گزارش کارآموزی در کارگاه ریخته گری نقش جهان

بسمه تعالی

مذاب چدن : بر روی این مذاب بعد از خارج کردن از بوته پودر سیلاکس که قرمز رنگ و دانه درشت تر از کاوارل می باشد می ریزند تا شیره و تفاله و سرباره را جذوب خود بکند و باعث می شوند که این مواد غیره ضروری بر روی مذاب جمع شده و به راحتی جمع آوری شوند در ضمن پودر بوراکس که سفید رنگ و نرم می باشد و همچنین حالت دانه ریزتری دارد برای مذاب آلیاژهای مس، برنج، برنز و غیره استفاده می شود.

قطعه نورد در 600 درجه سانتیگراد، دارای ساختار کاربیدی که کاربیدها سخت می باشند که با زمینه مارتنریت یا پرلیت.

کاربیده ها اگر دارای ترک شوند و این ترکها رشد بکنند انفجار شبکه را در پی خواهد داشت.

انحلال کاربید دردمای بالا و همچنین در زمان بالا صورت می گیرند. آستینت باقیمانده مشکل ساز است به همین خاطر تمپر می کنیم که آستینت را از بین برده و ما در این قسمت نیاز به سختی داریم.

کوره ها و وسایل تهیه مذاب :

در کارگاه ریخته گری دو کوره وجود دارد : کوره زمینی یا بوته ای و کوره شعله ای یا دوار.

کوره زمینی بیشتر برای ذوب آلیاژهای آهنی مثل چدن و آلیاژهای غیر آهنی مثل آلومینیوم، مس، برنج، و …… بکار می رود. بدین ترتیب که بوته را مثلاً از آلومینیوم پر کرده و داخل کوره قرار می دهیم و پس از ذوب شدن بوته را به وسیله طوقچه یا انبر بیرون می آوریم و داخل کمچه قرار داده و دو نفر این طرف و آن طرف کمچه را گرفته و آماده مذاب ریزی داخل قالب می شوند. سوخت این کوره از گازوئیل است که به وسیله هوای که از دم و یا بازدم برقی به همراه سخت داخل کوره می شود، گازوئیل را پودر کرده و باعث می شود که راندمان حرارتی کوره بالا رود.

کوره شعله ای یا دوار تشکیل شده است از بدنه، شاسی، موتور جهت گرداندن کوره و شعله گیر. این کوره بیشتر برای ذوب چدن بکار می رود. بدین ترتیب که چدنها داخل محفظه کوره دوار قرار داده و طی تماس شعله با چدنها، آنها را ذوب می کند. درهمین حین کوره به وسیله موتور و چدنهایی که در زیر کوره قرار دارد می چرخد و شعله گیر هم جلوی اتلاف حرارت شعله را گرفته و هوای گرم را به طرف بادزن برقی هدایت می کند تا به وسیله هوای گرم راندمان حرارتی کوره بالا رود. بوسیله چرخاندن کوره و قرار دادن بوته در زیر کوره مذاب چدن را از داخل کوره به قالبها انتقال می دهیم.

چدن (CAST IRON)

خانواده‌ای از آلیاژهای آهنی هستند که درصد کربن موجود در انها بیش از  2% و سیلیم (SI) بیش از 1 درصد میباشد.درواقع چدن یک نوع آلیاژ سه تایی FE – C – SI می باشد.

چه خواصی موجب برتری چدن نسبت به فلزات دیگر شده است ؟

ارزانی قیمت

خواص مکانیکی ویژه (از جمله قابلیت جذب ارتفاعش، مقاومت در برابر سایش و فشار، عدم حساسیت در برابر شیارهای سطحی)

سادگی تهیه قطعات چدنی از طریق ریخته گری به دلیل :

الف) پائین بودن نقطه ذوب و سیاسیت بالا

ب) پائین بودن ضریب انقباض در هنگام استحاله مذاب جامد

عوامل موثر در تعیین خواص مکانیکی چدنها نسبت به گرافیت :

گرافیت نوعی کربن کریستالیز شده است که به علت تغییر فرم پلاستیکی راحتی که در گرافیت وجود دارد سختی بسیار کمی دارد

مقدار گرافیت : هر چه درصد ذرات گرافیت در زمینه زیادتر باشد استحکام چدن کمتر می باشد

شکل گرافیت : اشکال مختلفی از ذرات گرافیت در ریز ساختار دیده می شود که مهمترین انها عبارتند از :

الف) گرافیت لایه ای در چدن خاکستری

ب) گرافیت تمبر شده در چدن ماسیبل

ج) گرافیت کروی در چدنهای داکتیل

د) گرافیت کرمی شکل در چدن با گرافیت فشرده

نحوه توزیع ذرات گرافیت : تاثیر زیادی بر روی خواص مکانیکی دارد مانند ساختار گل رزی

اندازه ذرات گرافیت

کربن به دو صورت در ساختار دیده می شود : به صورت آزاد گافیت و به صورت ترکیبی FE3C (سمانتیت)

برخی از مشخصه های سمانتیت :

وزن مخصوص نزدیک به آهن

فازی بسیار سخت و شکننده است

دارای هیچگونه تغییر آلوتروپی نیست و نقطه ذوب حدود C 1250 دارد.

کربن معادل : توسط این فاکتور اثر تمام فازهای موجود در چدن نسبت به اثر کربن و عناصر مشابه سنجیده می شود. مجموعه این اثرات تشکیل عدد خاصی به نام کربن معادل (CE) را می دهد.

(CU %07/.) - (AL %2/.) – (S %4/.) – (P% + SI% 3/1 + C%) = CE کربن معادل (MN %03/.) + (CR %06/.) – (NI % 05/.) –

%10< CR  و NI و %4< CU  و  %2< AL  و %4/ S< و %5/2 < MN اگر

(%SI + P) 3/1 + C %= CE کربن معادل

ذوب چدنها : ذوب چدنها راحت و در کوره های معمولی مانند کوره های بوته ای (گرافیتی) زمینی چدنها را ذوب می کنند در حالی که فولاد را در کوره های قوس، القایی و زیمنس ذوب می کنند. کوره ای که مخصوص ذوب چدن است و صرفه اقتصادی دارد، کوپل می باشد که تا حدود 1 تن در ساعت می تواند ذوب بدهد. کوره هایی که برای ذوب چدن استفاده می شوند عبارتند از :

کوره کوپل، القایی، الکتریکی، کوره گرم کن شعله ای و کوره زمینی

عوامل موثر در انتخاب کوره :

میزان سرمایه گذاری

اندازه و نوع قطعه ریختگی

سرعت ذوب

ظرفیت کوره

میزان نیاز به کنترل مذاب

کنترل مذاب چدن (آزمایش کارگاهی) : تعیین میزان تمایل چدن به گرافیت زایی توسط آزمایش چیل (CHILL) مشخص می شود (گرافیت زایی چدن سفید) این کار توسط ریختن مذاب داخل قالبهایی به شکل مکعب مستطیل یا حفره ای شکل صورت می گیرد.

در این آزمایش هر چه عمق سردشدن در نمونه بیشتر باشد تمایل چدن به گرافیت زایی کمتر است.

عمده ترین عواملی که روی سیالیت مذاب چدن اثر می گذارد :

درجه حرارت مذاب

ترکیب شیمیایی : هر چه ترکیب به ترکیب یوتکتیک نزدیکتر شود سیالیت مذاب بالالتر می رود.

ارائه این دو فاکتور بر روی سیالیت چدن خاکستری به صورت زیر ارائه شده است :

155 – T 05/ + CE * 9/14 = درجه سیالیت

آزمایشهای آزمایشگاهی چدن :

تعیین ترکیب شیمیایی چدن با استفاده از ابزاری نظیر کوانتومتر

تعیین خواص مکانیکی چدن : کلیه خواص کششی، فشاری، ضربه و سختی و …

کنترل ریز ساختار (با متالوگرافی)

تعیین میزان تخلخل چدن با کمک اشعه ایکس (رادیوگرافی)

چدن خاکستری

کوره های ذوب : به علت پائین بودن نقطه ذوب عموماً می توان در هر کوره ای عملیات ذوب را انجام داد.

روشهای ریخته گری : عموماً گریز از مرکز، افت فشار وثقلی

روشهای قالبگیری : به استثنای روش قالبگیری با گچ سایر روشها به کار گرفته
می شود.

خواص مهندسی چدن خاکستری

اصولاً ترکیب شیمیایی، سرعت سرد شدن و نوع عملیات حرارتی روی ریز ساختار و نتیجتاً روی خواص مکانیکی اثر می گذارد

اثر ترکیب شیمیایی : مهمترین اثر خواص مکانیکی مربوط به کربن و سیلسیم موجود در آن می باشد.

با استفاده از نمودار روبه‌رو با افزوده شدن درصد کربن معادل، خواص مکانیکی کاهش می یابد.

                                                              2/4   %CE

اثر سرعت تبرید : افزایش سرعت تبرید موجب افزایش استحکام کششی چدن می گردد. علت این موضوع ریز شدن لایه های گرافیت و تیغه های پرلیتی در ساختار بر اثر سرعت سرد شدن بالا می باشد.

براساس این موضوع نمودار روبه‌رو استحکام کششی را نسبت به قطر استوانه ریخته شده نمایش می دهد.

خاصیت جذب ارتعاش : خاصیت جذب ارتعاش (ضریب خفه کنندگی) عبارتست از خاصیتی که براساس آن یک ماده تنشهای ارتعاشی را به تدریج در خود جذب می کند. عواملی همچون افزایش کربن معادل باعث جذب ارتعاش زیادتر می شود. خاصیت جذب ارتعاش با استحکام رابطه معکوس دارد.

چدن نشکن (چدن با گرافیت کروی) :

مزایای این نوع چدن عبارتست از :

این چدن دارای مزایای چدن خاکستری بنابراین قابلیت ریخته گری قطعات با اشکال پیچیده را دارد.

این چدن دارای مزایای مهندسی بالا است. استحکام مکانیکی بالا، قابلیت تغییر شکل بالا و مدول الاشیشه بالا

چدن نشکن قابلیت نورد، آهنگری، عملیات حرارتی را دارا می باشد. استحکام کششی این چدنها g/mm 40 است

مثل چدنهای خاکستری خواص آنها تابع توزیع، اندازه و شکل و … گرافیتها می باشد (اما نه بشدت چدنهای خاکستری)

استحکام بین KPSI 150-60 را دارا هستند و %25-1 IEL

در ساخت قطعات ماشین آلات موتور کششی، موتور تجهیزات کشاورزی، محورهای انتقال قدرت، میل لنگ، دیسک کلاچ، پمپ کمپرسی و … استفاده می شود.

انجماد این چدنها در تحت انجماد بیشتری صورت می گیرد یعنی F 120 اما چدن خاکستری در F 60

مراحل تولید چدن با گرافیت کروی :

انتخاب شارژ فلزی و ذوب آن

عملیات گوگردزدایی (زیرا گوگرد یکی از عناصری است که از تشکیل گرافیت کروی جلوگیری می کند )

عملیات کرو کردن

جوانه‌زنی مذاب

روشهای افزودن فروسیلسیم منیزیم (%5/2 وزنی مذاب) به مذاب چدن نشکن :

منیزیم (MG) به علت دارا بودن وزن مخصوص کم در سطح مذاب چدن قرار خواهد گرفت. همینطور نقطه جوش آن C 1100 است که به خاطر اختلاف دما با مذاب چدن به بخار تبدیل می شود. همچنین میل ترکیبی زیادی با عوامل محیطی دارد. به همین دلیل باید با استفاده از روشهای زیر فرو سیلسیم منیزیم را به مذاب اضافه کرد :

روش فروبری : در این روش مواد حاوی منیزیم را داخل یک قوطی سوراخ دار ریخته و آن را داخل مذاب فرو می برند بدین ترتیب می توان منیزیم را به مذاب اضافه کرد. این روش بازیابی حدود %65 دارد.

روش ساندویچی : براساس همین روش در کف پاتیل پله ای ایجاد می کنند و مواد منیزیم دار را داخل قسمت پائین پله قرار می دهند و روی آن را به وسیله یک ورق فلزی می پوشانند. بدین ترتیب منیزیم را به مذاب اضافه می کنند این روش بازیابی حدود % 80 دارد.

روش روریزی : یکی دیگر از روشهای اضافه کردن منیزیم به مذاب چدن روش روریزی است. بدین صورت که منیزیم را روی سطح مذاب  می پاشیم و بلافاصله روی آن را کاورال (که نقش پوشش دارد)می ریزیم تا از بخار شدن منیزیم جلوگیری کند. این روش بازیابی حدود %20 را دارد. به همین دلیل کمتر از آن استفاده می شود

اضافه کردن منیزیم در سیستم راهگاهی : در این روش مواد حاوی منیزیم را در یک قسمت از سیستم راهگاهی گذاشته تا پس از ورود مذاب با هم ترکیب شوند و به داخل قالب راه پیدا کنند. این روش بازیابی حدود %95 را دارد و بهترین روش محسوب می شود.

فرم دادن بوسیله پرسی

اصول و نحوه عمل : فرم دادن اوراق فلزی و تبدیل نمودن آنها به طرح غیر قابل برگشت غالباً بوسیله تغییر فرم پلاستیکی آنها در حالت سرد یا گرم (درمورد قطعات ضخیم) انجام می شود. تغییر فرمهای بدست آمده روی پرسهای مکانیکی یا هیدرولیکی بوسیله جابجایی نسبی یک سمبه و یک قالب (ماتریس) در یک یا چند مرحله صورت می گیرد. اولین مرحله روی یک ورق تخت بوسیله ابزار اولیه فرمکاری انجام می شود. اگر پرسکاری خیلی عمیق باشد فرمیکه در مرحله اول به دست می آید مجدداً به قالبهای دیگر کشش و یا در قالبهای مرکب فرستاده می شود برای اوراق نازک اغلب قالبها به جز آنهائیکه برای ایجاد فرمهای کم عمق به کار می روند مجهز به ورق گیر هستند.با مشابهتی که بین روشهای مختلف فرمکاری وجود دارد می توان مقایسه ای بین فرمهای واسطه که در حین ساخت یک استوانه طویل از یک طرف بوسیله پرس و از طرف دیگر به روش کشیدن ورق روی قالبهای دوران کننده که شبیه فرم دادن با وسایل دستی می باشد انجام داد.

تعیین ابعاد صفحات اولیه و ابزار فرم آنها :

بافرض اینکه ضخامت تغییری ننماید (در حین فرمکاری) مساحت صفحه اولیه را برابر سطح کل قطعه مورد فرمکاری در نظر می گیرند , ابعاد صفحات از طرق محاسبه و بر مبنای آزمایش و کنترل ضخامتهای احتمالی صورت می گیرد. در عمل نتیجه بدست آمده می تواند نسبت به جنس , حالت فلز , لقی سمبه و ماتریس و غیره تغییر نماید.

لازم است مقداری فلز اضافی برای صاف نمودن لبه هائیکه بر حسب وضعیت قطعه در رابطه جهت نورد کاری ورق اولیه به طور نا منظم کشیده می شوند (فرم گرفتن گوشه ها) پیش بینی شود غالباً در مواردیکه قالبهای فرم در برش از یکدیگر جدا هستند ساخت قالبهای برش صفحات اولیه بر حسب چگونگی کار و نتایج بدست آمده پس از عمل فرمکاری صورت می گیرد.