فرایندهای ریخته گری آلومینیوم
فرایندهای ریخته گری آلومینیوم
آلومینیوم یکی از چند فلزاتی است که میتواند توسط همه فرایندها استفاده شده و در ریخته گری فلزات مذابریزی شود. این فرایندهابه ترتیب باعث کاهش میزان ریخته گری آلومینیوم می شوند که عبارتند از : دایکست، ریخته گری قالب دائمی، ریخته گری ماسه ای (ماسه تر و ماسه خشک)، ریخته گری در قالب گچی، ریخته گری دقیق و ریخته گری مداوم. بقیه فرایند ها نیز مانند ریخته گری با فوم یکبارمصرف، ریخته گری کوبشی، پرسکاری ایزواستاتیک حرارتی نیز معرفی شده اند.
عوامل متعددی بر انتخاب فرایند ریخته گری برای تولید آلیاژآلومینیوم تاثیر گذار هستند. مهمترین این عوامل برای همه فرایندهای ریخته گری عبارتند از:
- عامل هزینه و امکان سنجی
- عامل کیفیت
از نظر امکان سنجی، بسیاری از آلیاژهای ریخته گری آلومینیوم میتوانند توسط هر روش در دسترسی تولید شوند. برای تعداد قابل توجهی از قطعات ریخته گری خصوصیات طراحی با ابعادی به طور خودکار بهترین روش ریخته گری را تعیین میکنند. چون وزن قالب فلزی از ۱۰ تا ۱۰۰ برابر وزن قطعه ریخته گری است که آنها برای تولیدشان استفاده میشوند، بسیاری از قطعات بزرگ ریخته گری در قالب ماسه ای به جای قالب دائمی یا دایکست ساخته میشود. قطعات ریخته گری کوچک معمولا با قالبهای فلزی برای اطمینان از دقت ابعاد ریخته گری آنها ساخته میشوند.
عامل کیفیت نیز در انتخاب فرایند ریخته گری مهم است. هنگام انجام ریخته گری اصطلاح کیفیت به هر دو درجه از صحت ( عاری بودن از تخلخل، ترک خوردگی و عیوب سطحی ) و همچنین سطح خواص مکانیکی ( استحکام و انعطاف پذیری ) اشاره دارد.
این مساله را باید مد نظر قرار داد که در ریخته گری دایکست (در قالب) گرچه نرخ سرد شدن زیاد است، هوا تمایل به محبوس شدن در قطعه ریختگی دارد که مقدار تخلخل را در مرکز قطعه به طور قابل توجهی افزایش میدهد.تحقیقات گسترده ای جهت یافتن راهی برای کاهش اینگونه تخلخلها صورت گرفته است اگر حذف کامل آنها غیر ممکن نباشد کار دشواری است. ریخته گری دایکست اغلب استحکام کمتری نسبت به ریخته گری تغذیه در قالب دائمی یا کم فشار می باشد که با وجود سرد شدن آهسته تر کامل میشود.
دایکست
آلیاژهای آلومینیوم بسیار گسترده ترازآلیاژهای سایر فلزات پایه در دایکست به کار میروند. فقط درآمریکاسالانه ۵/۲ میلیارد دلارارزش آلیاژهای آلومینیوم دایکست شده است. آلیاژهای آلومینیوم دایکست شده تقریبا دو برابر تناژ آلیاژهای ساخته شده توسط سایر فرایندهای ریخته گری مصرف میشوند.
دایکست به طور خاص برای تولید حجم بالای قطعات نسبتا کوچک مناسب است. استفاده از دایکست برای تولید قطعات تا وزن ۵ کیلوگرم شایع است ولی ریخته گری قطعات تا ۵۰ کیلوگرم زمانی صورت میگیرد که هزینه های بالای ماشین وابزار ریخته گری مقرون به صرفه باشد.
کاربردهای رایج آلیازهای آلومینیوم دایکست شده شامل :
- آلیاژ ۳۸۰۰- بدنه ماشین چمن زنی ، چرخ دنده
- آلیاژA3800– بدنه لامپهای خیایان، بدنه ماشین تحریر، تجهیزات دندانپزشکی
- آلیاژ ۳۶۰۰ – ظروف سرخ کردنی، ورق های محافظ، ابزار آلات، قطعات مقاوم به خوردگی
- آلیازهای ۴۱۳۰- قطعات خارجی موتور مانند پیستون، شاتون، بدنه
- آلیاژهای ۵۱۸۱- قطعات پله برقی، قطعات نقاله، سختافزارهای هواپیمایی و دریایی و وسایل روشنایی.
حفظ تلرانسهای کوچک و تولید سطح خوب کیفیت در دایکست امکان پذیر است. دایکست بهترین طراحی برای قطعات با ضخامت دیواره یکنواخت است. کوچکترین ضخامت دیواره ممکن در عمل برای آلیاژآلومینیوم دایکست بستگی به اندازه قطعه ریخته گری شده دارد.
قطعات دایکست شده بوسیله تزریق فلز مذاب تحت فشار قابل توجه ای به درون قالب ریخته میشوند. سرعت بالای تزریق و انجماد سریع تحت فشار بالا باعت تولید ساختار متراکم و ریز دانه میشود که باعت ایجاد خصوصیات مقاومت به خستگی و سایش عالی قطعه کار میگردد. محبوس شدن هوا و انقباض اگرچه ممکن است باعث بوجود آمدن تخلخل گردد ولی ماشینکاری باید به ۱ میلیمتر برای جلوگیری از نشان دادن آن محدود شود.
آلیاژهای آلومینیوم دایکست شده معمولا عملیات حرارتی نمیشوند ولی بعضی اوقات برای تثبیت اندازه و خواص متالوژیکی این عملیات روی آنها صورت میگیرد.
قطعات دایکست شده بدلیل گازهای ایجاد شده براحتی تحت جوشکاری و عملیات حرارتی قرار نمیگیرند. تکنیکها و مراقبت های ویژه ای برای تولید قطعات فشار بالا نیاز است. انتخاب آلیاژی با دامنه انجماد باریک کمک کننده است. تخلیه حفره ( از هوای محبوس شده) بوسیله مکش برای تولید قطعات دایکست در برخی از کاربردهای خاص نیز استفاده میشود.
تقریبا ۸۵ درصد از آلیاژهای آلومینیوم دایکست شده از آلیاژآلومینیوم – سیلیکون – مس ( آلیاژ ۳۸۰۰ و بسیاری از اصلاحات آن) تولید میشوند.این خانواده از آلیاژهای آلومینیوم ترکیب خوبی از قیمت، استحکام و مقاومت بخوردگی همراه با سیالیت و عاری از شکنندگی که برای آسان کردن ریخته گری نیاز است را فراهم میکنند. برای مقاومت به خوردگی بهتر آلیاژهای با درصد مس کمتر مانند ۳۶۰۰ و ۴۱۳۰ مورد نیاز است.
ریخته گری در قالب دائمی(ریژه ریزی)
ریخته گری در قالب دائمی (قالب ریژه) مانند دایکست برای تولیدات با حجم بالا مناسب است. قطعات تولید شده در قالب ریژه معمولا بزرگتر از قطعات تولید شده در دایکست هستند. ماکزیمم وزنی که در قالب ریژه ریخته گری میشود معمولا حدود ۱۰ کیلوگرم است ولی ریخته گری قطعات بزرگتر زمانی که هزینه های ابزارآلات و تجهزات با کیفیت ریخته گری قابل توجیه باشد، صورت میپذیرد.
در ریخته گری در قالب دائمی( ریژه ریزی) سرعت تغذیه ثقلی و نرخ بارریزی به طور نسبی کم است ولی قالب فلزی سرعت انجماد سریع را فراهم میکند. ریژه ریزی خصوصیات مکانیکی بسیار خوبی را ارائه میدهد.آلیاژهای استفاده شده در ریخته گری عموما سیالیت و مقاومت به پارگی گرم را نشان میدهند.
خصوصیات مکانیکی قطعات ریژه ریزی شده میتوانند با عملیات حرارتی بهتر شوند. اگر ماکزیمم خصوصیات مورد نیاز باشد، عملیات حرارتی شامل محلول سازی در دمای بالا همراه با کوئینچ کردن و سپس پیرسازی طبیعی یا مصنوعی صورت میگیرد. برای ریخته گری های کوچک که در آنها نرخ سرد شدن قالب خیلی سریع است یا برای قطعاتی که زیاد بحرانی نیستند عملیات محلول سازی و کوئینچ ممکن است حذف شود و سردسازی سریع در قالب با تکیه بر محلول سازی ترکیبات پیرسازی را ارائه خواهد داد.
برخی آلیاژهای آلومینیوم ریژه ریزی شده و محصولات عمومی آنها در زیر آمده است:
- آلیاژ ۳۶۶۰ – پیستون خودرو
- آلیاژهای ۳۵۵۰، C3550، A3570، دنده تنظیم، چرخ پروانه موتور، کمپرسورها و تجهیزات هواپیمایی و موشکی که نیاز به استحکام بالایی دارند.
- آلیاژهای ۳۵۶۰، A3560، قطعات ماشین ابزار، چرخ های هواپیما، قطعات پمپ ها، سخت افزارهای دریایی، بدنه شیرها.
- سایر آلیاژهای رایج که برای ریخته گری ریژهای استفاده میشوند عبارتند از : ۲۹۶۰، ۳۱۹۰ و ۳۳۳۰٫
ریخته گری ماسه ای
ریخته گری ماسهای در یک مفهوم کلی شامل شکل دهی یک قالب ریختهگ ری با ماسه که خود شامل ریخته گری در ماسه معمولی و ریخته گری با مدل تبخیری( فوم یکبار مصرف- مدل پلی استایرن) می باشد.
در ریخته گری معمولی قالب با کوبیدن ماسه مخلوط شده و با عامل اتصال مناسب در اطراف یک مدل ساخته میشود. سپس مدل خارج میشود و یک حفره ای به شکل قطعه ای که قرار است ریخته گری شود باقی میماند.
اگر قطعه ریخته گری دارای حفره های داخلی و یا شیب معکوس باشد ماهیچه های ماسهای برای ساخت آنها استفاده میشوند. فلز مذاب در قالب بارریزی میشود و پس از انجماد آن قالب برای خروج قطعه شکسته میشود.
در ساخت قالب و ماهیچه، عوامل اتصال مختلفی برای پیوند بین ماسه ها استفاده میشوند . عامل اتصال اغلب ترکیبی از خاک رس و آب است.
کیفیت ریخته گری تا حد زیادی بوسیله تکنیک مذاب ریزی تعیین میشود. برای بدست آوردن ریخته گری کامل فلز گردانی خوب مورد نیاز است، ریخته گری قطعات پیچیده با ضخامت دیواره متعدد فقط با استفاده از تکنیکهای خوب ممکن خواهد بود.
ریخته گری با مدل تبخیری( فوم یکبار مصرف)
ریخته گری با مدل تبخیری (EPC) یک فرایند ریخته گری در ماسه است که از قالب ماسهای نامقید با مدل پلی استایرن یک بار مصرف که در داخل قالب جایگذاری شده است، استفاده میکند. این فرایند تا حدی شبیه به ریخته گری دقیق است که در آن ماده یکبار مصرف میتواند به فرم مدلهای نسبتا پیچیده در اطراف قالب درآید. با این حال برخلاف ریخته گری دقیق ، ریخته گری با مدل تبخیری (EPC) شامل یک مدل فوم پلی استایرن است که در طول بارریزی فلز مذاب در اطراف قالب ماسهای نامقید، تمایل به تبخیر دارد.
ریخته گری در قالب پوستهای
فلز مذاب درون پوستهای از ماسه که توسط رزین به هم چسبیده شده است و تنها ۱۰ تا ۲۰ میلیمتر ضخامت دارد بارریزی میشود. قالب پوستهای بسیار نازکتر از قالبهای بزرگی است که به طور معمول در مذاب ریزی ماسهای استفاده میشود. ریخته گری قالب پوستهای از نظر کیفیت سطح تمام شده، دقت ابعادی از ریخته گری معمولی بهتر است علاوه بر این نرخ سرد شدن کمی بالاتر است با این حال تجهیزات و قیمت محصول گرانتر میباشد.
ریخته گری در قالب گچی
در این روش هم از گچ نفوذ پذیر( نفوذ هوا) و هم از گچ نفوذناپذیر برای قالب استفاده میشود. گچ به شکل دوغ آب اطراف مدل پاشیده میشود سپس مدل خارج شده و قبل از آنکه مذاب ریزی صورت گیرد قالب گچی پخته میشود. بدلیل میزان عایق بودن بالا قالب گچی اجازه مذاب ریزی لایه نازکی را میدهد.
نازکترین ضخامت دیواره ای که معمولا در ریخته گری آلومینیوم با قالب گچی بدست می آید ۵/۱ میلیمتر است. قالبهای گچی دارای قابلیت تکثیر بالایی هستند، اجازه ریخته گری با تلرانسهای نزدیک و جزئیات خوب را میدهند. خواص مکانیکی و کیفیت ریخته گری بستگی به ترکیب آلیاژ و تکنیک مذاب ریزی دارد. سرعت سرد شدن پایین بدلیل ماهیت عایق بودن بالای قالب گچی مشکلات مربوط به انجماد را نمایانتر میکند. بنابراین برای بدست آوردن خواص مکانیکی خوب انجماد باید بدقت کنترل شود.
هزینه تجهیزات اصلی برای ریخته گری در قالب گچی پایین است ولی بدلیل پایین بودن سرعت مذاب ریزی نسبت به ریخته گری در قالب ماسه ای هزینه عملیات و اجرای آن بالاست. آلیاژهای آلومینیومی که معمولا در ریخته گری با قالب ماسه ای استفاده میشوند عبارتند از : ۲۹۵۰، ۳۵۵۰، C3550 ،۳۵۶۰ و A3560 .
ریخته گری دقیق
ریخته گری دقیق آلومینیوم معمولا از قالبهای گچی یا مدل های یکبار مصرف از موم یا هر چیز زودگداز دیگری استفاده میکند. دوغ آب گچ اطراف مدلها با چندین مرحله لایه گذاری میشود و به محض پخته شدن قالب گچی مدل ذوب شده و به بیرون ریخته میشود.
محصولات ریخته گری قطعات دقیقی هستند، آلومینیوم ریخته گری شده میتواند ضخامت دیوارهای به اندازه ۷/۰تا ۴/۰ میلیمتر داشته باشد. با این حال ریخته گری دقیق اغلب برای تولید مقادیر زیادی از قطعات با اشکال پیچیده که نیازی به ماشینکاری بیشتر ندارند استفاده میشود بنابراین تخلخل داخلی بسیار کم، مشکل زا هستند. بدلیل تخلخل و انجماد آهسته خواص مکانیکی پایین است.
قطعات ریخته گری دقیق معمولا کوچک هستند و برای تولید جواهر آلات و قطعات ابزارآلات دقیق مناسب است.
علاقه شدیدی که اخیرا از طرف صنعت هوافضا به فرایندهای ریخته گری نشان داده شده است منجر به استفاده محدود از تکنولوژی بهبود یافته برای تولیدات با کیفیت برتر شده است. ترکیب این کنترل دقت ابعادی با کنترل دقیق خواص مکانیکی آن زمان میتواند قیمت ها و هزینه قطعه ریخته گری را بدون در نظر گرفتن اجرا توجیه کند.
آلیاژهای آلومینیوم که برای ریخته گری دقیق استفاده میشوند عبارتند از : ۲۰۸۰، ۲۹۵۰، ۳۰۸۰،۳۵۵۰، ۳۵۶۰، ۴۴۳۰،۵۱۴۰، ۵۳۵۰ و ۷۱۲۰٫
ریخته گری گریز از مرکز
ریخته گری گریز از مرکز یکی دیگر از روشها برای اعمال نیرو به فلز برای ورود به قالب است. ماسه پخته شده فولادی، گچ، چدن و قالب گرافیتی و ماهیچه ها برای ریخته گری گریز از مرکز آلومینیوم استفاده میشوند. قالبهای فلزی سرعت سرد شدن سریعتری را فراهم میکنند در نتیجه سطح صحت و خواص مکانیکی مواد تولید شده در این روش برتر از موادی است که به روش ریخته گری قالب دائمی بارریزی میشوند.
چرخها، چرخ هاب، رولهای چاپ در صنعت کاغذ سازی مثالهایی از قطعات آلومینیومی هستند که بوسیله ریخته گری گریز از مرکز تولید میشوند. آلیاژهای آلومینومی که برای ریخته گری در قالب دائمی، ماسه ای، یا گچی مناسباند میتوانند با روش گریز از مرکز نیز ریخته گری شوند.
ریخته گری مداوم
اشکال بلند با سطح مقطع های ساده ( مانند گرد، مربع، و شش ضلعی ) میتواند بوسیله ریخته گری مداوم که در قالبهای فلزی غیر محدود، کوتاه که با آب خنک میشوند، ساخته شوند.
قطعه ریخته گری به طور پیوسته از انتهای قالب خارج میشود بدلیل آنکه قالب با آب خنک میشود نرخ سرد شدن آن بسیار بالاست. در نتیجه تغذیه مداوم قطعه ریخته گری عموما عاری از تخلخل می باشد. با این حال در بسیاری موارد محصولات مشابه میتوانند بوسیله اکستروژن با قیمت تقریبا یکسانی و با خواص بهتری تولید شوند بنابراین استفاده از ریخته گری مداوم تا حدی محدود میشود. بیشترین کاربرد ریخته گری مداوم برای تولید شمشالهای نورد، اکستروژن و آهنگری است.
ریخته گری در قالب مرکب
بسیاری از روش های قالبگیری شرح داده شده در بالا می توانند برای بدست آوردن انعطافپذیری بیشتر در ریخته گری ترکیب شوند. بنابراین ماهیچه های ماسه ای خشک اغلب در قالب های ماسه ای تر استفاده میشوند، و خنک کننده فلز میتواند در قالب ماسه ای برای سرعت بخشیدن به سرد شدن موضعی استفاده شود.
پرسکاری ایزواستاتیکی حرارتی
پرسکاری ایزواستاتیکی حرارتی در ریخته گری آلومینیوم ، پراکندگی تخلخل ها در خواص مکانیکی را کاهش میدهد. در این روش قطعه ریخته گری را از داشتن تخلخل و در نتیجه ضایعات بیشتر نجات میدهد بنابراین باعث بهبود مذاب ریزی می شود. این مزیت برای تولید قطعات رادیوگرافی زمانی که کیفیت سطح بالایی مورد نیاز است اهمیت قابل توجهی پیدا میکند که این سطح در سایر فرایندهای ریختهگری بدست نمی آید.
توسعه پرسکاری ایزواستاتیکی حرارتی مربوط به طیف گسترده ای از ریخته گری با صرفه است اما در رابطه با ریخته گری آلیاژهای آلومینیوم مس مشکل است.
فرایندهای قالب دائمی ترکیبی
اگر چه دایکست، ریخته گری گریز از مرکز و ریخته گری در قالب گرانشی حجم اصلی فرایندهای قالبریزی دائمی را تشکیل میدهند با این حال فرایند های ترکیبی که از قالب دائمی استفاده میکنند نیز وجود دارد. که شامل ریخته گری کوبشی و فرایندهای فلزی نیمه جامد میشوند.
منبع:اینترنت
برگردان:ایران ملد
