ریخته ‌گری فولاد

مقدمه

تعدادی از فواید ساخت فولاد‌ها مانند یک مواد خوب برای ساختمان می‌تواند استفاده شود از ریخته‌گری فولاد.

فولاد مستحکم است با محدوده استحکام کششی از 60000تا حدود 280000PSI. فولاد همچنین انعطاف دارد و ترکیبی از استحکام و انعطاف پذیری علاوه بر این فولاد استحکام شکست بالایی دارد و مقاوم به شک است. خواص فولاد کنترل می‌شود به وسیله کنترل محدوده آن به وسیله ترکیب آن، مخصوص درصد کربن آن.

فولاد آلیاژی از آهن و کربن است، که خواص قابل توجهی مانند قابلیت کنترل مجموعه‌ای از خواص با درصد کربن، برای مثال وقتی کربن وجود ندارد، آهن کاملاً نرم و ضعیف است. اگر کربن اضافه شود کمتر از 2/0 تا 3/0 درصد، استحکام افزایشی محسوسی دارد و شکل a 1-15 نشان می‌دهد این اثر کربن روی استحکام کششی و درصد کاهشی سطح مقطع در فولاد ریختگی کربنی ساده.

منحنی‌هایی برای استحکام نهایی و درصد ازدیاد طول نشان می‌دهد که در یک جهت‌اند. توجه به این مفهوم که کنترل خواص، فولاد بیشتر مورد توجه به وسیله کنترل دیگر خواص، برای مثال عملیات حرارتی. این موضوع در قسمت 17 کاملاً مورد بحث قرار گرفته است.اما به طورخلاصه آهن و فولاد متحمل یک تغییر در ساختار شبکه کریستالی می‌شود.

(ترتیب اتم‌ها در حالت جامد) که آن ممکن است خواص را کنترل کند به وسیله کنترل سرعت سرد کردن از درجه حرارت بالا (°F1650 تا 1500). کنترل بیشتر همچنین بدست می‌آید به وسیله گرم کرد دوباره (تمیرینگ یا کشیدن) بعد از سرد کردن سریع (کوئینچ کردن). در شکل b1-15 ببینید.

یک نشانه خاص از ریخته‌گری فولاد در مقایسه با تولید این واقعیت است که قطعات فولادی دارند یک یکنواختی خواص بدون توجه به جهتی که آنها را آزمایش می‌شود. که این رفتار ایزوتروپیک گفته می‌شود. این رفتار در فولادی که روی آن کار شده با کار مکانیکی، شکل ساختاری از شمشی یا بیلت زیرا انجام کار خواص جهت داری را نشان می‌دهد.

بنابراین فولاد کار شده با دوام و مستحکم است وقتی آزمایشی در جهت بزرگ‌ترین ازدیاد طول است اما ضعیف‌تر و شکنندگی بیشتری دارد اگر در جهت عرضی آزمایش شود. فولاد ریختگی این جهت‌دار بودن را ندارد و از این رو مناسب است برای کاربرد آن زیرا این اثر می‌تواند اثر مضری را به وجود آورد.

یک فایده خوب قطعات ریختگی فولادی قابلیت جوشکاری آسان آن است که در دیگر آلیاژ‌های آهنی وجود ندارد. در واقع فولاد می‌تواند باشد قابل جوشکاری باشد.

شاید پتانسیل مهم این مواد امکان ترکیب آنها است به وسیله قطعات ریختگی فولاد جوش داده شده یا شکل‌های ساخته شده به روش‌های دیگر، تولید ساختار ترکیبی قسمتی از قطعات ریختگی و قسمتی فولاد کار شد.

خواص آهنی بیشتر، یکی از فواید وسیع فولاد است، برای مثال، استحکام و انعطاف پذیری، که باعث اشکالات معینی در ریخته‌گریمی شود. که در بخش 9 مقداری توضیح داده شده است. بعد از ریخته‌گری، جدا می‌شود حجم را و تغذیه موجود در آن زیرا به علت انعطاف‌پذیری و استحکام جدا کردن آن مشکل می‌شود و فقط چکش‌کاری برای آلیاژهای تردتر مانند چدن است. اره کردن، برش با چرخ ساینده، مشعل و غیره برای این هدف مورد نیاز است.

ترکیب خوبی از خواص ریخته گری در فولاد قبل از این گفته شد.از نقطه نظر روش ریخته‌گری، هر چند، سخت‌گیری برای آمادگی طراح و متالورژیست به علت خواص ریختگی و محدوده بسته از ترکیبات است. ریختن فولاد در درجه حرارت بالا همچنین در خواست‌ها برای توجه ویژه به سوژه‌های مورد نیاز، پاتیل‌ها، ماسه‌های قالب‌گیری، تبدیل فلز به شکل پر کردن قالب و بدون نیامد، و گزارش مسئله. انقباض انجماد بالای فولاد همچنین معرفی طرح و مسائل قالب‌گیری به ندرت بیشتر از دیگر فلزات می‌شود. در ذوب این آلیاژ‌ها مسایل ویژه زیاد یا بی‌مانند در فولاد.

طبیعت آلیاژ‌ها و واکنش‌پذیری آنها با اکسیژن و ناخالصی‌های آنها، نیازمند روش پیچیده برای ذوب کردن و تصفیه برای ساخت استفاده شود برای اطمینان از تولید خوب و با کیفیت فلز است.

هدف این قسمت توضیح این مسائل است. اما به علت ذوب فولاد همچنین ویژه است. در بخش 16 به طور جداگانه توضیح داده شده است. و تنها یک بررسی مختصر از روش‌های ذوب داده شده است

فرآیند‌های قالب‌گیری و ماسه‌ها

قالب‌گیری برای قطعات ریختگی فولاد تفاوتی با دیگر آلیاژ‌ها ندارد. هر چند به علت مشخصات معلوم در فولاد، مطمئناً این روش‌ها نمی‌توان استفاده از روش‌هایی که به طور وسیع در دیگر فلزات استفاده می‌شود. فولاد می‌تواند ریخته شود به درون هر قالب ساخته شده با وسیله فرآیند‌های قالب‌گیری ماسه‌ای.

قالب‌های ماسه خشک، قالب‌های ماسه ماهیچه‌ها، قالب‌های پوسته‌ای خشک شده و قالب‌های با چسب سیمانی استفاده می‌شوند در سمت بالایی در ریخته‌گری فولاد که بیش از ریخته‌گری سایر آلیاژ‌هاست. دلیل این شرایط سخت به وسیله اثر فولاد است.

با مراجعه به روش‌های قالب‌گیری از دیگر ماسه استفاده می‌شود. به دلیل درجه حرارت بالای ریختن فولاد از ریخته‌گری در قالب دائمی خودداری می‌شود، مگر در حالت‌های خاص، یا به وسیله قالب‌های دای کست، یا قالب‌های گچی.

فولاد می‌تواند ریخته‌گری شود در قالب‌های دقیق زیرا مواد قالب‌گیری دقیق به اندازه کافی شور است. قالب‌های گرافیتی می‌تواند استفاده شود برای فولاد اگر پیش‌بینی شود در جلوگیری از گرفتن کربن قالب‌های سرامیکی نیز همچنین استفاده می‌شوند.

قالب‌گیری با ماسه تر

تعدادی قطعات فولادی ساخته می‌شوند با استفاده از قالب‌های ماسه‌تر. روشی عمومی آن از دیگر فلزات متفاوت نیستند. هر چند ماسه‌های ریخته‌گری فولاد متفاوت از دیگر که مخصوصاً وابسته به مشخصات آن است.

دیرگدازی

جهت اینکه ماسه در تماس با فولاد ممکن است گرم شود تا درجه حرارت‌های بیش از اندازه، ماسه قالب‌گیری باید باشد به اندازه کافی خالص زیرا ذوب نشود و خراب نشود قالب.شکل 6-15 نشان می‌دهد این ماسه در یک سطح مشترک فلز ـ قالب که ممکن است به درجه حرارت بالا برسد یک نتیجه از نیاز برای پایداری حرارتی بالا، در بیشتر ماسه قالب‌گیری تر وجود دارد با ترکیبات مخلوط‌هایی از ماسه که چسب معمولاً بنترنیت است.

در رابطه با شور بودن ماسه که مقاومت و پایداری آن مسئله مهمی است. در درجه حرارت بالا ماسه یک تغییر حالت از خود نشان می‌دهد و هر دو پیوند فیزیکی و شیمیایی، به طور تدریجی خواص آن تغییر می‌کند. مگر اینکه به مقدار زیاد ماسه جدید دوباره اضافه شود.

متأسفانه روش آزمایشی که نشان دهد این تغییر حالت تدریجی را وجود ندارد.در یک بررسی در مشاهده این سرعت خراب شدن ماسه مرتبط است با افزایش نسبتاً بالای استحکام گرم و حساسیت در برابر شوک حرارتی با توسعه سافت پوشش‌هایی روی دانه‌های ماسه است.

نفوذپذیری بالا و درصد رطوبت کم

این دو خواسته مرتبط به یکدیگرند زیرا به هم وابسته هستند. وقتی ماسه گرم است، قسمتی از رطوبت در ماسه تبدیل به بخار می‌شود. هوا در قالب گرم می‌شود و حجم آن افزایش می‌یابد و ترکیبات موجود در آن ممکن است تجزیه شود به مواد گازی. مقداری از این گازها خارج می‌شود از حفرات قالب.

گرمای فولاد در قالب بیش از درجه حرارت دیگر فلزات است، از این رو حجم گاز بیشتری ممکن است تولید شود و نیاز به خارج شدن بیشتری است. شرایط لازم می‌تواند برای رسیدن فولاد می‌تواند باشد به وسیله افزایش نفوذ پذیری در حدود مورد نیاز برای دیگر آلیاژ‌ها و محدودیت درصد رطوبت که نسبتاً حجم کمی است (حدود 3درصد). بیشتر گاز فرار کند از تغذیه‌ها و دیگر حفرات در قالب.

ترکیبات عالی و غیره

استفاده از ترکیب ماسه‌ها با نسبتاً درصد کم چسب برای فولاد که همراه است به وسیله تمایل به سوی عیب‌هایی مشخص در قطعات مانند پوسته پوسته شدن، باد کردگی و رگه‌ای شدن آن از نتایج از انبساط ماسه در اثر حرارت است. اضافه کردن مواد مشخصی ممکن است کاهش دهد تمایل به ایجاد عیوب بالا 1 مول کنترل این عیوب در بخش 5 توضیح داده شده است.

اثر اساسی از این شرایط خاص که تحمیل می‌شود به فولاد به وسیله نتیجه خواص ماسه‌ تر در ساخت در محدوده‌ای که خواص آن به طور مشخصی متفاوت از مخلوط ماسه قالب‌گیری برای دیگر آلیاژ‌ها است. این تفاوت‌ها نشان داده شده‌اند به وسیله اطلاعات جدول9-5 که ترکیب و خواص از ماسه برای آلیاژ‌های مختلف و فولاد که شامل آنها می‌شود لیست شده است بیشتر ماسه تر استفاده می‌شود با ماسه رویی که مخصوصاً ترکیب تولید شده این خواص را خواهد داشت (برای ماسه رویی) و ماسه چشت بند که اساساً استفاده مجدد از ماسه رویی است، که همچنان اندازه دانه آن وخواص آن کنترل می‌شود. این روش، اگرچه پیچیدگی بیشتری دارد وقتی قالب‌گیری با هر دو ماسه پشت بند و ماسه رویی برای قالب‌گیری است.

عیوب قالب‌گیری با ماسه تر

علاوه بر عیوبی مانند، پوسته پوسته شدن، بادکردگی و رگه‌ای شدن، پارگی گرم و غیره که در جای دیگری از کتاب توضیح داده شده، و همچنین ترک‌های سرتاسری در مراجعه به دیگر مواد، عیب دیگری که می‌تواند افزایش یابد سوراخ سنجاقی است. که مشخصاً آن حفرات کوچک در دیواره صاف است، که باریک در یک جهات ستونی به سمتدیوار، قالب که بلافاصله قبل از پوسته قطعه ریختگی به وجود می‌آید.

علت به وجود آمدن این عیب هنوز جای بحث دارد، اما خواص عمومی در تشکیل هر یک از CO یا H₂O یا هر دو به وسیله یک واکنش در سطح فلز این واقعیت که عیوب رخ می‌دهد به طورمکرر در قالب‌های ماسه تر به این موضوع اشاره دارد که در اضافه کردن کم به وسیله شرایط مشخص وجود دارد در سطح مشترک ماسه و فلز، و وقتی تنها تفاوت بزرگ بین ماسه تر و قالب‌های ماسه خشک باید درصد رطوبت آن باشد.

تشکیل H₂O­ یا هر دو به وسیله واکنش بین هیدروژن و اکسیژن در فولاد باید به حداقل فاکتور توزیع را داشته باشد. رطوبت در ماسه، شرایط را بدتر می‌کند به وسیله شرکت هیدروژن وقتی نفوذ می‌کند به داخل فولاد و واکنش می‌کند با اکسیژن حل شده. این توضیح می‌دهد که چرا با اکسیژن زدایی فولاد توسط آلومینیوم قبل از ریختن حفرات متخلخل کاهش می‌یابد وقتی اکسیژن واکنش می‌دهد با آلومینیوم به جای هیدروژن.

قالب‌های ماسه خشک و قالب‌های پوسته ای خشک شده

قالب‌گیری با ماسه تر ترجیح داده می‌شود به دیگر روش‌های قالب‌گیری زیرا از نظر اقتصادی بهتر است و سرعت تولید نیز بالاتر است. اما به علت افزایش استحکام قالب یا جلوگیری از حفرات یا برای دلایل دیگر، خشک کردن قالب قبل از ریختن مناسب است. خشک کردن سطحی می‌تواند انجام شود به وسیله گرم کردن سطح با شعله، لامپ مادون قرمز، هوای داغ، یا قالب‌هایی که می‌توان خشک کرد در یک نوع کوره ماشین بزرگ در درجه حرارت بالای °F500.

درصد رطوبت در ماسه تر استفاده شده برای قالب‌های خشک شده سطحی یا قالب‌های ماسه خشک ممکن است مقداری بالاتر از ماسه تر معمولی برای قابلیت قالب‌گیری بیشتر، و همچنین با علت رطوبت بالاتر هدایت می‌کند به سمت استحکام خشک بالاتر. این خواص ماسه خشک در بخش 5 توضیح داده شده است.

انواع دیگر قالب‌ها

تعدادی از ریخته‌گران از سیمان به عنوان چسب ماسه استفاده می‌کنند، اما این روش خیلی در این کشور معمول نیست. قالب‌های با چسب سیمان در بخش 3 توضیح داده شده‌اند.

ریخته‌گری دقیق در بخش 3 توضیح داده شده است. استفاده می‌شود برای قطعات ریختگی ویژه که دارند تلرانس بسته یا پیچیدگی در طراحی استفاده از این روش انجام می‌شود. یکی از زمینه‌های قالب‌گیری دقیق که مؤثر است در ریخته گری آلیاژ‌های ویژه و شکل‌های استفاده شده برای پره‌های توربین گاز و دیگر قسمت‌هایی که موضوع آن کار در درجه حرارت بالا نمی‌توان شکل داد به خوبی به وسیله دیگر روش‌ها.

قالب‌های پوسته‌ای تا مقداری با موفقیت استفاده می‌شوند اما گرایشی به عیوب سطحی در آن وجود دارد.

این اینها را می‌توان حذف کرد به وسیله استفاده از نوعی مبرد در قالب‌های پوسته‌ای. قالب‌های سرامیکی نیز همچنین امکان‌پذیر است. که ریختن قسمت‌های نازک‌تر از قالب‌های ماسه‌ای که مرسوم است را اجازه می‌دهد. فرآیند مخصوص ترکیب قالب‌های گرافیتی و ریختن با فشار هوا استفاده می‌شود برای توید چرخ‌های فولادی ماشین و دیگر قطعات.

روش‌های قالب‌گیری

روش‌های معمول در قالب‌گیری ماند کوبش دستی، کوبش ضربه ای، فشردن و روش کوبش و پرتاب ماسه، که در ماسه‌های فولاد استفاده می‌شود. و هیچ تفاوتی وجود ندارد بین روش‌ها استفاده شده برای فولاد در مقایسه با دیگر آلیاژ‌های ریختگی.

ماهیچه‌ها

ماهیچه سازی و مواد ماهیچه در بخش 6و7 نسبتاً توضیح داده شده‌اند. علاوه بر نیاز به تهیه مخلوط ماسه ماهیچه برای بکار بردن در درجه حرارت‌های بالاتر، یک تفاوت اساسی وجود دارد بین ماهیچه برای فولاد در مقایسه با ماهیچه‌ای که در دیگر فلزات به کار برده می‌شود، و اصول آن در بخش‌های گفته شده در بالا قابل خواندن است برای ریخته‌گری فولاد.

به علت شرایط زیاد در افزایش درجه حرارت ریختن استفاده شده برای فولاد، مشکلات ویژه مشخصی باید ذکر شود. یک اثر برای مثال در درجه حرارت ریختن بالا ماهیچه سریع‌تر گرم می‌شود و درجه حرارت بالاتر از ماهیچه‌ها برای قطعات ریختگی مشابه در آلیاژ‌های با نقطه ذوب پایین است. نتیجه این است که حجم بیشتری از گاز ماهیچه‌ها تولید می‌شود و بیشتر وارد قالب می‌شود. که این باعث اجبار در قابلیت نفوذ پذیری بالاتر برای قطعات ریختگی فولادی نیاز است که در بیشتر چدن‌ها و قطعات غیر آهنی کمتر است. اطلاعات جدول 2-7 نشان می‌دهد که نفوذپذیری بیشتری در ماسه‌های استفاده شده برای ماهیچه‌های فولاد وجود دارد. استفاده از جعبه ماهیچه پوسته‌ای کمک قابل ملاحظه‌ای به حذف مشکل گاز تولید شده توسط گاز می‌انجامد.

دیگر عیوب مرتبط با ماهیچه‌ها در ریخته‌گری فولاد در پاراگراف‌های زیر توضیح داده شده است.

پارگی گرم

فولاد در درجه حرارت بالا ریخته‌گری می‌شود. اما این درجه حرارت نسبتاً کم است به دلیل محدوده درجه حرارت کوتاه انجماد در فولاد. نتیجه این که این فولاد خیلی زود بعد از ریخته شدن شروع به انجماد می‌کند. و در بعضی موارد قبل از گرم شدن ماهیچه‌ها که آنها استحکام خود را دارند. ترکیبی از استحکام نسبی ماهیچه و انقباض ضعیف فلز اغلب باعث تغییر شکل شکست در قطعات ریختگی که اشاره به ترک گرم دارد.

فولاد تنها فلزی نیست که موضوع ترک گرم در آن وجود دارد، بلکه این عیب در دیگر فلزات نیز وجود دارد اما این مشکل در ریخته‌گری فولاد شدیدتر است، و در این فصل علل ترک گرم مطالعه خواهد شد. نمی‌توان گفت ماهیچه‌ها تنها علت ترک گرم هستند وقتی که استحکام قالب همچنین علتی اساسی در ترک گرم. وقتی ماهیچه‌ها تولید می‌شوند اغلب مستحکم‌تر از قالب‌ها، عیب ترک گرم به نسبت توضیح داده می‌شود با ماهیچه‌ها.

عیبی که نشان داده شده برای چدن مالیبل در شکل 12-23 مرتبط است با هر دو متغیر متالورژیکی و متغیرهای ماسه. یک نظر درباره علت این پدیده این است که ترک گرم رخ می‌دهد در مدت آخرین مرحله از انجماد فولاد وقتی که دانه‌های فلز جامد هنوز توسط یک فیلم نازک از مایع احاطه شده است.

ترک رخ می‌دهد وقتی انقباض طبیعی فولاد جلوگیری می‌شود به وسیله هر یک از شکل هندسی ریختگی یا بوسیله قالب، دیگران مدارکی که نشان می‌دهد ترک گرم رخ می‌دهد بعد از انجماد. در این حالت ترک‌ها ممکن است ریز باشد، مرز شکست‌ها، قابل دیدن نیست بدون استفاده از مایعات نفوذپذیر (فلورسنت) و یا اچ کردن مشاهد نمی‌شود.