گزارش کارآموزی کارگاه آهنی

(مواد قالب و افزودنی ها)

مواد قالبگیری را می توان به دو گروه زیر تقسیم بندی کرد:

1- مواد قالبگیری موقت یا مصرفی

2- مواد قالبگیری دائمی

ما در این گزارش به بررسی مواد قالبگیری موقت می پردازیم.

موارد مورد بحث درباره این مواد می توانند از نظر ترکیب شیمیایی

خواص فیزیکی و خواص فیزیکی – مکانیکی این مواد باشد.

ماسه

یکی از مهمترین مواد مورد مصرف در قالبگیری موقت قطعات ماسه است. ما می توانیم با استفاده از ماسه قالبهایی با ظرفیت کمتر از یک کیلو تا چند تن را با نوجه به روش قالبگیری تولید کنیم. نصبت ماسه با فلز متفاوت است مانند: 10به 1 می تواند با توجه به قطعه و ر.ش قالبگیری مورد استفاده قرار گیرد. در نقاط مختاف دنیا محل هایی وجود دارد که ماسه با انواع مختلف در آنجا تجمع پیدا کرده است که این محلها را معادن طبیعی ماسه گفته می شود که در نقاط مختلف ماسه با اشکال و اندازه های مختلف یافت می شود.ماسه می تواند به اشکالی مانند گرد، گوشه دار و مخلوطی از هر دو یافت شود.

اندازه یا مش ماسه نیز می تواند متفاوت باشد در ریخته گری آهنی اگر مش ماسه باید کم باشد به دلیل اینکه هرچه مش پایین تر باشد استحکام قالب نیز بالا می رود.

اشکال ماسه نیز اثرات متفاوتی بر روی قالب دارد. اگر ماسه گرد باشد استحکام کم می شود و نفوز گاز افزایش می یابد اما اگر ماسه گوشه دار وتیز باشد استحکام قالب بالا می رود اما نفوذ گاز کم می شود و موجب ایجاد مک در قطعه می شود.

ماسه های ریخته گری عمدتأ از اکسید سیلیسیم و میکاوفلداسپار تشکیل شده اند. ماسه با کیفیت بالا برای ماهیچه ها و قالب های با دقت بالا قرار دارند و در جایی که خواص بی نظیر اینگونه مواد مورد نیاز است

به کار می روند. ماسه های ویژه عبارتند از:

)ZrSiO21- زیرکن (

)FeCr2O42- کرومیت (

)Mg – Fe) 2SiO23- اولین

)FeAl5Si2O12.OH4- استائورولیت (

سیلیس بعد از اکسیژن فراوانترین عنصر در طبیعت است. سیلیس به دو صورت ) که سیلیس می نامند و تبلور بنیان اولیه سیلیکاتها SiO2 اکسید (

) در تشکیل کانیها شرکت دارد.SiO4

)خواص فیزیکی ماسه)Green strenath

1-استحکام تر

پس از افزودن رطوبت به ماسه ماسه تر حاصل می شود.این مقدار رطوبتی که ما می افزاییم باید به طور دقیق افزئده شود تا به تواند انتظاراتی که از ماسه می رود را برابرده کند. ماسه تر باید علاوه بر دارا بودن استحکام کافی باید از شکل پذیری مناسبی برخوردارد باشد تا مابعد از خارج کردن مدل از درون قالب از خود استحکام بالا نشان دهد

همان طور که گفته شد رطوبت و مقدار چسبندگی باید به طور دقیق کنترل شودچون اگر رطوبت از یک درصد مشخص (6%) افزایش یابد می تواند باعث کاهش خواص مکانیکی ماسه شود. استحکام تر یک قالب به عوامل مختلفی چون میزان رطوبت، مقدار چسب،شکل و اندازه و عدد ریزی ماسه بستگی دارد. در نمودار زیر تا ثیر رطوبت را بر استحکام مکانیکی مشاهده کرد.

استحکام استحکام استحکام فشاری

استحکام کششی

استحکام برشی

در صد رطوبت

7 % 6% 5%

2- )استحکام خشک)Dry strength

ما هنگامی به اهمیت استحکام خشک ماسه پی می بریم که مذاب درون قالب ریخته شده و ماسه به دلیل تماس با مذاب تمام رطوبت خود را از دست می دهد و اگر نتواند استحکام خود را به اندازه کافی برای مقاومت در برای مقاومت در برابر فرسایش و نیز استحکام کافی در برابر فشار متا استاتیکی مذاب را داشته باشد باعث می شود که قالب اندازه و ابعاد خود را از دست دهد و ما قطعه خود را با اندازه های دقیق نمی توانیم ریخته گری کنیم و باعث کاهش راندمان ریخته گری می شود.

اما مامی توانیم با کنترل وافزایش رطوبت استحکام خشک ماسه را به اندازه کافی اغزایش بدهیم تا با مشکلا ت گفته شده برخورد نکنیم.

استحکام

در صد رطوبت 7 % 6% 5%

3-(نفوذ پذیری )permeability

ما در قالبگیری با مشکلاتی با معایبی به نام مک های گازی یا حفره روبرو می شویم که این معایب می توانند از بخار شدن رطوبت ماسه و یا تولید گاز کردن مواد دیگر قالب بوجود بیاید. هنگامی که این بخارات و گازها تولید می شود نیاز به راهی برای خروج دارند و اگر نفوذ ماسه کم باشد این گازها در قالب حبس شده و تولید عیب های گفته شده می کند.

ما می توانیم با اظافه کردن مقدار مشخصی از رطوبت (7%) نفوذ پذیری ماسه را افزایش بدهیم اما باید این مقدار به طور دقیق کنترل شود و گرنه با کاهش رطوبت نفوذ پذیری کاهش می یابدو اگر این مقدار بیشتر از مقدار مورد نظر باشدباعث می شود چسبندگی ماسه افزایش یابد و راه خروج گازها بسته شود و مشکلاتی در تولید قطعات پیش آید.

4- )قابلیت شکل پذیری )flow ability

ماسه مورد استفاده ما در قالبگیری با ید قابلیت شکل پذیری کافی و متناسب با فرایند ریخته گری داشته باشد. ما می توانیم این مقدار را با افزایش کمی رطوبت به ماسه و افزایش چسبندگی این خصوصیت را در ماسه ایجاد کرد تا محفظه قالب مورد نظر را با دقت ابعادی بالا درست کردماسه تحت تا ثیر نیروی وارد به هنگام قالبگیری، راحت تر شکل موردنظر را قبول کند. هر قدر حرکت ذرات ماسه بر روی یکدیگر به واسطه عواملی مثل فشار یا لرزش آسانتر صورت می گیرد.

از خواص فیزیکی دیگر ماسه می توان به چند مورد زیر نیز اشاره کرد:

)Thermal stability5- پایداری حرارتی (

)Refractoriness6- دیرگدازی (

7- تولید با سطح نهایی خوب

8- قابلیت فروریختن و متلاشی شدن(بعد از مذاب ریزی)

9- قابلیت استفاده مجدد

اجزاء مخلوط ماسه قالبگیری

از موادی که در مخلوط با ماسه در قالبگیری استفاده می شودکه به نام افزودنی ها معروف هستند می توانیم به انواع چسب ها اشاره کرد که باعث چسبندگی و اتصال ذرات ماسه می شود. مواد دیگری نیز برای تکمیل کار و گاهی کسب خواص ویژه مانند صافی سطح، استحکام و

به مخلوط اضافه می شود.

)type of binder انواع چسب ها (

)organic چسب ها را می توان از نظر ماهیت به دو دسته چسبهای آلی(

)تقسیم بندی کرد.in organicو چسب های غیر آلی (

اگر چسب مورد استفاده در قالبگیری خصوصیات زیر را دارا باشد می توان گفت این یک چسب مناسب است.

1- در هر دو حالت ماسه (تر و خشک) باید استحکام کافی داشته باشد.

2- باید بتواند با بالا بردن شکل پذیری ماسه تمامی قسمت های مدل را به خود بگیرد.

3- چسب مورد استفاده در قالبگیری نباید کمترین چسبندگی به سطوح مدل و جعبه ماهیچه را داشته باشد.

4- حداقل تولید گاز به هنگام تماس با مذاب

5- دیرگدازی ماسه را پایین نیاورد تا با ماسه سوزی مواجه نشویم

6- از نظر تولید گازهای آلوده و مضر درپایین ترین در صد باشد.

7- اقتصادی بودن

چسب های آلی را می توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

)Resin 1- صمغ ها(

)،غلات،نشاستهCerteal2- حبوبات (

)Oli3- روغن (

چسبهای غیر آلی به قرار زیر هستند:

الف) خاک رس:

خاک رس یکی از متداول ترین و مهمترین چسب مورد استفاده در قالبگیری است،خاک رس اساسا سیلیکات آلومینیم است.

ما در طبیعت عموما سه نوع از این خاک را می یابیم که عبارتند از:

)Al2O3.4SiO2.H2O1-مونت موری لونیت (

)Al2O3.2SiO3.H2O2- کائولینیت (

3- ایلیت

ب) سیمان:

سیمان نیز از جمله چسبهایی است که ما به دلیل سختی بالا و استحکام زیادی که بعد از مخلوط کردن با ماسه بدست می آید در قالبگیری قطعات مختلف مورد استفاده قرار می دهیم. سیمان پرتلند به میزان 1درصد به همراه 6-4 درصد آب برای تهیه یک مخلوط ماسه قالبگیری به کار می رود. ما برای اینکه سیمان به خوبی خود گیر و سفت شود باید مخلوط را 72 ساعت نگه داشت تا بعد مورد استفاده قرار گیرد.

ج) سیلیکات:

سیلیکاتها نیز در فرایند قالبگیری مورد استفاده قرار می گیرد که به طور کلی به دو دسته سیلیکات سدیم و ترکیبات اتیل از که از مهمترین انواع اینگونه چسبها هستند.

د) گچ

ما در فرایند قالبگیری برای بدست آمدن برخی از خواص ویژه موردنظر خود از موادی استفاده می کنیم که افزودنی ها گفته می شوند که عبارتند از:

- حبوبات، غلات:

این دو مواد بیشتر برای بالا بردن استحکام تر و خشک و بالا بردن قابلیت فروپاشی مورد استفاده قرار می گیرد.

در مواردی هم جلوگیری از عیوب انبساطی و ایجاد ترکهای گرم مورد استفاده قرار می گیرد.

- خاک اره:

به منظور ایجاد حالت پلاستیکی مواد قالب و قابلیت نفوذ گاز و همچنین قابلیت از هم پاشیدگی و موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.

- ملاس – دکسترین:

ملاس برای بالا بردن سختی لبه قالب و افزایش استحکام خشک ماسه مورد استفاده قرار می گیرد. دکسترین نیز برای کنترل انبساط و افزایش سختی سطح قالب به کار می رود.

- نفت سیاه،قیر و مازوت:

این مواد یرای بهبود سطح تمام شده قطعات آهنی و خواص چسبندگی ذرات ماسه در فراین قالبگیری استفاده می شود.

- گرافیت:

به منظور اصلاح قابلیت قالبگیری ماسه و بهبود سطح تمام شده قطعات به کار گرفت.

- پودر سیلیس:

پودر سیلیس به دلیل بالا بردن چگالی توده ماسه باعث فشردگی بیشتر و مقاومت بیشتری در بابر نفوذ فلزات مذاب دارد.

- اکسید آهن:

اکسید آهن باجذب گازهای موجود در قالب از ایجاد عیوبی مانند مک و حفره جلوگیری می کند و استحکام گرم قالب را نیز افزایش می دهد.

مواد دیگر نیز مثل روغن سوخت، پرلیت، سیکول، رسوب فورفورال،پودر سردا،اسید بوریک ومورد استفاده قرار می گیرد.

((کوره ها و ذوب فلزات))

در مورد ذوب چدن ها می توان گفت که بیشترین و رایج ترین کوره مورد استفاده در ذوب این فلز از کوره کوپل نام برد.

کوره های متفاوتی در تولید مذاب وجود دارد که می توان به کوره های دوار،کوره های زمینی و کوره های الکتریکی اشاره کرد.

یک کوره مناسب برای ذوب چدن باید خصوصیاتی مثل درجه حرارت ذوب و فوق ذوب،سرعت ذوب،ظرفیت ذوب،هزینه ذوب و. است.

شارژ کوره هامی تواند از شمش های چدنها ویا قراضه ها(راه گاهها، تغذیهو قطعات برگشتی و) باشد.

اگر ما می خواهیم یک قطعه مناسب تولید کنیم باید علاوه بر دقت و کنترل مواد قالبگیری مورد استفاده که در بخش پیش توضییح داده شد به مذابی که برای ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد به طور جدی توجه کرد تا بتوانیم از ورود مواد آلوده کننده مذاب جلوگیری کرد و یک مذاب تمیز وارد محفظه قالب کرد و با یک راندمان بالای ریخته گری قطعات سالم و بی عیب تولید کرد.

ما در اینجا به منابع آلوده کننده مذاب و راه حلهای رفع یا جلوگیری از ورود این منابع توضییح می دهیم.

منابع آودگی مذاب

یکی از مباحث در متالورژی واکنش پذیری مذاب با مجموعه عوامل محیطی و عوامل دیگر است.

منابع را می توان به عبارت زیر بیان کرد:

هوای محیط

مذاب به راهتی می تواند با مجموعه واکنشهای مختلف شیمیایی و فیزیکی با گازهای موجود در هوا (هیدروژن،اکسیژن،ازت و بخار آب) موجب تلف شدن عناصر مفید در آلیاژ و تشکیل مواد مضر و ناخاسته کند که راندمان ریخته گری را به شدت کاهش می دهد.

سوخت و محصولات احتراق

سوخت یکی از عوامل مهم در ذوب است که می تواند با کنترل آن و درست مصرف کردن و ایجاد یک احتراق مورد نظر ما برای ذوب فلزات از به وجود آمدن آلودگی های مختلف جلوگیری کرد.

مواد نسوز

مواد نسوز می تواند با ایجاد واکنش مکانیکی وارد مذاب شود و ایجاد آلودگی در مذاب کنند. نسوزهای مورد استفاده در پاتیل ها و بوته های مورد مصرف در ذوب فلزات اگر دارای دیرگدازی بالا و بی اثر بودن نسبت به مذاب نباشند باعث دخول مکانیکی می شوند.

وسایل و ابزار ذوب

این مورد از آلودگی نسبت به موارد دیگر کمتر باعث آلودگی می شود.

می توان با تمیز نگه داشتن وسایل و ابزار مورد استفاده که به دلایلی مثل هم زدن یا افزودن موادی به مذا ب در تماس مستقیم با مذاب قرار می گیرند از ورود مواد اکسیدی و مواد دیگر به مذاب جلوگیری کرد.

مواد شارژ یا بار

شارژ مورد استفاده در ریخته گری همان طوری که گفتیم یا به شکل شمش است یا قراضه ها باشد. شمش های مورد مصرف با درجه خلوص متفاوت وجود دارد که باید یا دقت کنترل شود و از و از درصد ناخاصیهای موجود در چدن باید اطلاع پیدا کرد و تا حد ممکن یک شمش خالص و تمیز در ذوب استفاده کرد.قراضه ها نسبت به شمش ها بیشتر موجب آلودگی مذاب می شوند چو در صد خلوص یا مواد درون قراضه ها مشخص نیست و امکان دارد حاوی عناصر مضر برای مذاب باشد و یا چون قبلا مورد استفاده قرار گرفته حاوی رطوبت یا چربی های مختلف باشد که برای مذاب کاملا مضر است.

پیشگرم کردن شارژ چدنها و تاثیر آن بر کیفیت مذاب‏:

اصولا یکی از روشهای آسان کاهش زمان ذوب و افزایش ‏نرخ تولید، پیشگرم کردن شارژ است، اما تحقیقات نشان داده ‏است که افزایش زیاد دمای پیشگرم شارژ، مشکلاتی را به ‏وجود میآورد نتایج تحقیقات انجام گرفته در زمینه پیشگرم ‏کردن زیاد شارژ در کوره القایی به شرح ذیل است:‏
‏● مقدار سرباره افزایش قابل توجهی مییابد.‏
‏● با افزایش زیاد درجه حرارت پیشگرم شارژ، افزایش چندانی ‏در سرعت ذوب مشاهده نمی گردد.‏
‏● گرمای نهان ذوب سرباره حدود 8/1 برابر چدن مذاب است ‏و اتلاف انرژی حرارتی افزایش خواهد یافت.‏
‏● نرخ اکسیداسیون مواد شارژ تا دمای ċ650 نسبتا ناچیز ‏است اما در محدوده دمای ċ815-648 نرخ اکسیداسیون به ‏صورت تصاعدی افزایش مییابد.‏
‏●با افزایش مقدار اکسید آهن ‏‎(FeO)‎، حجم و سیالیت سرباره ‏افزایش مییابد. اکسید آهن از نظر شیمیایی خورنده ترین جزء ‏سرباره است، نقطه ذوب پایینی داشته و باعث تشکیل ذرات ‏بسیار ریزی می شود که به آهستگی بر روی سطح مذاب غوطه ‏ور می گردند.‏
‏● سرباره اضافی مصرف انرژی کوره را افزایش می دهد در ‏حالت تئوری، چدن برای رسیدن به دمای بارریزی فقط به ‏‏450 الی500 کبلو وات ساعت بر تن، انرژی نیاز دارد، در ‏حالی که سرباره 700 الی 800 کیلووات ساعت بر تن، انرژی ‏را مصرف خواهد کرد.‏
‏● بررسیهای صورت گرفته نشان می دهند که با وجود اختلاف ‏در سیکل حرارتی و زمانی برای هر کارگاه، درجه حرارت ‏مناسب پیشگرم شارژ، 510-482 درجه سانتیگراد می باشد.

مواد قالب

مواد قالب می تواند به صورت مکانیکی و یا انجامک واکنش های شیمیایی موجب ایجاد ترکیبهای ناخواسته مضر در مذاب شود.

بعد از بیان منابع آلودگی حال به توضیح درباره روش ها و راه های کنترل و یا حذف آلودگی های مذاب می پردازیم.

کمک ذوبها را می توام به ترتیب زیر نام برد:

)Fluxs1- فلاکسها (

)Degassers 2- گازدانه ها (

)Grainrefiners3 – ریزکننده ها (

)Nuocleants4- جوانه زا ها (

)Modiffiers5- بهسازها (

آخالها یکی از آلودگی های مذاب محسوب می شود که به طور ناخواسته در مذاب ایجاد می شود و اثرات بسیار مضری برای مذاب دارد. ای تا ثیرات را می توان به چند دسته تقسیم کرد.

1- سیالیت ریخته گری: سیالیت مذاب به شدت تحت تاثیر وجود آخال قرار می گیرد و به دلیل وجود ذرات جامد و یا نیمه جامد سیالیت و گران روی کاهش پیدا می کند.

2- تغییر نوع انجماد: قطعه ریخته گری شده به دلیل وجود آخال جامد در هنگام انجماد باعث تسریع انجماد که آخال به عنوان هسته های اولیه عمل می کند و شرایط انجماد را به صورت خمیری ایجاد می کند و ما نمی توانیم به راهتی یک قطعه سالم و بدون مک های انقباضی را تولید کنیم.

3- مک و تخلخل: آخالها عموما به دلیل ایجاد خلاء موضعی در فصل مشترک خود با مذاب، همواره شرایط تشکیل حبابهای گازی و مکها را تسریع و دامنه تخاخل در آلیاژ را افزایش می دهند.

4- خواص مکانیکی:آخالها باعث کاهش استحکام مکانیکی، حد الاستیکی،ازدیاد طول نسبی و حد خستگی می شود که به طور کامل عملا استفاده قطعه را از ما می گیرد. از جمله معایب دیگر را می توان به کاهش شکل پذیری و افزایشعیوب سطحی و همچنیین کاهش تراش پذیری و هدایت حرارتی اشاره کرد.

فلاکسها:

فلاکسها را می توان بر اساس کارایی که در عملیات ذوب دارد به دو صورت تعریف کرد.

الف) فلاکسهای تمیز کننده: این فلاکسها نقش مهمی در ایجاد یک مذاب تمیز و بدون آخال و آلودگی های دیگر کرد. این فلاکسها با کاهش آغشتگی آخالها به مذاب و کاهش وزن مخصوص آخالها باعث می شود که آخالها به راهتی از مذاب جدا شوند و به سطح مذاب به عنوان سرباره و یا در ته بوته بنشینند و در وقت مذاب ریزی مذاب تمیز به داخل قالب برود.

این فلاکسها همچنیین می توانند با افزایش نقطه گداز آخالها باعث شود که در حین ذوب فلز به صورت جامد بماند و با مذاب مخلوط نشود و به راحتی از مذاب جدا شود.

ب) فلاکسهای پوششی: این فلاکسها مهمترین کاری که در مذاب انجام می دهد به این ترتیب است که با کاهش آغشتگی آخال با مذاب در ایجاد سرباره مناسب می کند این سرباره با ید کمترین آغشتگی را با مذاب داشته باشد تا بتوانیم به راهتی از مذاب جدایش کنیم واز ورود به داخل مذاب جلوگیری کنیم. از انواع فلاکسهای پوششی مورد استفاده در آلیاژهای مختلف می توان به چند فلاکس زیر اشاره کرد:

آلیاژ های آهنی >>>پودر ذغال،سنگ آهک،سیلیکات کلسیم

آلیاژهای مس>>>براکس،کاربیدکلسیم،برایدمنیزیم،شیشه

.

یکی دیگر از عوامل مهم متالورژیکی موثر در تولید یک قطعه سالم توجه به سیالیت مذاب ریخته گری است. سیالیت عبارتست از توانایی و قابلیت پر کردن تمام قسمتهای قالب، تحت سرعت بارریزی معین توسط فلز مذاب.

از عواملی که بر روی سیالیت تأثیر دارند عبارتند از:

الف) درجه حرارت: درجه حرارت مذاب مهمترین عامل درپر شدن قالب است. مشخصا هر چه درجه حرارتفوق ذوب بالا باشد باعث افزایش سیالیت می گردد.

اگر درجه حرارت فوق ذوب پایین باشد باعث کاهش سیالیت و همچنین باعث می شود که زمان برای واکنش های ترکیبی و ایجاد انواع اکسید ها،آخالها و می شود.

ب)ترکیب شیمیایی: در آلیاژهای با دامنه انجماد کم،سیالیت نسبتا زیادتر و تا هنگامی که پوسته جامد در منطقه گلویی ورودی تشکیل نشود،ادامه داشته و سپس سریعا متوقف می شود.در آلیاژها یی با دامنه انجماد طولانی به دلیل ایجاد اولین هسته های جامد سیالیت به طور فاحشی کاهش می یابد.

از دیگر عوامل نیز می توان به چند نکته زیر نیز اشاره کرد.

تنش سطحی – مواد قالب – اثرات سطحی قالب-فشار هوا

خرید و دانلود - 17,600 تومان