عيوب ريخته گري ناشي از انتقال حرارت در قطعات

[Mohammad Aref 120452]

در اثر ریخته گری ممکن است عیوبی در قطعه ریخته شده پدید آید که دلیل مختلفی از جمله انتقال حرارت ، سبک قالب و ... دارد. در این مقاله که جمع بندی از منابع مختلف است به توضیح مختصر عیوب ناشی از انتقال حرارت در قطعه ریخته شده می پردازیم.

 

عيوب ريخته گري در Die Cast آلومينيم :

Die Cast

Die Cast يا ريخته گري تحت فشار عبارت است از روش توليد قطعه از طريق فلز مذاب و تحت فشار به درون قالب كه پس از بسته شدن قالب ، مواد مذاب به داخل يك نوع پمپ يا سيستم تزريق هدايت شود سپس در حاليكه پيستون پمپ مواد مذاب را با سرعت از طريق سيستم تغذيه قالب به داخل حفره مي فرستد ، هواي داخل حفره از طريق سوراخهاي هواكش خارج مي شود . اين پمپ در بعضي از دستگاهها داراي درجه حرارت محيط و در برخي ديگر داراي درجه حرارت مذاب مي باشد . از ابتداي قرن 20 كاربرد قطعات ريخته گري آلومينيوم رشد خود را آغاز نمود اولين محصولات آلومينيوم مختص به وسايل آشپزخانه و قطعات تزئيني بود بعد از جنگ جهاني دوم رشد سريعي در صنعت ريخته گري آلومينيوم بوقوع پيوست و علت اصلي آن نسبت وزن / استحكام عالي آلياژهاي AL بود .

از سال 1945 به دليل توسعه صنايع ريخته گري تزريقي ، ميزان مصرف و كاربرد آلومينيوم ريختگي شديدا ً افزايش پيدا نمود و بيشترين آن در صنايع اتومبيل سازي بود بخصوص در كشورهايي مثل ژاپن سرعت رشد مصرف آلياژهاي AL به صورت صعودي رو به افزايش بوده است كه از طريق مواد آلومينيوم مي تواند وزن اتومبيل را كاهش دهند .

 

انواع عيوب ريخته گري ناشي از انتقال حرارت اشتباه در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار :

عيب سرد جوشي

سردجوشي عبارت است از برخورد دو جبهه از فلز مذاب اكسيد شده كه باعث ناپيوستگي در قطعه ريخته شده مي شود . در صورتي كه انجماد فلز خيلي پيشرفته باشد اتصال دو جبهه مذاب بطور كامل انجام شده و سردجوشي به صورت كشيدگي در قطعه ظاهر مي شود .

نحوه ايجاد عيب سرد جوشي

سردجوشي نتيجه تقسيم شدن موج مذاب در طول پر شدن قالب مي باشد اين تقسيم شدن مي تواند در اثر وجود يك مانع در راه عبور مذاب ( پين يا ماهيچه ) باشد و يا در اثر يك انسداد ناشي از جاري شدن به صورت جت مي باشد حضور اكسيد در فلز مذاب قبل از ريخته گري پديده سردجوشي را شديدتر مي نمايد

 

عيب ترك خوردگي

عيب ترك خوردگي به صورت ايجاد ترك هاي كم و بيش نازك و عميق ظاهر مي شود در برخي موارد اين ترك ها مي توانند حتي ضخامت قطعه را نيز طي نمايند .

نحوه ايجاد عيب ترك خوردگي

اين نوع ترك ها بين دانه اي بوده و به فرم هاي غيرمنظم مي باشند اين ترك ها هنگاميايجاد مي شوند كه آلياژ در انتهاي انجماد تحت تنش باشد . در اغلب موارد خطر ايجادترك در نواحي از قطعه كه مستعد ايجاد تنش مي باشند و در نقاط گرم بيشتر است .

 

عيب قطره هاي سرد

قطرات سرد به صورت طبله هاي كم و بيش كروي به صورت محبوس در روي قطعه ظاهر مي شوند واغلب موارد نيز قابل حل شدن و ايجاد پيوستگي ساختاري با فلز اطراف خود نمي باشند تنها راه تشخيص اين عيوب ، بررسي ريز ساختار آنها مي باشد .

نحوه ايجاد عيب قطره هاي سرد

قطرات سرد قسمت هايي از فلز هستند كه به سمت ديواره هاي قالب و يا ماهيچه پاشيده شده اند و بلافاصله نيز منجمد گرديده اند بدون آنكه بتوانند توسط مذاب بعدي حذف گردند اين قطرات منجمد در داخل قطعه محبوس شده ، بدون آنكه ذوب مجدد شده باشند اين قطرات فقط باعث ايجاد يك غيرهمگوني در ساختار فلزي مي شوند .

[Mohammad Aref 120452]

طبقه بندي علل عيوب قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار

 

علل عيب سرد جوشي

عدم تنظيم حركت پيستون تزريق

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

پايين بودن سرعت دومين فاز مرحله تزريق

بيش از حد بودن مقدار مذاب تزريق شونده

سرد بودن قالب

سرد بودن مذاب هنگام تزريق

كوتاه بودن كورس ( زمان ) دومين مرحله تزريق

 

علل عيب ترك خوردگي

نامناسب بودن عمل تزريق

فشار نامناسب مرحله سوم تزريق

گرم بودن قالب

گرم بودن مذاب تزريق شونده

مشكل قالب گيري

 

علل عيب قطرات سرد

عدم تنظيم حركت پيستون تزريق

طرح نامناسب سيستم مذاب رساني

پايين بودن سرعت مرحله دوم تزريق

سرد بودن مذاب تزريق شونده

كوتاه بودن زمان مرحله دوم تزريق

 

بررسي روش هاي جلوگيري از ايجاد عيوب انتقال حرارتي در قطعات آلومينيومي ريختگي تحت فشار:

 

سرد بودن قالب :

سرد بودن قالب موجب ايجاد عيوب مختلفي مي شود راه حل هاي مختلفي جهت جلوگيري از آن مي توان پيشنهاد نمود .

الف ) كاهش ميزان روغن كاري

ب) افزايش آهنگ توليد (در صورت امكان )

پ) افزايش دماي مذاب تزريق شونده به منظور افت حرارتي قالب

ت) افزايش زمان انجماد به منظور كاهش اتلاف حرارتي قالب

 

بيش از حد گرم بودن قالب :

هنگامي كه قالب بيش از حد گرم باشد چندين راه قابل ارائه هستند .

الف ) افزايش ميزان روغن كاري ، چون روغن كاري موجب سرد شدن قابل توجه قالب مي گردد .

ب) كنترل شرايط سرد وگرم شدن قالب .

پ) كاهش سرعت توليد .

 

سرد بودن بيش از حد مذاب در حين تزريق :

به منظور كاهش خطر ايجاد عيوب ريخته گري مانند سردجوشي ، نيامد ، ترك خوردگي و قطرات سرد بايد مذاب در منطقه بالاي سوليدوس بوده و اين مسأله در تمام مرحله پر شدن قالب رعايت شود در صورت سرد بودن بيش از حد مذاب ، چندين راه حل وجود دارند كه عبارتند از :

الف ) افزايش دماي مذاب در كوره نگهدارنده با وجود اين نبايد بالاتر از محدوده c 710 باشد .

ب) كاهش زمان انتقال مذاب ازكوره ذوب به كوره نگهدارنده به منظور كاهش اتلاف حرارتي در ملاقه و ريختن فلز گرم تر به داخل كوره هاي نگهدارنده .

پ) كاهش زمان نگهداري مذاب پيش از بارريزي ، زيرا مذاب در كوره نگهدارنده مرتبا ً سردتر مي شود .

ت) در انتها مؤثرترين راه حل را مي توان كاهش زمان پر شدن قالب عنوان كرد .

 

گرم بودن بيش از حد مذاب در هنگام تزريق :

مذاب بيش از حد گرم در هنگام تزريق مي تواند باعث ايجاد عيوبي نظير ترك خوردن ( فلز بيش از حد گرم در حين تزريق مي تواند تغيير شكل دهد ) و يا كشيدگي انقباضي گردد ( به علت افزايش درجه حرارت قالب ) براي رفع اين مسأله دو راه حل وجود دارد كه عبارتند از :

الف ) كاهش درجه حرارت مذاب در كوره نگهدارنده ، البته نبايد دما را بيش از حد كاهش داد زيرا در اين صورت عيوب ديگري مانند سردجوشي و ... به وجود خواهند آمد .

ب) افزايش زمان پر كردن قالب هدف از اين كار از بين بردن تأثير گرم شدن قالب در حين پر شدن و به دست آوردن فلز سردتر در انتهاي پر شدن قالب مي باشد .

[Mohammad Aref 120452]

عيوب ريخته گري درريخته گري ريژه:

 

درجه حرارت در قالب هاي ريژه :

درجه حرارت قالب در سلامت قطعه ريختگي تاثير قابل توجهي دارد ، در صورتيكه درجه حرارت قالب پائين باشد باعث بوجود آمدن عيوبي مانند پرنشدن قالب (نيامد) و ترك مي‌شود و بر عكس اگر درجه حرارت قالب بالا باشد عيوبي مانند مك و كاهش خواص متالورژيكي قطعه را به وجود مي‌آورد به طور كلي عوامل زير درجه حرارت قالب را تعيين مي‌كند.

 

- درجه حرارت بارريزي :

با افزايش درجه حرارت بارريزي درجه حرارت قالب افزايش مي‌يابد.

 

- تعداد دفعات ريخته‌گري :

هر چه دوره عمليات ريخته‌گري سريعتر باشد درجه حرارت قالب افزيش مي‌يابد.

 

- شكل قطعه ريختگي :

مقاطع ضخيم ، گوشه‌هاي تيز نه تنها درجه حرارت كلي قالب را افزيش مي‌دهد ، بلكه يك شيب حرارتي نامناسب ايجاد مي‌كند.

 

- ضخامت قطعه ريختگي :

با افزايش صخامت قطعه ريختگي درجه حرارت قالب افزايش مي‌يابد.

 

- ضخامت ديواره قالب :

با افزيش ضخامت ديواره قالب درجه حرارت قالب كاهش مي‌يابد.

 

- ضخامت پوشش قالب :

با افزايش ضخامت پوشش قالب درجه حرارت قالب افزايش مي‌يابد.

 

- درجه حرارت بارريزي :

كنترل درجه حرارت بارريزي در ريخته‌گري در قالبهاي ريژه از اهميت به سزايي برخوردار مي باشد. درجه حرارت بارريزي همانگونه كه قبلاً اشاره شده در عمر قالب تاثير دارد. از طرف ديگر اين درجه حرارت در سلامت قطعه ريختگي فاكتور تعيين كننده مي باشد در صورتي كه درجه حرارت بارريزي پائين تر از حد لازم باشد محفظه قالب پر نشده ، راهگاه و تغذيه قبل از آخرين قسمت قالب منجمد مي شود و قسمتهاي نازك قالب با سرعت منجمد مي شود و در نهايت درجه حرارت پائين منجر به عيوبي مانند پر نشدن قالب ، مك ، ترك و كاهش خواص قطعه مي شود.

 

اگر درجه حرارت بارريزي از مقدار لازم بيشتر باشد ، باعث انقباض و تاب برداشتن قالب مي شود در نتيجه دقت ابعادي كاهش مي‌يابد همچنين عيوبي مانند مك كاهش خواص مكانيكي و متالورژيكي نيز براثر افزايش درجه حرارت بارريزي به وجود مي‌آيد .

 

بررسي عيوب در ريخته‌گري به روش ريژه :

حذف عيوب و توليد قطعه سالم جز با شناخت كامل و دقيق عوامل تشكيل عيوب ممكن نمي‌باشد ، معمولترين عيوب ريژه عبارتند از :

 

نيامد ، سرد جوشي ، مكهاي انقباض و گازي ، آخالهاي فلزي و غير فلزي ، تركها ، شكستگي ها و ردبار بررسي و تحليل سرمنشا عيوب و روشهاي حذف آنها خود مي تواند موضوع مبحث ديگري باشد ، ولي مادر اين قسمت به برخي از عيوب متداول ، علت عيب و رفع آنها اشاره مختصري مي نمائيم .

[Mohammad Aref 120452]

كنترل عيوب ريخته‌گري انتقال حرارتي در قالب ريژه :

 

حفره‌هاي گازي در مقاطع ضخيم كه حاكي از وجود گاز محلول در مذاب مي‌باشد.

علل عيب :

- درجه حرارت مذاب زياد مي باشد استفاده از شمشها ي مرطوب و يا برگشتهايي چرب و مرطوب در فرايند ذوب

راه حل: عمليات ذوب را كنترل كنيد انجام عمليات گاز زدايي ضروري مي باشد.

 

- تلاطم زياد در جريان انتقال مذاب از كوره به پاتيل

- درجه حرارت بالاي ريخته‌گري درون قالبي كه دماي آن از حد لازم بالاتر رفته است و موجب تأخير انجماد و افزيش حفرات گازي مي‌‌گردد.

راه حل: اگر دماي بارريزي را براي جلوگيري از عيب نيامد بالاتر از حد معمول در نظر مي گيريد بهتر است عوامل پيدايش عيب نيامد را بررسي كرده. و دماي بارريزي را تاحدلازم كاهش دهيد.

 

- پوشش كاري بيش از حد قالب كه باعث تأخير در انجماد قطعه مي‌گردد.

راه حل : قالب را خرچه زده و تميز كنيد و مجداً آن را بصورت نازكي پوشش كراه نمايد.

 

عيب بروز حفره‌هاي انقباض معمول انجماد بصورت تخلخل سطحي و حفره‌هاي داخلي در برخي سطوح خاص

علل عيب :

- عدم وجود انجماد جهت دارو عدم برقراري شيب دمايي مناسب .

راه حل: سيستم راهگاهي را بگونه اي تغيير دهيد تا انجماد به سمت تغذيه جهت دار شود.

 

ضخامت پوشش قالب را كنترل كنيد بطوري كه در قسمتهايي كه عمل مذاب رساني را انجام مي دهد ضخيم و در قسمتهاي كه تبريد بيشتري نياز دارد نازك باشد ، اگر اين حالت همچنان برقرا بود بايستي اندازه قسمتهاي مذاب رسان را افزايش داده و يا شرايط تبريدي ويژه‌اي براي قسمتهاي خاص مهيا نمود.

 

- عدم رسانيدن مذاب كافي به قسمتهاي ضخيمي كه توسط مقاطع نازك احاطه شده‌اند.

راه حل: اگر قسمت ضخيم نمي تواند در سطح جدايش قرار گيرد سعي بر بهبود انتقال مذاب با تغيير طراحي مقاطع نموده و يا از نافي هاي مذاب رسان استفاده شود. در صورتي كه انجام اين كار ممكن نباشد، از مبردهاي مخصوص (داخلي) استفاده نماييد.

 

- بالا بودن درجه حرارت بارريزي مذاب.

راه حل : اگر درجه حرارت مذاب را تنها براي حذف عيب نيامد افزايش داده ايد، با دقت در مورد عيب نيامد آن را به حالت معمول برگردانيد.

 

- تركيب شيميايي آلياژ

راه حل: اگر انقباض بعد از انجام اصلاحات فوق برطرف نگرديد، آناليز شيميايي مذاب را با مشخصات لازم كنترل كنيد و از آلياژ ديگري استفاده كنيد، گاهي اوقات مي توان از مذابي كه داراي مقادير نه چندان زيادي باشد، به گونه اي استفاده نمود كه حفره هاي گازي و ريز با توزيع يكنواخت (كه نسبتاً بي ضرر مي باشد) را با عيوب حفره هاي انقباضي بسيار جدي جايگزين نمود.

 

عيب نيامد

علل عيب:

- درجه حرارت بارريزي پايين مي باشد.

راه حل: بهترين دماي بارريزي را تعيين و انتخاب كنيد.

 

- خارج شدن حرارت بسيار زياد قالب به دليل وجود سطح تماس زياد آن با سيستم نگهداري آن

راه حل: كاهش سطح تماس نگهدارنده قالب و يا استفاده از مواد عايق حرارتي مانند ورقهاي ترانزيت يا آزبست.

 

- پوشش قالب ناكافي بوده و يا در اثر توليد پوسته ساييده و نازك شده است.

راه حل: در صورت امكان ضخامت پوشش را در محلهايي كه عيب نيامد بروز مي كند افزايش دهيد.

 

- سرعت كم پر شدن قالب.

راه حل: سرعت بارريزي را كنترل كنيد . در صورت نياز راهباره را وسيع تر و يا تعداد آن را زياد كنيد، بطوري كه مذاب با سرعت زياد و بدون تلاطم محفظه قالب را پر كنيد.

 

- عدم وجود هوا كشهاي كافي كه باعث مي شود مذاب در اطراف هواي حبس شده داخل قالب منجمد شود و آن قسمت بصورت عيب نيامد ظاهر شود.

راه حل: هواكش هارا كنترل كنيد ،‌‌ ببينيد باز هستند يا خير ، همچنين اندازه آنها مناسب مي باشد يا نه.

[Mohammad Aref 120452]

عيوب ريخته گري درريخته گري گريز از مركز:

ريخته‌گري گريز از مركز:

در ريخته‌گري گريز از مركز، براي پر كردن قالب، علاوه بر نيروي ثقل از نيروي گريز از مركز نيز استفاده مي‌گردد. در اين روش سطح بيروني قطعه توسط سطح داخلي قالب شكل گرفته ولي سطح داخلي قطعه به چند صورت امكان شكل‌گيري دارد كه خود سبب يك تقسيم‌بندي در روش‌ها گرديده و به طور كلي در سه دسته زير طبقه‌بندي شده‌اند

1- ريخته‌گري گريز از مركز حقيقي

2- ريخته‌گري نيمه گريز از مركز

3- ريخته‌گري تحت نيروي گريز از مركز يا قطعات گريز از مركز شده

 

ريخته‌گري گريز از مركز حقيقي:

محور ريخته‌گري بر محور دوران قطعه، منطبق بوده و سطح داخلي بدون حضور ماهيچه و به واسطه نيروي گريز از مركز شكل مي‌گيرد. در اين روش محور دوران در يكي از سه حالت افقي، عمودي و مايل مي‌باشد كه ابعاد و شكل قطعه تعيين كننده حالت صحيح آن خواهدبود.اين روش براي قطعات استوانه اي استفاده ميشود.

 

ريختگري شبه گريز از مركز:

در اين روش قالبها از جنس ماسه اي مي باشند كه درجه ها روي يك صفحه دوار قرار مي گيرند كه براي ريختگري قطعات ديسكي شكل كاربرد دارند

 

ريختگري قطعات گريز از مركز شده:

قالب از جنس ماسه مي باشد صفحات به شكل متقارن در اطراف سيستم راهگاهي قرار ميگيرند كه مذاب تحت نيروي گريز از مركز به داخل قالبها هدايت مي شود.

 

نكته قابل توجه در اين روش اين است كه اگر اين قالب ها غير متقارن باشند يك طرف آن سنگين و طرف ديگر سبك شده و باعث بر هم خوردن بالانس مكانيكي دستگاه ميشود و درجه به بيرون پرت ميشود.

 

در اين روش در قطعات استوانه اي هر چه فلز وزن مخصوص بيشتري داشته باشد نيروي گريز از مركز بيشتر ميشود كه اين باعث بالا آمدن ناخالصي ها ميشود و همچنين چون جهت سرد شدن مذاب از سطح خارجي به داخلي مي باشد حفرات انقباضي به سطح داخلي آمده و با يك بار ماشين كاري سطح داخلي لوله ها مي توانيم لوله هاي سالمي داشته باشيم ولي از نظر اينكه باعث جدا شدن عناصر آلياژي با وزن مخصوص متفاوت و فازهاي باوزن مخصوص كم ميشود عيب دارند. هر چه سرعت دوران بيشتر باشد نيروي گريز از مركز بيشتر ميشود و فاصله بين جدار قالب و قطعه كمتر شده و جدا شدن قطعه مشكلتر ميشود ولي كيفيت ابعادي و خواص مكانيكي آن بيشتر مي شود

 

شرايط لازم براي توليد قطعات سالم :

پخش سريع و يكنواخت مذاب در داخل قالب

انجماد جهت دار از سمت پوسته قالب به سمت حفره داخلي قالب

تجمع ناخالصي ها و حفرات گازي و انقباضي در پوسته داخلي لوله توليدي

 

عيوب ناشي از انتقال حرارت لوله هاي چدني :

اغلب عيوبي كه در تهيه لوله‌ها از طريق ريخته‌گري گريز از مركز به وجود مي‌ايند همانهايي هستند كه در ريخته‌گري ثقلي ايجاد مي‌شوند و اغلب تاثير مشترك چند عامل مي‌باشند. در اينجا به معرفي عيب ايجاد شده ناشي از انتقال حرارت در فرايند لوله‌ريزي لوله‌هاي چدني پرداخته و به طور جمال علت يا علل شناخته شده، توضيح داده مي‌شود.

 

عيب ترك

الف- ترك گرم يا پارگي

ترك گرم يا پارگي يكي از نقايص اين روش است. بعد از ورود مذاب به قالب و زماني كه اولين لايه منجمد مي‌شود، مذابي در پشت اين پوسته منجمد شده قرار دارد و به واسطه حركت دوراني بر آن فشار وارد مي‌كند. اين فشار در پوسته استوانه‌اي شكل در حال انقباض، تنش‌هاي محيطي ايجاد مي‌كند. در همين حال در ضخامت منجمد شده قطعه يك انقباض و در قالب به سبب افزايش درجه حرارت آن، يك انبساط حرارتي به وجود مي‌آيد كه سبب شكل‌گيري يك فاصله هوايي گشته و قطعه از حمايت سرتاسري قالب محروم مي‌ماند. در اين زمان اگر تغيير شكل ناشي از تنش محيطي فراتر از مقاومت گسيختگي فلز در آن درجه حرارت گردد، پوسته دچار ترك طولي مي‌گردد. البته در صورت پر شدن اين ترك با مذاب نيز عيب به نام عيب سردجوشي در سطح تماس ايجاد مي گردد.

روشهاي جلوگيري از بروز اين نقص عبارتند از:

كاهش درجه حرارت ريخته‌گري، كاهش سرعت ريخته‌گري، افزايش درجه حرارت پيش‌گرم قالب، به كارگيري سرعت دوراني كمتر در شروع ريخته‌گري و افزايش ضخامت تقالب با استفاده از لايه پوشش عايق در سطح داخلي قالب.

 

ب) ترك‌هاي عرضي

تركهاي عرضي از ديگر نقايص ايجاد شده در لوله مي‌باشد كه مي‌تواند در نتيجه تمركز شديد تنش‌هاي حرارتي و يا به خاطر انبساط گرافيت و گير كردن لوله در قالب ايجاد شود.

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام