عیوب ریخته گری ناشی از انقباض در فاز جامد

عیوب ریخته گری ناشی از انقباض در فاز جامد

تعداد بازدید: 8242
چهارشنبه 03 دي 1393

ریخته گری پیوسته شمش

ریخته گری پیوسته شمش

ریخته گری پیوسته شمش (Continuous casting)، یکی از راه های فراهم کردن شمش های اولیه و نخستین گام در جهت  تولیدات نورد می باشد. استفاده از روش ریخته گری پیوسته یک پدیده بسیار مهم و پیشرفته متالورژیکی است که در آن سرعت تولید شمش بسیار افزایش می یابد و کیفیت متالورژیکی شمش ها نیز به دلیل یکنواختی و همگونی تولید بهبود می یابد. یکنواختی و بی عیب بودن شمش ها در این روش سبب شده که ضایعات تولید در هنگام نورد کمتر و تولید اقتصادی تر شود.

عیوب ریخته گری ناشی از انقباض در فاز جامد

عیوب ریختهگری ناشی از انقباض در فاز جامد (Casting Defects by Solid Phase Shrinkage) در حین سرد شدن قطعه ریختگی از منطقه جامد تا درجه حرارت محیط، به علت اختلاف ضریب انبساط خطی می باشد، به عنوان مثال؛ ضریب انبساط خطی و درجه حرارت و حدود متوسط انقباضات در فاز جامد برخی فلزات در جدول زیر درج گردیده است.

از مقایسه جدول فوق و جدول مربوط به انقباضات مدلسازی چنین استنباط گردیده که میزان انقباض در مدلسازی متفاوت بوده، زیرا در عمل انقباض فاز جامد به صورت آزاد انجام نگرفته و در مراحل مختلف انجماد، با مقاومت دیوارههای قالب و یا قسمت های جامد مواجه شده و از اینرو انقباض عملی علاوه بر نقطه ذوب و ضریب انبساط خطی به شکل و اندازه قطعه نیز بستگی دارد.

 در ضمن اثر عناصر متشکله آلیاژ در تغییر ضریب انبساط خطی از اهمیت خاصی برخور بوده و نیز نوع کریستال و یا آلوتروپ های یک عنصر و یا ترکیب نیز اهمیت دارد. انقباض جامد با ایجاد اولین ذره جامد به هر شکل از حالات انجماد (سلولی، صفحهای، شاخه ای) آغاز شده و از اینرو مقاومتی که از طرف قالب یا فشار متالواستاتیکی مذاب بر جامد و ... اعمال می شود باعث ایجاد تنشهای داخلی و سطحی در قطعه شده و امکان ترک خوردگی هایی را پدید آورد. مقاومت در مقابل انقباض باید با خواص مکانیکی آلیاژ در جریان سرد شدن منطبق باشد، چنانچه مقاومت کمتر از خواص مکانیکی قطعه شود، هیچگونه عیوبی حاصل نمی گردد و به این دلیل خواص مکانیکی فلز در مراحل مختلف فاز جامد حائز اهمیت است،  این مراحل به صورت زیر دسته بندی می شوند:

  1. این مرحله فقط هسته های کوچک جامد تشکیل شده و وجود مقدار کافی مذاب میتواند نیروهای انقباضی ذرات جامد را تحمل نموده، در این حالت با وجود آنکه خواص مکانیکی آلیاژ ناچیز است، ولی مشکلی در انقباض جامد پدید نمی آورد.
  2. در این مرحله انجماد تقریبا اتمام یافته، ولی فقط قسمت کوچکی از آلیاژ بصورت مذاب باقی مانده است، از اینرو هنوز مقاومت ها بر مایع وارد شده ولی کاملا بر آلیاژ جامد تاثیر نگذاشته و فقط تحت تاثیر نیروهای داخلی قرار گرفته که با توجه به ضعف مقاومت مکانیکی جامد در این حالت فقط ممکن است تاثیری کوچک در انقباض آزاد داشته باشد.
  3. در این مرحله آلیاژ به این دلیل که در درجه حرارتهای بالا قرار دارد، از مقاومت محدودی بر خوردار بوده، ولی قابلیت شکل پذیری پلاستیکی را بدون ایجاد تنشهای داخلی دارد.
  4. در این مرحله جامد در درجه حرارت پایینی است که مقاومت آلیاژ زیاد و فقط میتواند تغییرات الاستیکی را تحمل کند.

اگر مقاومت در مقابل انقباضات در درجه حرارت های بالایی که آلیاژ تا حدودی خاصیت شکنندگی (مراحل 2 و 3) داشته، وارد شود؛ شکستگی در حالت گرم  پدید آمده ولی در صورت عدم مقاومت آلیاژ در درجه حرارت پایین تغییرات پلاستیکی و تنشهای داخلی سبب شکستگی در حالت سرد میشود، که مستقیما به مقاومت در مقابل انقباض مربوط است. اختلاف در سرد شدن و سرعت انقباض قسمتهای مختلف، ناشی از تغییرات ضخامت قطعه و یا شیب حرارتی و یا محیط های سرد کننده، نیز از جمله عواملی است که در تغییر فورم های قطعه موثر است.

انواع عیوب ریخته گری ناشی از انقباض در فاز جامد

اختلاف در سرد شدن و سرعت انقباض قسمتهای مختلف ناشی از تغییرات ضخامت قطعه، شیب حرارتی و یا محیط های سرد کننده نیز از جمله عواملی است که در تغییر فورمهای قطعه موثر می باشد که مهم ترین عیوب ناشی از سرد شدن و انقباض در قطعه دو مورد زیر است:

  • شکستگی در حالت گرم Hot tear
  • شکستگی در حالت سرد Cold tear

عیوب ریخته گری : شکستگی در حالت گرم

عبارت است از شکستگیهایی جزئی یا کلی که با شکل نامعین و غیر یکنواخت و معمولا در محل اتصال مقاطع حاصل شده که در آنها تنشهای فشاری با تاخیر سرد شدن همراه است، در بعضی حالات شکستگی های مذکور کاملا داخلی بوده و در این حال تشخیص آنها از انقباض در فاصله انجماد مشکل است.

آزمایشات نشان داده که درجه حرارت بحرانی برای تشکیل چنین عیوبی در اطراف منحنیهای جامد است. در این حالت چگونگی انقباض جامد با شکنندگی شدید آلیاژ همراه بوده و تغییر حالت پلاستیکی را نیز میتواند پذیرا شود. (مرحله دوم) در این مرحله مقاومت بسیار کم قالب میتواند شکستگی ایجاد نموده و از اینرو عوامل موثر در تشکیل شکستگی مقاطع علاوه بر مقاومت در برابر انقباض به عوامل دیگری نیز بستگی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

1- ترکیب آلیاژ

2- طرح و عوامل تولید

 

شکستگی در حالت گرم-ترکیب آلیاژ:

قابلیت ترک خوردگی با چگونگی انجماد و در نتیجه با ترکیب آلیاژ متناسب است و چنین تناسبی به فاصله حرارت هایی بستگی دارد که در آنها نرمی آلیاژ حداقل است. آلیاژهائی که فاصله انجماد کوتاه دارند (فلزات خالص، آلیاژهای نزدیک به یوتکتیک) تمایل کمی به شکستگی نشان داده در حالی که در فاصله انجماد طولانی امکان شکستگی بر حسب فاصله از یوتکتیک افزایش می‎یابد. در نمودار زیر بعضی از آلیاژهای اصلی مورد استفاده در صنعت از نظر فاصله انجماد و مقاومت در مقابل شکستگی مقایسه گردیده اند.

علاوه بر عناصر اصلی آلیاژ قابلیت شکنندگی گرم تحت تاثیر عوامل جدایش نیز قرار گرفته، زیرا در چنین حالتی تاثیر تغییر غلظت آلیاژ باعث تغییرات غیر یکنواخت در فاصله انجماد و ایجاد فازهای جدید گردیده که عموما در درجه حرارتهای بالا شکنندگی بیشتری دارد. وجود عناصر، ناخالصی های غیر فلزی و گازها از طرف دیگر میتواند تمایل به شکستگی در حالت گرم را کاهش دهد، زیرا خروج رسوب، گازها و ناخالصی ها در زمان انجماد میتواند تا حدودی میزان انقباض را در درجه حرارت های بالا معتدل نماید. از مجموع آنچه گفته شد می توان نتیجه گرفت که مقاومت آلیاژ و قابلیت تغییر شکل آن در درجه حرارت بالا از جمله مهمترین عواملی است که در ایجاد شکستگی موثر است. بسیاری از محققین مانند Singer ، Cottrel ، Fleming مقاومت به کشش و درصد ازدیاد طول آلیاژهای آلومینیوم را در درجه حرارت های بالا محاسبه و فاصله حرارتی را که در آن آلیاژ در شرایط شکنندگی بحرانی قرار می گیرند را تعیین نموده اند.

تاثیر طرح و عوامل تولید در ایجاد شکستگی تقریبا بر اساس چگونگی توزیع حرارتی و مقاومت جسم در مقابل انقباض آزاد قراردارد. توزیع حرارتی از مهم ترین عواملی است که در چگونگی ایجاد عیوب موثر بوده زیرا از طرفی توزیع خواص مکانیکی و از طرف دیگر چگونگی و مدل نسبت های تنش و کشش را تحت تاثیر قرارمی دهد. بر اساس یک قانون کلی احتمال شکستگی در حالت گرم با تغییرات طولی درجه حرارت بستگی دارد زیرا تنش حاصل از انقباضهای درونی تمام آلیاژ فقط بایستی توسط مایع بسیار کمی جبران گردد، در نتیجه تنشها در یک ناحیه کوچک متمرکز شده و شکستگی ایجاد مینماید. توزیع حرارتی داخل قطعه از طرف دیگر به طرح بستگی داشته و سیستم راهگاهی، سرعت بارریزی و درجه حرارت ریختن نیز در چگونگی آن تاثیر کلی دارند. در طراحی قطعه این نکته حائز اهمیت است که شکستگی در حالت گرم در محل اتصال مقاطع غیر مساوی حاصل گردیده و از اینرو حتی الامکان برابر گرفتن مقاطع و یا استفاده از مبردها در محل اتصالات و یا افزایش قوس اتصال و یا استفاده از منابع تغذیه توصیه می گردد.

تاثیر مواد گرمازا در قسمتهای نازک نیز تقریبا برابر با تاثیر مبرد در قسمتهای ضخیم، بررسی و اثبات گردیده است. شکستگی همچنین ممکن است ناشی از طرح غلط سیستم راهگاهی باشد و تا حدودی با تعبیه سیستم راهگاهی چندگانه که عامل مهم در توزیع مذاب و توزیع حرارت است، قابل جبران می باشد. سرعت بارریزی و درجه حرارت آن نیز از جمله عواملی بوده که در ایجاد عیوب ناشی از انقباض موثر بوده و همچنین با گرم نمودن قالب امکان انجام انجماد معکوس فراهم شده و به دلیل درشت شدن کریستالها در درجه حرارت بارریزی بالا و رشد طولی کریستالها، مذاب کمی برای رفع کسری های ناشی از انقباض باقی خواهد ماند. از طرف دیگر سرعت بارریزی بدلیل ایجاد شیب حرارتی یکنواخت و توزیع حرارتی، تا حدود زیادی در تقلیل چنین عیوبی میتواند موثر باشد. چنانچه مقاومتی از قالب در مقابل انقباض آزاد انجام گیرد بدیهی است امکان شکستگی های انقباضی افزایش یافته و از این رو قالب های ماسه تر نسبت به ماسه خشک و ماسه ماهیچه تاثیر کمتری دارد. بایستی به چسب های مورد استفاده در ماهیچه سازی توجه شود بطوری که بتواند بسهولت و بعد از مرحله انجماد فلز، مقاومت و خاصیت خود را از دست داده و متلاشی شوند. در غیر اینصورت سختی زیاد چنین موادی مانع از انقباض آزاد جسم خواهد بود ، در مورد قطعات سنگین شاید توزیع و نفوذ حرارتی بتواند در زمان معین باعث پاشیدگی ماسه ماهیچه گردد ولی در مورد قطعات سبک زمان برای چنین نفوذی کافی نیست و از اینرو تمایل قطعه نازک و سبک به شکستگی بیشتر مشاهده می شود. در نمودار زیر مقاومت ماسه ماهیچه با چسب های متفاوت بعد از زمان بارریزی نشان داده شده است.

عیوب ریخته گری : شکستگی در حالت سرد

نوع اول شکستگی های قطعه در حالت گرم و در مراحل اولیه انجماد پدید آمده ولی بعد از سرد شدن آلیاژ و هنگامی که در مرحله تغییرات الاستیکی قرار دارد، بایستی تغییرات پلاستیکی به آرامی و مداوم انجام گیرد، در غیر اینصورت شکستگی ناشی از عدم انطباق تغییرات پلاستیکی در قطعه پدید می آید. چنین حالتی معمولا در اثر سرعت زیاد انجماد رخ می‎دهد. در موارد بسیار جسم بدون ترک خوردگی تغییر شکل داده و در جمیع موارد تاثیر قالب و سرعت انتقال حرارت قالب و سرعتهای سرد شدن غیر یکنواخت عامل موثر در تشکیل چنین عیوبی است. تفاوت عمده در شکستگیهای سرد و گرم در نوع شکل آنها بوده که شکستگی های گرم معمولا غیر یکنواخت و شاخهای و در محل اتصالات پدید آمده در حالیکه شکستگی سرد بیشتر مستقیم و در قسمتهای متفاوت حاصل میگردد.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

دکتر جلال حجازی، اصول ریخته گری، مرکز انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران، چاپ هشتم، 1388

Peter Beeley,Foundry Technology, Butterworth-Heinemann,Second edition 2001

ASM handbook, Casting,vol15, ASM international 2000

Manual of casting defects,Meehanite Institute of Great Britain, 1978

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

عیوب ریخته گری حاصل از انقباض در جامد
انقباض فاز جامد و عیوب ریخته گری
عیوب ریختگی ناشی از انقباض
برچسب ها: ریخته گری
نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر