حرارت دادن و سرد کردن فلزات طبق شرایط دمایی و زمانی مشخص بمنظور افزایش برخی خواص فیزیکی و یا مکانیکی در فلز را عملیات حرارتی گویند.
عملیات حرارتی فولاد ها:
در فولاد ها از عملیات حرارتی معمولا برای ایجاد تغییرات زیر استفاده می شود:
1.بهبود انعطاف پذیری
2.افزایش سختی
3.افزایش چکش خواری
4.بهبود قابلیت ماشین کاری شدن
5.ریز کردن ساختار دانه ها
6.حذف باقی مانده تنش ها
7.افزایش مقاومت سایشی
در مطلب زیر به برخی ازفرآیند های مختلف عملیات حرارتی اشاره شده است.
1.آنیل کردن - Annealing
آنیل کردن برای افزایش انعطاف پذیری و کاهش سختی انجام می شود.
ساختار نهایی معمولا پرلیتِ خشن می باشد.
سیکل عملیات حرارتی عبارت است از حرارت دادن در محدوده حرارتی آنیل کردن و سرد کردن به یکی از دو صورت زیر:
الف.قرار دادن قطعه در کوره و در دمای "آستنیته کردن" و سپس خاموش کردن کوره تا قطعه به آرامی سرد شود.
ب.سرد کردن از دمای "آستنیته کردن" تا دمای زیر 723 درجه سانتیگراد جهت تشکیل "پرلیت" و سپس سرد کردن تا دمای اتاق.
2.نرماله کردن - Normalizing
هدف افزایش سختی قطعه و یکنواخت کردن نسبی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی است.
ساختار معمولا شامل "پرلیت ظریف" می باشد. سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده حرارتیِ نرماله کردن و سپس سرد کردن در هوا می باشد.
3.سخت کردن - Hardening
هدف افزایش سختی و در نتیجه کاهش انعطاف پذیری است.
در این روش بیشترین سختی و استحکام در مقایسه با روش های دیگر بدست می آید. سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده سخت کردن (معمولا منطبق بر محدوده آنیل کردن) و سپس سرد کردن سریع در آب و یا روغن می باشد.
ساختار نهایی شامل "بِینیت" و یا "مارتنزیت" و یا مخلوطی از این دو است. هر چه کربن فولاد بیشتر باشد احتمال گرفتن مارتنزیت بیشتر است و با سرعت های سرد کردن کمتری می توان آن را بدست آورد.
هر چه کربن فولاد بیشتر باشد مارتنزیت خشن تر و درشت تر خواهد بود که به آن مارتنزیتِ بشقابی نیز گفته می شود. هر چه درصد کربن کمتر باشد مارتنزیت ریزتر و ظریف تر می باشد که به مارتنزیتِ پَرشکل معروف است.
4.تنش گیری - Stress Relief
هدف حذف تنش های ایجاد شده در اثر کار سرد صورت گرفت روی فولاد می باشد.
سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده حرارتیِ 500+50 و 500-50 درجه سانتیگراد و سپس سرد کردن آهسته می باشد.
اکسیدهای آلومینیم، بزرگترین منبع ناخالصی ها
ناخالصی ها بزرگترین معضل ریخته گری آلومینیم هستند. بیشترین ناخالصی های مذاب آلومینیم، منشای اکسیدی دارد. اکثر منابع تشکیل ناخالصی درریخته گری آلومینیم، ناشی از روش های نادرست حمل مذاب و تمیز کردن ناکافی کوره است. دیگر منابع ناخالصی، ناشی از نسوز دیواره کوره و یا ته بار مواد است.
هرگاه آلیاژ آلومینیم مذاب با اکسیژن تماس داشته باشد، به ترکیب دیگری که آن را اکسید آلومینیم (Al2O3) می نامیم تبدیل می شود. اکسید آلومینیم خاکستری رنگ است و سطح خارجی قطعه ریختگی را تشکیل داده و سطح مذاب آلومینیم را نیز می پوشاند. آلیاژ آلومینیم بدون پوشش اکسیدی، ظاهری بسیار براق دارد. این ظاهر براق به هنگام ماشینکاری قطعه ریختگی و برداشتن سطح اکسیدی آن (توسط عملیات پولیش کاری) نمایان می گردد.
اکسید آلومینیم موادی جداگانه و متفاوت از آلومینیم است و نمی توان آن را دوباره در آلومینیم ذوب کرد (بدون استفاده از روش های خاص). اکسید آلومینیم اغلب نرم بوده و بر روی سطح مذاب شناور است. در این حالت، کمی روشن تر از مذاب آلومینیم بوده و چگالی آن 2.8 است. شکل 1 مواد اکسیدی (سربار) نرمتر (حالت گاما) که از روی بوته کف گیری شده است، نشان می دهد.
شکل 2 قسمتی از یک قطعه ریختگی را نشان می دهد که در آن مواد اکسیدی نرم از طریق ملاقه وارد مذاب شده و با بقیه آلومینیم تزریق شده است. حتی اگر اکسید را نتوان دید، مواد اکسیدی (سربار) بصورت شاخکهای چنگالی شکل در آمده و بطور محسوسی قطعه را ضعیف ساخته و باعث ایجاد مسیر نشتی در قطعات تحت فشار می شود. مواد اکسیدی (سربار) می توانند به شکل کروی در آمده و بصورت شناور به منطقه ای از مذاب رانده شوند که ملاقه اتوماتیک دستگاه، از آن قسمت مذاب مشغول بارریزی است. اگر از تکرار چنین پدیده ای به طور کامل جلوگیری نشود، بایستی در دهانه ملاقه (قسمت شیبدار آن) بخوبی عمل کف گیری را انجام داده و با دقت و بطور متناوب آن را تمیزکرد.
اکسید آلومینیم همواره به هنگام پخش شدن مذاب و ایجاد سطوح جدید در تماس با هوا تشکیل می شود. بنابراین نباید تعجب کرد که قسمتی از آن به هنگام ریختن مواد از کوره ذوب به داخل کوره نگهدارنده و یا سیلندر تزریق تشکیل شود. تعداد قابل توجهی از ذرات اکسید آلو مینیم، هنگامی که مذاب بدون پوشش، به مدت کوتاهی در معرض هوا قرار گیرد، تشکیل می شوند که برخی از آنها در ابعاد میکروسکوپی می باشند. برخی ذرات آن نیز بزرگترند و یا بعضی مواقع به اندازه ناخن انگشت می باشند.
اکسیدهای آلومینیم از جمله مواد پلی مورفیک می باشند، بدین معنا که در شرایط خاص محیطی (معمولا در درجه حرارت زیاد) خواص کریستال های آلومینیم به طور کامل تغییر می کند. این نکته برای دایکاست کاران بسیار حائز اهمیت است که این تغییر در درجه حرارت های بالای 800 درجه سانتیگراد رخ دهد. در این شرایط اکسید آلومینیم به حالت آلفا آن تغییر حالت داده که در این وضعیت بسیار سخت تر و چگال تر از حالت گامای اولیه است. این تغییر با افزایش میزان اکسیژن و با رطوبت موجود در هوا شتاب بیشتری می گیرد. سخت ترین این مواد کوراندوم (Corundum) نام دارد.
جرم حجمی کوراندوم برابر 4 کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب و از آلیاژ اولیه آن سنگین تر است. کوراندوم تمایل دارد تا در کف پاتیل ته نشین شود. کوراندوم بسیار سخت است و در مقیاس موهس بعد از الماس قرار می گیرد. در عمل کوراندوم از فولاد سخت تر بوده و فولاد ابزاری که به هنگام ماشینکاری با کوراندوم برخورد می کند، ترک خورده و یا می شکند.
اکسید آلومینیم چه به صورت فاز گاما و چه به صورت فاز آلفا از ترکیبات اصلی ناخالصی ها در آلومینیم مصرفی دایکاست است. اکسید نرم به طور مداوم و به هنگام تماس آلومینیم مذاب با هوا تشکیل شده و با آلیاژ آلومینیم مخلوط می شوند. از سوی دیگر کوراندوم به طورعمده در کوره ذوب واحد دایکاست تشکیل می شود. مقداری از کوراندوم ممکن است به دلیل مصرف شمش های آلوده باشد. بنابراین مقدار زیادی از نقاط بسیار سختی که در قطعه دایکاست مشاهده می شود، در کوره ذوب واحد دایکاست به وجود آمده است. همچنین ممکن است مقداری از کوراندوم موجود در قسمتی از خط ذوب که درجه حرارت بالایی دارد، تشکیل شود که علت آن، استفاده از نوع خاصی از نسوز کوره و برخی سیستم های خنک کننده است. به طور کلی علت اصلی تشکیل کوراندوم، جداره کوره است.
کوراندوم به دیواره کوره چسبیده و به هنگام تمیز کردن دیواره کوره جدا می شود. به هنگام فرایند تمیز کردن کوره معمولا کوراندوم با اصلاح کننده های مذاب، اجسام نسوز کوره و یا اکسید آلومینیم نرمتر مخلوط می شود. اگر تنها کوراندوم به داخل حمام مذاب ریخته شود، در انتهای کوره ته نشین شده ولی معمولا با مواد دیگری مخلوط شده و به صورت معلق در حمام مذاب باقی مانده و سرانجام به قطعه ریختگی می رسد. شکل های 3 و 4 نشان دهنده اکسیدهای شکل گرفته در کوره های ذوب می باشد.
بنابراین کنترل ذرات سخت و عدم راهیابی آنها به داخل مذاب یکی از وظایف و اهداف مدیریت تمیزکاری کوره حمل مذاب به شمار می رود. به دلیل ته نشین شدن بسیاری از مواد سخت، یکی از راهکارهای مهم برای جلوگیری از داخل شدن این ذرات به داخل مذاب، دادن زمان کافی به آنها برای ته نشین شدن در انتهای کوره پس از تمیز کردن آن می باشد. بنابراین این موضوع، که به کوره هایی که به تازگی تمیز شده فرصت کافی جهت ته نشینی ذرات معلق در آن داده شود و مذاب آن برای مدتی مغشوش و پخش نشود، بسیار مهم و بحرانی می باشد. این زمان ممکن است 1 یا 2 ساعت و یا حتی در مواقعی بیشتر باشد، ولی به هر قیمتی باید از خالی کردن مذاب کوره پس از تمیز کردن آن پرهیز شود و از هر دقیقه برای ساکن نگه داشتن مذاب استفاده کنید، حتی اگر از زمان ایده آل نیز کمتر باشد.
مواد سنگین تری که در کوره ته نشین می شوند، معمولا همراه با مذاب به داخل قطعه تولیدی وارد نمی گردند. نقاط و ذرات سخت همواره به یک شکل دیده نمی شوند. آنها ممکن است متشکل از قطعات بزرگی باشند که به وضوح در گلویی تزریق دیده می شوند و یا ابعاد میکروسکوپی که بدون بزرگنمایی دیده نمی شوند، باشند. اشکال 5 تا 10 تعدادی از شکل های رایج و مختلف مواد سخت موجود در قطعه ریختگی را نشان می دهند.
ریخته گری تحت فشار Die Casting
ریخته گری تحت فشار نوعی ریخته گری می باشد که مواد مذاب تحت فشار به داخل قالب تزریق می شود. این سیستم بر خلاف سیستم هایی که مذاب تحت نیروی وزن خود به داخل قالب می رود، دارای قابلیت تولید قطعات محکم و بدون مک (حفره های درونی) می باشد. دای کاست سریع ترین راه تولید یک محصول از فلز می باشد.
مزایای ریخته گری تحت فشار:
1- تولید انبوه و با صرفه
2- تولید قطعه مرغوب باسطح مقطع نازک
3- تولید قطعات پیچیده
4- قطعات تولید شده در این سیستم از پرداخت خوبی برخوردار است.
5- قطعه تولید شده استحکام خوبی دارد.
6- در زمان کوتاه تولید زیادی را امکان می دهد.
معایب ریخته گری تحت فشار:
1- هزینه بالا
2- وزن قطعات در این سیستم محدویت دارد.
3- از فلزاتی که نقطه ذوب آنها در حدود آلیاژ مس می باشد می توان استفاده نمود.
ماشین های دایکاست:
این ماشین ها دو نوع کلی دارند:
1- ماشین های با محفظه تزریق سرد: Cold chamber در این نوع سیلندر تزریق خارج از مذاب بوده و فلزاتی مانند AL و Cu و mg تزریق می شود و مواد مذاب توسط دست به داخل سیلندر تزریق منتقل می شود.
2- ماشین های با محفظه تزریق گرم: Hot chamber در این نوع سیلند تزریق داخل مذاب و کوره بوده و فلزاتی مانند سرب خشک و روی تزریق می شود و مذاب اتوماتیک تزریق می شود.
محدودیت های سیستم سرد کار افقی:
1- لزوم داشتن کوره های اصلی و فرعی برای تهیه مذاب و رساندن مذاب به داخل سیلندر تزریق
2- طولانی بودن مراحل کاری
3- امکان به وجود آمدن نقص در قطعه به دلیل افت حرارت مذاب آکومولاتور
بسته نگه داشتن قالب: (قفل قالب DIE LOCK)
فشارهایی که در ریخته گری تحت فشار در فلز مذاب به وجود می آیند مستلزم داشتن تجهیزات ویژه جهت بسته نگه داشتن قالب می باشد تا از فشاری که برای باز کردن قالب در طی تزریق به وجود می آید و باعث پاشیدن فلز از سطح جدا کننده قالب می شود اجتناب شده و تلرانس های اندازه قطعه ریختگی تضمین گردد. قالب های دایکاست به صورت دو تکه ساخته می شوند یک نیمه قالب به کفشک ثابت (طرف تزریق) و نیمه دیگر به کفشک متحرک (طرف بیرون انداز) بسته می شود. قسمت متحرک قالب بوسیله ماشین روی خط مستقیم به جلو و عقب می رود و به این ترتیب قالب دایکاست باز و بسته می شود. بسته نگه داشتن هر دو نیمه قالب طی تزریق، بسته به طراحی ماشین ریخته گری تحت فشار با روش های مختلف صورت می گیرد. یک روش اتصال با نیرو است که از طریق اعمال یک نیروی هیدرولیکی بر کفشک متحرک به وجود می آید. روش دیگر اتصال با فرم به کمک قفل و بندهای مکانیکی صورت می گیرد. این قفل و بند ها فقط با یک نیروی کوچک پیش تنش کار می کنند. در هر دو مورد یک بسته نگهدارنده ایجاد می گردد که با نیروی به وجود آمده باز کننده در قالب دایکاست مقابله می کند. نیروی باز کننده نتیجه فشار تزریق است که هنگام پر کردن قالب ایجاد می گردد.
قالب های دایکاست:
قالب دایکاست عبارت است یک قالب دائمی فلز ی بر روی یک ماشین ریخته گری تحت فشار که برای تولید قطعات ریختگی تحت فشار به کار می رود. هدایت کردن فلز مذاب به درون حفره قالب توسط کانال هایی انجام می گیرد که به آن سیستم مدخل تزریق –راهگاه- گلویی گفته می شود. هر قالب دایکاست از دو قسمت تشکیل شده است تا بتوان قطعه را بعد از انجماد از حفره قالب بیرون آورد. اجزاء قالب دایکاست که با فلز ریختگی مذاب در تماس هستند از فولاد گرم کار و یا از آلیاژهای مخصوص نسوز و مقاوم در برابر تغییر دما ساخته می شود.
بعضی قطعاتی که با دای کستینگ تولید می شوند عبارتند از: کاربراتورها، موتورها، قطعات ماشین های اداری، قطعات لوازم کار، ابزارهای دستی و اسباب بازی ها. وزن اکثر قطعات ریختگی این فرآیند از کمتر از 90 گرم تا حدود 25 کیلوگرم تغییر می کند.
