شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
ریخته گری نیمه جامد

ریخته گری نیمه جامد

ریخته گری نیمه جامد

ارسالی از : سکینه دلربا

 

تاریخچه فرآیندهای نیمه جامد

 فرآیند نیمه جامد تکنولو‍ژی نسبتا جدیدی است مطالعه بر روی این فرآیند برای اولین بار در سال ۱۹۷۱ در راستای تز دکترای اسپنسر به این نتیجه رسیدکه برش و شکستن دندریت های موجود در یک آلیاژ نیمه جامد منجر به بروز رفتار تیکسو تروپیک در یک آلیاژ نیمه جامد می شود.

از سال ۱۹۷۱تاکنون تحقیقات زیادی بر روی روش های تولید قطعات با استفاده از فرآیند نیمه جامد انجام گرفته است.

عمده این تحقیقات بر مبنای نحوه ی ایجاد ساختار هم محور و غیر دندریتی در حالت نیمه جامد بوده است.در رابطه با نوع ماده ی مورد تحقیق نیز باید گفت که در سال های ابتدایی آلیاژهای فولادی مورد نظر بوده اند ولیکن باگذشت زمان و نیاز روزافزون صنایع هوافضا و خودروسازی به آلیاژهای سبک نوع ماده ی اولیه فرآیند به سمت آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیم صوق یافته است.

امروزه فرآیند نیمه جامد به عنوان یک روش کاملا علمی و در عین حال باصرفه اقتصادی مطرح است به طوری که قطعات حاصل از این روش امکان برخورداری از خواص مکانیکی مطلوب اشکال پیچیده وهمچنین ابعاد دقیق را دارا میباشند.

نیمه جامدها،به الیاژهایی گفته میشود که دمای انها در محدوده ی بین خطوط لیکوییدوس وسالیدوس باشد.ریخته گری اینگونه مواد ازحدود۳۰سال پیش مورد توجه قرار گرفته است واین بخاطر خواص سودمندی است که اینگونه مواد از خود نشان داده اند.مهمترین خواص نیمه جامدها عبارتند از:

۱٫ غیر قابل نفوذ دربرابرگاز تحت فشار:گاز تحت فشار از ان عبور نمیکند
۲٫ برتری خواص مکانیکی بخصوص خزش وخستگی
۳٫ توانایی درطراحی باتقلیل ضخامت ودسترسی به قطعات سبک:میتوان قطعات سبک ونازک با همان توانایی درتحمل نیرو تولید کرد.
۴٫ کمترین نیاز به ماشین کاری
۵٫ نزدیک به شکل نهایی:زیراقسمت اعظم ان جامد هست ودرنتیجه انقباظات ناشی از انجماد وجودندارد وقطعه به شکل نهایی نزدیک تر هست.
ازانجایی که نیمه جامد ها مخلوطی از جامد ومذاب هستند،از دو اصطلاح ریخته گری نیمه جامد وشکل دهی نیمه جامد استفاده میشود(semisolid casting_semisolid forming(
این نوع ریخته گری ،به علت صرف انرژی زیاد نسبت به سایر روشهای ریخته گری ،گران تر هست .بااین حال امروزه به عنوان یکی از روشهای مهم درتولیدقطعه بحساب میایدو حجم قابل توجهی از قطعات ریختگی ،با این روش تولید میشود. جدول زیر نشان دهنده ی این مطلب میباشد.
لازم به ذکر است که اطلاعات این جدول مربوط به سال ۱۹۹۵میلادی میباشد.دراین جدول منظورازریخته گری نیمه جامد ،‌هر چهار روش ان است که در ادامه رآجع به ان صحب خواهیم کرد.

USE% CASTING PROCESS


۶۰
Sand
۱۱
Permanent
۹
Die
۷
Investment
۱۳
Semisolid
۷
Shell mold
۶
Centrifugall,plaster,evaporattion pattern

 

انواع روشهای ریخته گری نیمه جامد

۱٫ rheocasting
۲٫
thixocasting
۳٫
squeezcasting
۴٫
FM process
فرآیند رئوکستینگ :
مهمترین آلیاژهایی که دراین روش تولید می شوند آلیاژهای روی وآلومینیوم هستند از جمله آلیاژ
A 356 وA 357که درساخت اجزای خودرو ازآن استفاده میشود .همینطور آلیاژ
A lSi9Cu3 که درساخت موتورهای خانگی ،پمپها ،واترپمپها وچرخ دنده هاآزآن استفاده میشود.
دونوع فرآیند مهم وشبیه بهم برای تولید این قطعات وجود داردکه عباتندازرئوکستینگ وتیکسو کستینگ که به
آنها اشاره خواهیم کرد .درفرآیندتیکسوکستینگ شمشالهای جامد بادانه بندی های مناسب وخواص میکروسکوپی یکنواخت تامحدوده نیمه جامد درکوره های ویژه گرم میشوند تابه حالت نیمه جامد درآیند.سپس این شمشالهارابه محفظه شوتینگ ماشین دایکست انتقال می دهند وبه داخل قالب تزریق میکنند .
رئو کستینگ ازکلمه رئولوژی گرفته شده است .رئولوژی علم تغییرشکل فیزیکی مواد است لذادرفرآیندرئوکستینگ ابتدا شمشها را ذوب میکنند سپس آن رامیگذارند تا به محدوده نیمه جامد برسد . دراینجابه وسیله یک تنش برشی درنیمه جامد تلاطم شدید وخشن ایجادمیکنند که موجب میشود ساختار از
حالت دندریتی به حالت گلبوله (کروی) درآید.سپس این نیمه جامدرابه داخل قالب تزریق میکنند . نمای کلی این دو پروسه درشکل صفحه بعد آمده است که ازآنجامیتوان مزایاومعایب این دوروش رانسبت به هم بررسی کرد .
ازآنجائیکه قصد مابررسی رئوکستینگ است فقط به بیان مزایای رئوکستینگ نسبت به تیکسوکستینگ وسایرروشهای نیمه جامد میپردازیم .
هیمنطور درادامه درمورد تبدیل ساختاردندریتی به ساختارکروی وپارامترهای موثر بررئوکستینگ صحبت خواهیم کرد.

 فرآیند رئوکستینگ چندین مزیت نسبت به تیکسوکستینگ دارد :

۱- پیچیدگی فرآیند کمتراست زیرانه سیستم گرم کننده تادمای نیمه جامد رانیاز داریم ونه سیستم رباتیک انتقال دهنده را(تیکسوکستینگ اتوماتیزه تراست )
۲- قابلیت تزریق نیمه جامد دررئوکستینگ بهتراست زیرامحدودیتی برای تزریق شمشالها باطول وضخامت خاص وجود ندارد.
۳- تعدیل ،تغیییر وتبدیل آلیاژدرهمان جایگاه هم ممکن است .
۴- ازشمشهای ترک خورده هم میتوان استفاده کرد درحالیکه شمشالهابایدعاری از ترک خوردگی باشند
۵- برای تهیه شمش محدودیتی وجود ندارد .شمشهای دایکست شده ازچندین منبع قابل دسترسی هستند وخیلی ارزانترازشمشالهای مخصوص تیکسوکشتینگ هستند.
۶- درهمان جابازیافت قراضه هاانجام میشوند .قراضه هامی توانند دوباره ذوب شده ومجددا مورد استفاده قرارگیرنددرحالیکه درتیکسوکستینگ قراضه هابایدبه کارخانه سازنده شمشال فروخته شودوبعدازآن کارخانه شمشال را خریداری کرد
۷- درمجموع این روش (رئوکستینگ)نسبت به سایر روشهای ریخته گری نیمه جامدارزانتروقیمت تمام شده برای این روش ازسایرروشهاکمتراست

تفاوت شمش با شمشال :
شمش ها معمولا ازروشهای شمش ریزی سنتی مانند کوکیل ریزی تولید میشوند وتهیه آنها معمولادرخودکارگاه های ریخته گری هم میسراست مثلااگرمقداری مذاب به هنگام ریخته گری اضافه باشدآنرادرون قالبهای خاصی میریزند که بعد ازانجمادآن به صورت شمش درمی آیدکه درمرحل بعدکارمیتوان
آنراذوب کرد وبرای تولید قطعات ریختگی استفاده کرد .
درحالیکه شمشالها توسط فرآیندریخته گری پیوسته درکارخانه های مجزاتولیدمیشود.درواقع این شمشالهامعمولادرکارخانه های فولادسازی تولیدمیشوندلذاخواص مکانیکی ،طول ،ضخامت و سایرپارامترهای آن برای کسانی که ازآن استفاده میکنند مهم است .
(ریخته گری کوبشی) squeez casting –semisolid forging
این روش شبیه به فرآیندفورج است ،بااین تفاو ت که دراینجابه جای فلزجامد،نیمه جامدرافورج میکنیم .
توضیح درمورد غیردندریتی شدن درفرآیندRheocasting :
ازآنجائیکه درساختارکروی ،حرکت نیمه جامدوسیلان آن خیلی خوب است وویسکوزیته آن از حالت دندریتی کمتراست ،درمرحله قبل ازتزریق نیمه جامدبه داخل قالب درفرآیندرئوکستینگ ،نیمه جامدرابه وسیله ایجادتنش برشی ازساختاردندریتی به ساختارگلبوله تبدیل میکنیم تااهدافی که گفته شدحاصل شود.مکانیزم این فرآیندبه این صورت است که اولا دراثرایجادتنش برشی ، دندریتهاخم میشوند ودولبه آنهابه هم میرسند ودرون آنهامقداری مذاب محبوس میشود.ثانیادندریتهای چاق ،چاقترمیشوندودندریتهای لاغرمجاورخودرادرخود حل میکنند.این کارتاجائی ادامه مییابدکه ساختاربه طورکامل کروی شود .بایدتوجه کردکه پارامترهای زیادی دراین فرآینددخیل هستندامابسیاری ازآنهانقشی متناقض دارندومثلا این پارامترهابرای دوآلیاژمختلف باهم فرق میکنند لذادراینجابه بررسی پارامترهای ثابت ومستقل میپردازیم.
پارامترهای موثربرغیردندریتی شدن درفرآیندرئوکستینگ :
۱- نرخ برش :
درمجموع میتوان گفت که هرجه نرخ برش بیشترباشد،باعث کاهش مذاب حبس شده درجامدمیشود .
۲-سرعت سردکردن (انجماد):
باتوجه به شکل شماتیک میتوان فهمیدکه هرچه سرعت سردکردن (انجماد)کاهش می یابدوبه سمت ساختارگلبولی پیش میرویم لذامذاب حبس شده درجامدکمترمیشود.
۳-زمان انجماد:
ناگفته پیداست که زمان انجمادبایدزیادباشدتابه ساختارگلبولی نزدیک شویم .(زمان انجمادوسرعت انجمادباهم رابطه عکس دارند).باگذشت زمان طبق نمودارزیر،ویسکوزیته هم کاهش می یابدکه یک حالت مطلوب میباشد.

انواع روشهای غیردندریتی کردن درفرآیندرئوکستینگ :
batch rheocaster ( a
دراین روش داخل یک دیگ راپرازنیمه جامددندریتی میکنند .آنگاه بوسیله دوبازوی مکانیکی خودکار،شروع به ایجادتلاطم وتنش برشی درنیمه جامدمیکنندتاساختارکروی وگلبوله شود.این روش به علت ارزان بودن آن نسبتابه عنوان رایج ترین روش محسوب میشود،امامحدودیتهایی هم داردکه درادامه راجع به آنهابیشترصحبت میکنیم .
b) continousrheocaster
دراین روش نیمه جامدباساختاردندریتی راازبالاواردمیکنیم ،درون دستگاه یک اهرم وجودداردکه ضمن حرکت دورانی ،حرکت ارتعاشی ازبالابه پایین هم دارد.این حرکت باعث میشودکه درپایین دستگاه وجاهاییکه قطرمخزن کم میشود،ساختاربه صورت گلبوله درآیدوازخروجی پایین دستگاه خارج شود.مزیت این روش نسبت به روش قبل این است که عملیات به صورت پیوسته انجام میشودوتازمانیکه ازبالانیمه جامدباساختاردندریتی واردکنیم ،ازپایین میتوانیم ساختارگلبوله بدست آوریم .لذاسرعت این روش برعکس روش قبل خیلی بالاتراست
c) electromegnatic stirring of continous casting
این روش امروزه ازاهیمت بسیارزیادی برخورداراست واین به علت مزیتی است که نسبت به دوروش قبلی دارد.دردوروش قبلی ،تبدیل ساختاردندریتی به ساختارگلبوله توسط یک عامل مکانیکی (بازوهای اعمال تنش برشی )صورت می گرفت .لذابایدجنس این بازوهاطوری باشدکه دمای ذوب بالاترازنیمه جامدداشته باشند.
امادراین روش عامل مکانیکی وجودنداردوتبدیل ساختارهابه وسیله یک نیروی الکترومغناطیسی صورت میگیرد.
درنتیجه برای نیمه جامدهاوآلیاژهابادمای ذوب بالا(مثل فولادها)این روش خیلی کاربرددارد.شمشالهای مورداستفاده برای تیکسوکستینگ ازاین روش تولید میشوندتوجه شودکه دراین روش هم عملیات به صورت پیوسته ومداوم است .
d) magneto hydrodynamic (MHD)
عبارت است ازایجادتلاطم شدیدوخشن درهسته کوره القائی که موجب میشودساختاربه صورت گلبوله درآید.این روش برای ضخامتهای زیادبکارمیرود .

e) SIMA

این روش هم مشابه MHD است باین تفاوت که کاربرد آن برای ضخامتهای نازک (درحدکمترازچندسانتیمتر)
میباشد.
شکل دهی فلزات و آلیاژها در حالت نیمه جامد به دو روش مرسوم انجام می‏شود:

ریخته گری نیمه جامد
۱- رئوکستینگ Rheocastingکه در آن مخلوط دوغابی در یک همزن تولید و به طور مستقیم وارد قالب می‏شود. در روش رئوکستینگ، ۶۰ تا ۷۰ درصد آلیاژ نیمه جامد به صورت مایع است؛

۲- پتک‏کاری نیمه جامد Thixoformingکه در آن یک شمشال در قالبی مجهز به یک همزن، ریخته گری شده و برای استفاده های بعدی ذخیره می گردد. در هنگام شکل‏دهی بخشی از شمشال بریده می‏شود، سپس تا دمای نیمه جامد حرارت داده شده و در پایان در قالب شکل داده می شود. زمانی که ۳۰ تا ۴۰ درصد شمشال، آلیاژ مایع باشد، شمشال ریختگی تحت عملیات پتک‏کاری قرار می گیرد.

ریخته گری نیمه جامد

  مزایا و معایب:

به دلیل پرشدن آرام محفظه ی قالب و دمای پایین در فرآیند نیمه جامد مزایای زیادی برای قطعات تولید شده به روش نیمه جامد در مقایسه با فرآیند های شکل دهی معمولی به صورت بالفعل و بالقوه قابل تصور است.

مشخصه های بالفعل و بالقوه ی فرآیند ریخته گری نیمه جامد:

۱-محتوای گرمایی کمتر نسبت به فلز مذاب:

الف) سایش کمتر قالب

ب)شکل دهی مواد فعال

ج)شکل دهی آلیاژ های پایه ی آهن

د)شکل دهی مواد با نقطه ذوب بالا

 

۲-حضور فاز جامد در هنگام پرشدن قالب:

الف)حفرات انقباضی کمتر

ب)نیاز به تغذیه کمتر

ج)جدایش کمتر

د)ساختار با دانه های کوچکتر

 

۳-ویسکوزیته ی بالاتر از فلزات مذاب و قابل کنترل:

الف)گازهای گیر افتاده ی کمتر

ب)اکسید های کمتر

ج)شکل دهی باسرعت بالاتر

د)کیفیت سطحی بالاتر

ه)اتوماسیون

ی)فرآیند های جدید

 

۴-تنش سیلان کمتر از فلزات جامد:

الف)شکل دهی اجزای پیچیده

ب)شکل دهی باسرعت بالاتر

ج)قیمت پایین تر

د)شکل دهی باسرعت بالای اجزا به صورت پیوسته

۵-قابلیت وارد نمودن مواد جدید:تولید کامپوزیت ها

۶-توانایی جدانمودن مذاب و جامد:خالص سازی

 

منابع

www.blogfa.com

ویکی پدیا

www.iran-mavad.com

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.