عیوب پارگی گرم ریخته گری در قالب های سرامیکی

عیب پارگی گرم (Hot Tear) یکی از عیوب معمول ریخته گری در قالب های سرامیکی می باشد. این عیب به دلیل استحکام بالای قالب یا ماهیچه و دمای بالای ذوب ریزی اتفاق می افتد. محل آن هم نزدیک راهگاه یا تغذیه در جاهایی که تمرکز تنش وجود دارد، اتفاق می افتد. برای حل مشکل می بایست دمای ذوب اصلاح شود. در این پدیده قالب یا ماهیچه اجازه انقباض فلز مذاب را نمی دهد. این پدیده در شرایطی که ماهیچه سرامیکی یا کلد باکس در قالب ماسه ای باشد، دور از انتظار نیست.

نکاتی در مورد ماهیچه سرامیکی

جهت ایجاد شیارهای داخلی قطعات ریخته گری(چه با قالب سرامیکی و چه ماسه ای) ممکن است از ماهیچه استفاده شود. جهت ساخت ماهیچه باید به جنس ماهیچه، جنس قالب، ابعاد قطعه و ماهیچه، نحوه قرارگیری، لقی، استحکام و موارد دیگر توجه داشت. در ادامه مطالب نکاتی درباره ساخت ماهیچه جهت ریخته گری فلزات بیان می شود...

 

ادامه نوشته

فرآیند قالب گیری سرامیکی Unicast جهت ساخت قالب های دقیق ریخته گری

یکی از فرآیندهای قالب گیری سرامیکی فرآیند یونیکست "Unicast Process" می باشد. تفاوت این فرآیند با فرآیند قالب گیری shaw در این است که پس از ژل سازی به جای آتش زدن الکل موجود، قالب در حمام پخت قرار میگیرد.

با توجه به ماهیت پخت قالب در این روش دیگر ترک های میکروسکوپی ایجاد نمی شود. نفوذ پذیری در این روش به علت عدم وجود میکرو ترک ها کمتر است. صافی سطح نیز به خوبی روش shaw می باشد. با توجه به ویژگی های بیان شده این روش برای تولید ماهیچه های سرامیکی دقیق بسیار مناسب است...

ادامه نوشته

ساخت ماهیچه سرامیکی جهت ریخته گری با قالب سرامیکی shaw

جهت ایجاد حفره های داخلی قطعات، از ماهیچه استفاده می شود. در شرایطی که در ریخته گری قطعات صافی سطح و دقت ابعادی مورد نیاز باشد و دمای ذوب بالا باشد یا فلز مذاب با قالب های معمولی واکنش دهد، ماهیچه سرامیکی مورد استفاده است. از این پس مقالاتی را در مورد انواع قالب های سرامیکی و کاربرد آنها در ریخته گری فلزات بیان می کنیم.

ریخته گری دقیق به روش قالب گیری سرامیکی shaw process یکی از روش های خاص ریخته گری فلزات می باشد. تصویر یک ماهیچه سرامیکی فیوزد سیلیکا را مشاهده می کنید. این ماهیچه مربوط به ایمپلر پمپ سانتریفیوژ می باشد. خدمات قالب سازی و ریخته گری به این روش پذیرفته می شود.

ادامه دارد...

ادامه نوشته

ماسه شاموت مورد استفاده در ریخته گری معمولی

این نوع ماسه برای قطعات ضخیم و بزرگ مناسب است و از زینتر کردن خاک رس بدست می آید. مزیت این ماسه نسبت به کوارتز یکنواختی و کم بودن تغییر حجم آن در اثر تغییرات درجه حرارت می باشد و به علت اینکه دیرتر وارد فعل و انفعالات شیمیایی شده و کمتر به سطح آن می چسبد در فولاد ریزی بکار می رود...

 

ادامه نوشته

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

 

منابع برای مطالعه بیشتر جهت آشنایی با فرآیند shaw process فرآیندهای دیگر ریخته گری

مبابع زیادی در این زمینه موجود نمی باشد و منابع مختلف تلویحا در مورد روند کار و شرح مختصری از فرآیند ریخته گری شاو را بیان کرده انده که در ادامه مطالب به آنها اشاره می شود...

ادامه نوشته

آلیاژهایی که می توان در فرآیند ریخته گری قالب گیری سرامیکی shaw process استفاده نمود

تقریبا همه آلیاژهای موجود آهنی و غیر آهنی را می توان با این روش ریخته گری نمود. اما جدول آن در ادامه آورده شده است...

ادامه نوشته

کاربردهای ریخته گری دقیق فلزات به روش قالب گیری سرامیکی Shaw Process

ریخته گری قطعات با مقاطع باریک از جنس های خاص به روش های سنتی دارای پیچیدگی هایی همچون عدم سیالیت مذاب و پرنشدن بخش هایی از قالب است. به علت نوع مواد مورد استفاده در پمپ ها ممکن است جنس پمپ های سانتریفیوژ از جنس های خاص فولاد، استیل زنگ نزن و سوپر آلیاژها ساخته شود. در واحدهای پتروشیمی به علت نوع مواد مورد استفاده در پمپ ها، قطعات یدکی مورد نیاز به صورت سفارشی و تعداد محدود مورد درخواست واحدهای تعمیر و نگهداری این صنایع می باشد که نیاز به پروسه ریخته گری مناسب می باشد. به خصوص در مورد تعمیرات پمپ های سانتریفیوژ، روش های ریخته گری دقیق که با موم یا پرینت انجام می شوند، هزینه بیشتر و زمان بیشتری نیاز دارد. با روش ریخته گری shaw process و قالب سرامیکی تولید شده به این روش می توان قطعات با دقت ابعادی بالا تولید نمود. ماهیچه تولید شده به این روش برای ایمپلرهای بسته بسیار راحت و با مدل های ارزان قیمت ساخته می شوند. قطعات پرکاربرد مورد استفاده به این روش ایمپلرها بخصوص ایمپلرهای بسته و دیفیوزرها می باشند.

از دیگر کاربردها برای ساخت فولاد ابزار قالب می باشد. با این روش به راحتی می توان از یک مدل ارزان قیمت قالب سرامیکی با تحمل دمایی بالا جهت ریخته گری فولاد ابزار سازی ساخت.

در صنایع دیگر از جمله کشاورزی، معدن، هوافضا و سایر صنایع نیز می توان از روش قالب گیری سرامیکی و فرآیند شاو، استفاده نمود.

برخی از کاربردهای معمول روش ریخته گری دقیق shaw شامل موارد زیر است:

• ساخت قطعات هواپیما و هوافضا با کلاس 1A
• در صنعت پمپ برای ساخت پروانه های بسته از جنس چدن، فولاد ریخته گری، ضد زنگ و آلیاژهای مانند مونل و Hastelloy به ویژه در صنعت پتروشیمی
• ساخت قطعات ماشین آلات برای صنایع  با تیراژ تولید 10 تا 100
• قالب های دقیق برای اجزای پلاستیکی، دکمه ها، درب بطری، دستگیره های درب، لامپ های الکتریکی، صفحات حرارتی مورد استفاده در صنعت فراوری شکر، تجهیزات صنعت قالب گیری لاستیکی و تولید آلومینیوم را به روش shaw process می توان تولید نمود.
• پروانه ها و قطعات دریایی

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

 

ساخت ماهیچه سرامیکی به روش قالب گیری سرامیکی

با توجه به شکل قطعه، ساخت ماهیچه بخش کلیدی انجام پروژه است. شرایط یک ماهیچه خوب شامل موارد زیر می باشد:

1. فرآیند ساخت آن پیچیده نباشد.
2. مواد تشکیل دهنده آن گران نباشد.
3. بدون تغییر شکل و تغییرات ابعادی به راحتی از داخل مدل ماهیچه خارج شود.
4. استحکام لازم جهت مذاب ریزی را داشته باشد.
5. با فلز ریخته شده واکنش ندهد.
6. انبساط حرارتی آن پایین باشد.
7. امکان عبور هوا از درون آن وجود داشته باشد.
8. به راحتی از درون قطعه ریخته شده خارج شود.

در این حالت بهتر است از فیوزد سیلیکا با قابلیت فروشستن در سود استفاده شود. مراحل انجام کار برای ساخت ماهیچه و قالب شامل موارد زیر است:

1. ساخت مدل – فلز، پلاستر، قالب های چوبی

• در ابتدا از قالب چوبی دو تکه و سپس از قالب اصلی استفاده می شود.
• چند آزمایش گوناگون با پارامترهای مختلف که هر کدام در چند سطح می باشد، طراحی می گردد.
• سعی می شود تا حد امکان این شرایط ثابت نگه داشته شود. همچنین در ابتدا قالب به صورت یکپارچه از سرامیک و سپس با لایه پشتیبان ساخته می شود.
• قرار گیری ماهیچه در درجه های بالایی و پایینی.
• شرایط گوناگون سوختن و حرارت دهی بررسی می شود.
• آلیاژ استیل زنگ نزن ثابت نگه داشته می شود.
• کنترل ابعادی طبق استاندارد درجه A

2. مخلوط مواد - زمان، فرمول، تست

3. ریختن در مدل – زمان، فشار، دما، نرخ

4. سرهم کردن – در صورت نیاز

5. سوزاندن حرارت دهی - طبقه بندی، زمان، دما

6. فرآیند ریخته گری – نوع آلیاژ و شرایط

7. بازرسی نهایی - ابعادی، حذف خط جدایش قالب

تاریخچه و علت نام گزاری شیوه ریخته گری shaw

این روش ترکیبی از ریخته گری دقیق و ریخته گری با قالب پلاستر است که سرامیک به عنوان ماده اصلی قالب می باشد. این فرآیند را به نام های Shaw process و Osborn-Shaw process و Eco-Shaw process نیز می شناسند. واژه Shaw برگرفته از نام سازندگان انگلیسی آن است که دو دانشمند به نام های Clifford & Noel Shaw در سال 1938 این روش را پایه گذاری کردند. پس از آن Lubalin & Christensen در سال 1960 این روش را جهت تجاری سازی توسعه دادند.