0
02126246958

ناخالصی ها چالشی در صنعت ریخته گری و راه های کنترل آن

ریخته گری یکی از روش های اصلی تولید قطعات است اما در راستای فرآیند تولید قطعات به این روش پرکاربرد با مشکلاتی مواجه هستیم.

یکی از این مشکلات وجود ناخالصی هایی از جمله واکنش های شیمیایی فرآیند ذوب و یا عواملی مانند آخال،مواد سرامیکی،خاک های نسوز،مواد قالب گیری و… می باشند.

ناخالصی ها عناصر و ترکیبات غیر فلزی هستند که عمدتا بصورت سولفید،اکسید و یانیترید آلیاژ های آهن در زمینه رسوب میکنند و موجب افزایش تنش شده که در نتیجه این مورد، خواص مکانیکی تمام قطعاتی که از طریق ریخته گری فولاد تهیه می شوند افت می کند.

 

 

انواع ناخالصی:

 

ناخالصی ها ناشی از دو دسته عوامل داخلی(ذاتی)و خارجی می باشند.

عوامل داخلی یا ذاتی مربوط به فرایند ذوب بوده و عوامل خارجی به مراخل بعداز ذوب مربوط می شود.

 

۱- ناخالصی های ناشی از عوامل داخلی:

 

این ناخالصی ها که بصورت سولفید،اکسید و نیترید آلیاژهای آهن می باشد،ناشی از واکنش های شیمیایی در طول فرآیند ذوب بوده و بسیار کوچک هستند بطوری که فقط با میکروسکوپ قابل دیدن می باشد.

 

۲- ناخالصی های ناشی از عوامل خارجی:

 

سرباره ،خاک نسوز کوره و پاتیل و مواد قالب گیری با مذاب مخلوط شده و این نوع ناخالصی ها را بوجود می آورند که در اکثر موارد عیوب حاصل از این ناخالصی ها روی سطح قطعه ظاهر شده و با چشم غیر مسلح قابل رؤیت می باشند. لازم به ذکر است که اگر زمان انجماد کوتاه باشد در بعضی موارد این ناخالصی ها در زیر پوسته قطعات هم دیده می شوند.

 

تأثیر ناخالصی ها :

 

همانطوری که قبلاً نیز اشاره شد ناخالصی ها بر روی خواص مکانیکی و ریختگی تأثیر می گذارند که بصورت زیر بررسی می شوند:

۱-تأثیر در خواص مکانیکی:

 

 تأثیر ناخالصی ها برروی چقرمگی و ازدیاد طول نسبی بسیار بیشتر از تأثیر آن ها برروی استحکام کششی قطعات می باشد بنابراین توجه به چقرمگی و ازدیاد طول نسبی از اهمیت خاصی برخوردار است.

 

۲- تأثیر در سیالیت :

 

ناخالصی های شناور در مذاب بدلیل آغشتگی با مذاب گرانروی را افزایش داده و سیالیت مذاب را کاهش می دهند.

 

 ۳- تغییر در نوع انجماد:

 

 گاهی ناخالصی ها بدلیل جامد بودن ممکن است به عنوان هسته اولیه موجب تسریع در انجماد گردند ولی عموماً بدلیل ذخیره گرمایی ،بالاتر، شرایط انجماد خمیری را تسهیل کرده و تولید قطعه سالم بدون مک و تخلخل را با مشکل مواجه می سازند .

 

 

منابع ناخالصی ها:

 

 مهم ترین منابع ناخالصی ها را می توان به شرح زیر بیان نمود.

 

۱- پوششها:

 

 پوشش های مختلفی که جهت بالابردن کیفیت سطحی قطعات به قالب زده می شوند، بایستی از نظر دیرگدازی و چسبندگی دارای کیفیت بالایی باشند در غیر اینصورت در هنگام بارریزی ذوب شده و از دیواره کنده شده و وارد مذاب می شوند.

 

 ۲- مواد قالب :

 

موادی مانند ماسه و چسب که در قالب گیری به کار می روند بایستی دارای کیفیت بالایی باشند بطوری که هنگام بارریزی احتمال شکسته شدن دیواره قالب و ورود ناخالصی به درون محفظه قالب وجود نداشته باشد مسئله دیگر انجام واکنش بین مواد قالب گیری و ناخالصی های موجود در ذوب می باشد برای مثال واکنش بین اکسید آلومینیم موجود در مذاب و سیلیس موجود در ماسه قالب گیری موجب تشکیل ناخالصی ها می گردد.

 

 ۳- مواد نسوز :

 

حالت دیگری که ممکن است باعث پیدایش ناخالصی ها گردد واکنش بین مواد آلیاژی یا اکسید آن ها با خاک نسوز کوره می باشد. مواد نسوز مصرفی بیشتر شامل آستر کوره های ذوب و پاتیل های مذاب می باشد.

نامرغوب بودن و یا نگهداری مذاب در فوق ذوب به مدت طولانی باعث واکنش مواد نسوز کوره شده و در نتیجه خوردگی و کنده شدن آن ها را به همراه خواهد داشت.

این مواد در داخل مذاب شناور شده و احتمال اینکه به داخل محفظه قالب وارد شوند نیز وجود دارد بنابراین لازم است از نگهداری مذاب در دمای بالا به مدت طولانی اجتناب شود.

 

 ۴-  ناخالصی اغتشاشی :

 

این نوع ناخالصی ها از اکسیداسیون مذاب در حال اغتشاش هنگام بارریزی بوجود می آیند که با طراحی صحیح سیستم راهگاهی به حداقل می رسند بطور کلی لازم است مذاب آرام و بدون تلاطم وارد قالب شود زیرا تلاطم از عوامل تشدید کننده ناخالصی ها به شمار می آید تلاطم و آشفتگی در مذاب ،میتواند سطح آنرا در معرض واکنش های بیشتری قرار داده و در بسیاری از موارد اکسیدهای سطحی را در مذاب شناور سازد.

 

 ۵- بار:

 

 مواد ،آلوده کثیف زنگ زده میتواند از مهمترین منابع پیدایش ناخالصی ها باشد.

معمولاً از راهگاه تغذیه و برگشتی برای شارژ استفاده می شود و بایستی دقت شود که این مواد عاری از هرگونه مواد قالب گیری باشند تا وجود ناخالصی ها را به حداقل برسانند.

 پوسته یا زنگ زدگی یک نوع اکسید آهن مرطوب می باشد و هنگام ذوب این زنگ زدگی ها با خاک نسوز کوره واکنش انجام داده و ناخالصی هایی را که در حقیقت اکسیدهای مختلفی با نقاط ذوب پائین می باشند بوجود می آورند. عدم دقت در تقدم و تأخر باردهی نیز از مسائل مهم در بوجود آمدن ناخالصی ها می باشد که هم ناخالصی ها را افزایش داده و هم تلفات ذوب را زیاد می کند .

اندازه و سطح بار نیز از پارامترهای مهم و اساسی به شمار می آید این پدیده نیز به سطح اکسایش و سطح واکنش پذیر مواد مربوط بوده و در طول گرم کردن حالت جامد موجب افزایش اکسیدها و ناخالصی ها می گردد.

 

۶- واکنش شیمیایی:

 

 تمامی مواد و عناصر میل دارند انرژی خود را کاهش داده و در پائین ترین سطح انرژی قرار گیرند. بنابراین اگر انرژی محصولات یک واکنش پائین تر از انرژی عناصر تحت واکنش باشد، واکنش شیمیایی انجام می گیرد.

 منظور از انرژی عناصر یا ترکیبات در واقع انرژی آزاد آن ها می باشد که از جداول انرژی آزاد استخراج می گردد برای مثال اگر مقداری اکسیژن در مذابی که دارای ۱۶۰۰ حرارت می باشد وجود داشته باشد و به این مذاب مقدار کمی آلومینیم اضافه نمائیم واکنش شیمیایی زیر اتفاق می افتد.

  ۲AI + 3/2 O2 → Al2O, (S) (S)

در واکنش فوق به معنای این است که اکسید آلومینیم در ۱۶۰۰ جامدمی باشد.

نقطه ذوب اکسید آلومینیم ۲۷۰۲ درجه می باشد شرط لازم برای اینکه واکنش فوق انجام پذیرد این است که انرژی آزاد در ۱۶۰۰، منفی باشد.

در این شرایط بایستی مقدار عنصری که تحت واکنش شیمیایی قرار می گیرد کاملاً مشخص باشد.

در مثال فوق اکسید آلومینیم در مذاب حل نشده و ممکن است در داخل قطعه به شكل ناخالصی ظاهر شود.

 

کنترل ناخالصی ها:

 

۱- کنترل شیمیایی مذاب:

 

 کنترل شیمیایی مذاب از اهمیت ویژه ای برخوردار است بطوریکه جهت حذف ناخالصی ها و یا جلوگیری از تشکیل آن مجاز به تغییر ترکیب شیمیایی نمی باشیم ولی با این حال ذکر این نکته ضروری است که در اکثر موارد به منظور جلوگیری از افزایش عيوب ناچاریم عناصری اضافه نمائیم که خود باعث بوجود آمدن ناخالصی های مختصری می گردند.

 برای مثال افزودن آلومینیم باعث بوجود آمدن اکسید آلومینیم در مذاب می شود ولی اگر همین عنصر آلومینیم را که جهت اکسیژن زدایی اضافه می گردد، از ترکیب شیمیایی حذف نمائیم در نهایت قطعه ای خواهیم داشت که داخل آن مملو از حفره های گازی خواهد بود.

 برای جدا کردن ناخالصیها از مذاب ،میتوان روشهایی مانند تصفیه مذاب قبل از ورود آن به قالب و یا استفاده از یک سیستم راهگاهی مناسب جهت جلوگیری از ورود ناخالصی ها به قالب را نام برد.

 استفاده از مواد تصفیه کننده و نیز عمل سرباره گیری و تمیز کردن مذاب و پاتیل قبل از ریختن ساده ترین روش برای جدا کردن ناخالصی ها می باشد.

استفاده از پاتیل های قوری شکل و یا کف ریز جهت جلوگیری از ورود ناخالصی ها به قالب بسیار مؤثر می باشد.

 روش ،دیگر استفاده از فیلترهای سرامیکی داخل سیستم راهگاهی می باشد که روشی مطمئن برای جلوگیری از ورود ناخالصی ها به محفظه قالب می باشد.

 

۲- سیستم راهگاهی:

 

 سیستم راهگاهی می تواند کاهش دهنده و یا افزایش دهنده میزان ناخالصی ها گردد.

بنابراین سیستم راهگاهی بایستی به نحوی طراحی گردد که راهگاه همواره از مذاب پر باشد. زیرا در اینصورت ناخالصی ها میتوانند به سمت بالای حوضچه بارریز حرکت کرده و از محفظه قالب خارج شوند.

 

 همچنین استفاده از تنگه های چرخشی Whirl Gates یا آشغال گیر در سیستم راهگاهی از ورود ناخالصی ها به درون محفظه قالب جلوگیری می نمایند.

 بطور کلی مذاب بایستی آرام و بدون تلاطم وارد قالب شود زیرا همانطور که گفته شد تلاطم جزء عوامل تشدید کننده برای تشکیل ناخالصی ها به شمار می آید.

یکی از تاثیرگذارترین راه های حذف ناخالصی ها در ریخته گری فلزات استفاده از فیلتر در مسیر ورود مذاب به قالب های ریخته گری یا سیستم راهگاهی است.

فیلتر های سرامیکی با قرار گرفتن در مسیر ورودی مذاب در هنگام ذوب ریزی، انواع ذرات خارجی، ناخالصی و آخال ها را از آن خارج و مذاب را تصفیه می کند.

 

 

نوشته های مرتبط در عصر مواد:

با ریخته گری به صورت کاربردی آشنا شویم – قسمت نهم: سیستم راهگاهی

فیلتر های سرامیکی مورد استفاده در ریخته گری

ارسال دیدگاه