تحقیق مقاله ریخته گری چدن

صنعت ریخته گری

ریخته‌گری جزء یکی از روشهای تولید می‌باشد. اصولاً تکنولوژی تولید ریخته‌گری به دو قسمت تقسیم می‌شود: 1- استفاده از قالب های موقت: دراین روش قطعات تولید شده از ریختن مذاب قالب(که براساس کوبیدن مواد نسوز در اطراف مدل معین به وجود آمده است) به دست می‌آید. قالبهای موقت خود به سه دسته ماسه‌ای پوسته‌ای و سرامیکی تقسیم می‌شود. در روش ماسه‌ای مدل که ممکن است از جنس چوب و یا فلز باشد در محفظه قالب قرار می‌گیرد. درون قالب را از ماسه پر می‌کنند و سپس می‌کوبند که این ممکن است به صورت دستی و یا توسط ماشین انجام شود. در جریان قالبگیری دستی اصولاً کوبیدن ماسه و خارج کردن مدل، ایجاد سیستم با مهارت کارگر انجام می‌گیرد و معمولاً سرعت اصلی و اولیه کار بدین صورت است که تولید قالبهایی با دیواره‌های تقریباً نازک صورت می‌گیرد به طوری که قسمتهای خارجی قالب تحت‌تأثیر شکل داخلی و محفظه قالب قرار می‌گیرند. این قالبها نسبتاً سبک وزن بوده و به راحتی قابل حمل و نقل می‌باشد. مواد قالب عبارتند از ماسه‌های ریز و خشک، ذرات سیلس یا زیر کشت که معمولاً حاوی %7 -2 چسب و زرین است که در حرارت سخت می‌شود.روش کار بدین صورت است که این ماسه‌ها را روی مدل می‌ریزند و سپس با شعله،‌ این ماسه‌ها و قالب را حرارت می‌دهند، استحکام سریع و کامل قالب را می‌توان با افزایش درجه حرارت تأمین نمود و در چنین مواردی درجه حرارت 300-450˚C است. قالبهای سرامیکی به نوعی از قالب اطلاق می‌گردد که از مواد نسوز مایع حاصل گردیده باشد و بالطبع از مواد بسیار نرم که سطوح یکنواخت و صاف ایجاد می‌کنند تشکیل گردیده‌اند. دقت زیاد ابعاد، سطوح صاف قطعه ریختگی و قابلیت استفاده در مورد تمام آلیاژها از مزایایی است که به گسترش و استفاده از قالبهای سرامیکی کمک می‌نماید. برای تهیه مدل در مرحله اول به جای ساختن مدل بایستی قالب فلزی ساخته شود و از روی چنین قالبی مدل را از مواد اولیه قابل گداز (موم) تولید می‌نمایند. جنس مدل معمولاً از موم می‌باشد. در تهیه قالب، معمولاً مدل را در یک محلول، که حاوی ذرات نسوز ریز است، فرو برده و چنین محلولی دیواره‌های اولیه محفظه قالب را ایجاد می‌نماید و سپس این پوشش در جریان هوا خشک می‌شود. 2- استفاده از قالبهای دائمی: اصول کلی چنین روشی بر استفاده از قالبهای دائمی فلزی قرار دارد که فلز مذاب به طرق مختلف و یا مستقیماً و یا با اعمال فشار و نیروی خارجی به محفظه تزریق می‌گردد. قابهای دامنی نیز خود به دسته‌های مختلف تقسیم می‌شوند که چند مورد آن توضیح داده می‌شود. در روشی قالبهای دامنی ساده (تحت سنگینی مذاب) عمل مذاب رسانی مشابه ریخته‌گری در ماده است. به طوری که محل ریختن مذاب نسبت به قطعه بالاتر می‌باشد تا نیروی حاصل از اختلاف ارتفاع و ایجاد انرژی پتانسیل قادر به تبدیل به انرژی جنبشی بوده و باعث پرشدن قالب گردد. این سیستم مختص آلیاژهایی که بسیار سیال(روان) می‌باشند،‌ است و با توجه به سرعت انجماد امکان پرشدن قاب تضمین می‌گردد. برای تولید بیشتر و بهتر معمولاً قالبها را از نوع چدن مرغوب و یا فولاد انتخاب می‌کنند و سطوح محفظه قالب را از یک لایه مواد نسوز پوشش می‌دهند حرارت اولیه برای قالبها الزامی است. نوع دیگر ریخته‌گری قالبهای دائمی،‌ ریخته‌گری تحت فشار در قالبهای فلزی می‌باشد که به ریخته‌گری دایکاست مرسوم است. دایکاست یا ریخته‌گری تحت فشار عبارتست از روش تولید قطعه از طریق تزریق مذاب تحت فشار به درون قالب. روش دایکاست از این نظر که در آن فلز مذاب به درون حوزه‌ای به شکل قطعه موردنظر رفته و پس از سرد شدن قطعه مورد نظر بدست می‌آید، بسیار شبیه ریخته‌گری می‌باشد. تنها اختلاف بین این دو روش در نحوه پرکردن حفره قالب است. در قالب دایکاست فلز مذاب تحت فشار با سرعت بیشتری به درون قالب می‌رود و به همین دلیل با دایکاست قطعات با اشکال پیچید‌تری را می‌توان تولید کرد.

چدن چیست؟

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 عناصر آلیاژی (بیشتر از 1/0 درصد) بوده و به صورت حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود.

چدن ها در ریخته گری

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

چدن خام

آهن، اغلب از کانه های اکسید یا کربنات که گوگرد، آرسنیک و غیره از آنها زدوده شده باشد با برشته کردن در هوا، و کاهش با کربن تهیه می‌شود. کانه آهن با کک و کربنات کلسیم آمیخته شده و در یک کوره بلند که دمای بیشینه آن 1300 درجه سانتیگراد است. گرم می‌شود ناخالصیهای عمده اسیدی به کمک سرباره (کلسیم سیلیکات، آلومینات و غیره) خنثی می‌شود و توده فلزات مذاب به صورت چدن خام به بیرون جریان می‌یابد چدن خام شامل 2 الی 4 درصد کربن و اندکی گوگرد، فسفر و سیلسیم است. چدن مذاب را به صورت خام یا پس از افزودن فلزهای آلیاژ دهنده، برای بهبود خواص چدن، در قالبهایی از ماسه یا فلز و بر حسب نوع مصرف، آنها را به صورت اشکال مختلف در می‌آورند.

آلیاژ های چدن

فلزهای آلیاژ دهنده برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شوند. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند و حتی ممکن است در مواردی نیز، مثلا ساخت میل لنگ، جانشین فولاد شوند. در هر حال، با دارا بودن مزایایی از قبیل از قیمت تمام شده تولید پایین توام با قابلیت ریخته گری، استحکام، قابلیت ماشین کاری، سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاوم در برابر خوردگی، انتقال حرارت و جذب ارتعاش در این آلیاژ آن را از سایر آلیاژهای ریختگی 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 یا فریتی توصیف می‌کنند. مهمترین ساختار زمینه چدن عبارتند از:

فریت

فریت محلول جامد Fe-C است که به طور قابل ملاحظه‌ای Si و مقادیر کمتری Ni ,Cu ,Mn در آن حل شده‌اند. فریت نسبتا نرم، چکش خوار، استحکام کم، مقاومت به سایش ضعیف، شکست خوب، ضریب هدایت گرمایی نسبتا خوب و قابلیت ماشینکاری خوبی است. یک زمینه فریتی را می‌توان به طور ریختگی تولید کرد اما اغلب با عملیات حرارتی باز پخت (تابکاری) می‌توان به آن دست یافت.

پرلیت

مخلوطی از فریت و سمانتیت Fe₃C است که توسط واکنش یوتکتیک از استینیت تشکیل شده و نام پرلیت از ظاهر صدف گونه‌اش مشتق شده است. پرلیت نسبتا سخت و از چقرمگی کمتری برخوردار بوده و ضریب هدایت گرمایی کم و در ضمن از ماشینکاری خوبی برخوردار است. وقتی فاصله بین دانه‌های پرلیت در زمینه کم 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 حتی می تواند کمتر از 0.5% در چدن های پرسیلسیم باشد.

فریت- پرلیت

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

بینیت

این ساختار می‌تواند به صورت ریختگی با افزودن عناصر آلیاژی Mo و Ni به مقادیر معین تولید شد. در ضمن جهت اطمینان بیشتر می‌توان توسط عملیات حرارتی آستمپر نیز به این ساختار رسید. این آلیاژ، با توجه به صرفه اقتصادی اخیرا توانسته‌اند نقش موثری بویژه در مهندسی خودرو، قطعات دنده ها، قطعات انتقال نیرو داشته باشند. مزایای چدن های گرافیت کروی آسمتپر عبارتند از: استحکام کششی بالا توام با چقرمگی، انعطاف پذیری و استحکام خوب، مقاومت به سایش و خراش، ظرفیت بالای جذب صدا و کارکرد، خواص ریخته کری خوب، فرم پذیری نزدیک به شکل نهایی حتی در شکل های خیلی پیچیده، قابلیت ماشینکاری خوب در حالت ریخته 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 آلیاژی با مقدار زیاد و معینی لازمست. چدن گرافیت ورقه ای و گرفیت کروی آلیاژی (نیکل- سخت) چدن هایی با زمینه آستنیتی و دارای خواص عالی حرارتی مقاومت به خوردگی و نیز غیر مغناطیسی هستند. این زمینه می‌تواند خصوصیات چقرمگی خوب، مقاومت به خزش، تنش پارگی تا دمای 800 درجه سانتیگراد و یک محدوده گسترده ای از انبساط حرارتی که تابع از Si موجود در چدن است را نشان دهد.