند شیمیایی، مخازن ریختگی تحت فشار و...


برای خودرو و صنایع وابسته به آن مثلا در ساختمفصل های فرمان، دیسک ترمزها، بازوها، میل لنگ‌ها و چرخ دند‌ه‌ها، صفحه کلاچ‌هاو...


در راه آهن، کشتیرانی و خدمات سنگین و دیگر جاهایی که نیاز به مقاومت در برابرشوک است مثلا در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها، بدنه موتور، پمپ ها، بست ها و غیره


قطعات غیر فشاری برای کاربردهای درجه حرارت بالا برای مثال در ساخت قطعات وجعبه های درگیر با آتش، میله های شبکه، قطعات کوره‌ها، قالبهای شمش، قالبهای شیشه،بوته‌های ذوب فلز.


اگر چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند،چدن‌های نیکل مقاوم و نیکروسیلال و نیکل و کروم بالا به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص به خودشان هستند. مهمترین کاربرد این چدنها در پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ‌ها و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند،قطعات مورد استفاده در سیستم های بخار و جابجایی محلول های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی [U]نفت خام (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%81%D8%AA+%D8%AE%D8%A7%D9% 85) اسیدی در صنایع نفت هستند.





ريخته گري نواري

در برخي از كاربردها مانند زيرلايه ها و پكيج هاي الكتريكي و دي الكتريك ها براي خازنها به ورقهاي نازك سراميكي احتياج داريم. ريخته گري نواري براي ساخت چنين ورقهاي نازكي در حجم زياد و هزينه كم توسعه يافته است. اين روش مشابه ريخته گري دوغابي است، بجز اينكه دوغاب بجاي اينكه درون يك قالب ريخته شود، روي يك سطح صاف گسترده ميشود.
ريخته گري نواري متشكل از يك دوغاب بر پايه پودرهاي سراميكي، حلالها، پراكنده سازها چسب و پلاستيك سازها هستند. يك دوغاب گاز زدايي شده و بخوبي پراكنده گرديده به داخل يك حمل كننده متحرك، تغذيه شده و توسط تيغه نازكي مسطح ميشود. بعد از اينكه يك ورقه نازك كاملا يكنواخت تشكيل شد، حلال تبخبر شده و نوار خشكي را با استحكام كافي ايجاد مي نمايد كه ميتواند بريده شود و تحت عمليات پخت قرار بگيرد. ورقه هاي نازك خام را مي توان لايه لايه بر روي هم قرار داد و كامپوزيتهاي چند لايه ايجاد نمود.


همچنين ريخته گري نواري امكان ايجاد مواد داراي شيب عملكردي[1] (http://www.iran-eng.com/#_ftn1)را براي كاربردهاي ويژه ميسر مي نمايد. اين مواد را ميتوان توسط قرار دادن لايه لايه نوارها با تركيبات شيميايي متفاوت ايجاد نمود. مواد كامپوزيتي با خواص بهبود يافته را ميتوان با جهت دادن ويسكرها يا ذرات صفحه اي توسط ريخته گري نواري توليد نمود. اين اثر در ريخته گري نواري پودرهاي Bi4Ti3O12 با مورفولوژي صفحه اي و ويسكرها يا ذرات صفحه اي SiC در زمينه Al2O3 نشان داده شده است. اجزا تشكيل دهنده مخلفي را مي توان در فرمولاسيون دوغاب ريخته گري نواري بكار برد . دو سيستم بصورت نمونه در جدول 1-1 آمده است




اجزاء تشكيل دهنده دوغاب


نقش


وزن در مخلوط(g)


مثال (1)
Al2O3


سراميك


100.0


روغن ماهي منهادن


پراكتده ساز


1.8


گزيلن (Xylene)


حلال


21.0


الكل اتيليك بدون آب


حلال


13.7


فتالاتهاي (Phthalate) مخلوط شده


پلاستيك ساز


3.6


پلي آلكيلين گليكول


پلاستيك ساز


4.3


پلي وينيل بوتيرال (PVB)


بايندر (چسب)


4.0


مثال (2)
Al2O3


سراميك


100.0


استر فسفاتي( Bycostat C213)


پلاستيك ساز


8.0


تري كلرو اتيلن اتانول


حلال


38.8


دي بوتيل فتالات


پلاستيك ساز


0-21.0


پلي وينيل بوتيرال (PVB)


بايندر (چسب)


2.0-7.0


پودر هاي سراميكي بايد عاري از آگلومره هاي سخت باشند كه مي توانند تزاحماتي را در فشردگي ذرات بصورت متراكم و دستيابي به دانسيته كامل در طي عمل زينتر ايجاد نمايد.بخاطر فشارهاي بالاي شكل دادن كه در ريخته گري نواري وجود ندارند ، متلاشي شدن كامل آگلو مره ها براي تهيه نوارهاي خيلي نازك ضروري مي باشد.
حلالهاي مورد استفاده قرار مي گيرند تا بايندر، پلاستيك ساز، و پراكنده ساز را حل مي نمايد. آنها نبايد با سراميك واكنش دهند. حلالهاي آبي و غير آبي را مي توان براي ريخته گري نواري Al2O3 و ZrO2 بكار برد. حلال هاي آبي براي ريخته گري نواري سراميكهاي غير اكسيدي نظير SiC، AlN، Si3N4 مناسب نمي باشد، زيرا آنها با آب واكنش داده و توليد هيدروژن مت نمايد.اين امر pH سيستم را تغيير داده و سبب تشكيل حفره ميشود.
پراكنده سازها در غلظت 0.5-2Wt% (درصد وزني) افزوده مي شود. براي قضاوت در مورد كارايي يك پراكنده ساز و پيدا كردن غلظت بهينه آن، رفتار ته نشين شدن و ويسكوزيته دوغاب را مي توان به صورت تابعي از غلظت پراكنده ساز پيدا نمود.
براي حصول بهترين تاثير پراكنده ساز، حلال، پراكنده ساز و پودرهاي سراميكي قبل از افزودن چسب و پلاستيك ساز آسياب مي گردد.
«بايندر(چسب) » قابليت انعطاف و استحكام نوار خام را افزايش داده و حمل و نقل و جابجايي، نگهداري، و تحت عمليات قرار دادن نوار مثل عمليات برش و پانچ كردن را مقدور مي سازد.بايندر بايد سازگار با پراكنده ساز باشد و بايد روانسازي بين ذرات را فراهم نمايد و نبايد در طي تبخبر حلال واكنش دهد.وزن مولكولي بالاي بايندر براي ايجاد چقرمگي و استحكام و دماي گذر شيشه اي پايين، مطلوب باشد.نمونه اي از اين بايندرهايي كه در سيستمهاي غير آبي بكار مي روند عبارتند از PVA,PVB، پلي اتيلن و PMMA. پلاستيك سازهاي رايج عبارتند از ديو كتيل فتالات، دي بئتيل فتالات، بوتيل بنزيل فتالات، و پلي اتيلن گليكول است. در سيستمهاي آبي پليمرهاي آكريليك، متيل سلولز، وPVA اغلب به عنوان بايندر به كار مي روند. گليسيرين، اتيل گليكول، و دي بوتيل فتالات به عنوان پلاستيك سازها در اين سيستمها استفاده ميشوند.
سوزاندن بايندر مي تواند در ريخته گري نواري و ديگر عمليات شكل دادن خام مشكل ساز باشد. يكي از شيوه ها براي حذف بايندر پليمري ، پليمريزاسيون حلال و پراكنده ساز بعد از ريخن مي باشد. مزيت حذف بايندر پايين تر آوردن ويسكوزيته دوغاب است كه ميزان بيشتر بار كردن( افزودن) پودر به دوغاب را مجاز مي نمايد. روش جايگزين ديگر استفاده از ژلهاي كلوئيدي بدون استفاده از بايندرهاي آلي است. جدول 2 مثالهايي از فرمولاسينهاي دوغاب مورد استفاده براي هر دو شيوه در بالا را نشان ميدهد.
سه نوع از «انتقال دهنده ها»[2] (http://www.iran-eng.com/#_ftn2) كه معمولا براي ريخته گري نواري استفاده مي گردند عبارتند از: صفحه شيشه اي صلب، نوار نقاله فولادي پيوسته، و لايه نازك پلاستيكي قابل انعطاف .صفحه شيشه اي معمولي با ضخامت 6mm يا بالاتر براي بيشتر عمليات ريخته گري نواري رضايتبخش مي باشند. با اين وجود، جابجايي و حمل و نقل صفحات شيشه اي بالقوه خطرناك ميباشد.

ماده
نقش
ميزان(wt%)
Al2O3


سراميك


66.5


MgO


ممانعت كننده از رشد دانه


0.1


آب


حلال


16.3


اسيد آكريل سولفونيك كندانسه


پراكنده ساز


2.5


امولسيون پليمري آكريليكي


بايندر(چسب)


7.0


پلي اتيلن گليكول


پلاستيك ساز


4.2


بوتيل بنزيل فتالات


پلاستيك ساز


3.1


اكتيل فنوگزيتانول غير يوني


عامل تر كننده


0.2


امنولسيون پايه مومي


كف زدا


0.1




جدول 2: فرمولاسيون دوغاب پايه آب براي ريخته گري نواري







روش دكتربليد

مرسوم ترين روش ريخته گري نواري، روش دكتربليد است. اين روش شامل ريخته گري يك دوغاب روي سطح متحرك ( معمولا يك فيلم نازك از استات سلولز، تفلون ،Mylar يا سلفون) است و دوغاب را با يك ضخامت كنترل شده و طول مشخص توسط تيغه مسطحي توزيع ميكند. دوغاب حاوي يك سيسيتم بايندر حل شده در يك حلال است. بايندر كافي وجود دارد بطوريكه وقتي حلال خارج ميشود، يك نوار قابل انعطاف حاصل گردد. خروج حلال با تبخير كردن انجام ميپذيرد. همانند ريخته گري دوغابي، سيال بايد آهسته خارج شود تا از ترك خوردن، ايجاد حباب يا اعوجاج جلوگيري بعمل آيد. اين آهسته خشك كردن در فاصله بين تيغه و قرقره جمع كننده صورت مي گيرد. تبخير توسط حرارت دادن كنترل شده يا جريان هوا حاصل مي شود، نوار قابل انعطاف خشك، بدور يك قرقره جمع شده و براي استفاده انبار ميشود.

ساير روشهاي ريخته گري نواري
دومين روش ريخته گري نواري، "روش آبشاري" است. دوغاب در يك سيستم گردش كننده دوغاب بصورت يك پرده پيوسته پمپ مي شود. يك نوار نقاله، سطح صافي را از ميان اين دوغاب عبور مي دهد. يك لانه نازك و يكنواخت از دوغاب كه روي سطح صاف نقاله قرار دارد توسط نوار نقاله به ناحيه خشك كردن، انتقال مي يابد. اين روش براي شكل دادن يك نوار نازك براي دي الكتريك هاي خازن و يا تهيه يك نوار ضخيم تر براي الكترودهاي متخلخل در سلولهاي سوختي استفاده مي شود. همچنين از اين روش براي اعمال پوشش شكلاتي بر روي باريكه هاي آب نبات هم استفاده مي شود.
روش سوم ريخته گري نواري، ريخته گري كاغذي[2] (http://www.iran-eng.com/#_ftn2)است. كاغذي با خاكستر كم( يعني بعد از سوختن خاكستر كمي ايجاد ميكند) از ميان يك دوغاب عبور داده ميشود. دوغاب كاغذ را تر كرده و به آن مي چسبد. ضخامت اين ماده چسبيده شده بستگي به ويسكوزيته دوغاب و طبيعت كاغذ دارد. كاغذ پوشش داده شده از ميان يك خشك كن عبور كرده و نوار حاصله بر روي قرقره جمع مي شود. اين كاغذ بعدا طي يك فرايند سوختن زدوده مي شود. براي ساخت سازه هاي لانه زنبوري براي مبدلهاي حرارتي از اين روش استفاده مي گردد.
كاربردهاي ريخته گري نواري
كاربردهاي اصلي ريخته گري نواري ساخت دي الكتريكهاي خازنهاي چند لايه اي و تهيه زيرلايه هاي Al2O3 و پكيجهاي چند لايه اي براي مدارات يكپارچه مي باشد. لايه هاي سفيد پكيج، از جنس Al2O3هستند. خط هاي مشكي و نواري، فلزهاي رساناي الكتريكي ( تنگستن يا موليبدن) هستند.Al2O3 خطوط مدار فلزي را عايق ميكند و امكان كوچك كردن مدارات پيچيده را ميدهد. هر لايه Al2O3 از يك مقطع ريخته گري نواري تهيه ميشود. الگوهاي فلزي بر روي نوار اسكرين پرينت[3] (http://www.iran-eng.com/#_ftn3) مي شوند. لايه هاي نوار با الگوهاي فلري مناسب روي هم انباشته مي شوند و با هم اتصال برقرار مي كنند. سپس با دقت در دماي متوسط بايندرها خارج مي شوند و فشرده پودري Al2O3 در دماي بالا، متراكم (پخت) مي گردد. مدارات فلزي در داخل لايه هاي Al2O3 محبوس شده و از در معرض محيط اطراف قرار گرفتن، محافظت مي شوند.

[caren]

با عرض سلام:لطفا در مورد موادی که تحمل استقامت در برابر مواد مذاب تا درجه حرارت1800سانتی گراد را دارد مانند چدن راهنمایی کنید.من میخواهم یک غلاف که در داخل مواد مذاب چدن قرار میگیرد بسازم لطفا راهنمایی کنید.با تشکر