فرآیند شاو یک فرآیند کلیدی برای ریخته گری دقیق فلزات

امروز با پیشرفت صنایع نیاز به تولید قطعات بدون عیب بسیار احساس می شود. بر این اساس ریخته گری به عنوان فرآیند کلیدی برای تولید بسیاری از انواع قطعات پیچیده شناخته می شود. به طور معمول ریخته گری به عنوان فرآیندی سنتی که بدون داشتن دانش فنی و مهارت انجام می شود، شناخته می شود. در صورتی که داشتن مهارت و آشنایی با انواع روش های قالب گیری و ریخته گری جهت تولید قطعات سالم و با دقت بالا مورد نیاز است. ریخته گری دقیق به عنوان فرآیند استفاده از سرامیک نسوز به عنوان مواد قالب گری شناخته می شود. اما معمولا ریخته گری دقیق را با ریخته گری مومی یا Investment Casting می شناسند. در صورتی که روش های دیگری نیز برای به کار گیری سرامیک در قالب گیری در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. به این فرآیندها قالب گیری سرامیکی یا Ceramic Molding میگویند. مهم ترین این روش ها روش قالب گری شاو Shaw Process می باشد که در این مقاله به طور مفصل در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

ادامه نوشته

بهبود خواص مکانیکی ماهیچه خام سرامیکی بر پایه اتیل سیلیکات جهت ریخته گری دقیق فلزات

روش شاو یکی از روش های قالب گیری سرامیکی جهت ریخته گری فلزات می باشد. در این روش دوغاب سرامیکی به صورت دوغابی درون قالب ریخته می شود. پس از ژل شدن چسب مورد استفاده، به راحتی از قالب جدا شده و برای سوزاندن و پخت آماده می شود. با این وجود استحکام قبل از پخت قالب جهت جابجایی اهمیت دارد. در ادامه به بیان روش های استحکام بخشی به سرامیک خام می پردازیم.
در شرایطی که قالب نیاز به حرارت دیدن تا دمای بالاتر نداشته باشد به راحتی می توان از قانجاق فلزی جهت استحکام بخشی استفاده نمود. قالب های ماسه ای را به راحتی می توان با این روش استحکام بخشید. در این حالت قانجاق فلزی همانند آرماتور عمل کرده و استحکام لازم را فراهم می کند.
اما برای قالب های سرامیکی از این قانجاق ها نمی توان استفاده نمود علت این امر هم اختلاف انبساط حرارتی فلز و سرامیک می باشد. در دمای بالا فلز انبساط بیشتری نسبت به سرامیک خواهد داشت که باعث شکستن قالب سرامیکی خواهد شد. بنابراین می بایست به دنبال راه حل دیگری برای استحکام بخشی خام قالب سرامیک بود. در ادامه به راه کارهایی جهت بهبود استحکام خام قالب یا ماهیچه سرامیکی خواهیم پرداخت.

ادامه نوشته

حذف عیوب تخلخل زیرسطحی در فولادهای آلیاژی با افزودن فروسلنیوم

در این مقاله قصد داریم به بررسی راه کارهایی جهت کاهش و حذف عیوب مربوط به قطعات ریخته گری استیل ضد زنگ آلیاژی بپردازیم. جهت دستیابی به این هدف می بایست عواملی که باعث بروز تخلخل می شود را شناسایی کنیم. سپس به دنبال راه کاری جهت حذف آن باشیم
مواردی که در این مقاله بررسی می شود:
درک رطوبت و تخلخل ناشی از آن.
حذف تخلخل زیرسطحی در فولادهای پر آلیاژ.
مطالعه موردی برای یافتن راه حل موثر جهت جلوگیری از تخلخل زیرسطحی.

ادامه نوشته

انواع روش های تولید قطعات توسط بایندرهای سرامیک پایه الکل و کاربردهای آن

مهمترین بخش تولید قطعه دقیق ریخته گری تولید قالب سرامیکی می باشد. چسب مورد استفاده در قالب سرامیکی روش شاو، پایه الکل بوده و توسط فرآیند ژل سازی تولید می شود. علاوه بر تولید محلول قالب به روش شاو روش های دیگری نیز برای تولید نانو ساختارها با کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوشتار سعی شده به طور خلاصه این روش ها و کاربرد هر یک بیان شود. در این صورت علاوه بر آشنایی بیشتر با فرآیند، امکان استفاده از روش های دیگر برای تولید قالب های دقیق نیز فراهم می شود.

ادامه نوشته

فرآیند سل-ژل در ساخت قالب های سرامیکی جهت ریخته گری دقیق فلزات

در حالت کلی در ریخته گری اگر از سرامیک ریز دانه جهت ساخت قالب ریخته گری استفاده شود، به آن قالب دقیق می گویند. چون علاوه بر دقت ابعادی، صافی سطح بسیار خوبی خواهیم داشت.

فرآیند اصلی مورد استفاده در ساخت قالب سرامیکی دقیق، ژل سازی دوغاب سرامیکی می باشد. چه در فرآیند یونیکست و چه در فرایند شاو، ژل سازی مورد استفاده است. حتی در اینوستمنت یا موم فناشونده اگر از سیلیکات اتیل استفاده کنیم، با قرار گیری قالب سرامیکی در اتمسفر آمونیاک و تسریع در ژل سازی، سرعت ساخت قالب بسیار افزابش می یابد. در این مطلب فرآیند سل-ژل مورد استفاده در ساخت قالب سرامیکی به طور مختصر بررسی می شود...

ادامه نوشته

ویژگی های ماده پشتیبان برای قالب سرامیکی

ماده پشتیبان باید به اندازه کافی محکم باشد تا بتوان از آن به عنوان پشتیبان قالب استفاده نمود. علاوه بر این باید قابلیت خروج گاز را داشته و ارزان قیمت باشد. از ماسه سیلیس به علت ابساط زیاد و غیر خطی نمی توان استفاده نمود. ماده ارزان قیمت جایگزین که پیشنهاد می شود، شاموت یا خاک پخته است که در ساخت آجر از آن استفاده می کنند. این ماده به راحتی با گریدهای مختلف در دسترس است. 

استفاده از شاموت به عنوان لایه پشتیبان ریخته گری فلزات به روش قالب سرامیکی shaw

معمولا از شاموت یا خاک پخته با تحمل دمایی بالا به عنوان لایه پشتیبان ارزان قیمت استفاده می شود

شاموت با چسب سیلیکات سدیم ترکیب شده و ابتدا روی مدل پشتیبان ریخته می شود. سپس دوغاب سرامیکی روی مدل واقعی ریخته می شود. در این صورت تمام جزئیات قالب را با داشتن قابلیت دیر گدازی لازم می توان بدست آورد. در مواردی که قطعه مورد نظر و قالب ریخته گری آن کوچک باشد نیازی به لایه پشتیبان نمی باشد. ولی در صورتی که قالب بزرگ باشد، می بایست از لایه پشتیبان استفاده نمود تا هزینه تمام شده قالب کاهش یابد. دلیل اصلی استفاده از لایه پشتیبان شاموتی برای ریخته گری دقیق قالب های سرامیکی، گران بودن مواد سرامیکی و چسب مورد استفاده می باشد.

هیدرولیز چسب سیلیکات اتیل جهت ساخت قالب سرامیکی جهت ریخته گری فرآیند shaw

سیلیکات اتیل به تنهایی خواص چسبندگی ندارد، بلکه با ترکیب با آب و انجام واکنش هیدرولیز است که خاصیت چسبندگی پیدا می کند.

واکنش هیدرولیز در الکل اتیلیک و در حضور کاتالیست انجام می‌شود. این واکنش نسبتاً سریع و شدیدا گرمازا بوده و پیشرفت واکنش را با اندازه گیری دما می توان اندازه گیری کرد. محصول واکنش، اسیدهای پیچیده سیلیسیک است که می توانند به ژل های کوهرنت متراکم شده ای که خواص چسبندگی خوبی دارند تبدیل شوند. چسب پیش هیدرولیز شده ای که بدین ترتیب بدست می آید دارای قابلیت منحصر به فردی برای ایجاد اتصال چسبنده با ذرات نسوز به هنگام ژل شدن یا رسوب از محلول دارد. واکنش زیر هیدرولیز کامل تترا اتیل اُرتوسیلیکات را نشان می دهد.

(تترا اتیل اُرتوسیلیکات) Si(OC2H5) + 2H2O <-------کاتالیست---  SiO2 + 4C2H5OH(اتیل الکل)

این واکنش به میزان آب اضافه شده، مقدار و نوع اسید، درصد سیلیس چسب (که این نیز به نوبه خود به میزان حلال آلی اضافه شده بستگی دارد) وابسته است.

مثال کاربردی در زمینه هیدرولیز چسب سیلیکات اتیل مورد استفاده در فرآیند شاو

ترکیب 479 گرم اتیل سیلیکات مونومر و 123 گرم اتانول بی آب و 36.3 میلی گرم HCl (بر اساس 1.3 میلی اکویولنت[1] از نسبت HCl/l در محلول نهایی) و 77 گرم آب که به تدریج در مدت 12 دقیقه در دمای 25 درجه اضافه می گردد. دما توسط خنک کننده خارجی کاهش می یابد. نرخ افزودن آب باید به گونه ای باشد که محلول شفاف بماند و از رسوب سیلیکا جلوگیری شود. وقتی تمام آب اضافه شد یک شب در دمای اتاق می ماند تا کامل هیدرولیز شود. در این حالت 92.8 درصد از اتیل سیلیکات هیدرولیز می شود. این آزمایش با اتیل سیلیکات 40 نیز امتحان شد. مقدار آب مورد استفاده برای بدست آوردن همان مقدار هیدرولیز اندازه گیری شد. نتایج مشابه بدست آمد.

 

 

---

[1] - milliequivalents

 

نوع بایندر و چسب مورد استفاده در روش قالب گیری سرامیکی shaw

اتیل سیلیکات در تولید قالب سرامیکی ریخته گری دقیق مورد استفاده قرار می گیرد. چسب اتیل سیلیکات به دو صورت در دسترس می باشند:

1-     چسب های فرموله شده و پیش هیدرولیز شده که شرکت ها آنها را به صورت ماده اولیه به فروش می رسانند.

2-     چسب هایی که در شرکت های ریخته گری دقیق تهیه و تولید شده و در نهایت به مصرف می رسد.

اتیل سیلیکات یک بایندر پایه سیلیس است که فاقد نمک های قلیایی است که دیر گدازی مواد قالب را کاهش می دهد. این ماده از واکنش تتراکلرید سیلیسیوم با اتیل الکل بدست می آید که اسید هیدروکلریک برای کنترل ژل شدن باید حذف شود.

SiCl4 + 4C2H5OH -----> Si(OC2H5)4 + 4HCL

اگر اتانول صنعتی که همیشه حاوی مقداری آب است به جای الکل اتانول خالص استفاده شود، محصول حاصل شامل ترکیبی از تترااتوکسیسیلان و اتوکسی پلی سیلوکسیلان می باشد. تترااتوکسیسیلان دارای حدود 28 درصد وزنی سیلیس می باشد. در حالی که  اتوکسی پلی سیلوکسیلان به طور میانگین 5 سیلیکون اتم/مولکول و شامل 40 درصد سیلیس می باشد.  به دلیل دارا بودن سلیکای بیشتر، این محصول به عنوان اتیل سیلیکات شناخته می شود و به طور گسترده در صنایع ریخته گری استفاده می شود.

ترکیب اصلی که از واکنش بالا ایجاد می شود، تترا اتیل اُرتوسیلیکات (Si(OC2H5)4) نام دارد که از نظر تئوری دارای 28 درصد سیلیس است. گریدی که در ریخته گری دقیق استفاده می شود، "اتیل سیلیکات 40" است و حاوی مخلوطی از پلی سیلیکات اتیل که به طور متوسط دارای 5 اتم سیلیسیم در هر مولکول است، بوده و درصد سیلیس آن 40 درصد می باشد. چسب های اتیل سیلیکات براساس میزان اسیدیته و هیدرولیز و حلال های آلی متنوع(عمدتا اتیل الکل)به فروش ریده و در ریخته گری دقیق مورد استفاده قرار می گیرند. انواع چسب های سیلیکات اتیل فرموله شده (شرکتی) در جدول زیر آورده شده است.

نام تجاری گرید	درصد سیلیس	فرمول شیمیایی	مشخصات
تترا اتیل اُرتوسیلیکات	18 تا 28	Si(OC2H5)4	هیدرولیز نشده تجاری حداقل میزان مونومر 90%
اتیل سیلیکات 40	40 تا 42		هیدرولیز شده جزئی تترا اتیل اُرتوسیلیکاتی که به صورت جزئی متراکم و فشرده شده